Locos por la Geología

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Hace bastante tiempo, les señalé de pasadita, al hablar de una de las propiedades de los minerales – específicamente el color– de ciertas sustancias que se denominan cromóforos, y que hoy vamos a ver con un poco más de detalle, sobre todo relacionándolos con las piedras preciosas.

¿Qué son los cromóforos?

Suelen denominarse iones cromóforos, iones colorantes, o cromóforos a secas, a ciertos elementos que sin definir el quimismo de una sustancia, están presentes en ella en cantidades traza, y son capaces de modificar el comportamiento del compuesto, con respecto a la transmisión de la luz incidente.

¿Cuáles son los cromóforos que comúnmente aparecen en las piedras preciosas?

Aquellos elementos que tienen una ubicación aproximadamente central en la Tabla periódica, y que por tal razón forman parte del conjunto que suele conocerse como elementos o metales de transición. De entre ellos, los que afectan particularmente al color de las piedras preciosas, son los que tienen número atómico entre 21 y 30, y son específicamente: Titanio (Ti), Vanadio (V), Cromo (Cr), (del que toman el nombre las sustancias que nos ocupan) Manganeso (Mn), Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni) y Cobre (Cu).

¿Por qué los elementos mencionados se comportan como modificadores del color en muchos casos?

Porque este grupo de elementos químicos constituye una franja en la que los orbitales van saturando de electrones sus capas y subcapas de manera alternada. Esto les da a esas partículas una cierta libertad de movimiento entre orbitales cuando absorben energía, como la que provee la luz incidente. Esa relativa libertad se manifiesta al observador humano como modificaciones del color.

Por supuesto, van a tener que recordar algunos conceptos químicos que conocerán seguramente de su pasaje por el secundario y de la propia Universidad, si es que han estudiado carreras que incluyan esa materia.

¿Qué conceptos de química conviene recordar en este punto?

Los conceptos que debemos recordar para mejor entender lo dicho, son los de orbital atómico, capa y subcapa. Repasémoslos.

Un orbital atómico es una región del espacio donde existe la mayor probabilidad de encontrar al menos un electrón. Por supuesto hablamos del espacio ocupado por una sustancia o cuerpo material dado.

Cada electrón se posiciona en algún lugar de una capa que se define por una serie de números cuánticos de valores enteros.

El número cuántico (n) principal crece con la distancia al núcleo atómico. Cuanto más cerca de él está el orbital, menor es su número cuántico principal. En otras palabras se numeran desde el núcleo hacia afuera.

Cada capa puede contener un cierto número máximo de electrones y tiene un número cuántico n, asociado con un particular rango de energía en función de su distancia al núcleo. Por regla general, cada capa sólo puede recibir o entregar electrones si todas las anteriores a ella están ya completamente ocupadas. La valencia de un elemento resulta de la ocupación de la capa más externa entre las que presentan electrones. Esas valencias determinan las propiedades y comportamientos químicos del átomo en cuestión.

Las capas posibles se conocen como K, L, M, N, O, P, y Q, con numeros cuánticos que van de 1 a 7 respectivamente.

En cada capa, existe un número máximo de electrones, según se ve más abajo:

(1ª) Capa K hasta 2 electrones
(2ª) Capa L hasta 8 electrones
(3ª) Capa M hasta 18 electrones
(4ª) Capa N hasta 32 electrones
(5ª) Capa O hasta 50 electrones
(6ª) Capa P hasta 72 electrones
(7ª) Capa Q hasta 98 electrones

Como ya venimos adelantando, los electrones se disponen ordenadamente, primero en la capa más próxima al núcleo y cuando ésta alcanza su número máximo de electrones, los siguientes se colocan en la capa que sigue hasta que se satura, y así sucesivamente, hasta agotar los electrones disponibles.

Para que la cosa no sea tan sencilla, cada capa se compone a su vez de una o más subcapas, que a su vez se componen de los orbitales atómicos que definimos al inicio de este punto.

Las subcapas se denominan s, p, d, f, correspondientes a las iniciales en inglés de la palabra que mejor define su distribución o posición en el espacio tridimiensional. Esa palabras son: sharp (aguda), principal, difuse (difusa) y fundamental.

También acá hay un cierto orden ya que la primera capa (K) tiene una subcapa, llamada 1s; la segunda capa (L) tiene dos subniveles denominados 2s y 2p; la tercera (M),  tiene 3s, 3p y 3d; la cuarta (N) tiene las subcapas 4s, 4p, 4d y 4f; y así sucesivamente.

Pero ya dijimos que los elementos cromóforos, son los díscolos que no saturan sus capas de manera absolutamente predefinida, sino que eventualmente llenan sus subcapas de manera saltuaria. Y eso explica lo que debíamos explicar.

¿Qué ejemplos pueden mencionarse de la relación cromóforo- color de gemas?

Veamos algunos casos paradigmáticos:

El más importante de los cromóforos en Gemología es el Cr porque da color a las piedras preciosas más jeraquizadas, además de poder otorgar dos colores, el rojo y el verde, y hacerlo según líneas de absorción muy nítidas, lo que hace que los colores que genera sean intensos. El rubí y la espinela reciben de él su color rojo; mientras que le da tonalidad verde a la esmeralda, la jadeíta, y puede también colorear el topacio rosa entre otras gemas.

Además, produce la variedad alejandrita del crisoberilo, que tiene la particularidad de verse verde con luz natural, y roja con luz artificial. Esto sucede porque la alejandrita presenta intensidades iguales para ambos colores, pero la luz natural tiene más longitudes en el rango de los verdes, y la artificial en la banda de los rojos.

Al Fe le deben el color los granates variedad almandino y piropo, el zafiro y los crisoberilos amarillos y verdes, la turmalina verde, y las espinelas verde y azul. Son resultados de su presencia los tonos rosados de la turmalina roja, la espessartita, la rodocrosita y la rodonita.

El Ti es responsable del zafiro azul; el V del zafiro violeta; el Ni de la crisopasa y la garnierita.

El Cu da su color a la turquesa, y por supuesto a las malaquitas y azuritas, aunque allí no es un simple cromóforo, sino que es constituyente principal, razón por la cual esos dos minerales son idiocromáticos.

En algún otro momento veremos otras circunstancias que modifican el color y no se deben a cromóforos.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.
P.S.: La imagen que ilustra el post corresponde a las malaquitas y azuritas (minrales idiocromáticos) que se exhiben en el Museo de Los Ángeles, en Estados Unidos, y fue tomada por el Pulpo. Puede encontrarse en el Fliker de Dayana.

Para anotarse en diversas carreras relacionadas con la Gemología, recomiendo visitar este sitio.

Aclaración importante: este blog difunde estos eventos como un modo de atraer la atención del público sobre temas científicos, pero no tiene ninguna relación con las empresas organizadoras de los cursos, eventos, muestras y exposiciones. Para informarse, deben usar el link que aparece en el post. Gracias

Hace un tiempo, con motivo de la entrevista radial que me realizaron en el programa «La aguja en el pajar» de Radio Casilda, comprendí que la Gemología es un tema que apasiona a la gente, y que por ende no me había equivocado al meterme en una disciplina que sólo tangencialmente tiene que ver con la Geología, pero cuyo estudio es uno de mis pasatiempos.

Ya saben ustedes que hay una diferencia entre gemas y piedras preciosas. Hoy hablaremos principalmente de gemas, y solamente de manera ocasional mencionaremos las manipulaciones sobre algunas piedras preciosas. Pero creo que esta charla puede llegar a ser entretenida.

¿Son legales las imitaciones e intervenciones de gemas?

Como ocurre en casi todos los casos, no sólo en la Gemología, prácticamente cualquier producto exitoso en el mercado puede imitarse sin problemas, siempre y cuando al llegar al circuito de comercialización, el cliente esté debidmente informado de que no está comprando algo original ni auténtico. Si una persona compra una serigrafía de un cuadro de Rembrandt, todo está en orden salvo que le sea vendido como un original (habría que ser muy ignorante para no reconocer la diferencia) y al precio de uno auténtico. Sólo se considera estafa cuando hay intencionalidad de engaño.

De lo contrario, muchas son las circunstancias que hacen que el mercado de gemas artificiales, tratadas o intervenidas está en auge. Sin ir más lejos hay una marca de cristales que se cotizan muy bien por su gran belleza, y que al ser vendidos bajo el nombre genérico de cristales, no implican ninguna falsedad ni intención dolosa. De hecho, ya merecen el nombre de gemas por derecho propio.

Las razones por las cuales esta nueva forma de producción artificial no solamente es aceptable, sino apreciada, incluyen factores como:

• La democratización que implica su costo infinitamente menor que el de las piedras preciosas y gemas naturales.
• El mayor aprovechamiento del recurso, al utilizar materiales que no se comercializarían en la joyería de gemas naturales y sin intervención.
• La seguridad en la portación de la joya. Muchos de los poseedores de verdaderas piedras preciosas, llevan sin embargo a los eventos públicos, copias fieles de los originales, realizadas con gemas artificiales o tratadas; mientras la joya auténtica permanece en una caja fuerte bien custodiada.
• El amplio abanico de posibilidades que abre la manipulación, fabricación, o imitación de gemas, hacia nuevos materiales de gran belleza.

¿Qué clases de imitaciones hay?

Básicamente hay dos clases de imitaciones diferentes: las imitaciones simples o propiamente dichas, y las gemas sintéticas. Veamos las diferencias.

Las imitaciones en general aprovechan el parecido natural entre una piedra preciosa de bajo valor y una mucho más cara, para tallar la primera de modo que se asemeje a la segunda. Esto puede ocurrir por ejemplo cuando se realiza un tallado en tabla sobre una crisocola para que parezca una esmeralda. En ocasones, determinados tallados y engarces de cristal de roca (variedad de cuarzo), pueden simular diamantes.

En cambio, los materiales sintéticos, si bien también imitan gemas naturales, son enteramente obtenidos en laboratorio, ya sea sobre la base de vidrios, plásticos o directamente generando artificialmente gemas con composición química, estructura cristalina y propiedades semejantes a la piedra natural que se imita. Si bien el parecido es extremo, al no ser de origen natural no tienen el mismo valor. Sin embargo, su detección como sintéticas sólo puede realizarla un especialista.

¿Qué podemos decir de las gemas sintéticas de plástico?

Obviamente son las de menor calidad, y se rayan fácilmente, por lo que pierden rá¡pidamente su belleza inicial y su valor de mercado. Suelen ser de baquelita, plexiglás o lucita.

¿Qué podemos decir de las gemas sintéticas de vidrio?

En la industria de las gemas sintéticas se usan vidrios específicos, como el Kraun, fabricado en base a SiO₂ (sílice) caliza y Na (sodio); y los Flint, un poco más pesados por la adición de Pb (plomo) en lugar de Na. Originalmente se producen gemas incoloras, pero si se agregan determinados elementos químicos, pueden resultar coloreadas. El Mn (manganeso) otorga un color púrpura; el óxido de Selenio produce rojo; el hierro, amarillo o verde; el Cu (cobre) puede colorear de rojo, verde o azul, según las proporciones. El Cr (cromo) produce distintas tonalidades de verde. Todos estos vidrios Kraun y Flint alcanzan dureza de 5 a 6 en la escala de Mohs, lo que los diferencia de las piedras preciosas de alto valor.

Las gemas que se suelen imitar con vidrios son las variedades del cuarzo (cristal de roca, amatista, cuarzo rosa, etc) y del berilo (agua marina, heliodoro o esmeralda).

¿Cuáles son las principales intervenciones?

Hablamos de intervenciones, modificaciones o manipulaciones, cuando alguna imperfección de una gema natural es subsanada artificialmente; cuando se mejora alguna de las cualidades que le confieren valor; cuando se le agrega un rasgo particular; o cuando se la altera para que parezca ser otra de mayor valor o tamaño. Las posibles intervenciones son:

• Decoloración: es común en gemas como la perla o el marfil, que raramente aparecen del todo blancos en la naturaleza, por lo cual se los aclara químicamente. Por su parte, los diamantes, salvo casos muy excepcionales, se prefieren incoloros, y para eliminarles matices indeseados suelen ser sometidos a tratamientos con láser.
• Relleno de fracturas y cavidades: Se aplica en determinadas imperfecciones como fisuras o poros visibles, y se utiliza para sellarlos, ya sea vidrio, plástico, polímeros o resinas. La técnica va desde la simple inmersión en el material de sellado, hasta la microinyección.
• Impregnación incolora: con ella se mejora el aspecto, el brillo y puede que inclusive el color de gemas con algún grado de microporosidad. Los materiales impregnantes pueden ser desde cera líquida o plástico, hasta aceites para la piel.
• Teñido o coloración: sólo se aplica en materiales porosos que acepten la inclusión de los elementos colorantes, como pueden ser las ágatas, jades, ópalos, o el coral. Las sustancias que confieren el color son óxidos de Fe y Cr, cuyos matices cambian con el estado de oxidación.
• Tratamiento térmico: en muchos casos, el calentamiento produce cambios de color en determinadas gemas; en ocasiones por el solo cambio de temperatura, y en otras, porque se le suman técnicas adicionales, como el calentamiento en un medio saturado en azúcar o miel, o con humo.
• Irradiación: casi siempre la coloración se inicia en los llamados «centros de color», que corresponden a ligeras deformaciones de la red atómica, que pueden multiplicarse por aplicación de rayos γ o X, que deforman la red cristalina, estimulando un aumento en el color.
• Difusión de la red: en este tratamiento, se calienta la gema casi hasta punto de fusión, lo que permite la introducción de elementos químicos colorantes o productores de figuras lumínicas.
• Composición o ensamblado: esta técnica aprovecha en buena medida partículas de gemas que de otra manera serían desperdiciadas, al mismo tiempo que mejora la apariencia de las de mayor tamaño. Se trata básicamente de ensamblar dos o tres partes para generar una pieza única, con mayor tamaño y peso, mejor color, etc. Las partes se unen con pegamento especial o por fusión, y se denominan dobletes, tripletes o laminados, según que reúnan dos o tres partes, o que alguna de las partes sea una lámina delgada, respectivamente. A su vez, los dobletes o tripletes, pueden ser genuinos, semigenuinos, o falsos. Son genuinos cuando todas las partes que se reúnen en un nuevo ejemplar, son del mismo mineral intervenido; son semigenuinos si alguna de las partes es sintética, y falsos, si todas las partes son sintéticas.
• Producción de figuras lumínicas y otros rasgos: debido a que algunos rasgos naturales suman valor a una gema, el hombre intenta reproducirlos de manera artificial. Un ejemplo clásico es la fibra óptica, que se aplica para generar el efecto ojo de gato en una gema o una imitación.

¿Existen los diamantes sintéticos?

Sí que los hay, y tienen buena tasación, siempre en la inteligencia de que se declara su origen artificial, y no se intenta un fraude. Los más perfectos son el titanato de estroncio y el óxido de circonio cúbico.

Pero ésa es una larga historia que merecerá un post propio un poco más adelante. Por ahora confórmense con saber que existen y son legales.

¿Existen gemas exclusivamente generadas por medios artificiales?

Sí, también las hay. Originalmente fueron intentos fallidos de sintetizar artificialmente determinadas piedras, pero si bien lo que se obtuvo no tenía símil en la naturaleza, era tal su belleza, que se presentó en el mercado como gema sintética, en venta con nombre comercial en código, correspondiente a las siglas (en inglés) de sus componentes, y la G de gema. Ellas son:

Y.A.G. aluminato de Ytrio.

Y.I.G. Óxido de Hierro e Ytrio.

G.G.G. granate de galio y galadinio.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es de este sitio.

Hoy les presento una entrevista que me realizaron en Radio Casilda, Santa Fe, en el Programa «La aguja en el pajar», el día 4 de mayo de 2019, sobre el tema «Piedras Preciosas».

Para escuchar la entrevista sólo deben hacer click en el link que les he dejado más arriba.

Como a muchos lectores les interesa particularmente la Gemología, estoy subiendo lentamente información sobre piedras preciosas, y hoy le toca al rubí.

¿Qué es el rubí y a qué debe su nombre?

El rubí es un mineral que se clasifica en el grupo 4 (óxidos) según Strunz, Más específicamente, es una variedad de corindón, es decir que responde a la fórmula general Al2O3  (sesquióxido de aluminio).

Es considerado como gema, porque cumple con los requisitos exigidos para ello. Otro corindón que aparece como gema es el zafiro, del que se distingue por el color, y en razón de él, en el precio de mercado.

Su nombre deriva de la palabra latina «ruber», que significa rojo, color que siempre ostenta, pues es idiocromático, y que debe a los metales de hierro y cromo que aparecen en su composición precisamente como cromóforos. Cuando más abundante es el hierro en su fórmula, más pardo se presenta.

El color rojo intenso es también propio de otros minerales con los que se lo suele confundir, y que hasta a veces de modo intencional se venden como rubíes sin serlo. Esos pseudo rubíes son la espinela roja y la variedad piropo del granate, que son también gemas, pero de mucho menor valor, por su menor dureza y mayor abundancia, entre otras cosas. Se diferencian del rubí principalmente por la dureza y la forma cristalina.

¿Cuáles son sus características particulares?

Ya les adelanté algo sobre su fórmula química, que es Al2O3:Cr, y a veces Fe, reemplazando en parte al Cr.
Dureza: 9 en la escala de Mohs, es decir sólo un punto por debajo del diamante, aunque en valores absolutos es hasta 140 veces más blanda que él.
Color: rojo brillante.

Tenacidad: frágil.

Diafanidad: transparente a translúcido.

Densidad relativa: varía según su composición química cuantitativa, entre 3.9 y 4.1.

Punto de fusión: alrededor de los 1.786,85°C,  (2.000K) pero afectado por la concentración de impurezas en el mineral, lo que puede hacerlo ligeramente inferior o superior a ese valor.

Sistema cristalino: trigonal, pudiendo a veces formar cristales hexagonales de extraordinaria belleza.

El rubí resiste la corrosión y no puede disolverse en otros ácidos que no sean el sulfúrico, el perclórico (en el que el Cloro actúa con valencia +7, la más alta posible), el fluorhídrico o el hexafluorosilícico.

¿Por qué es tan apreciado?

Ya dije más arriba que en lo científico y técnico, el rubí cumple los requisitos de modo objetivo, y es además lo bastante escaso como para adquirir alto precio en el mercado.

No obstante, hay también otras razones que pasan por su apariencia, y las emociones y relaciones que en el imaginario colectivo se han ido creando a lo largo de la historia.

¿Qué propiedades le atribuyen las creencias populares y la superstición?

La más obvia de las inferencias, sin otro fundamento que los prejuicios populares, y la simbología atribuida al color rojo, ha llevado a una asociación entre el rubí y el corazón y la sangre, y por extensión, se lo ha llegado a considerar como símbolo de la pasión y el deseo, a veces también con el amor.

En el pasado, en la India, el rubí era usado como un medio para potenciar la creatividad espiritual y el sentimiento religioso; como remedio para enfermedades cardiovasculares, y como talismán que usaban los soldados para protegerse de las flechas enemigas. (Por cierto que las flechas los mataban lo mismo).

También en la antigua Grecia se pensaba que llevar un rubí atraería tanto el amor como la belleza física. Esta ilusa creencia me recuerda a los versos del antiguo poeta español Bartolomé de Argensola, que escribió:  ¡Lástima grande que no sea verdad tanta belleza!, porque de verdad sería bonito obtener con una piedrita (cara eso sí) amor y belleza juntas.

Por su parte, los nobles romanos usaban el rubí en sus anillos pensando con ellos proteger la riqueza y la salud. Estas tradiciones derivaron en la Edad Media y hasta mediados del Renacimiento, hacia un status de «piedra de las bodas», que supuestamente garantizaría pasión y amor duraderos y gran felicidad conyugal. Otra vez me acuerdo de Argensola.

Pese a los grandes adelantos de la ciencia hay todavía quienes atribuyen al rubí propiedades curativas tan absurdas como la de contener hemorragias, o promover la autoestima. En este último caso, me parece que la autoestima debe pasar por el cononocimiento de que se cuenta con el poder adquisitivo para adquirir una, lástima que no lo acompañe un mejor criterio y mayor lógica.

Y los que creen en el horóscopo y otras sandeces, piensan que el rubí es la piedra adecuada para Leo y Escorpio.

¿Dónde se encuentran los rubíes?

Como principio general podemos decir que no hay muchos yacimientos importantes, lo que suma a su costo comercial.

Los rubíes se forman en rocas ígneas o metamórficas, y con posterioridad, cuando sus rocas de origen se erosionan liberándolos, pueden concentrarse en materiales sedimentarios, mayormente aluvionales.

Los yacimientos más importantes son los de Birmania, en la zona de Nogok, donde ocurren en calizas metamórficas de contacto, con intrusiones de materiales silíceos. Las calizas son de muy difícil explotación, razón por la cual, los rubíes se extraen en las cavidades de disolución natural en ellas; o bien de los detritos producidos por la erosión. De todos modos, solamente un 1% aproximadamente, de la producción es apropiada para joyería.

Hay también rubíes en Tailandia, que son generalmente más ricos en Fe, es decir que adquieren una tonalidad más parda. Se extraen al suroeste de Bangkok, en pozos de hasta 8 m de profundidad.

Los yacimientos de Shri- Lanka (ex Ceylán) son dominantemente de color rojo claro, y se extraen en gran parte de las gravas y arenas fluviales. También se obtienen de las minas de bauxita, por el sistema de flotación.

También hay rubíes en Madagascar, Brasil, Colombia o China, pero se trata de materiales de menor calidad por el color y transparencia. Los rubíes más puros se encuentran en Tanzania y Malaca, aunque no siempre las cantidades justifican la explotación.

Por lo general en ninguna parte se encuentran rubíes de gran tamaño. El mayor del que se guarda registro procedía de Birmania, pesaba 400 quilates y fue dividido en tres partes.

Los ejemplares más famosos por su tamaño y belleza excepcional se encuentran en diversos museos. Ellos son:

• El rubí Edward, de 167 quilates, que se exhibe en el British Museum of Natural History de Londres.
• El rubí Estrella de Reeves, de 138.7 quilates, que está en el Smithsonian Institut de Washington.
• El rubí Estrella Long de 100 quilates, que se ve en el American Museum of Natural History de New York.
• El rubí de la Paz de 43 quilates, que se llama así, porque se encontró en 1919, cuando había terminado la Primera Guerra Mundial.

¿Existen rubíes artificiales?

Sí, existen, y si se venden como tales no constituyen una estafa, ya que su producción está debidamente aprobada y reglamentada. Esta producción comenzó ya en 1923, y hoy la mayor parte de la producción de rubíes es artificial, aunque su uso no es tanto en joyería como en relojería.

No se trata de materiales sintéticos exactamente, sino de gemas obtenidas por reacciones químicas entre productos naturales como el óxido de aluminio (Al2O3) y el óxido de cromo (CrO3) que se combinan en proporciones estequiométricamente controladas, sobre en un crisol de platino que se lleva a una mufla a la temperatura de fusión (2000 K) por alrededor de 250 minutos. Cuando la mezcla se enfría, luego de haberse fundido y combinado entre sí se observa el cristal resultante, en el fondo de platino. Se trata en definitiva de reproducir artificialmente las condiciones para su formación natural.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La foto que ilustra el post es de este sitio,