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FMF - Foro de Mineralogía Formativa
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Intercambio iónico
  
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María Jesús M.




Registrado: 04 Feb 2012
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MensajePublicado: 15 Nov 2013 13:11    Título del mensaje: Intercambio iónico  

Hola, he dudado mucho sobre el lugar en donde podría colgarse esto. Si consideráis que no es el idóneo, podéis cambiarlo sin problemas.
Por un lado, lo que muestro es el resultado de un simple experimento; por otro, este tipo de experimentos son los que nos enseñan la génesis de ciertos minerales.

El intercambio iónico es algo que se realiza con mucha frecuencia en la naturaleza. Por ejemplo, la mayor parte del carbonato precipitado en los océanos es carbonato de calcio (procedente de las conchas de los moluscos). Sin embargo, ese calcio se intercambia con facilidad por el magnesio que está disuelto en el océano, y ese es el origen de la mayor parte de las dolomías del planeta.

También sabemos que el calcio del aragonito puede intercambiarse con el cobalto, lo que es útil para diferenciar la calcita del aragonito: https://www.foro-minerales.com/forum/viewtopic.php?p=73601#73601

Por supuesto el calcio puede intercambiarse fácilmente con otros metales. Hace tiempo expuse el resultado de un experimento en el que el calcio de la calcita se intercambia con el cobre, a través de la reacción:

Carbonato-Ca + sulfato-Cu = carbonato-Cu + sulfato-Ca

En la foto 1 tenéis el resultado de esa reacción directa (el tono azul o verde del carbonato de cobre se consigue modificando el pH).
¿Hasta dónde llega el intercambio?; es decir, se trata de una sustitución superficial o, por el contrario, el cobre penetra en el interior de la calcita desplazando el calcio.

Para resolver el tema, cogí una pieza similar a la de la foto 1, la metí en sosa en caliente, para formar una capa de óxido de cobre negro superficial, lavé y sequé la pieza, y volví a introducirla en un baño (neutro) de sulfato de cobre puro (sin nada de calcio) durante 2 meses.
El resultado es el que veis en las fotos siguientes: en efecto, el cobre de la disolución continuó desplazando el calcio del interior de la pieza, cristalizando un yeso puro en superficie.

¿Qué interés puede tener esto? Bueno pues… puede explicarnos, por ejemplo, el origen del yeso asociado a los depósitos de sulfuros metálicos: El sulfuro se transforma en sulfato metálico y éste es arrastrado por el agua que discurre por rocas de carbonato, desplazando su calcio y formando yeso con él.

A mi me parece un resultado atractivo.



CIMG2321.jpg
 Descripción:
Resultado de un intercambio Ca-Cu directo.
Se forma una costra superficial de carbonato de cobre.
 Visto:  8034 veces

CIMG2321.jpg



CIMG2302 - Versión 2.jpg
 Descripción:
calcita recubierta por óxido de cobre sobre el que han crecido cristales de yeso, formados a expensas del calcio de la calcita.
longitud de los cristales de yeso de hasta 5 mm.
 Visto:  8032 veces

CIMG2302 - Versión 2.jpg



CIMG2304.jpg
 Descripción:
calcita recubierta por óxido de cobre sobre el que han crecido cristales de yeso, formados a expensas del calcio de la calcita.
longitud de los cristales de yeso de hasta 5 mm.
 Visto:  8039 veces

CIMG2304.jpg



CIMG2302.jpg
 Descripción:
calcita recubierta por óxido de cobre sobre el que han crecido cristales de yeso, formados a expensas del calcio de la calcita.
longitud de los cristales de yeso de hasta 5 mm.
 Visto:  8044 veces

CIMG2302.jpg


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Paolo Cazzari




Registrado: 03 Dic 2012
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MensajePublicado: 15 Nov 2013 13:50    Título del mensaje: Re: Intercambio iónico  

Que resultado mas bonito!

Paolo.
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Fernando Gascón




Registrado: 08 Dic 2012
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MensajePublicado: 15 Nov 2013 14:04    Título del mensaje: Re: Intercambio iónico  

Excelente, me encanta el experimento. Gracias por compartirlo con todos nosotros.

Fernando
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arturo shaw




Registrado: 20 Ene 2008
Mensajes: 1591


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MensajePublicado: 15 Nov 2013 14:29    Título del mensaje: Re: Intercambio iónico  

A mi me ha gustado mucho también, pero no nos has dado todas las reacciones...

Veo dos cristalitos marrones en la última foto ¿sabes de qué son?

Gracias

Arturo
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Lluís




Registrado: 24 Oct 2006
Mensajes: 1068

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MensajePublicado: 15 Nov 2013 14:33    Título del mensaje: Re: Intercambio iónico  

Buenas

Hasta donde servidor ha leído, la dolomita no se forma por intercambio iónico, si no por acción de bacterias.
https://blogs.scientificamerican.com/history-of-geology/2012/06/21/the-mysterious-microbial-origin-of-the-dolomite-mountains/
(enlace normalizado por FMF)

Lo del yeso de yacimientos de sulfuros, siempre había oído que se formaba ácido por la oxidación del sulfuro y este formaba el yeso si había calcita (o aragonito...) u otras cosas dependiendo de lo que anduviera por allí.
Por lo demás, me apareció el nombre del mensaje como intercambio *irónico*, que me dejó más bien, digamos que podrido....

Gracias a los administradores que ya lo arreglaron....
Los suizo hacen los relojes,,,,pero los administradores, las horas!

Un saludo

Lluís
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María Jesús M.




Registrado: 04 Feb 2012
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MensajePublicado: 17 Nov 2013 21:07    Título del mensaje: Re: Intercambio iónico  

Me alegra que os haya gustado a la mayoría.

Lo de intercambio “irónico” se mantuvo sólo unos segundos, me di cuenta y lo corregí de inmediato.

Arturo los cristalitos marrones no deberían estar ahí, porque puse una calcita (aparentemente pura) en sulfato de cobre (puro de laboratorio), después sosa (pura de laboratorio). Sin embargo, a tenor del resultado del experimento que expongo abajo, sospecho que la calcita poseía impurezas de hierro, que fue desplazado por el cobre, migrando a la superficie de la pieza, posiblemente como sulfato de hierro o sulfato mixto de hierro y calcio.

Luis el trabajo que presentas es muy interesante, y es cierto que los microorganismos son un factor esencial en un gran número de transformaciones minerales. Pero yo me refería simplemente a la dolomitización (sustitución de calcio por magnesio en las rocas carbonatadas), que es un proceso muy conocido y ampliamente documentado.

En relación a la formación de yeso en los depósitos de sulfuros:
1.- el sulfuro pasa a ácido sulfúrico (por acción de los microorganismos), pero el sulfúrico es un ácido muy reactivo y “no camina solo”, dado que se forma en los sulfuros (de metales de transición) el ácido arrastra esos metales con él (como sulfatos solubles).
2.- todos los sulfatos de los metales de transición (Fe, Cu, Co, etc.) son ácidos y su primer encontronazo con la calcita produce efervescencia y disolución parcial; evidentemente, esa disolución arrastra el calcio de la calcita como sulfato de calcio.
Esa es la razón por la que en mis experimentos formo el recubrimiento de óxido de cobre y lavo y seco la pieza bien, antes de someterla al baño de sulfato de cobre final: asegurarme de que no hay calcio en la disolución.

Lo único que sumo a ese panorama general es: si el carbonato continúa en contacto con el sulfato, se sigue produciendo el intercambio iónico en profundidad (que es lo que aprecio en mis experimentos), liberándose de esta forma mucho más calcio que el liberado con la simple disolución inicial.
Francamente, creo que carbonatos como la siderita, la azurita o la malaquita, que se encuentran cercanos a los yacimientos de sulfuros, deben haberse formado por mecanismos de intercambio iónico muy similares a los que expuse en mi experimento. De todos modos, no pretendo “sentar cátedra”, lo que digo es una simple hipótesis basada en la observación.

Para completar, os muestro el resultado de otro experimento.

Partí de una calcita que tenía impurezas de hierro y la traté como en el caso anterior: unos días con sulfato de cobre (para recubrirla de carbonato de cobre), seguido de un hervor con sosa (para formar el óxido de cobre), lavado y secado de la pieza. Y, por último, la dejé en un baño de sulfato de cobre puro durante dos meses.
La diferencia con el experimento anterior es que aquí no neutralicé el sulfato de cobre, por lo que la mayor parte del óxido negro se disolvió pasando a la disolución de sulfato. Lo que se ve:
1.- Los materiales verdosos son mayoritariamente carbonatos de cobre.
2.- El calcio se sustituyó por cobre en profundidad y ha salido al exterior formando yeso.
3.- El hierro de las impurezas de la calcita ha sido desplazado por el cobre, migrando a la superficie en donde está como sulfatos y carbonatos (probablemente mixtos con hierro/calcio o/y hierro/cobre). Parece que el hierro es el causante de los cristalitos marrones que comentaba Arturo y de las bolitas amarillentas que podéis ver en las últimas fotos.
4) Los tonos oscuros son restos del óxido de cobre inicial con algo de hierro.

Desde luego, bonito ha quedado muy bonito, pero ni yo me atrevo a asegurar lo que es cada cosa. Lo que si puedo asegurar es que el intercambio ha progresado en profundidad.



CIMG2307 - Versión 2.jpg
 Descripción:
Experimento 3
Aspecto general: recubrimiento de carbonatos de cobre.
Pieza de calcita impurificada por hierro 2 x 2 x 2 cm
 Visto:  7720 veces

CIMG2307 - Versión 2.jpg



CIMG2309 - Versión 3.jpg
 Descripción:
Experimento 3
Pieza de 2 x 2 x 2 cm
Se observan restos del oxido de cobre oscuro (con algo de hierro)
 Visto:  7720 veces

CIMG2309 - Versión 3.jpg



CIMG2310.jpg
 Descripción:
Experimento 3 detalle de una "geodilla" de carbonatos de cobre, con cristales de yeso blanco.
Ancho de imagen 1 cm.
 Visto:  7761 veces

CIMG2310.jpg



CIMG2308.jpg
 Descripción:
Detalle de los cristales de yeso
Ancho de imagen 1 cm.
 Visto:  7738 veces

CIMG2308.jpg



CIMG2305 - Versión 2.jpg
 Descripción:
Detalle de compuestos de hierro.
Ancho de imagen 1,5 cm.
 Visto:  7714 veces

CIMG2305 - Versión 2.jpg



CIMG2309.jpg
 Descripción:
Detalle de compuestos de hierro y del carbonato de cobre.
Ancho de imagen 1,5 cm.
 Visto:  7718 veces

CIMG2309.jpg



CIMG2307.jpg
 Descripción:
Detalle de los cristales de yeso y de los supuestos sulfatos de hierro.
ancho de imagen 1,5 cm.
 Visto:  7722 veces

CIMG2307.jpg



CIMG2305.jpg
 Descripción:
Detalle de los cristales de yeso y de los supuestos sulfatos de hierro.
Ancho de imagen 1,5 cm.
 Visto:  7725 veces

CIMG2305.jpg


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Emilio Téllez




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MensajePublicado: 18 Nov 2013 21:15    Título del mensaje: Re: Intercambio iónico  

Muy interesantes esos experimentos, aunque en la naturaleza son más complicados. Y¿de donde proviene el cobre y el resto de metales que forman los sulfuros en tu experimento?.

Por cierto, la formación de la dolomía, preciosa roca con aspecto sacaroso se forma a partir de sedimentos carbonatados afectados por flujos de aguas subterránas, generalmente en el tránsito y en las variaciones de agua dulce-agua salada, al menos esta es una de las teorías que me explicaron hace unos 30 años, no sé si habrá cambiado la cosa.

Todos esos minerales secundarios, de oxidación, carbonatación, hidratación se forman a partir de los sulfuros (habrá que explicar también por que estos están ahí) cuando cambian las condiciones del entorno, como por ejemplo la atmósfera, las aguas subterráneas. Existe un yacimiento típico de esta naturaleza, el "Gossan", que es como una especie de montera o gorro superficial sobre un yacimiento generalmente de sulfuros. Estas zonas de alteración son a veces más interesante desde el punto de vista de los yacimientos minerales ya que en ellas se acumulan metales preciosos como el oro y la plata. En España tenemos algunos ejemplos como Rio Tinto, donde esta zona puede tener un espesor de 40 o 50 m. En los últimos años de explotación cuando visité estas minas creo que rea lo único que explotaban (y las escombreras).
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María Jesús M.




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MensajePublicado: 19 Nov 2013 21:04    Título del mensaje: Re: Intercambio iónico  

Emilio Téllez escribió:
.../...en la naturaleza son más complicados. Y¿de donde proviene el cobre y el resto de metales que forman los sulfuros en tu experimento?.


Desde luego Emilio, es imposible imitar a la naturaleza metiendo una piedra en un frasco de vidrio con una disolución química;)) pero cogiendo recortes de aquí y allá nos vamos aproximando al sistema real.
Fíjate que una de las grandes diferencias entre las piezas que he puesto es el pH de la disolución final: neutro para la negra y ligeramente ácido para la que llamé experimento 3. Sin embargo, en la naturaleza, el pH puede variar entre estos márgenes con la lluvia, la sequía, el cambio en el curso de un río, etc.

En estos experimentos el único mineral natural que he usado es la piedra base (calcita pura o calcita impurificada con algo de Mg/Fe). En relación a los sulfuros, me acordé de los sulfatos que se forman (a expensas de los sulfuros) en Riotinto y utilicé directamente una disolución de sulfato de cobre de laboratorio. El único sulfuro que he usado fue un poco de ácido sulfhídrico (puro de laboratorio) que usé para neutralizar la disolución en donde metí la piedra negra (en realidad el color negro se debe a una mezcla de óxido/sulfuro de cobre).

De todos modos, la verdad es que en mi primer experimento lo que pretendía obtener era algo que se pareciese a la azurita o la malaquita, de hecho dejé la calcita en la disolución durante un mes para ver si empezaba a parecerse a la malaquita. No lo conseguí, pero en esa primera muestra ya aparecieron los cristalitos de sulfato de calcio (yeso para entendernos)… en fin que me surgieron un montón de preguntas, un montón de ideas… en este momento tengo media docena de botes de vidrio con distintos experimentos, reposando en el alféizar de una ventana ;).

Todo esto no son sino experimentos caseros que realizo los fines de semana como entretenimiento. Si vuelve a salirme algo digno de mención os lo mostraré.
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Emilio Téllez




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MensajePublicado: 19 Nov 2013 21:27    Título del mensaje: Re: Intercambio iónico  

María Jesús, yo también pasé por esto, hubo una época que tenía tarros con disoluciones por todos sitios de la casa, haciendo crecer los cristales. Ahora fundo metales y hago aleaciones, me gustaría convertir el plomo en plata o en oro, si encontrara la famosa sustancia X...
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