Síntesis y reactividad de minerales del grupo de la dolomita y fases análogas

Resumen

La dolomita es un mineral carbonático de calcio y magnesio ubicuo en la corteza terrestre. Después de la calcita es el segundo mineral carbonático más común. La dolomita se ha intentado sintetizar en el laboratorio en condiciones de presión y temperatura ambiente sin éxito. Esto se conoce como el problema de la dolomita. Esta tesis doctoral constituye una nueva contribución a la futura resolución del problema de la dolomita. En ella se presenta: (I) un estudio de los procesos de formación a presión y temperatura ambiente de minerales tipo dolomita y fases análogas y (II) un estudio de la reactividad de las superficies (10.4) de cristales de dolomita y kutnohorita en contacto con soluciones acuosas sobresaturadas con respecto a diferentes carbonatos simples (calcita, otavita, esferocobaltita y zabuyelita). El estudio de los procesos de formación de minerales tipo dolomita y fases análogas se realizó utilizando metodologías diferentes. Mediante la maduración de precipitados producidos por mezcla de soluciones acuosas se consiguió la síntesis de las fases norsethita y carbonato de plomo-magnesio, además de la síntesis de los carbonatos dobles de calcio-magnesio, bario-calcio y cadmio-magnesio sin ordenamiento catiónico. Además, se sintetizó norsethita en experimentos de maduración de fases sólidas precursoras en suspensión en soluciones acuosas carbonatadas. La síntesis de dolomita no se consiguió mediante ninguna de las metodologías utilizadas. El estudio de la reactividad de las superficies (10.4) de dolomita y kutnohorita se realizó promoviendo el crecimiento a partir de soluciones acuosas de distintas fases sobre dichas superficies. Este crecimiento fue estudiado mediante microscopía de fuerzas atómicas (AFM) combinado con el estudio nanotribológico de las fases formadas. El crecimiento de la calcita, la otavita y la esferocobaltita se comprobó que era de tipo epitaxial, mostrando un perfecto paralelismo entre las redes cristalinas de las fases sobrecrecidas y los sustratos (dolomita y kutnohorita). El estudio nanotribológico realizado posteriormente permitió cuantificar la adhesión entre sobrecrecimientos y substratos (calcita sobre dolomita y kutnohorita) y la respuesta friccional entre los carbonatos y la punta del AFM. Las principales conclusiones obtenidas en esta tesis doctoral han sido: (I) Los procesos de formación y ordenamiento catiónico que dan lugar a las fases tipo dolomita y a los compuestos análogos estudiados tienen distintas cinéticas dependiendo de la relación entre el tamaño de los cationes que los componen. (II) La deshidratación de los iones magnesio no parece ser el factor principal de la inhibición en la formación de dolomita en el laboratorio a temperatura ambiente, ya que la norsethita y el carbonato de plomo-magnesio han logrado ser sintetizados en un periodo de tiempo corto bajo las mismas condiciones. (III) Se han identificado distintos caminos de reacción para la formación de norsethita y carbonato de plomo-magnesio. (IV) Las características del crecimiento de los carbonatos monocatiónicos sobre las superficies (10.4) de dolomita y kutnohorita está determinado, principalmente, por los desajustes reticulares entre los sobrecrecimientos y los substratos. (V) La nucleación de los carbonatos monocatiónicos se ve afectada por el proceso de barrido mediante la punta del AFM de las superficies (10.4) de dolomita y kutnohorita, inhibiendo, por ejemplo, el crecimiento de la calcita y favoreciendo el de zabuyelita. (VI) Los sobrecrecimientos promovidos tienen distintos comportamientos nanotribológicos. La otavita y la esferocobaltita presentan una mayor fricción que los substratos sobre los que crecen y la zabuyelita presenta valores de fricción menores que los de los substratos. Mediante la nanomanipulación de islas de calcita sobre los substratos empleados se ha observado que el esfuerzo de cizalla necesario para separar las islas de calcitaes menor sobre dolomita (10.4) que sobre kutnohorita (10.4).