Ulexita

La ulexita ( / juː ˈ l ɛ k s aɪ t / ), a veces llamada roca de TV o piedra de TV debido a sus inusuales propiedades ópticas , es un hidróxido de borato hidratado de sodio y calcio con la fórmula química NaCaB ₅ O ₆ (OH) ₆ · 5H ₂ O . El mineral se presenta como masas cristalinas redondeadas de color blanco sedoso o en fibras paralelas. La ulexita recibió su nombre del químico alemán Georg Ludwig Ulex (1811–1883), quien la descubrió. ^{[ 3 ]}

Las fibras naturales de la ulexita actúan como fibras ópticas , transmitiendo la luz a lo largo de sus ejes longitudinales mediante reflexión interna. Al cortar una pieza de ulexita con caras planas y pulidas perpendiculares a la orientación de las fibras, un ejemplar de buena calidad mostrará la imagen de la superficie adyacente. El efecto de fibra óptica se debe a la polarización de la luz en rayos lentos y rápidos dentro de cada fibra, la reflexión interna del rayo lento y la refracción del rayo rápido en el rayo lento de una fibra adyacente. Una consecuencia interesante es la generación de tres conos, dos de ellos polarizados, cuando un rayo láser ilumina oblicuamente las fibras. Estos conos se pueden observar al mirar una fuente de luz a través del mineral.

La ulexita se encuentra en depósitos de evaporitas , y la ulexita precipitada suele formar un mechón de cristales aciculares con aspecto de "bola de algodón". La ulexita se encuentra frecuentemente asociada con colemanita , bórax , meyerhofferita , hidroboracita , probertita , glauberita , trona , mirabilita , calcita , yeso y halita . ^{[ 2 ]} Se encuentra principalmente en California y Nevada , EE. UU.; la región de Tarapacá en Chile y Kazajistán . La ulexita también se encuentra en un hábito de estratificación veteado compuesto por cristales fibrosos densamente empaquetados.

La ulexita ha sido reconocida como un mineral válido desde 1840, después de que George Ludwig Ulex, de quien el mineral recibió su nombre, proporcionara el primer análisis químico del mismo. ^{[ 5 ]} En una nota al pie de página en la página  51, el editor afirmó que el mineral de Ulex era en realidad el mismo mineral que el químico estadounidense Augustus Allen Hayes había encontrado en Chile en 1844:

Es kann wohl keinem Zweifel unterworfen seyn,  ... Boronatrocalcit umgeändert werden.

En 1857, Henry How, profesor del King's College en Windsor, Nueva Escocia, descubrió minerales de borato en los depósitos de yeso de los depósitos de evaporitas del Carbonífero Inferior en las Provincias Atlánticas de Canadá, donde observó la presencia de un borato fibroso al que denominó natroborocalcita, ^{[ 9 ]} que en realidad era ulexita (Papezik y Fong, 1975). ^{[ 10 ]}

Murdoch examinó la cristalografía de la ulexita en 1940. ^{[ 11 ]} La cristalografía fue reelaborada en 1959 por Clark y Christ , y su estudio también proporcionó el primer análisis de difracción de rayos X de polvo de la ulexita. ^{[ 12 ]} En 1963, Weichel-Moore y Potter explicaron las notables cualidades de fibra óptica de la ulexita. ^{[ 13 ]} Su estudio destacó la existencia en la naturaleza de estructuras minerales que exhiben características tecnológicamente requeridas. Finalmente, Clark y Appleman describieron correctamente la estructura de la ulexita en 1964. ^{[ 14 ] [ 8 ]}

La ulexita es un mineral borato porque su fórmula (NaCaB₅O₆ ₍ OH) _₆ ·5H₂O ₎ contiene boro y oxígeno. El polianión borato aislado [ _B₅O₆ (OH) _₆ ] _{³⁻ tiene cinco átomos} ^{de boro, por lo que} _la ulexita pertenece al grupo de los pentaboratos.

La ulexita es un mineral de estructura compleja, cuya estructura básica contiene cadenas de octaedros de sodio, agua e hidróxido. Estas cadenas están unidas por poliedros de calcio, agua, hidróxido y oxígeno, así como por unidades de boro . Las unidades de boro tienen la fórmula [B₅O₆ ₍ OH) _₆ ] _³⁻ y una carga de -3. Están compuestas por tres tetraedros de borato y dos grupos triangulares de borato ^.

La ulexita se descompone/disuelve en agua caliente. ^{[ 15 ]}

La ulexita suele formar pequeñas masas redondeadas parecidas a bolas de algodón. Los cristales son raros, pero forman cristales fibrosos y alargados orientados en paralelo o radialmente entre sí. Los cristales también pueden ser aciculares, parecidos a agujas (Anthony et al., 2005). ^{[ 16 ]} El grupo puntual de la ulexita es 1, lo que significa que los cristales muestran muy poca simetría, ya que no hay ejes de rotación ni planos de simetría. La ulexita está muy alargada a lo largo de [001]. El plano de maclado más común es (010). La ulexita recolectada en la cantera de yeso de Flat Bay en Terranova exhibe "bolas de algodón" aciculares de cristales con una sección transversal casi cuadrada formada por el desarrollo igual de dos pinacoides. Los cristales tienen aproximadamente 1–3 μm de espesor y 50–80 μm de largo, dispuestos en haces superpuestos poco compactos y orientados aleatoriamente (Papezik y Fong, 1975). ^{[ 10 ]} En general, los cristales tienen de seis a ocho caras con de tres a seis caras terminales (Murdoch, 1940). ^{[ 11 ]}  

En 1956, John Marmon observó que los agregados fibrosos de ulexita proyectan una imagen de un objeto en la superficie opuesta del mineral. Esta propiedad óptica es común en las fibras sintéticas, pero no en los minerales, lo que le ha valido a la ulexita el apodo de "roca de TV". Según Baur et al. (1957), ^{[ 17 ]} esta propiedad óptica se debe a las reflexiones a lo largo de fibras macladas, siendo el plano de maclado más prominente el (010). La luz se refleja internamente una y otra vez dentro de cada una de las fibras que están rodeadas por un medio con un índice de refracción menor (Garlick, 1991). ^{[ 18 ]} Este efecto óptico también es resultado de los grandes espacios formados por las cadenas octaédricas de sodio en la estructura del mineral. Las fibras sintéticas utilizadas para la fibra óptica transmiten imágenes a lo largo de un haz de cristales filiformes de la misma manera que la ulexita natural reproduce imágenes debido a la existencia de diferentes índices de refracción entre las fibras. Además, si el objeto es coloreado, la ulexita reproduce todos los colores. Las superficies paralelas de ulexita cortadas perpendicularmente a las fibras producen la mejor imagen, ya que se producirá una distorsión en el tamaño de la imagen proyectada si la superficie no es paralela al mineral. Curiosamente, las muestras in situ de ulexita son capaces de producir una imagen decente, aunque tosca. El yeso satinado también presenta este efecto óptico; sin embargo, las fibras son demasiado gruesas para transmitir una imagen decente. El grosor de las fibras es proporcional a la nitidez de la imagen proyectada. ^{[ 17 ]}

La ulexita también muestra círculos concéntricos de luz al sostenerla frente a una fuente de luz brillante, una extraña propiedad óptica observada por primera vez por G. Donald Garlick (1991). ^{[ 18 ]} Este efecto también puede producirse al proyectar un puntero láser en un ángulo ligeramente oblicuo a través de un trozo de ulexita. Este comportamiento óptico es consecuencia de los diferentes índices de refracción de la ulexita en distintas direcciones de polarización. El análisis microscópico de la ulexita también revela conos de luz que emergen claramente de cada grano con un grosor superior a 0,1  mm bajo la lente de Bertrand.

La ulexita es incolora y no pleocroica en secciones delgadas con bajo relieve. Al ser triclínica , la ulexita es ópticamente biaxial . Las figuras de interferencia producen adición en el lado cóncavo de las isogiras , lo que hace que la ulexita sea biaxial positiva. La ulexita tiene un 2V alto que varía entre 73° y 78° y una birrefringencia máxima de hasta 0,0300 (Anthony et al., 2005). ^{[ 16 ]} Según Weichel-Moore y Potter (1963), ^{[ 13 ]} la orientación de las fibras alrededor del eje c es completamente aleatoria según las variaciones en las extinciones vistas bajo polarización cruzada. La ulexita muestra maclado polisintético paralelo a la elongación, a lo largo de {010} y {100} (Murdoch, 1940). ^{[ 11 ]} En secciones delgadas cortadas paralelamente a las fibras, los granos de ulexita muestran orientaciones tanto longitudinales rápidas como longitudinales lentas en cantidades iguales porque el eje intermedio (y) de la indicatriz es aproximadamente paralelo al alargamiento de las fibras a lo largo del eje cristalográfico c (Weichel-Moore y Potter, 1963). ^{[ 13 ]}

Los cristales de ulexita contienen tres grupos estructurales: polianiones de pentaborato aislados , poliedros coordinados con calcio y octaedros coordinados con sodio, unidos y entrecruzados por enlaces de hidrógeno. Los poliedros coordinados con calcio comparten aristas para formar cadenas separadas de las cadenas octaédricas coordinadas con sodio. Existen 16 enlaces de hidrógeno distintos con una distancia promedio de 2,84 Å. El boro se coordina con cuatro oxígenos en una disposición tetraédrica y también con tres oxígenos en una disposición triangular, con distancias promedio de 1,48 y 1,37 Å, respectivamente. Cada catión Ca²⁺ ^está rodeado por un poliedro de ocho átomos de oxígeno. La distancia promedio entre el calcio y el oxígeno es de 2,48 Å. Cada Na⁺ ^se coordina con un octaedro de dos oxígenos hidroxilo y cuatro moléculas de agua, con una distancia promedio de 2,42 Å (Clark y Appleman, 1964). ^{[ 19 ]} Las cadenas octaédricas y poliédricas paralelas a c, la dirección de elongación, causan el hábito fibroso de la ulexita y las propiedades ópticas de fibra. ^{[ 8 ]}

El boro es un oligoelemento presente en la litosfera con una concentración media de 10 ppm, aunque grandes áreas del mundo presentan deficiencia de boro. ^{[ 20 ]} El boro nunca se encuentra en estado elemental en la naturaleza; sin embargo, se presenta de forma natural en más de 150 minerales. ^{[ 21 ]} Los tres minerales más importantes desde el punto de vista comercial mundial, según su abundancia, son el tincal (también conocido como bórax), la ulexita y la colemanita (Ekmekyaper et al., 2008). ^{[ 22 ]} Las altas concentraciones de minerales de boro de importancia económica suelen encontrarse en zonas áridas con antecedentes de vulcanismo. La ulexita se extrae principalmente de la mina Borax en Boron, California. ^{[ 20 ]}

La concentración de boro en la ulexita es comercialmente significativa, ya que los compuestos de boro se utilizan en la producción de materiales para numerosos sectores industriales. El boro se emplea principalmente en la fabricación de fibra de vidrio, así como en vidrios de borosilicato resistentes al calor, como el Pyrex tradicional, los faros de automóviles y el material de vidrio de laboratorio. El vidrio de borosilicato es deseable porque la adición _de B₂O₃ _reduce el coeficiente de expansión, aumentando así su resistencia al choque térmico. El boro y sus compuestos también son ingredientes comunes en jabones, detergentes y blanqueadores, contribuyendo al ablandamiento del agua dura al atraer iones de calcio. El uso de boro en la producción de aleaciones y metales ha ido en aumento debido a su excelente capacidad para solubilizar óxidos metálicos. Los compuestos de boro se utilizan como agente de refuerzo para endurecer metales en tanques y blindajes militares. El boro se emplea ampliamente en materiales ignífugos. Es un elemento esencial para el crecimiento de las plantas y se utiliza frecuentemente como fertilizante; sin embargo, en altas concentraciones puede ser tóxico, por lo que es un ingrediente común en herbicidas e insecticidas. El boro también se encuentra en productos químicos utilizados para tratar la madera y como recubrimientos protectores y esmaltes de cerámica. ^{[ 20 ]} Además, cuando la ulexita se disuelve en una solución de carbonato, se forma carbonato de calcio como subproducto. Este subproducto es utilizado en grandes cantidades por la industria de la pulpa y el papel como relleno de papel y como recubrimiento para papel que permite una mejor imprimibilidad (Demirkiran y Kunkul, 2011). ^{[ 23 ]} Recientemente, a medida que se presta más atención a la obtención de nuevas fuentes de energía, el uso de hidrógeno como combustible para automóviles ha pasado a primer plano. El compuesto borohidruro de sodio (NaBH ₄ ) se está considerando actualmente como un excelente medio de almacenamiento de hidrógeno debido a su alto rendimiento teórico de hidrógeno por peso para su uso futuro en automóviles. Piskin (2009) ^{[ 24 ]} valida que la concentración de boro en la ulexita puede utilizarse como fuente de boro o material de partida en la síntesis de borohidruro de sodio (NaBH ₄ ).

Los minerales de borato son raros porque su componente principal, el boro, constituye menos de 10 ppm (10  mg/kg) de la corteza terrestre. Debido a que el boro es un elemento traza, la mayoría de los minerales de borato se encuentran solo en un entorno geológico específico: las cuencas intermontanas geológicamente activas . Los boratos se forman cuando las soluciones que contienen boro, causadas por la lixiviación de rocas piroclásticas , fluyen hacia cuencas aisladas donde luego tiene lugar la evaporación. Con el tiempo, los boratos se depositan y forman capas estratificadas . La ulexita se encuentra en salares y lagos salinos secos en asociación con grandes depósitos de yeso y boratos de Na-Ca. ^{[ 8 ]} No se conocen polimorfos de ulexita ni la ulexita forma una serie de solución sólida con ningún otro mineral.

Según Stamatakis et al . (2009), los boratos de Na, Ca y Na-Ca se encuentran en relación con la ulexita. ^{[ 21 ]} Estos minerales son:

• Bórax Na ₂ B ₄ O ₇ ·10H ₂ O
• Colemanita Ca ₂ B ₈ O ₁₁ ·5H ₂ O
• Howlita Ca ₂ B ₅ SiO ₉ [OH] ₅
• Kernita Na ₂ [B ₄ O ₆ (OH) ₂ ·3H ₂ O]
• Meyerhofferita Ca ₂ B ₆ O ₆ (OH) ₁₀ ·2H ₂ O
• Probertita NaCaB ₅ O ₉ ·5H ₂ O

Los minerales más comunes que no son boratos, pero que también se forman en depósitos de evaporitas son: ^{[ 2 ]}

• Calcita CaCO ₃
• Yeso CaSO₄ · _2H₂O​​
• Halita NaCl

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