Locos por la Geología

Cuando la imaginación y la Geología se juntan, pueden generarse obras de arte tan bellas como ésta, donde un curso fluvial es estrictamente una imagen puramente ilusoria, creada por el artista canadiense Robert Gonsalves, quien en la  mayor parte de sus increíbles pinturas presenta realidades paralelas, que dependen en gran parte de la interpretación de quien las observa.

Gonsalves se inició en esta forma del arte cuando era todavía muy pequeño, y fue siempre un estudioso de la técnica de la perspectiva y el arte arquitectónico del siglo XII.

Este cuadro en particular pueden encontrarlo en este sitio.

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 un relax de viernes, ¿qué les parece esta imagen?

Esta imagen la he tomado de Pinterest y pertenece a redbubble.com

Un abrazo y hasta el próximo lunes, con un post científico. Graciela.

Alguna vez los invité a conocer mis cuentos en el mismo sitio al que los vuelvo a invitar hoy, sólo que esta vez, y por ser hoy el décimocuarto aniversario de mi blog personal «¿Y si hubiera una vez?», extiendo un poco más esa invitación.

Hoy les sugiero pasear por todo el blog, ya que reúne, además de mis cuentos publicados, a los que los introduje antes, otros temas como humor, anécdotas, reflexiones varias y miles de  cosas que nos permitirán conocernos más, y que se relacionan con la Geología, simplemente a través mío, ya que soy Geóloga y siempre lo seré, jejeje.

El modo de ingresar es a través de este enlace.

Ojalá les interese y me sigan también allí, ya que mi manera de escribir es siempre fiel al estilo que ya conocen. Un abrazo y nos vemos el próximo lunes, volviendo al redil. Graciela.

Este apunte que les presento es el primero que escribí cuando comencé a ejercer la docencia en la Universidad Nacional de Río Cuarto, de modo que tiene más de 40 años. No obstante, con muy pocos agregados puede ser todavía perfectamente válido para iniciar el estudio de la Geología, de modo que decidí escanearlo y subirlo para ponerlo a disposición de ustedes.

Para actualizarlo, pueden completarlo con lo que hace también algunos años subí en este post.

También puede servirles este otro post, pero por supuesto nada estará más completo que mi libro Geología: ciencia, arte, especulación y aventura.

Nociones introductorios de Geología General by Graciela L. Argüello on Scribd

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