Aula Prática no 9. Tema: O Sistema Conoscópico e a Conoscopia de Minerais Uniaxiais

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.1 Aula Prática no 9 Tema: O Sistema Conoscópico e a Conoscopia de Minerais Uniaxiais 1- O Sistema Conoscópico O sistema conoscópico é constituído pelas seguintes peças ópticas (de baixo para cima): polarizador, condensador móvel, objetiva de maior aumento linear, analisador, lente de Amici-Bertrand* (que não precisa estar atuando se retirada a objetiva do sistema óptico). Na determinação do sinal óptico dos minerais, um compensador, na maioria dos casos o de Δ=1λ também é empregado. A observação conoscópica de minerais transparentes consiste na obtenção de figuras de interferência, o que permite avaliar um grande número de propriedades ópticas simultaneamente, como: caráter e sinal óptico, estimativa do ângulo 2V de minerais biaxiais, estimativa da birrefringência, orientação óptica dos cristais e dispersão da luz dos minerais biaxiais. É importante observar que no sistema conoscópico os raios incidentes sobre a face inferior do mineral, procedentes do polarizador inferior, não são paralelos entre si, mas sim, fortemente convergentes devido a atuação do condensador móvel. Desta forma, os raios de luz que atravessam uma placa mineral, percorrem distâncias diferentes em seu interior, resultando na face superior do mineral em um cone de luz divergente, que em uma primeira aproximação, leva a formação da figura de interferência. = mineral Amici-Bertrand campo conoscópio condensador móvel

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.2 a- Estimativa do Ângulo do Campo Conoscópico O campo conoscópico (θ), conforme mostrado na figura anterior, é aquele formado entre os raios de luz mais divergentes do cone de luz que deixa o mineral e conseguem atingir a objetiva. Este ângulo varia de microscópio para microscópio a.1- Utilizando-se de uma das lâminas das séries 211-220 ou 1271-1280, que contém um único cristal de muscovita, com corte paralelo à seção basal, obtenha dela uma figura de interferência 1. a.2- A muscovita é um mineral biaxial negativo, cujo ângulo 2V é de 40 o. BXA 2V= 40 o a.3- A Figura de Interferência obtida, será do tipo Bissetriz Aguda (BXA), uma vez que a seção considerada secciona o mineral segundo (001), ou sua seção basal, ou perpendicularmente a sua bissetriz aguda. Observe que com a rotação da platina, forma-se uma cruz escura que se desfaz em dois ramos de uma hipérbole, que rumam para quadrantes opostos e depois tornam a se unir novamente na forma inicial de cruz. Quando estes ramos estiverem os mais afastados entre si, o que corresponde a uma rotação da platina de aproximadamente 45 o (que corresponde a posição de máxima luminosidade, a de cruz é a de extinção!), a distância entre os pontos mais convexos destas curvas, corresponderá a um ângulo de 40 o. Observe o esquema abaixo e compare com o que você constata no seu microscópio. (Admita 40 o o ângulo 2V da muscovita) 40º Posição de Cruz (Extinção) Posição de Máxima Luminosidade O ângulo conosópico de seu microscópio é de graus 1 À nicóis cruzados, com a objetiva de maior aumento linear, focalize o cristal único de muscovita. Coloque-o no centro do campo de visão. Ainda a nicóis cruzados, troque a objetiva por aquela de maior aumento linear. Focalize novamente o cristal. Torne agora a luz conoscópica, através da atuação do condensador móvel (introduza-o ou retire-o dos sistema óptico, conforme o microscópio utilizado). Insira no caminho óptico a lente de Amici-Bertrand. Observe a figura de interferência obtida.

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.3 2- Conoscopia de Minerais Uniaxiais Os minerais uniaxiais são aqueles que se cristalizam nos sistemas trigonal, hexagonal e tetragonal, apresentando dois índices de refração principais- nε e nω, sendo que suas indicatrizes são representadas por elipsóides de rotação com dois eixos principais (com comprimentos proporcionais aos seus dois índices de refração). O sinal óptico dos minerais uniaxiais, são definidos pela relação entre seus índices de refração principais: raios ordinários (nω) e extraordinário (nε), de tal forma que, quando: nε > nω o sinal óptico do mineral será positivo (+) nε < nω= o sinal óptico do mineral será negativo (-) c // eo // E ne nw (Seção Circular) Indicatriz Uniaxial (+) Indicatriz Uniaxial (-) (nε > nω) (nε < nω) Um raio de luz que incide na face de um mineral anisotrópico, sofrerá o fenômeno da dupla refração com o surgimento de dois raios de luz que vibrarão segundo as direções dos índices de refração perpendiculares ao raio incidente. No desenho da indicatriz abaixo, o raio R1 incide perpendicularmente à superfície do mineral (incidência normal), que está c= eo = E seccionado paralelamente a sua seção circular, ou seja, o raio R1 incidente se propaga na direção do eixo óptico (eo). Nessa situação, existe apenas uma direção perpendicular ao do raio incidente: ω, ou seja o mineral teria comportamento isotrópico. seção circular No caso do raio R2, a incidência é oblíqua a superfície do mineral, assim o raio refratado R2 (na verdade seria nw a normal aos raios O e E) tem as direções de vibração perpendiculares a sua direção de propagação, no caso ε e ω. ne R2 ne'

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.4 2.1- Tipos de Figuras de Interferência Uniaxiais Quando observada a indicatriz de um mineral uniaxial, dois elementos ópticos se destacam: o eixo óptico (que coincide com a direção E) e a seção circular (que contém O). Como os nomes das figuras de interferência estão relacionadas as seções perpendiculares aos elementos ópticos, duas figuras de interferência principais são obtidas para os minerais uniaxiais: a- Eixo Óptico: quando o mineral é seccionado perpendicularmente ao eixo óptico b- Flash ou Relâmpago: quando o mineral é seccionado perpendicularmente à seção circular. FIGURA DE EIXO ÓPTICO CENTRADO eixo óptico melatopo Seção circular Seção circular Elipse de Intersecção: Círculo, ou seja, seção paralela a seção circular e assim, perpendicular ao eixo óptico. Características da Figura: Cruz escura, nítida, cujo centro coincide com o cruzamento dos retículos da ocular e também ao ponto de emergência do eixo óptico (melatopo) Características Ortoscópicas: Dentre os cristais de uma mesma espécie mineral, os que se apresentarem sempre extintos com a rotação da platina serão os que apresentarão este tipo de figura de interferência. Nas lâminas da série 301-310, que corresponde a uma seção delgada de um único cristal de quartzo cortado segundo (0001), ou seja, perpendicularmente ao eixo cristalográfico c (ou ao eixo óptico) e consequentemente paralelo a seção circular. Inicialmente determine a cor de interferência deste cristal: Observe se há variação desta cor de interferência com a rotação da platina: Obtenha agora a figura de interferência do mineral 1. Observe que a cruz não se desfaz com a rotação da platina. Se a figura estiver perfeitamente centrada, ou seja a seção for exatamente perpendicular ao eixo óptico, com a rotação da platina têm-se a sensação que a cruz (constituída pelas isógiras 2 ) não se movimenta, com o melatopo 3 permanecendo fixo no centro do retículo. 2 Isógiras são os braços escuros observados na figura de interferência. São escuros ou extintos pois nesta região os raios extraordinário (E) e ordinário (O), são paralelos aos polarizadores do microscópio 3 Melatopo é o ponto de emergência do eixo óptico na figura de interferência.

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.5 Esquematize no quadro ao lado a figura de interferência observada no mineral quartzo, localizando os seguintes elementos ópticos: isógiras, melatopo, e as direções de vibração dos raios ordinário e extraordinário nos pontos assinalados na figura. Observe também se há o aparecimento de linhas isocromáticas 4. Caso estas linhas aparecerem, elas serão devidas a um cristal muito espesso pois a birrefringência do quartzo é fraca (0,009). Determinação do Sinal Óptico Utilizando-se da mesma seção delgada de quartzo da série 301-310, obtenha a figura de interferência do quartzo 1 Após, rotacione o compensador para a posição de 45º cujo atraso: Δ= 1λ, e compare com os esquemas abaixo 5 1- Se a direção do raio rápido for paralelo à direção da haste do compensador: - + - + - + + - sinal óptico + sinal óptico - 4 Linhas isocromáticas são linhas coloridas concêntricas em relação ao melatopo, que correspondem ao lugar geométrico dos raios que percorreram uma mesma espessura no interior do mineral e assim tem o mesmo atraso (Δ) 5 Nas figuras de interferência as cores próximas as isógiras normalmente são de coloração cinza com Δ 140 mμ. Assim adição nas cores de interferência resultam de: 140 mμ. (mineral) + 550 mμ. (compensador de 1λ)= 690 mμ.= cor azul. Na subtração 550 mμ. (compensador de 1λ) - 140 mμ. (mineral) = 410 mμ.= cor amarela.

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.6 2- Se a direção do raio lento for paralelo à direção da haste do compensador: O sinal óptico do quartzo é: (positivo ou negativo) FIGURA DE EIXO ÓPTICO NÃO CENTRADO Elipse de Intersecção: seção levemente inclinada em relação a seção circular melatopo eo E Características da Figura: cruz escura, nítida, cujo melatopo não coincide com o cruzamento dos retículos. Dependendo da inclinação do corte em relação a seção circular, pode-se observar apenas partes da cruz (isógiras), com o melatopo descrevendo uma trajetória circular em relação ao cruzamento dos retículos. Características Ortoscópicas: Dentre os cristais de uma mesma espécie mineral, os que apresentarão este tipo de figura de interferência serão os de baixa cor de interferência (cinza) sem entretanto estarem permanentemente extintos com a rotação da platina.

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.7 Observe e esquematize a figura de interferência do cristal de quartzo presente na seção delgada das lâminas da série 271-280. A partir de uma posição, com pelo menos uma das isógiras paralelas a um dos retículos (ou polarizadores), preencha os esquemas abaixo com rotações sucessivas de 90 º. posição inicial P 0 P 0 + 90 o P 0 + 180 o I w II N S E III IV melatopo Determinação do Sinal Óptico A dificuldade na determinação do sinal óptico em figuras do tipo eixo óptico não-centrado, é devida a localização do melatopo na figura de interferência com a rotação da platina. Determinada sua posição, é possível reconhecer os diferentes quadrantes 6 da figura de interferência e as suas cores correspondentes. Observe nos esquemas que o melatopo está fora do campo de visão. esquema I: o melatopo está na porção E do campo de visão e os quadrantes NW e SW estão sendo observados. esquema II: a partir da posição estabelecida em I, girando-se 90 o no sentido horário a platina do microscópio, observe o movimento do melatopo para S e estão enquadrados no campo de visão os quadrantes NE e NW. esquema III: a partir da posição estabelecida em II, girando-se mais 90 o, sempre no sentido horário (apenas para efeito do desenho), o melatopo se desloca para W e os quadrantes visíveis são NE e SE. esquema IV: a partir de III, com nova rotação de 90 o no sentido horário, o melatopo se desloca para N e os quadrantes visíveis passam a ser SW e SE. Determinado o(s) quadrante(s), procede-se a identificação das cores (através da inserção do compensador) exatamente como é feito para as figuras de eixo óptico centrado. 6 costuma-se empregar a mesma convenção dos quadrantes geográficos definido pela rosa dos ventos, conforme mostrado no esquema I.

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.8 Identifique os diferentes quadrantes das figuras de interferência a posição do melatopo com a rotação da platina (indique nos esquemas o sentido da rotação), das seções delgadas que contém um único cristal de quartzo das séries abaixo. Lâminas da série 271-280 Mineral Quartzo (Uniaxial +) Lâminas da série 1151-1170 Mineral Quartzo (Uniaxial +) Observe que o melatopo da figura de interferência das lâminas da série 1151-1170 está mais afastado do centro dos retículos do que aquela da série 271-280. Isto ocorre porque a inclinação da seção em relação a seção circular é maior, fazendo com que o eixo óptico se incline mais em relação à platina do microscópio.

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.9 Determine o sinal óptico da seção delgada de um único cristal de berilo da série 631-640. Faça um esquema que mostre a posição das isógiras, o melatopo e as cores de interferência observadas nos diferentes quadrantes da figura. Observe que a seção apresentada para análise é a (0001) ou seção basal do berilo. O sinal óptico do berilo é: (+ ou -) FIGURA DO TIPO FLASH OU RELÂPAGO O e mínimo do mineral. seção circular O seção principal eo=c=e eo=c=e Elipse de Intersecção: seção perpendicular a seção circular, ou paralela a uma seção principal (contém o eixo óptico). Na seção de corte (ou na elipse de intersecção) estarão presentes nε e nω. Características da Figura: Cruz escura, difusa, compreendendo praticamente todo o campo de visão conoscópico. Esta cruz se desfaz com a rotação de alguns poucos graus da platina, indicando a posição do eixo óptico. Características Ortoscópicas: Dentre os cristais de uma mesma espécie mineral, aqueles que apresentarão este tipo de figura serão os de maior cor de interferência. Assim nesta seção estarão contidos os índices de refração máximo Nas lâminas da série 441-450, que corresponde a uma seção delgada de um único cristal de quartzo cortado segundo uma seção longitudinal, ou seja paralela a uma seção principal de forma a conter o eixo óptico.

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.10 Inicialmente determine a cor de interferência deste cristal: Compare a cor de interferência obtida para este cristal de quartzo com aqueles das séries 301-310 (figura de interferência do tipo eixo óptico centrado) ; 271-280 (figura de eixo óptico não centrado) e 1151-1170 (também figura de eixo óptico não centrado) Observe que quanto mais transversal é o plano de corte em relação à seção circular, maior será a cor de interferência observada. Obtenha agora a figura de interferência do mineral 1. Observe que se forma uma cruz difusa que praticamente cobre todo o campo de visão conoscópico do microscópio. Esta cruz se desfaz com a rotação de uns poucos graus da platina. Esquematize no quadro ao lado o aspecto da figura de interferência obtida. Determinação do Sinal Óptico A determinação do sinal óptico a partir deste tipo de figura de interferência é um pouco mais complexo do que aquelas do tipo eixo óptico, pois há necessidade de se combinar técnicas de conoscopia e ortoscopia. Vimos que a figura de interferência do tipo flash é caracterizada por uma cruz escura difusa. Quando o mineral está nesta posição, ortoscopicamente ele se encontrará extinto, ou seja as direções E e O estarão paralelas aos polarizadores. Verifique esta situação 7. Quando a platina é a partir desta posição rotacionada a cruz se desfaz em dois ramos escuros que apontam para as extremidades do eixo óptico. Veja o esquema abaixo: Posição de cruz (extinto) Rotacionado 7 Depois de obtida a figura de interferência rotacione a platina até que a cruz se posicione ocupando praticamente todo o campo de visão do microscópio. Fixe a platina nesta posição. Retire a lente de Amici-Bertrand do sistema, o condensador móvel e observe a cor de interferência o mineral deverá exibir cor preta (estará extinto).

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.11 Veja agora a tabela: O EIXO ÓPTICO ESTÁ: // POOLARIZADOR // ANALISADOR ROTAÇÃO A cruz se desfaz nos quadrantes: Horária NE-SW NW-SE Anti-horária NW-SE NE-SW Observe agora a figura de interferência do quartzo de uma das lâminas da série 441-450 e determine a posição do eixo óptico conforme descrito anteriormente. Após sua localização, oriente o eixo óptico de tal forma que este fique paralelo ao polarizador ou ao analisador. Lembre-se que a direção de E coincide com a direção do eixo óptico e a de O é perpendicular a ele. No esquema da figura ao lado, faça um esquema deste tipo de figura de interferência, mostrando a posição das isógiras, do eixo óptico, e das principais direções de vibração do mineral, E e O. Desfaça o sistema conoscópico, retirando-se a lente de Amici-Bertrand (o mesmo que tirar uma das oculares), e o condensador móvel. Observada agora a cor de interferência do mineral, este deverá estar extinto 7. Rotacione a platina do microscópio em 45 o de forma a que o eixo óptico fique paralelo à direção da alavanca do compensador. Verifique se a direção da alavanca do compensador corresponde ao do raio rápido ou lento. Rotacione essa alavanca para a posição de 45º e observe o resultado. e observe se a direção dessa alavanca é a do raio rápido ou lento. Se na direção do eixo óptico estiver o raio lento, então o mineral terá sinal óptico positivo pois nε > nω. Por outro lado, se na direção do eixo óptico estiver o raio rápido então o mineral terá sinal óptico negativo pois nε < nω. Se a direção da alavanca do compensador for a do raio rápido teremos: Represente nos esquemas abaixo Eixo óptico // a direção do raio rápido do compensador Cor observada com a introdução do compensador: Δ (mineral) + 550 mμ (compensador) =

Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R ; práticas, P IX, pag.12 Eixo óptico perpendicular ao raio rápido do compensador Cor observada com a introdução do Δ (mineral) + 550 mμ (compensador) = Portanto:conclui-se que que nε é nω e consequentemente o sinal (maior ou menor) óptico do quartzo é. (positivo ou negaitvo) Deve-se perceber que apenas as figuras de eixo óptico (centradas ou não) possuem definição suficiente para caracterizar o caráter uniaxial e o sinal óptico do mineral. Assim podendo-se optar dentre diversos cristais da mesma espécie mineral de interesse, escolha sempre aquele de cor de baixa (cinza ou preto). Use aqueles de cor de interferência máxima para determinar a birrefringência do mineral. Nardy, 2007