El fluoruro de magnesio como cuerpo transparente a la radiación

El fluoruro de magnesio como cuerpo
transparente a la radiación infrarroja^
DR.-ING. LEÓNIDAS TSCHEICHVILI
lefe del Departamento de Silicatos
en el Centro de Investigación para
las Industrias Minerales (CUM),
Buenos Aires
RESUMEN
Se describe un nuevo método para la obtención de cristales de
fluoruro magnésico exentos de impurezas y de elevada transmisión a
la radiación infrarroja entre 2 y 9 ix.
SUMMARY
A new method for the preparation of pure Magnesium Fluorid
with high transmittance in the infrared range from 2 to 9 ii is described.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird beschrieben eine neue Methode für die Herstellung von
reinem Magnesium Fluorid mit hobr Durchlässigkeit im UR-Bereich
zwischen 2 und 9 M.
I.
Introducción.
La óptica del infrarrojo, tanto en la ciencia como en la técnica, necesita
materiales de óptima calidad. Por tal razón, desde hace aproximadamente diez
años, varios investigadores han dedicado sus esfuerzos para obtener sustancias capaces de ajustarse a requerimientos cada vez más estrictos.
Duncanson y Stevenson (1), obtuvieron MgFa cristalizado a partir de la
sal fundida, con características muy favorables para la transmisión de rayos
infrarrojos.
* El presente trabajo fue realizado en su mayor parte en el laboratorio del College
of Mineral Industries de la Pennsylvania State University en el año 1961.
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Kreidl y colaboradores (2), por su parte, prepararon BaFg prensado en caliente y estudiaron sus propiedades, particularmente notables en lo que se
refiere a su transparencia a los rayos infrarrojos, así como también la influencia de ciertas impurezas.
Posteriormente (3), se descubrió que el MgFg, prensado y sinterizado a
partir de polvo, poseía buenas características de transparencia y ofrecía grandes ventajas para la fabricación de piezas de las formas y tamaños convenientes para los distintos usos.
Buckner, Hafner y Kreidl (4), subrayan a propósito de esta sustancia, el
MgFa, la gran importancia que tienen pequeñísimas cantidades de impurezas
en la transparencia de la misma a los rayos infrarrojos. Según estos autores,
muy pocos productos proporcionan resultados satisfactorios, pues algunas impurezas, en concentraciones de sólo un uno por mil, pueden provocar la anulación de las propiedades deseables.
Ciertos iones metálicos y particularmente aniones OH" y 0^~ introducen
amplias bandas de absorción en el infrarrojo y aún en la parte visible del
espectro.
En el gráfico que reproduce la figura 1, en el que se han representado transmitancias en función de longitudes de onda, pueden apreciarse intensas bandas
de absorción a 2,75/x y óyVfx, producidas probablemente por iones OH". Entre
2,75/x y 3,0/x aparece otra banda correspondiente al agua absorbida y a los
5,0/x una última que los autores atribuyen a un complejo de hidroxifluoruro,
resultante de la interacción entre el agua absorbida y el MgFg.
lOC
tí
4)
Cd
1
tí
4
5
6
7
8
9
10
Longitud de onda en micrones
FIGURA 1
Bandas de absorción debidas a las impurezas comunes
en MgFs prensado en caliente.
{Según D. A. Buckner, A. C. Hafner y N. J. Kreidl)
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Por su parte, Kreidl (5) supone que esta banda de absorción en la región
de onda de 5/x es debida al anión O^" y que produce una disminución de la
transparencia de por lo menos un 10 %.
TI.
Obtención de cristales de MgFg puros, exentos de oxígeno.
El objetivo perseguido fue el de preparar MgFg libre de aniones O^" y 0H~.
Este material, por su alta transmitancia en el dominio infrarrojo, como indican
también W. Weyl y E. C. Marboe (6), tiene una amplia aplicación en la técnica
del infrarrojo y por esta razón existe gran interés en obtenerlo con la pureza
deseable.
Basándonos en la teoría del apantallamiento o screening de Weyl (7), que
trata de explicar la interacción entre cationes y aniones en relación con su
polarización, durante una reacción fisico-química, nos pareció el PbFg el reactivo más adecuado.
Según esta teoría, el ion Pb^"*" atrae preferentemente al ion 0^~ más polarizable que el F~. El MgFs cristalizado por fusión deberá estar exento de
O^- y OH-.
Además el PbFa es un fundente muy enérgico con un punto de fusión relativamente bajo (855°) (8), y disuelve fácilmente muchos compuestos inorgánicos, entre ellos los óxidos muy refractarios, como en nuestro caso el MgO.
Los ensayos orientativos iniciales fueron alentadores y por tal razón se
programaron investigaciones posteriores. La materia prima utilizada como portadora de magnesio fue, en última instancia, MgO (Mallinckrodt), observándose que se obtenía un resultado similar con magnesita natural, fluoruro de magnesio industrial, forsterita y dolomita. Esta última es particularmente interesante. Se puede suponer que la dolomita en reacción con PbFa debería formar MgFa como en el caso de forsterita y CaF^ ; ambos son muy poco solubles
en ácidos diluidos y deberían precipitar al disolverse el producto de la fusión con PbFa. Sin embargo, el análisis por rayos X de los cristales obtenidos
mostró solamente la presencia de MgFg y ninguna traza de CaF^.
IIL Parte experimental.
Se mezclaron íntimamente en un crisol de platino 2 gramos de MgO pulverizado y 10 gramos de PbFg, calentándose el conjunto hasta fusión clara.
La masa enfriada fue tratada con 1,5 litros de agua destilada en los que
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se habían disuelto 50 cm^ de ácido nítrico concentrado. El producto obtenido
después del tratamiento consistió en cristales prismáticos alargados de
0,5 mm. X 5 mm. completamente claros y transparentes y sin ninguna clase
de inclusión de sustancias extrañas. Ensayando en el laboratorio de Bausch y
Lomb Inc., bajo las mismas condiciones empleadas en la fabricación de cuerpos transparentes a la radiación infrarroja, se obtuvo el diagrama que se reproduce en la ñgura 2.
lOCl
FIGURA 2
Tal como se observa, no aparece banda de absorción a 5/x, ni tampoco a
otras longitudes de onda, salvo un pequeño pico en la región de longitud de
onda de 2,75/x, debido a la absorción de humedad.
De acuerdo con las determinaciones efectuadas, el material resulta muy
satisfactorio, aunque por falta de una cantidad suñciente no fue posible preparar un cuerpo normal para ensayos.
Agradezco cordialmente al profesor Dr. W. A. Weyl la posibilidad de realizar estas
investigaciones en su laboratorio. También quiero expresar mi agradecimiento al doctor
N. /. Kreidl por la preparación del diagrama.
A la señorita licenciada Margarita Menzel agradezco la corrección del texto en
castellano.
BIBLIOGRAFÍA
1. A. DUNCANSON and R. W. H. STEVENSON: "Some Properties of Magnesium Fluoride
Crystallized from the Melt". Proc. Phys. Soc. London, 72 (468), 1958; Ceram. Abstr.
1960. September, p. 220 j .
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N. J. KREIDL, H . C. HAFNER, J. R . HENSLER, E . C. LETTER and D. A. BUCKNER:
"Fa-
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Repr. 150149, 171 pp. U. S. Govt. Research Repts. 34 (5), 1960, 598, Cer. Abstr.,
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D. A. BUCKNER, H . C. HAFNER y N. J. KREIDL: "Hot-Pressing Magnesium Fluoride".
/. Amer. Ceram. Soc. Vol. 45 (9), 1962.
Correspondencia particular del Dr. N. J. Kreidl en el año 1961; N. J. Kreidl, Director of Materials Research and Development, Baush and Lomb Inc.
6. W. A. WEYL and E. C. MARBOE: "The Constitution of Glasses. A dynamic interpretation"; Vol. II. Constitution and properties of some Representative glasses, página 592. J. Willey and Sons., 1964, New Yory-London.
7. W. A. WEYL: "The Screening of Cations as a Basic Pnnciple of inorganic chemistry". Office of Naval Research, Technical Report num. 52. July 1952.
C. D. HODGMAN: Handbook of Chemistry and Physics, 1960.
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