Noticia Nº4: un Arsénico Nativo

Noticia Nº4: un Arsénico Nativo

Como mis lectores habituales saben bien, he comenzado un proyecto, bastante atrevido, con el objetivo fundamental de contribuir y seguir investigando en Mineralogía, mientras pongo mis conocimientos a disposición de quien los necesite, en plan Equipo A. Lo podéis ver en español en:

www.geospectra.es

Una de las cosas buenas de éste proyecto es que me permite estudiar ejemplares curiosos que de otra manera no habrían llegado a mi laboratorio. Un ejemplo es el de la imagen de arriba: un ¿cristal? de Arsénico elemental o ‘nativo’. Seguramente la mayoría de vosotros nunca ha visto el aspecto del arsénico. Pues aquí lo tenéis.

Llamamos ‘nativos’ a los elementos que aparecen en la Naturaleza en su estado de oxidación 0, es decir, en forma elemental. Este ejemplar es uno de los mejores que he visto, no por tamaño: es un cristal (aunque bastante deformado), algo que es poco frecuente para el elemento, y además aparece sobre Discrasita, una aleación natural de antimonio y plata. Esta asociación no es casual: en Geoquímica, estos tres elementos aparecen relacionados y suelen darse juntos en muchos minerales y yacimientos. Los tres son fáciles de reducir a su forma elemental, por lo que si las condiciones son adecuadas, lo que se dió en algunos yacimientos de Centro Europa, aparecen en esta forma. En este ejemplar están los tres elementos en su forma nativa y juntos, lo que lo hace bastante peculiar.

Además, es un ejemplar con historia: Fué extraído de una mina de plata de St. Andreasberg, en el Harz (Sajonia, Alemania), una zona de yacimientos clásicos de plata, muy conocida desde tiempos medievales, ahora agotadas y cerradas.

andreasberg
Mineros en la bocamina de una mina de plata de St. Andreasberg en 1892. Es posible que este ejemplar haya sido recogido por uno de estos señores. A mi la imagen me hace pensar en los enanos del Señor de los Anillos…¿es posible que una imagen como ésta inspirase a Tolkien para crearlos?. Foto de Leon Hupperich.

Este ejemplar, como digo, fué extraído de una mina de St. Andreasberg en algún momento del siglo XIX. Perteneció a un burócrata berlinés que coleccionaba minerales. Perdió la mayor parte de su colección, no está muy claro si durante al 1ª Guerra Mundial o durante un bombardeo de la 2ª Guerra Mundial. Pero este ejemplar se salvó y fué pasando de mano en mano, hasta que alguien reparó en este humilde cristal sub-metálico, gris casi negro y me lo envió a mi. Y, tal como parecía, era arsénico elemental. Tras su estudio, ahora mismo nuestro amigo está en manos de algún coleccionista estadounidense, hasta que vuelva a perderse. Asi es la vida: no hay una colección mineralógica que sobreviva completa mas de un siglo. ¡Quien tuviera ahora la colección de Plinio el Viejo, o de los hermanos Elhúyar!

Analizando el arsénico sin tocarlo

¿como analizar un ejemplar único como éste sin provocar ni un solo daño por pequeño que sea?. Muy fácil: usando la espectroscopía Raman, un tipo de espectroscopía molecular basada en la absorción de energía luminosa por parte de los enlaces entre átomos, que comienzan a vibrar, estirarse y doblarse y a emitir luz de frecuencia diferente a la usada para excitarlos. Esta luz emitida (infrarroja e invisible a los ojos), llamada dispersión Raman, proporciona información sobre los enlaces, composición y estructura del material. Pues bien, yo ilumino la muestra con un potente láser y determinamos la luz infrarroja emitida por la muestra en respuesta a ésa excitación: obtenemos un espectro Raman. 

El nombre Raman no tiene ningún misterio: se debe a Sir Chandrasekhara Venkata Raman (1888-1970), un físico experimental indio que, junto con su estudiante Kariamanickam Khrisnan, descubrió este efecto en los años 1920.

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Raman en su juventud, junto con uno de los espectrómetros que diseñó.

Raman y Khrisnan descubrieron la dispersión Raman confirmando una predicción del físico teórico austriaco Adolf Smekal sobre la dispersión inelástica de luz. Raman fué reconocido en 1930 con el premio Nobel por el descubrimiento, siendo el primer premio Nobel concedido a un asiático. ¿y Khrisnan? Bueno, parece que la relación entre ambos (como suele ocurrir entre doctorandos y sus directores de tesis) no fué del todo fluída. Si bien Raman en su discurso en Suecia reconocía la ayuda de Khrisnan (que fué también un gran físico), parece que, según los propios diarios de Khrisnan, el mérito estaba mas que bien concedido a su maestro y su contribución fué pequeña. A pesar de ello, hubo cierta polémica y para algunos el efecto debería haberse denominado “dispersion Smekal-Raman-Khrisnan”. En fin, es la parte oscura del trabajo científico. Al fin y al cabo son personas y siempre hay cosas complicadas…Lo que no se es si hay algo genético o hereditario en ésto del éxito científico: un sobrino de Raman, Subhramanyan Chandrasekhar fué un famoso astrofísico que también recibió un premio Nobel, en 1983. Espero que mi sobrino, el pobre, que quiere ser científico como su tío (contra la recomendación de sus padres, que me utilizan como muestra de que estudiar conduce al fracaso en la vida), no herede nada de ésto, porque, yo estoy en el extremo contrario al éxito…

La espectroscopía Raman remarca magníficamente bien la difusa barrera entre “metales” y “no metales”. Nuestro arsénico es un buen ejemplo: está justo en la parte “no metálica” de la clásica barrera:

psa_periodic_table_metals
Me gusta esta tabla, que he sacado de http://web.lincoln.k12.mi.us/buildings/hs/gurganus/psa_notes_day_21_periodic_table_coloring.html

Pues bien, los metales, por las características de sus enlaces, no producen dispersión Raman. Si intentamos obtener sus espectros, solo vemos una línea plana. Sin embargo, los “metaloides” y no metales, que poseen enlaces distintos (de naturaleza covalente), producen dispersión Raman, tanto mas fuerte cuanto mayor es el carácter “no metálico” del elemento. Así, el arsénico, como en el caso que estábamos investigando, produce un buen espectro Raman. Sin embargo, el antimonio, justo al otro lado de la barrera (y el material sobre el que se asienta el arsénico de nuestro caso), no produce espectro Raman. Cuanto mas nos alejamos de la barrera hacia los “no metales”, mejores dispersores Raman tenemos, como es el caso del fósforo, el selenio, el azufre o el carbono, que producen espectros Raman muy intensos.

Asi que ya veis que la Tabla Periódica, de nuevo, nos muestra su solidez y que no es casual que las cosas se ordenen como se ordenan.

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Esta entrada participa en la XXXI edición del Carnaval de Química, alojado en el blog ZTFNews

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