Causas de color en minerales y piedras Preciosas

Causas de color en minerales y
piedras Preciosas
Rocío Valera
Karen Uribe
Introducción
• Los colores observados se
deben a la respuesta de los
ojos con las energías de la luz.
• El color que se percibe
depende de la luz bajo la que
se ve el objeto: el efecto del
tipo de iluminación puede
ser muy importante (luz
fluorescente vs.
incandescente)
y la visión humana
• Los minerales están coloreados
porque absorben ciertas
longitudes de onda de la luz que
incide sobre ellos y reflejan el
resto, siendo el color la
combinación de aquellas
longitudes de onda que inciden
en el ojo.
• Cuando la luz blanca pasa a
través de un rubí, que sale con
una parte desproporcionada de
mayor longitud de onda que el
ojo reconoce como el rojo
Radiación del cuerpo Negro
• Cuerpo Negro, se refiere a un
material idealizado que
absorbe todas las longitudes
de onda, y es también un
emisor perfecto de todas las
longitudes de onda
• Las líneas absorción son
típicas de los gases, el espectro
de luz emitida por un sólido o
un líquido se extiende sobre
un rango continuo de
longitudes de onda.
Cuantización de la energía
• En el cuerpo negro ideal la
radiación del espectro es
independiente de la
composición química del emisor
y se determina por un solo
parámetro: la temperatura
• En el cero absoluto todos los
átomos ocupan el menor nivel
de energía disponible, y no
emite radiación. A medida que
la temperatura se eleva algunos
átomos se promueven a estados
excitados, y los átomos son
distribuidos en un amplio rango
de energías.
• Descubrió que podía explicar la
forma del espectro sólo al
asumir la cuantificación de la
energía
La energía es absorbida o emitida solo cuando un electrón
pasa de un estado estacionario a otro
Causas de color en minerales
•
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•
•
•
Desdoblamiento del campo cristalino
Impurezas
Transferencia de carga
Iluminación
Centros de color
Colores debido al Campo cristalino
• Cuando los átomos se
combinan para formar una
molécula en un líquido o
sólido, nuevos modos de
excitación se introducen,
como:
• Vibraciones mecánicas
• Rotaciones
• Cambio en edo de valencia
• Un inusual conjunto de
estados electrónicos
aparece en los elementos de
metales de transición,
tales como el hierro, cromo y
cobre y en los elementos de
tierras raras.
Coloración dicromática
• Es producida por la presencia
de iones metálicos de
elementos de la serie de
transición, en los cuales los
orbitales 3d no están
completos.
• Dichos iones provocan en los
cristales que los albergan un
desdoblamiento del campo
cristalino y la energía
absorbida corresponderá en
cada caso a la diferencia de
energía causada en los
orbitales 3d por dicho
desdoblamiento.
• La simetría y la fuerza del
campo se determinan a su vez
por la naturaleza de los iones
que rodea al ion y por su
disposición.
Coloración Alocromática
• Es producida por los iones
cuando figuran como trazas en
los minerales.
• Se trata de impurezas que
confieren determinados colores
a minerales generalmente
incoloros.
• Así en el caso del berilo la
presencia de Cr3+ provoca la
intensa coloración verde de la
variedad esmeralda. La
presencia de iones Fe2+explican,
en parte, los tonos azules de la
aguamarina. Ciertas
variedades de esmeraldas
procedentes de Brasil deben su
color verde a la presencia de V3+.
• Tanto rubí y la esmeralda se
derivan de su color a partir de
pequeñas cantidades de
cromo.
• El material básico de rubí es
corindón, un óxido de
aluminio con la fórmula A12O3.
Corindón puro es incoloro,
pero en un rubí la sustitución
de iones cromo (Cr + + +) para
un pequeño porcentaje de
iones de aluminio confiere su
coloración.
• La simetría y la fuerza del
campo se determinan a su vez
por la naturaleza de los iones
que rodea al ion y por su
disposición.
Iluminación:
“Alexandrita”
• Presenta un cambio de color debido al cambio en el color de la luz
incidente.
• La luz fluorescente es rica en longitudes de onda azul
• La luz de las velas es rica en longitudes de onda de color rojo y naranja.
• Otras piedras con este efecto son el zafiro
Tiene dos ventanas de transmisión de tamaño aproximadamente igual - la
primera en color azul y el segundo en longitud de onda roja.
Cuando se ve a la luz de velas la
piedra se ve rojo porque, aunque
la piedra podría transmitir la luz
azul, no hay luz azul para
transmitir.
A la luz fluorescente, la piedra
se ve azul porque, aunque
también se puede transmitir de
color rojo, es poco lo rojo de la
luz para transmitir
Centros de color (centros F)
• En alemán farbe significa color.
• Los defectos que se originan por
la presencia de electrones
atrapados en una red cristalina
provocan cambios de color.
• La excitación y consiguiente
relajación del electrón ocasiona
la emisión de radiación en la
región visible.
• Algunas variedades de
minerales transparentes son de
color debido a la presencia de
centros F.
• Si se calienta NaCl en vapor de
Na, los átomos de Na entran
en la res de NaCl: el Na se
oxida a Na+
Na Na+ +e-
• El electrón producido en la
etapa de oxidación permanece
atrapado en la red cristalina y
ocupa una posición en la red
dejando libre una posición de
Cl-
Orbitales moleculares
Orbitales moleculares
• Un mecanismo por el cual los orbitales pueden
contribuir al color es la transferencia de la carga
eléctrica de un ion a otro, el azul zafiro
constituye un ejemplo del proceso.
Zafiro o Ultralita Al2O3
• Pertenece a la familia del corindón.
• Dureza = 9 Es el segundo más duro, después
del diamante.
• Sistema cristalino: tetragonal.
• Color: Azul el más común, porque pueden ser de
varios colores (rosa, amarillo,etc)
Transferencia de carga
• El hierro tiene una carga 2+ y el Titanio
4+
• Un estado de excitación se forma cuando
un electrón se transfiere de hierro al
titanio, por lo que ambos iones tienen
una carga formal de 3+.
•
Una energía de alrededor de dos voltios
de electrones que se necesita para
impulsar la transferencia de carga. Tales
transiciones crean una banda de
absorción ancha que se extiende desde el
amarillo al el rojo y las hojas de zafiro
con un color azul profundo.
Un cristal contiene metales (M) en dos estados de
oxidación: M2+ y M4+
M2+ puede perder un electrón y pasa a M3 +
M4 + puede aceptar el electrón y se convierten en M3 + .
• Catión-catión
Zafiro
Fe + + <-> Ti4 +
Requiere luz roja ... por lo que
es azul profundo
Turmalina,
Mn + + <-> Ti 4 +
y el resultado es un color
amarillo-verde
• Anión - Anión
Lazurita (en lapislázuli)
consiste en la transferencia de
carga entre un triángulo de
átomos de azufre
• catión - anión
oro berilo, zafiro amarillo
Moléculas orgánicas
• Una serie de pigmentos biológicos que deben
su color a sus orbitales pi.
Clorofila
Hemoglobina
• Los fenómenos que se han descrito hasta ahora son el resultado ya
sea de la emisión directa de luz o de la absorción selectiva de ciertas
longitudes de onda y la transmisión de los demás.
• Hay que considerar las interacciones de la luz con la materia.
• Un rayo de luz se refracta por un prisma transparente porque la luz
se desaceleró por viajar en el sólido.
La dispersión de la luz blanca en sus componentes en un prisma
transparente se produce porque las longitudes de onda corta se
refractan a través de un ángulo mayor de longitudes de onda largas.
La causa principal del color es el cambio de dirección en la refracción y la
difracción, donde la magnitud de la desviación puede variar con la longitud de
onda.
Dos o más ondas se combinan porque coinciden en el mismo lugar del
espacio
• Interferencia constructiva: cuando dos ondas interfieren, en los
puntos en que coinciden las dos crestas se dice que hay
interferencia constructiva. En estos puntos se suman las amplitudes
de las ondas.
• Interferencia destructiva: al inferir dos ondas, en los puntos donde
coincide una cresta de una onda con un valle de la otra onda se
dice que hay interferencia destructiva. Las amplitudes en este caso
se restan y pueden anularse por completo.
• Ya que la diferencia de fase entre las dos puede depender de la
longitud de onda, la interferencia puede aumentar algunos de los
colores y suprimir otros.
Ópalo SiO2•nH2O
• Dureza: 7 en la escala de Mohs
• Densidad: 2,65 g/cm³
• Composición: Está constituido por diminutas
esferas formadas por capas sucesivas de
cristobalita y tridimita con una concentración de
agua que varia de un 4% a un 9%, hasta un 20%
• El juego de colores se produce por la disposición
aleatoria de placas submicroscópicas de esferas de
tridimita o cristobalita, que actúan como redes de
difracción de la luz.
• Se observa como una gama de plaquitas imprecisas,
intensamente coloreadas, que se desplazan al mover la
gema.
Referencias
• Kurt Nassau. “The causes of
color”
• Catherine E. Housecroft.
“Química Inorgánica”
Segunda edición. Editorial
Pearson. Páginas: 814,
• http://nature.berkeley.edu/
classes/eps2//wisc/Lect7.ht
ml
• http://www.uned.es/crista
mine/mineral/prop_fis/col
or.htm