Calcita -Calcite

calcita
Calcita-20188.jpg
General
Categoría Minerales de carbonato
Fórmula
(unidad repetitiva)
CaCO3 _
Clasificación de Strunz 5.AB.05
sistema de cristal trigonal
clase de cristal Escalenoédrico hexagonal ( 3 m)
Símbolo HM : ( 3 2/m)
grupo espacial R 3 c
celda unitaria a = 4,9896(2)  Å ,
c = 17,0610(11) Å; Z  = 6
Identificación
Color Típicamente incoloro o blanco - puede tener tonos de varios colores
hábito de cristal Cristalino, granular, estalactítico, concrecionario, masivo, romboédrico
hermanamiento Común por cuatro leyes gemelas
Escote Perfecto en {10 1 1} tres direcciones con ángulo de 74° 55'
Fractura concoide
Tenacidad Frágil
Dureza de la escala de Mohs 3 (mineral definidor)
Lustre Vítreo a nacarado en superficies de escote
Trazo Blanco
diafanidad Transparente a translúcido
Gravedad específica 2.71
Propiedades ópticas Uniaxial (-)
Índice de refracción = 1,640–1,660 =
1,486
Birrefringencia δ = 0,154–0,174
Solubilidad Soluble en ácidos diluidos
Otras características Puede emitir fluorescencia roja, azul, amarilla y otros colores bajo SW y LW UV; fosforescente
Referencias
Estructura cristalina de calcita

La calcita es un mineral de carbonato y el polimorfo más estable del carbonato de calcio (CaCO 3 ). Es un mineral muy común, particularmente como componente de la piedra caliza . La calcita define la dureza 3 en la escala de Mohs de dureza mineral , basada en la comparación de la dureza al rayado .

Otros polimorfos del carbonato de calcio son los minerales aragonita y vaterita . El aragonito cambiará a calcita en escalas de tiempo de días o menos a temperaturas superiores a 300 °C, y la vaterita es aún menos estable.

Etimología

Calcita se deriva del alemán Calcit , un término del siglo XIX que proviene de la palabra latina para cal , calx (genitivo calcis) con el sufijo "-ite" que se usa para nombrar minerales. Por lo tanto, está etimológicamente relacionado con la tiza .

Cuando lo aplican arqueólogos y profesionales del comercio de la piedra, el término alabastro se usa no solo como en geología y mineralogía, donde se reserva para una variedad de yeso ; pero también para una variedad translúcida de aspecto similar de depósito de calcita en bandas de grano fino.

Celda unitaria e índices de Miller

En las publicaciones, se utilizan dos conjuntos diferentes de índices de Miller para describir direcciones en cristales hexagonales y romboédricos, incluidos los cristales de calcita: tres índices de Miller h, k, l en las direcciones, o cuatro índices de Bravais-Miller h, k, i, l en las direcciones, donde es redundante pero útil para visualizar simetrías de permutación .

Para agregar a las complicaciones, también hay dos definiciones de celda unitaria para calcita. Uno, una celda unitaria "morfológica" más antigua, se infirió midiendo los ángulos entre las caras de los cristales, generalmente con un goniómetro , y buscando los números más pequeños que encajaban. Más tarde, se determinó una celda unitaria "estructural" usando cristalografía de rayos X. La celda unitaria morfológica es romboédrica , con dimensiones aproximadas a = 10 Å y c = 8,5 Å , mientras que la celda unitaria estructural es hexagonal (es decir, un prisma rómbico ), con dimensiones aproximadas a = 5 Å y c = 17 Å . Para la misma orientación, c debe multiplicarse por 4 para convertir de unidades morfológicas a estructurales. Como ejemplo, la escisión de calcita se da como "perfecta en {1 0 1 1}" en coordenadas morfológicas y "perfecta en {1 0 1 4}" en unidades estructurales. En índices, estos son {1 0 1} y {1 0 4}, respectivamente. Las formas de macla , escisión y cristal a menudo se dan en unidades morfológicas.

Propiedades

Las propiedades diagnósticas de la calcita incluyen una dureza Mohs definitoria de 3, una gravedad específica de 2,71 y, en las variedades cristalinas, un brillo vítreo . El color es blanco o ninguno, aunque pueden aparecer tonos de gris, rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta, marrón o incluso negro cuando el mineral está cargado de impurezas.

Hábitos de cristal

La calcita tiene numerosos hábitos, representando combinaciones de más de 1000 formas cristalográficas . Los más comunes son los escalenoedros , con caras en las direcciones hexagonales {2 1 1} (celda unitaria morfológica) o direcciones {2 1 4} (celda unitaria estructural); y romboédrico, con caras en las direcciones {1 0 1} o {1 0 4} (el plano de división más común). Los hábitos incluyen romboedros agudos a obtusos, hábitos tabulares, prismas o varios escalenoedros . La calcita exhibe varios tipos de maclas que se suman a la variedad de hábitos observados. Puede presentarse como fibroso, granular, lamelar o compacto. Un hábito fibroso y eflorescente se conoce como lublinita . La escisión suele ser en tres direcciones paralelas a la forma del romboedro. Su fractura es concoide , pero difícil de obtener.

Las caras escalenoédricas son quirales y vienen en pares con simetría de imagen especular; su crecimiento puede verse influido por la interacción con biomoléculas quirales como los aminoácidos L y D. Las caras romboédricas no son quirales.

Óptico

Una fotografía de calcita sobre un párrafo de texto.
Una fotografía de calcita sobre un párrafo de texto.
Fotografía de calcita que muestra el característico comportamiento óptico de birrefringencia.

La calcita es transparente a opaca y ocasionalmente puede mostrar fosforescencia o fluorescencia . Una variedad transparente llamada espato de Islandia se utiliza con fines ópticos. Los cristales escalenoédricos agudos a veces se denominan "espato de diente de perro", mientras que la forma romboédrica a veces se denomina "espato de cabeza de clavo". La forma romboédrica también puede haber sido la "piedra solar" cuyo uso por los navegantes vikingos se menciona en las sagas islandesas .

Demostración de birrefringencia en calcita, utilizando láser de 445 nm

Los cristales de calcita individuales muestran una propiedad óptica llamada birrefringencia (doble refracción). Esta fuerte birrefringencia hace que los objetos vistos a través de una pieza transparente de calcita parezcan duplicados. El efecto birrefringente (utilizando calcita) fue descrito por primera vez por el científico danés Rasmus Bartholin en 1669. A una longitud de onda de ≈590 nm, la calcita tiene índices de refracción ordinarios y extraordinarios de 1,658 y 1,486, respectivamente. Entre 190 y 1700 nm, el índice de refracción ordinario varía aproximadamente entre 1,9 y 1,5, mientras que el índice de refracción extraordinario varía entre 1,6 y 1,4.

Químico

La calcita, como la mayoría de los carbonatos, se disolverá en ácidos a través de la reacción

CaCO 3 (s) + 2H + (aq) → Ca 2+ (aq) + H 2 O + CO 2 (g)

El dióxido de carbono liberado por esta reacción produce una efervescencia característica cuando se deja caer ácido clorhídrico diluido sobre una muestra de calcita.

El dióxido de carbono ambiental, debido a su acidez, tiene un ligero efecto solubilizante sobre la calcita. La reacción global es

CaCO 3 (s) + H 2 O + CO 2 (aq) → Ca 2+ (aq) + 2HCO3(ac)

Si la cantidad de dióxido de carbono disuelto cae, la reacción se invierte para precipitar la calcita. Como resultado, la calcita puede ser disuelta por el agua subterránea o precipitada por el agua subterránea, dependiendo de factores como la temperatura del agua, el pH y las concentraciones de iones disueltos . Cuando las condiciones son adecuadas para la precipitación, la calcita forma revestimientos minerales que cementan los granos de roca y pueden rellenar las fracturas. Cuando las condiciones son adecuadas para la disolución, la eliminación de la calcita puede aumentar drásticamente la porosidad y la permeabilidad de la roca y, si continúa durante un largo período de tiempo, puede dar lugar a la formación de cuevas . La disolución continua de formaciones ricas en carbonato de calcio puede conducir a la expansión y eventual colapso de los sistemas de cuevas, lo que da como resultado varias formas de topografía kárstica .

La calcita exhibe una característica inusual llamada solubilidad retrógrada en la que se vuelve menos soluble en agua a medida que aumenta la temperatura. La calcita también es más soluble a presiones más altas.

La calcita pura tiene la composición CaCO 3 . Sin embargo, la calcita en piedra caliza a menudo contiene un pequeño porcentaje de magnesio . La calcita en piedra caliza se divide en calcita baja en magnesio y calcita alta en magnesio, con la línea divisoria colocada en una composición de 4% de magnesio. La calcita con alto contenido de magnesio conserva la estructura mineral de calcita, que es distinta de la de la dolomita , MgCa(CO 3 ) 2 . La calcita también puede contener pequeñas cantidades de hierro y manganeso . El manganeso puede ser responsable de la fluorescencia de la calcita impura, al igual que las trazas de compuestos orgánicos.

Uso y aplicaciones

Uno de varios frascos de perfume de calcita o alabastro de la tumba de Tutankamón , d. 1323 aC

Los antiguos egipcios tallaron muchos artículos en calcita, relacionándolos con su diosa Bast , cuyo nombre contribuyó al término alabastro debido a la estrecha asociación. Muchas otras culturas han utilizado el material para aplicaciones y objetos tallados similares.

Los vikingos pueden haber utilizado una variedad transparente de calcita conocida como espato de Islandia para navegar en días nublados.

La calcita óptica de alto grado se usó en la Segunda Guerra Mundial para miras de armas, específicamente en miras de bombas y armamento antiaéreo. Además, se han realizado experimentos para usar calcita como un manto de invisibilidad .

La calcita precipitada microbiológicamente tiene una amplia gama de aplicaciones, como la remediación de suelos, la estabilización de suelos y la reparación de hormigón.

La calcita, obtenida de una muestra de 80 kg de mármol de Carrara , se utiliza como estándar isotópico IAEA -603 en espectrometría de masas para la calibración de δ 18 O y δ 13 C.

Ocurrencia natural

La calcita es un constituyente común de las rocas sedimentarias , en particular de la caliza , gran parte de la cual se forma a partir de caparazones de organismos marinos muertos. Aproximadamente el 10% de la roca sedimentaria es caliza. Es el mineral primario en el mármol metamórfico . También ocurre en depósitos de aguas termales como mineral de veta ; en cavernas como estalactitas y estalagmitas ; y en rocas volcánicas o derivadas del manto como carbonatitas , kimberlitas , o raramente en peridotitas .

La calcita suele ser el componente principal de las conchas de los organismos marinos , por ejemplo, el plancton (como los cocolitos y los foraminíferos planctónicos), las partes duras de las algas rojas , algunas esponjas , braquiópodos , equinodermos , algunos serpúlidos , la mayoría de los briozoos y partes de las conchas. de algunos bivalvos (como ostras y rudistas ). La calcita se encuentra en forma espectacular en la cueva Snowy River de Nuevo México , como se mencionó anteriormente, donde a los microorganismos se les atribuyen formaciones naturales. Los trilobites , que se extinguieron hace un cuarto de billón de años , tenían ojos compuestos únicos que usaban cristales de calcita transparentes para formar las lentes. También forma parte sustancial de la cáscara de huevo de las aves, y el δ 13 C de la dieta se refleja en el δ 13 C de la calcita de la cáscara.

El monocristal de calcita documentado más grande se originó en Islandia, medía 7 × 7 × 2 my 6 × 6 × 3 my pesaba alrededor de 250 toneladas. Se han producido muestras clásicas en la mina Madawaska , cerca de Bancroft, Ontario .

Las venas paralelas de lecho de calcita fibrosa, a menudo denominadas "carne de res" en el lenguaje de las canteras, se producen en lutitas y lutitas ricas en materia orgánica oscura, estas vetas se forman al aumentar la presión del fluido durante la diagénesis .

Procesos de formación

La formación de calcita puede proceder por varias vías, desde el modelo clásico de torcedura de la repisa de la terraza hasta la cristalización de fases precursoras mal ordenadas como el carbonato de calcio amorfo (ACC) a través de un proceso de maduración de Ostwald , o mediante la aglomeración de nanocristales .

La cristalización de ACC puede ocurrir en dos etapas. Primero, las nanopartículas de ACC se deshidratan y cristalizan rápidamente para formar partículas individuales de vaterita . En segundo lugar, la vaterita se transforma en calcita a través de un mecanismo de disolución y reprecipitación , con la velocidad de reacción controlada por el área superficial de un cristal de calcita. La segunda etapa de la reacción es aproximadamente 10 veces más lenta.

Sin embargo, se ha observado que la cristalización de la calcita depende del pH inicial y de la concentración de magnesio en la solución. Un pH inicial neutro durante la mezcla promueve la transformación directa de ACC en calcita sin un intermedio de vaterita. Pero cuando se forma ACC en una solución con un pH inicial básico , la transformación a calcita se produce a través de vaterita metaestable , siguiendo el camino descrito anteriormente. El magnesio tiene un efecto notable tanto en la estabilidad de la ACC como en su transformación a CaCO 3 cristalino , dando lugar a la formación de calcita directamente a partir de la ACC, ya que este ion desestabiliza la estructura de la vaterita.

La calcita se puede formar en el subsuelo en respuesta a la actividad de los microorganismos , como la oxidación anaeróbica del metano dependiente de sulfato , donde el metano se oxida y el sulfato se reduce , lo que lleva a la precipitación de calcita y pirita del bicarbonato y sulfuro producidos . Estos procesos se pueden rastrear por la composición específica de isótopos de carbono de las calcitas, que están extremadamente empobrecidas en el isótopo 13 C , tanto como −125 por mil PDB13 C).

En la historia de la Tierra

Los mares de calcita existieron en la historia de la Tierra cuando el principal precipitado inorgánico de carbonato de calcio en las aguas marinas era calcita con bajo contenido de magnesio (lmc), a diferencia de la aragonita y la calcita con alto contenido de magnesio (hmc) que se precipitan en la actualidad. Mares de calcita alternaron con mares de aragonito durante el Fanerozoico , siendo más prominentes en los períodos Ordovícico y Jurásico . Los linajes evolucionaron para usar cualquier forma de carbonato de calcio que fuera favorable en el océano en el momento en que se mineralizaron, y conservaron esta mineralogía durante el resto de su historia evolutiva. La evidencia petrográfica de estas condiciones del mar de calcita consiste en ooides calcíticos , cementos lmc , suelos duros y una rápida disolución temprana de aragonito en el fondo marino. La evolución de los organismos marinos con caparazones de carbonato de calcio puede haber sido afectada por el ciclo marino de calcita y aragonito.

La calcita es uno de los minerales que se ha demostrado que cataliza una reacción biológica importante, la reacción de formosa , y puede haber tenido un papel en el origen de la vida. La interacción de sus superficies quirales (ver Forma ) con moléculas de ácido aspártico da como resultado un ligero sesgo en la quiralidad; este es un posible mecanismo para el origen de la homoquiralidad en las células vivas.

Galería

Ver también

Referencias

Otras lecturas

  • Schmittner, Karl-Erich; y Giresse, Pierre; 1999. "Controles microambientales sobre biomineralización: procesos superficiales de precipitación de apatita y calcita en suelos cuaternarios", Roussillon, Francia. Sedimentología 46/3: 463–476.