La “prueba del ácido” para los minerales carbonatados y las rocas carbonatadas
Ácido clorhídrico en la piedra caliza: Este vídeo demuestra lo que ocurre cuando se coloca una gota de ácido clorhídrico diluido (10%) en un trozo de piedra caliza. Se recomienda utilizar gafas y guantes de protección para realizar la prueba del ácido.
¿Qué es la prueba del ácido?
Para la mayoría de los geólogos, el término “prueba del ácido” significa colocar una gota de ácido clorhídrico diluido (5% a 10%) sobre una roca o mineral y observar si se liberan burbujas de gas de dióxido de carbono. Las burbujas señalan la presencia de minerales carbonatados como la calcita, la dolomita o uno de los minerales enumerados en la Tabla 1.
La liberación de burbujas de gas de dióxido de carbono puede ser tan débil que se necesita una lente de mano para observar burbujas individuales que crecen lentamente en la gota de ácido clorhídrico, o tan vigorosa que se produce un destello de efervescencia. Estas variaciones en el vigor de la efervescencia son el resultado del tipo de minerales carbonatados presentes, la cantidad de carbonato presente, el tamaño de las partículas del carbonato y la temperatura del ácido.
Ácido clorhídrico sobre piedra caliza: Este vídeo demuestra lo que ocurre cuando se coloca una gota de ácido clorhídrico diluido (10%) sobre un trozo de piedra caliza. Se recomienda utilizar gafas y guantes de protección para realizar la prueba del ácido.
Magnesita: El mineral magnesita, que tiene una composición química de MgCO3, tendrá una efervescencia débil con ácido clorhídrico caliente y muy débil con ácido frío. El espécimen mide unos 6,4 cm de diámetro.
¿Qué causa la efervescencia?
Los minerales carbonatados son inestables en contacto con el ácido clorhídrico. Cuando el ácido empieza a hacer efervescencia (fizz) en una muestra, se está produciendo una reacción similar a la que se muestra a continuación.
En el lado izquierdo de esta reacción, el mineral calcita (CaCO3) está en contacto con el ácido clorhídrico (HCl). Estos reaccionan para formar gas de dióxido de carbono (CO2), agua (H2O), calcio disuelto (Ca++) y cloro disuelto (Cl–). Las burbujas de dióxido de carbono que observas son la prueba de que la reacción está teniendo lugar. Cuando esto ocurre, la calcita u otro mineral de carbonato está presente.
Muchos otros minerales de carbonato reaccionan con el ácido clorhídrico. Cada uno de estos minerales está formado por uno o más iones metálicos combinados con un ion carbonato (CO3–). La química de estas reacciones es similar a la reacción de la calcita anterior. El mineral reacciona con el ácido clorhídrico para producir gas de dióxido de carbono, agua, un ion metálico disuelto y cloro disuelto. A continuación se muestran las reacciones de la magnesita (MgCO3) y la siderita (FeCO3).
Calcita: Este espécimen transparente de calcita muestra el clivaje característico del mineral. La calcita, con una composición de CaCO3, reacciona fuertemente con el ácido clorhídrico frío o caliente. El espécimen mide unos 10 cm de ancho.
Reacciones ácidas de los minerales carbonatados
El vigor de las reacciones de los carbonatos
La observación cuidadosa es importante porque algunos minerales carbonatados reaccionan vigorosamente y otros apenas reaccionan con el ácido frío.
El mineral de carbonato más comúnmente encontrado por los geólogos es la calcita (CaCO3). La calcita es un mineral “ubicuo”. Ubicuo significa “que se encuentra en todas partes”. La calcita se encuentra en rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias y es el mineral de carbonato más comúnmente encontrado. Si se coloca una gota de ácido clorhídrico frío sobre la calcita, toda la gota de ácido hará erupción con burbujas y una efervescencia vigorosa que durará unos segundos.
La dolomita CaMg(CO3)2 es otro de los minerales carbonatados más comunes. Si se coloca una gota de ácido clorhídrico frío sobre un trozo de dolomita, la reacción es débil o no se observa. En lugar de ver una efervescencia obvia, verá una gota de ácido en la superficie del mineral que podría tener algunas burbujas de gas de dióxido de carbono creciendo lentamente en la superficie de la dolomita.
Sin embargo, si se coloca ácido caliente sobre la dolomita, se producirá una efervescencia evidente. Esto ocurre porque el ácido y la roca reaccionan más vigorosamente a temperaturas más altas.
Si se coloca una gota de ácido clorhídrico sobre dolomita en polvo, se producirá una reacción visible. Esto se debe a que la superficie ha aumentado, haciendo que haya más dolomita disponible para el ácido. (Se puede hacer fácilmente polvo de dolomita rayando un espécimen de dolomita en una placa de rayado. A continuación, pruebe el polvo colocando una gota de ácido clorhídrico sobre el polvo. Otra forma fácil de producir una pequeña cantidad de polvo mineral es rayar el espécimen con un clavo).
Los diferentes minerales carbonatados tienen diferentes respuestas al ácido clorhídrico. En la tabla 1 se ofrece una lista de minerales carbonatados comunes y ocasionales con su composición química y su reacción relativa con el ácido clorhídrico frío y caliente.
Cuando un mineral tiene una respuesta débil al ácido, hay que ser observador y paciente para verlo. Por ejemplo, la magnesita tiene una reacción muy débil con el HCl frío. Si se espolvorea una pequeña cantidad de magnesita en una placa de rayas y se coloca una gota de ácido sobre ella, es posible que no se vea ninguna acción durante varios segundos. Entonces, cuando se empiecen a formar pequeñas burbujas en las partículas de magnesita, la gota de ácido parecerá aumentar de tamaño. Eso ocurre cuando el dióxido de carbono se libera del mineral y desplaza al agua. Observar la formación de burbujas con una lupa puede ser útil.
Dolostona: La dolostona es una roca sedimentaria compuesta principalmente por el mineral dolomita, que tiene una composición química de CaMg(CO3)2. La dolomita presenta una débil efervescencia con el ácido clorhídrico frío, produciendo algunas burbujas. La reacción es más notable cuando el ácido está caliente y/o la piedra está pulverizada. El espécimen de la foto tiene unos 10 cm de diámetro.
La prueba del ácido en las rocas
CALIZA, DOLOSTONA Y MÁRMOL
Algunas rocas contienen minerales de carbonato, y la prueba del ácido puede utilizarse para ayudar a identificarlas. La piedra caliza está compuesta casi en su totalidad por calcita y producirá una efervescencia vigorosa con una gota de ácido clorhídrico. La dolomía es una roca compuesta casi en su totalidad por dolomita. Producirá una efervescencia muy débil cuando se le coloque una gota de ácido clorhídrico frío, una efervescencia más evidente cuando se pruebe la dolomía en polvo y una efervescencia más fuerte cuando se utilice ácido clorhídrico caliente.
La caliza y la dolomía pueden ser un poco más complejas. A veces están compuestas por una mezcla de calcita y dolomita y tienen reacciones ácidas que son engañosas. Una dolomita puede contener suficiente calcita como para engañar diciendo que es una caliza. En el caso de estas rocas, la prueba del ácido puede no ser suficiente para una identificación segura, pero al menos sabrá que la roca tiene un contenido significativo de minerales carbonatados.
El mármol es una caliza o una dolomía que ha sido metamorfoseada. Tendrá una reacción ácida similar a la de la caliza o dolomía de la que se formó.
Otras aplicaciones de la “prueba del ácido”: Los geólogos pueden utilizar el ácido clorhídrico diluido para ayudar a identificar el agente cementante de las areniscas. Colocan una gota de HCl diluido sobre la arenisca y la observan detenidamente. Si la calcita es el agente cementante, se producirá una efervescencia y algunos de los granos de arena podrían liberarse. Para realizar las observaciones se utiliza una lente de mano o un pequeño microscopio. La foto de arriba es una vista ampliada de un trozo de arenisca de Oriskany, una unidad de roca de la edad del Ordovícico de la cuenca de los Apalaches que sirve como depósito de gas natural y como unidad de almacenamiento de gas natural. La arenisca Oriskany suele estar cementada por calcita.
OTRAS ROCAS QUE FIZAN
Recuerde siempre que “la calcita es ubicua”. (Ubicua significa que se encuentra en casi todas partes).
Muchas rocas contienen pequeñas cantidades de calcita u otros minerales carbonatados. Todas ellas pueden producir una efervescencia aunque el carbonato sea sólo una parte menor de la composición de la roca. Estas rocas pueden contener pequeñas vetas o cristales de minerales de carbonato que producen efervescencia en contacto con el ácido. Estas vetas y cristales pueden ser tan diminutos que no son visibles a simple vista. Esta pequeña cantidad de carbonato puede burbujear la primera vez que se aplica una gota de ácido, pero se agota y no burbujea si se aplica ácido por segunda vez en el mismo lugar de la roca.
Algunas rocas sedimentarias están unidas con cemento de calcita o dolomita. La arenisca, la limolita y el conglomerado a veces tienen cemento de calcita que producirá una efervescencia vigorosa con el ácido clorhídrico frío. Algunos conglomerados y brechas contienen clastos de rocas carbonatadas o minerales que reaccionan con el ácido.
Muchos esquistos se depositaron en ambientes marinos y contienen suficiente carbonato cálcico para producir una efervescencia ácida vigorosa. Estos esquistos se formaron cuando el lodo se depositó en un entorno similar o adyacente a donde se formó la caliza. Se componen de minerales arcillosos sedimentarios entremezclados con una pequeña cantidad de calcita. Se conocen como “esquistos calcáreos”.
No permita que una efervescencia ácida guíe el proceso de identificación. En muchos casos, por el contrario, añadirá detalles a su observación, como por ejemplo “ esquisto calcáreo ” o “arenisca con cemento carbonatado .” Esta es una información valiosa.
Puede utilizarse vinagre para la prueba del ácido: El vinagre puede ser un “ácido” seguro, económico y fácil de obtener para identificar la calcita y la dolomita. El vinagre es un ácido acético diluido que produce una reacción muy débil con la calcita y la dolomita, que se observa mejor con una lupa.
La “prueba del vinagre”
REACCIONES ÁCIDAS EXTREMAS
Unas pocas rocas pueden producir una reacción extrema con el ácido clorhídrico. Suelen ser rocas compuestas por calcita o aragonito con abundante espacio de poros o áreas superficiales extremadamente altas. Algunos especímenes de tiza, coquina, oolita y toba son ejemplos. Cuando se coloca una gota de ácido clorhídrico diluido sobre estos especímenes, una erupción de espuma ácida puede surgir de la roca y extenderse hasta un diámetro inesperado. La reacción es muy breve (y puede no ser repetible), pero es tan repentina y vigorosa que puede sorprender a una persona inexperta. Esta descripción es para una gota de ácido. Si se utiliza más, se producirá una reacción aún más vigorosa. (Estas reacciones extremas no se producen con todos los ejemplares de estas rocas. Sea consciente cuando las pruebe o las presente a los estudiantes para que las prueben).
La reacción extremadamente vigorosa del ácido clorhídrico frío con estos especímenes ocurre porque las rocas son muy porosas o porque tienen una superficie muy alta bajo una sola gota de ácido.
ENSAYO DE MATERIAL NO AGOTADO
La calcita y otros minerales carbonatados tienen una baja resistencia a la intemperie y pueden ser atacados por los ácidos de las aguas y suelos naturales. Cuando se analiza el material que ha sido expuesto en la superficie de la Tierra, es muy importante analizar el material no meteorizado. Normalmente se puede obtener una superficie fresca rompiendo la roca.
¡ENGAÑO POR LA POROSIDAD!
Algunas rocas son porosas y contienen un depósito de aire. Pequeñas cantidades de aire que se escapan en una gota de ácido desde abajo pueden dar la apariencia de una suave reacción ácida. No se deje engañar. Si coloca una gota de ácido sobre algunas areniscas, saldrán algunas burbujas de los espacios porosos. No se trata de un cemento carbonatado. Para evitar este problema rasca la roca sobre una placa de rayas y prueba el polvo o los granos que se producen.
La mejor manera de aprender sobre los minerales es estudiar con una colección de pequeños especímenes que puedas manejar, examinar y observar sus propiedades. En la tienda de Geology.com hay colecciones de minerales baratas.
La contaminación en los laboratorios de identificación de minerales
Cuando los estudiantes reciben minerales para identificar, hay dos situaciones que pueden causar problemas en su trabajo.
1) En los laboratorios de identificación de minerales, algunos estudiantes están dispuestos a llamar “calcita” u otro carbonato a cualquier mineral que produzca una reacción ácida. Sin embargo, la calcita es un mineral omnipresente y a menudo está presente como parte íntima de otros especímenes minerales y rocas. Éstas pueden producir una falsa reacción ácida. Para evitar ser engañados, siempre se debe advertir a los estudiantes que confirmen la identidad de un espécimen con múltiples propiedades. Si un espécimen efervesce con el ácido, pero tiene una dureza Mohs de siete y se rompe con una fractura concoidea, ¡sin duda no es calcita!
Dependiendo de la experiencia de los estudiantes, se pueden presentar a la clase especímenes que son muy fieles a sus propiedades, o se pueden utilizar especímenes con algunos desafíos. Muchos minerales encontrados en el campo no serán absolutamente fieles a sus propiedades. Es mejor aprender esa lección en el laboratorio y salir al campo con sabiduría.
2) Dado que la calcita es uno de los minerales índice de la escala de dureza de Mohs, a menudo se utiliza para probar la dureza de los especímenes minerales. Esto puede colocar pequeñas cantidades de calcita potencialmente en cada espécimen desconocido en el laboratorio! No asuma que una sola reacción ácida es correcta. Pruebe el espécimen en un segundo lugar si sospecha que se ha producido una contaminación.
En un laboratorio de identificación de minerales, la barita se confunde comúnmente con la calcita debido a la contaminación. La barita puede contener naturalmente pequeñas cantidades de calcita, o la prueba de dureza de un estudiante anterior puede haber dejado pequeñas cantidades de calcita en un espécimen de barita.Los estudiantes a menudo se sienten atraídos por una identificación como “calcita” simplemente por la prueba de ácido. Si ese mineral muestra un poco de escisión y no es muy duro, entonces muchos estudiantes llegarán a una identificación incorrecta.
Seguridad en la prueba del ácido
Limitar el uso frívolo del ácido en los laboratorios
La mayoría de los estudiantes están intrigados con la prueba del ácido y quieren probarla. Para limitar el uso frívolo del ácido, se debe instruir a los estudiantes para que utilicen una sola gota de ácido para la prueba y para que sólo analicen las muestras cuando se sospeche de minerales carbonatados. Si no se hace así, algunos alumnos utilizarán el ácido frívolamente. Este comportamiento se fomenta si el aula está equipada con grandes botellas de ácido que se llenan hasta arriba. Sin embargo, si los frascos de ácido son pequeños y están casi vacíos al comienzo de la clase, los alumnos suelen racionar su uso del ácido a cantidades adecuadas. Las botellas pequeñas y casi vacías hacen que haya menos ácido disponible para derramar.
Botellas dispensadoras de ácido: Las botellas dispensadoras de ácido pequeñas funcionan bien para la prueba de ácido. Dispensan el ácido gota a gota y no se derraman si se golpean. Si usted es un profesor que supervisa la prueba del ácido en un aula, dé a los estudiantes botellas pequeñas que estén casi vacías. Así se reducirá el uso frívolo de ácido que podría producirse de otro modo. Etiquete las botellas claramente e instruya a los estudiantes en el uso del ácido antes de ponerlas a su disposición.
Selección de la botella de ácido
El tipo de botella seleccionado para dispensar el ácido es importante. Las tiendas de suministros de laboratorio venden frascos que están diseñados para dispensar el ácido gota a gota. La tapa siempre está en estos frascos (excepto cuando se están limpiando o rellenando), y no producen un derrame cuando se vuelcan. Los frascos con tapa removible que tienen un dispensador de bombillas se volcarán ocasionalmente cuando la tapa esté abierta si son utilizados por personas normales.
Los frascos dispensadores de ácido deben ser de plástico rígido con una pequeña abertura que permita dispensar fácilmente el ácido de una en una. Las botellas blandas o con una abertura mayor pueden dispensar una gran cantidad de ácido con un apretón accidental.
Fuentes de ácido clorhídrico
El ácido clorhídrico diluido en una solución al 10% no se puede comprar en la mayoría de las comunidades. El mejor lugar para comprar soluciones preparadas comercialmente es una empresa de suministros de laboratorio. La forma recomendada de obtenerlo es comprarlo listo para su uso. No intente preparar su propia solución si no sabe exactamente lo que está haciendo y tiene un laboratorio equipado. Su departamento de química podría ayudarle a pedir el ácido. Algunos químicos generosos le prepararán una solución al 10%.
Especímenes minerales como “consumibles”
Los especímenes minerales que se utilizan adecuadamente en el aula de ciencias o en el laboratorio necesitarán ser reemplazados con frecuencia.Los estudiantes los investigarán con pruebas de dureza, pruebas de rayas, pruebas de ácido y otros experimentos. Todas estas pruebas dañan el espécimen y lo hacen menos apto para el siguiente grupo de estudiantes. Para evitar que la prueba del ácido ensucie toda su colección, pida a los estudiantes que enjuaguen los especímenes después de realizar la prueba con ácido y limite la prueba sólo cuando sea necesario.
