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Los colores de las piedras preciosas

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 constituyen una franja en las 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 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.

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 números 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 suceivamente.

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 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 lugar a la turquesa, y por supuesto a la malaquitas y azuritas, aunque allí no es un simple cromóforo, sino que es constituyente principal.

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.

Un sitio on line, que vale la pena conocer.

guiainteractivaHoy les voy a presentar una página que descubrí en la red, y que puede ser de gran utilidad para principiantes, alumnos de los primeros cursos de las carreras de Geología y coleccionistas de minerales y rocas.

Se trata de la GUÍA INTERACTIVA DE MINERALES Y ROCAS  que surge como un material didáctico de apoyo para los alumnos de segundo curso de la carrera de Ingenieros de Montes de la Universidad Politécnica de Madrid.

Debido al público para el cual fue concebida esta guía, está lejos de ser completa, y se centra sólo en aquellos minerales de especial importancia petrogénica y en aquellas rocas que con mayor facilidad se puede encontrar en la Península Ibérica.

También la información suministrada es decididamente técnica, dejando afuera algunos conceptos relativos a génesis y paragénesis, entre otros. Es además muy sintética, pero para el público que he mencionado más arriba, es una ayuda interesante, y un buen punto de inicio para comenzar a reconocer los geomateriales.

Y ahora, les cito palabras textuales de la página, que considero de vital comprensión, como yo misma he señalado en otro post:

…surgió una primera idea de crear un amplio fichero fotográfico que, si bien no podría reemplazar unas prácticas de reconocimiento, para las que en muchas ocasiones resulta imprescindible realizar determinadas comprobaciones organolépticas (táctiles, gustativas, etc.), al menos pudiera ilustrar visualmente de forma extensa al alumno.

Estando esto debidamente aclarado, les presento ahora al equipo que participó en la confección de la página y que estuvo coordinado por el Dr. Agustín Rubio Sánchez (Profesor Titular de Universidad)

Los restantes integrantes son:

– Dr. Alfredo Blanco Andray (Profesor Titular de Universidad)

– D. Luis Antonio Muñoz de la Fuente (Profesor Titular de Escuela Universitaria)

– D. Darío Lanza Vidal (Becario del Proyecto)

– Dña. Elena Blanco Martín (Becaria Dpto. de Silvopascicultura)

Los espero el próximo miércoles con alguna información útil para los amantes de la Geología.

Un abrazo. Graciela.

 

Un mineral más

Hoy les presento una foto tomada de la página institucional de la Secretaría de Minería de Córdoba, en la que se pueden ver características del feldespato.

Una ficha para coleccionistas

Esta ficha es útil para el público que se interesa en coleccionar minerales, o simplemente en conocerlos. Es de la página de la Secretaría de Minería, como se lee al pie de la imagen misma. Tanbién la foto al pie es del mismo sitio.

 

Gemas de imitación, compuestas y tratadas

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 esté 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  rápidamente 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 cn 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.

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