La couleur de la sphalérite

[Invité redsun]

Hello tout le monde,

Hum une petite expérience cet après midi me laisse penser que la couleur de la sphalérite peut changer sous l'effet d'une forte chaleur.

Est ce possible dans son cas ou c'est un effet quelconque qui me fait croire le contraire ?

On sait que bcp de minéraux réagissent plus ou moins bien aux traitements thermiques mais la blende en fait elle partie ?

Merci de vos réponses.

[1frangin]

http://www.geowiki.fr/index.php?title=Sphal%C3%A9rite

[Lionel-R]

Il serait intéressant que tu donnes plus de détails sur tes observations. Qu'elle est la couleur de départ, la couleur à l'arrivée ? Le changement de couleur est il permanent ? Le cristal est il resté intègre lors chauffage ? As tu une idée de la température atteinte ? Si non quel est ton moyen de chauffe ? Ça fait pas mal de questions mais pour comprendre le thermochromisme d'un composé il faut plus de précisions...

[Papyfred]

Salut David !

Mêmes questions que Lionel ! Plus : chauffage dans le noir ? ou dans la lumière ? si oui, quel type de lumière ? et quelle intensité ? À+

[Invité redsun]

Il serait intéressant que tu donnes plus de détails sur tes observations. Qu'elle est la couleur de départ, la couleur à l'arrivée ? Le changement de couleur est il permanent ? Le cristal est il resté intègre lors chauffage ? As tu une idée de la température atteinte ? Si non quel est ton moyen de chauffe ? Ça fait pas mal de questions mais pour comprendre le thermochromisme d'un composé il faut plus de précisions...

Salut David !

Mêmes questions que Lionel ! Plus : chauffage dans le noir ? ou dans la lumière ? si oui, quel type de lumière ? et quelle intensité ? À+

Hello,

Alors pour la couleur de départ, noire comme on la trouve très souvent dans le Sud de la France (Oui, d'ailleurs il et ou ce fichu Sud ) sur un encaissant que je ne saurais définir.

La couleur d'arrivée est rouge foncé et est effectivement permanente depuis le chauffage sur une gazinière. Je n'ai que ça sous la main pour arriver à dépasser les 400°C. Par ailleurs, pas de thermomètre pour connaitre la température constante.

Les cristaux sont intactes, ils n'ont pas éclaté sous l'effet de la flamme et très étonnamment, ça m'a permis même de cramé une partie de la gangue dans laquelle étaient cachés d'autre cristaux (petits chenapans).

Quant à l'éclairage, bien que je sois certain que pour ce cas il n'y ai aucune incidence, lumière du jour.

Voilou

Ps, je reviens plus tars, j'ai des choses sur le feu

[mineralparangon]

La couleur d'arrivée est rouge foncé

çà sent la fin de la méthode au célèbre Hg' o' Cr.

[Lionel-R]

A la lumière de toutes ces données, il est sans doute possible de donner une interprétation.

La sphalérite noire doit sa couleur au ferII en substitution du zinc. Lors du chauffage de la sphalérite, tout ou partie de l'échantillon se transforme en ZnO avec un dégagement de subtiles et délicates vapeur de SO2 ou de SO3... Le fer II est trop gros pour substituer partiellement le zinc dans la zincite, d'autant que le fer II n'occupe jamais de site tétraédrique. Qui plus est lors du chauffage le fer va s'oxyder pour donner du fer III son état thermodynamiquement le plus stable. La charge et la taille du ferIII sont aussi des obstacles à la substitution du zinc dans la zincite, ainsi le fer formera une phase hématite rouge lors de son expulsion, suivie de son oxydation (les deux phénomènes peuvent être simultanés). Ainsi on peut expliquer la teinte rouge foncée obtenue en fin de calcination. Il pourrait être intéressant de voir si la coloration est uniquement surfacique ou si le traitement thermique a permis une transformation complète (ce dont je doute fortement).

Il pourrait être intéressant de casser le cristal et d'observer la couleur à cœur (s'il y a bien un cœur). Autrement, la zincite étant très soluble dans HCl ainsi que l'est l'hématite quand elle forme des grains très petits, il suffirait de plonger le cristal suffisamment longtemps et d'observer si la coloration change ou perdure malgré l'acidité.

[Invité redsun]

Merci Lionel, ça fait plaisir de voir des réponses pareilles ici. Y en a pas bcp qui peuvent le faire et ça mérite un ohlla général.

Je ne sais si la couleur est effective à coeur, sans doute m^me pas du tout du fait que le noir l'emporte quand même pas mal sur le reste.

Je casserais donc un cristal pour vérifier cela.

Quant à l'acide, lequel utiliser ? le Hcl ou Nitrique ou sulfurique ou autre ?

[Lionel-R]

Je peux le faire parce que c'est mon travail d'expliquer l'origine de la couleur ainsi que le comment et pourquoi elle change avec la température... je n'ai donc aucun mérite ^^ je fais ça depuis près de 2 ans et demi. Je ne te cache pas que je suis très touché par le compliment !

Pour l'acide HCl est très bien pour ce test, mais va pour un bon coup de marteau. L'acide nitrique ou sulfurique peuvent être si concentrés qu'on peut observer des phénomènes de passivations qui bloquent tout phénomène de dissolution.

[Invité redsun]

re,

Bon j'ai testé le marteau.

A priori, la couleur n'est pas rouge au coeur, juste descendu en profondeur sans atteindre le coeur.

Je testerai avec un autre cristal au hcl mais a la bino, il n'y a pas de trace rouge en surface.

[JACK]

Expérience intéressante,fait pas brûler la maison

Le cristal a t'il outre changé de couleur,clivé comme les fluorines?

Déjà 400°c environ,c'est déjà pas mal.

Est il passé par différents stades de coloration avant de devenir rouge.

++++Ced

[Invité redsun]

Non pas de clivage.

D'ailleurs de mémoire, la sphalérite n'a pas de clivage, mais ce n'est que de mémoire hein !

Franchement, j'ai pas regarder de près, parce qu'avec de telles températures, je ne voulais pas risquer un éclat dans l'oeil ou pire donc de loin, avec mes yeux de 35 ans, je dirais que non, la couleur est passée de noir à rouge directe.

J'ai d'ailleurs essayé la même expérience avec une blende rouge et la, effet inverse, le rouge est devenu noir.

Au début, j'ai pensé à un résidu genre calamine produite par la flamme du gaz mais en nettoyant activement avec une brosse et du savon de Marseille, la brillance originale du cristal réapparait et donc la couleur reste noire.

Etonnant et irréversible.

J'essayerai avec une jaune juste pour voir si le changement s'effectue sur toutes les couleurs.

[1frangin]

toujours pô le reflexe wiki ??

ben a quoi ça sert que les copains se décarcassent !!!!

http://www.geowiki.fr/index.php?title=Sphal%C3%A9rite

extrait : Clivages parfait {011}

[Lionel-R]

Tiens ça me pose une colle cette couleur noire pour la blende rouge chauffée... Il faut peut être invoquer un autre dopant (le manganèse est possible par exemple et ses oxydes sont noirs). Peut être que pour les faibles taux de fer, l'oxydation n'est pas complète et du coup on observe une intervalence ferII-ferIII résultant en un noir profond ? Il faudrait faire des analyses.

J'ai fouillé un peu la question et il s'avère que le fer II peut substituer partiellement le zinc dans la zincite... c'est très surprenant car thermodynamiquement très défavorable. La question c'est qu'elle est la couleur de la zincite si elle contient du ferII en site tétraédrique ? Je n'en ai pas la moindre idée, cela dit en regardant les photos de mindat.org la zincite est très souvent rouge. Il y a donc deux réponses possibles à la couleur rouge obtenue après chauffage, et peut être même une troisième en invoquant la formation de spinelle ZnFe2O4 qui est ocre/rouge, les températures de chauffe sont bien peu élevées pour le permettre mais sait on jamais...

[trenen23]

Joli niveau de discussion, les djeun's, j'aurais peut être du persévérer en chimie miné (où je n'étais pas trop mauvais!)

Serge, particulièrement admiratif

[Invité redsun]

http://www.geowiki.fr/index.php?title=Sphal%C3%A9rite

ben a quoi ça sert que les copains se décarcassent !!!!

http://www.geowiki.fr/index.php?title=Sphal%C3%A9rite

extrait : Clivages parfait {011}

Hello Laurent,

Dans mon cas à rien. Bien que ça montre que j'ai une mauvaise mémoire, ça n'apporte pas de réponse concrète a ce sujet.

Lionel, j'ai testé aussi la jaune et la idem, la couleur finale est noire.

Y a t'il une possibilité pour que par cette flamme, les éléments "X" contenus dans le cristal soient tout simplement HS.

Comment dire.....???.......si !!!, que la couleur soit un combustible comme le saurait par exemple le fluor lorsqu'on fait subir le m^me sort à une fluorine.

Le fluor brule puis la couleur du cristal change jusqu'à ce qu'il n'y ai plus de couleur.

Le Fer II ou le Fer III bruleraient juste comme un combustible. Possible ou pas du tout ???

[1frangin]

Non pas de clivage.

D'ailleurs de mémoire, la sphalérite n'a pas de clivage, mais ce n'est que de mémoire hein !

.../...

""(1frangin @ dimanche 17 janvier 2010 à 07:03)

ben a quoi ça sert que les copains se décarcassent !!!!

http://www.geowiki.fr/index.php?title=Sphal%C3%A9rite

extrait : Clivages parfait {011}

Hello Laurent,

Dans mon cas à rien. Bien que ça montre que j'ai une mauvaise mémoire, ça n'apporte pas de réponse concrète a ce sujet.""

david c'était juste un élément de réponse .... pour le reste lionel fait ça très bien !!

[Invité redsun]

taratata

[Lionel-R]

Lionel, j'ai testé aussi la jaune et la idem, la couleur finale est noire.

Y a t'il une possibilité pour que par cette flamme, les éléments "X" contenus dans le cristal soient tout simplement HS. Comment dire.....???.......si !!!, que la couleur soit un combustible comme le saurait par exemple le fluor lorsqu'on fait subir le même sort à une fluorine. Le fluor brule puis la couleur du cristal change jusqu'à ce qu'il n'y ai plus de couleur. Le Fer II ou le Fer III bruleraient juste comme un combustible. Possible ou pas du tout ???

La couleur (chimique) dans les solides dépends de nombreux paramètres : la composition chimique, le degrés d'oxydation du chromophore, l'agencement des anions autour du cation chromophore, la présence de défaut cristallin. Il y a un bon article sur geowiki :)

Dans la fluorine, c'est la présence de défaut cristallin qui induit la coloration. A cause d'une irradiation ou de la présence de dopants (samarium III par exemple), des lacunes sont induites et par compensation de charge un électron peut se trouver coincé dans ces lacunes (l'irradiation facilite le phénomène). Cet électron un peu perdu a des niveaux d'énergie qui peuvent être atteint quand un photon visible l'excite. Il y a absorption et donc on observe une couleur. Quand on chauffe une fluorine, on donne de l'énergie au système, il peut donc se réorganiser et supprimer ces lacunes pour être plus stable. La lacune disparait, l'électron retrouve son site de départ et tout va bien dans le meilleur des mondes (ça marche pour le morion et l'améthyste mais je suis moins sur pour cette dernière).

Une combustion résulte toujours en une oxydation du combustible, quand le fer est oxydé on peut faire le parallèle, on peut d'ailleurs faire "bruler" du fer dans de l'oxygène pur, c'est magnifique ! Donc dans un sens la réponse est oui, si tu "brule" ton fer, la couleur change. Dans la fluorine c'est autre chose, le fluor ne brûle pas. De plus le fluor est le gaz le plus électronégatif : Il ADORE les électron et plus que tout autre élément, le faire brûler n'est pas possible, c'est toujours lui qui va oxyder. Il est tellement agressif qu'il peut même réagir avec les gaz nobles, c'est unique !

Pour revenir à ta question sur les "éléments X HS", la température peut avoir des effets qui annule l'origine de la couleur.

Ta dernière expérience est intéressante, ça mériterait des analyses poussées sur des poudres avec des températures bien calibrées. Si seulement j'avais plus de temps j'aurai été ravi de faire ça.

[Invité redsun]

Dans la fluorine c'est autre chose, le fluor ne brûle pas.

le faire brûler n'est pas possible

Mais alors, qu'est ce que cette flamme bleu qui s'anime lorsqu'on éteint la flamme de chauffe ?

[Lionel-R]

Eh bien je ne sais pas... tu veux dire par là que quand tu sors une fluorite du feu ou après avoir éteint la gazinière, il y a une flamme bleue autour de l'échantillon ?! comme si la fluo brulait ? Quand tu fais ça, ça sent le chlore ou une odeur qui y ressemble ?

Je suis vraiment hyper étonné, je vais en parler autour de moi, ya des spécialistes du fluor dans le coin, peut être sauront ils plus que moi...

[Invité redsun]

Oui c'est bien ça, une flamme bleue s'illumine autour de l'échantillon de fluo et reste l'espace de plusieurs secondes comme si effectivement elle brulait.

L'odeur dégagée ressemble plutôt à celle dégagée lorsque l'on casse une antozonite ou un calcaire marneux.

Une odeur d'ozone si elle a une odeur toutefois (je crois que oui).

[Lionel-R]

Eh bien l'odeur d'ozone ou de chlore il me semble que c'est bien le signe d'un dégagement de fluor... je viens de discuter avec deux spécialiste de la chimie du fluor. Mon début d'explication est correct, je compile tout :

Sous l'effet de la chaleur, il y a remobilisation de la structure et élimination des lacunes (centre colorés) et donc disparition de la couleur. Parallèlement à cela, il y a un dégagement de fluor pour des raisons de compensation de charge. Ce fluor chaud migre à travers les fractures induites par la chauffe rapide et quand il arrive en surface, il oxyde l'oxygène, l'oxygène brûle en suivant le vocabulaire de redsun. Oui vous avez bien lu... l'oxygène est le combustible et le fluor est le comburant c'est possible.

Voila on a tout interprété : la perte de couleur, l'odeur, et la flamme. Ce qui est remarquable c'est que l'explication supplémentaire de ces deux spécialistes complète naturellement mon début d'interprétation sans invoquer d'effets supplémentaires complexes ou anecdotiques, c'est typiquement une interprétation simple et élégante. Il ne manque plus que des tests pour la valider (ou l'infirmer).

Joli niveau de discussion, les djeun's, j'aurais peut être du persévérer en chimie miné (où je n'étais pas trop mauvais!)

Serge, particulièrement admiratif

Le pire c'est que la chimie minérale est en quelque sorte la fille de la minéralogie ! C'est la minéralogie qui a induit la cristallographie, permit de mettre en évidence les grands types structuraux utiles, les propriétés remarquables, tout vient de là. Il ne manquait plus qu'à l'homme de vouloir faire pareil, de mieux comprendre et d'optimiser ces propriétés.

Pour vous donner une petite idée de l'héritage vraiment important, dans mon travail de chimiste j'ai eu besoin de l'hopéite, de la théophrastite, de la bunsénite, de l'hétérogénite, de la brucite, de l'hématite, de la goethite, de la sidérite, de la calcite, de l'apatite et de la wilémite. Mon chef bosse très souvent sur les trimorphes de TiO2 (rutile, anatase, brookite) et les pyrochlores. Mon deuxième chef bosse sur la zincite, la mullite, la topaze, le corrindon et les spinelles, il commence un travail sur la whitérite. Mon collègue de bureau bosse sur la cérianite, un autre sur les perovskites. Il est vraiment difficile de ne pas utiliser l'immense savoir de la minéralogie, rien qu'aujourd'hui j'ai eu l'immense plaisir d'inclure une publication de l'American Mineralogist dans ma bibliographie. Chose qui m'a toujours fait penser que la minéralogie était encore bien vivace. On reste encore en rapport étroit avec elle : des structures synthétiques sont parfois découvertes dans la nature et les nouvelles structures naturelles sont des sources d'inspiration pour les chimistes du solides. Le cas des zéolites illustre parfaitement mon propos.

Ce n'est pas évident tous les jours mais le travail du chimiste du solide, à l'interface de nombreuses disciplines est vraiment PASSIONNANT !

[Invité redsun]

Il ne manque plus que des tests pour la valider (ou l'infirmer).

A quel genre de test penses tu par exemple ?

Analyse, microscope électronique, ce genre là ?

[Lionel-R]

Si j'avais tout mon labo à disposition, j'aurai fait tout ça :

De la réflexion diffuse en température pour regarder la couleur (en mode transmission) en fonction de la température. Avec cette technique on pourra savoir à quel température disparait la couleur et corréler cette information avec les autres données des autres techniques. On pourra en plus bâtir des modèles cinétiques qui permettront de comprendre comment disparait la couleur.

Une analyse thermique gravimétrique (ATG) sous oxygène et sous gaz neutre (Azote ou Argon) couplée avec un spectromètre de masse et pourquoi pas un spectromètre infrarouge (IR). Avec cette technique on peut mesurer très précisément les pertes de masses en fonction de la température. Le spectromètre de masse couplé au spectromètre IR permettra de connaître les espèces formées à chaud et de vérifier que c'est bien l'oxygène qui est brûlée par le fluor. On utilise le gaz neutre un peu comme témoin pour vérifier le rôle de l'oxygène.

Une diffraction des rayons X (DRX) pour vérifier la présence de lacune en fluor. Cela n'est pas très rigoureux mais permettre d'être certain de la pureté du produit et de caractériser les paramètres de maille, c'est toujours utile.

De la picnométrie hélium permettra une mesure très fine de la densité ce qui constitue une autre façon plus solide de remonter à la présence de lacunes.

Toutes ces techniques vont permettre d'éclairer les différents points de l'interprétation qui a été proposée plus haut : lacune dans la structure, émission de fluor, réaction du fluor avec l'oxygène.

La microscopie électronique sert à regarder les états de surfaces, les morphologies, mieux comprendre les structures cristallines, faire des cartographies d'éléments et donc remonter globalement à des compositions. Dans notre cas je ne suis pas certain que ça soit utile, d'autant que les échantillons ne sont pas "petits". Remarque, tous les tests sont fait sur des poudres (sauf le premier), du coup on pourrait comparer les états de surfaces avant et après recuit, il y a peut être des choses à voir.

Vu le fonctionnement d'un labo il y en a pour bien 3 jours à une semaine de manipulation. Mais franchement une fluorite qui brûle ça mérite une publication si c'est pas déjà fait.

Pour la sphalérite il faudrait un spectre EDX tiré d'un bon MEB (microscope électronique à balayage) qui va donner une idée de la composition du minéral. Une DRX en température permettra de savoir qu'elles sont les phases cristallines qui apparaissent pendant la calcination. Une ICP-AES permettra de doser les cations trouvés par EDX et de proposer une formule chimique précise. On pourrait compléter l'étude avec de la réflexion diffuse pour étudier l'origine de la couleur pour les produits colorés ^^. Ici une ATG n'est pas très utile car la DRX en température nous dira tout sur la chimie et la structure des composés de départ et formé pendant la calcination.

Je me demande ou est passé Rémy Bornet, il est très calé en méthode d'analyse des minéraux, je n'analyse que des produits purs fait en labo, certaines choses doivent changer... Le Melde aussi était fort en analyse mais il a disparu !

Avant que notre Frangin national ne le demande, j'ai aussi pensé à une page "Les techniques d'analyse de laboratoire" pour wiki, mais il faudra être extrêmement patient parce que ça prend énormément de temps

Edit : j'ai rajouté des commentaires pour mieux expliquer la démarche et le pourquoi de chaque technique.