Propiedades de las Piedras Preciosas y sus Minerales





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CARACTERÍSTICAS DE LAS GEMAS O PIEDRAS PRECIOSAS

La mayoría de las piedras preciosas o gemas son minerales que se han formado en lugares muy variados en el interior de la Tierra. Estos minerales poseen una composición química definida y una ordenación atómica, que hace que sus propiedades físicas y ópticas permanezcan constantes o varíen solamente dentro de estrechos límites. Algunas propiedades tales como densidad e índice de refracción pueden medirse con precisión y ser utilizadas para identificar un mineral.

Casi todo el relieve de la Tierra se forma con rocas, y éstas con minerales. Algunas, como el mármol, se componen de un solo mineral. Otras, como el granito, comprenden varios, que en el granito pulido se ven a simple vista.

Las rocas más antiguas tienen tres mil millones de años. Otras son más recientes porque han pasado por una serie de vicisitudes: al principio la roca es ígnea, es decir, sale fundida por algún volcán o grieta de la Tierra; luego, el tiempo y el clima la dfishacen en polvo y se va acumulando en forma de sedimentos donde, con los años, forma rocas sedimentarias; por último, las altas presiones y temperaturas transforman rocas sedimentarias (la tiza) en rocas “me-tamórficas” (el mármol).

Los minerales son los componentes de las rocas, es decir, sus unidades básicas. Son sustancias naturales de composición química característica y se conocen muchos centenares. Algunos son elementos puros, como el oro, el cobre, la plata, etc., que se presentan en estado nativo; pero la mayoría de ios minerales son compuestos. No suelen clasificarse entre los minerales ciertas sustancias (eí petróleo) que provienen de restos de plantas y animales.

La identificación de los minerales es de gran importancia para la búsqueda de yacimientos; también es un pasatiempo interesante para el que tiene algunas nociones fundamentales. Cada mineral posee una composición química definida y características físicas propias (dureza, brillo, transparencia, etc.) que permiten identificarlo: son como sus impresiones digitales. Su estructura suele ser cristalina, o sea que sus partículas elementales se disponen, como en un panal, en una “malla cristalina” bien ordenada.

Ciertos minerales no son cristalinos, como el ópalo (una variedad de cuarzo): se los llama amorfos. Hay minerales bastante fáciles de reconocer, pero otros exigen cierto número de pruebas para distinguirlos.

Idealmente las gemas deben ser duras y no verse afectadas por las temperaturas, presiones, polvos abrasivos y agentes químicos que encontramos en nuestra vida diaria. La mayoría son silicatos que incluyen a las esmeraldas aguamarinas, peridotos y amatistas, así como otras muchas de rareza exótica.

El rubí, zafiro, espinela y crisoberilo son óxidos. El diamante es la única gema compuesta por un solo elemento químico —el carbono—. La nefrita, jadeíta y lapislázuli son rocas, es decir, agregados de uno o más minerales.

Las plantas y animales son las fuentes de las gemas «orgánicas» más frágiles que han sido usadas como adorno desde los tiempos más antiguos. El azabache y el ámbar son madera y resina fosilizadas de árboles extinguidos, mientras las perlas, las conchas y los corales son estructuras de carbonato calcico formadas por animales acuáticos. Los marfiles son los colmillos y dientes de los mamíferos terrestres y marinos.

CRISTALOGRAFÍA
Al examinar la mayoría de los minerales, que son cristales, vemos con sorpresa que sólo hay seis grupos básicos o sistemas de cristales. Estas seis familias tienen cada una muchos hijos, aunque todos ellos con un “aire de parentesco”.

Los minerales suelen ser impuros; sus impurezas son, a veces, las responsables del color; el rojo del rubí se debe al cromo; el azul del zafiro al titanio: ambos son sólo corindón, un óxido de aluminio cuya masa de fondo es incolora.

Hay seis grandes sistemas de formas cristalinas, o sea seis grandes grupos de redes cristalinas: regular o cúbico, tetragonal, hexagonal, rómbico, monoclínico y triclínico.



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La división se basa en el número de líneas imaginarias, o ejes de simetría, que pasan por el centro del cristal, su longitud relativa y los ángulos que forman. En el sistema cúbico, por ejemplo, los cristales poseen tres ejes de igual longitud y perpendiculares entre sí, característicos del cubo, en geometría. La sal común se compone de pequeños cubos.

El tamaño de los cristales varía enormemente; algunos son invisibles, mientras ciertos cristales de espodumento, silicato con aluminio y litio, pueden alcanzar varios metros. Rara vez se encuentra un espécimen perfecto, y sólo una larga experiencia permite reconstruir el cristal tipo, a partir de un fragmento. El tamaño de un cristal depende de la lentitud con que se ha formado, o sea, de la oportunidad de que gozaron las partículas de ubicarse en la trama inicial ya formada.

La estructura-cristalina determina muchas de las propiedades minerales que son importantes en el tallado y la identificación de las piedras preciosas Por ejemplo, los átomos pueden estar menos fuertemente enlazados en algunos planos del cristal, indicando la dirección en la que se rompe más fácilmente o los planos de exfoliación.

La dureza puede cambiar también con la dirección del cristal. La estructura cristalina afecta a la trayectoria de propagación de la luz a través de esa sustancia.

En todos los minerales, salvo en los del sistema cúbico y los minerales no cristalinos, la luz se refracta formando dos rayos que viajan a distintas velocidades y con diferentes trayectorias a lo largo de la estructura cristalina. En los minerales coloreados los rayos pueden ser absorbidos de forma diferente en el interior de la estructura y emerger en forma de dos o tres colores distintos o sombras del mismo color. Este efecto se denomina pleoavísmo.

Desde tiempos antiguos muchos materiales, naturales y artificiales, han sido utilizados enjoyas y otros objetos preciosos. Sin embargo durante siglos el término piedra preciosa ha significado un mineral natural descable por su belleza, valioso por su rareza y suficientemente resistente para proporcionar un placer duradero.

PESO ESPECÍFICO
Es un buen indicio; el del azufre es 2, el del corindón 4, el de la casiteria 7, etc. Se necesita un aparato especial para determinarlo; es imposible hacerlo en el campo, aunque puede distinguirse manualmente entre minerales livianos y pesados. Un trozo de talco (peso específico 2,8) parece mucho más liviano que uno de apatita (peso específico 3,2).

ESCALA DE DUREZA DE MOHS
Una característica fácil de determinar es la dureza. Se recurre a la prueba del rayado; un material más duro raya a otro más blando, y dos de igual dureza no se rayan entre sí. Hay una escala convencional de dureza, la escala de Mohs. Se divide en diez grados numerados, cada uno más duro que el anterior; los índices son: 1, talco (el más blando); 2, yeso; 3, calcita; 4, feldespato; 5, apatita; 6, ortoclasa; 7, cuarzo; 8, topacio; 9, corindón; 10, diamante.

La dureza de un mineral se determina encontrando el más blando de la serie que lo raye. Por ejemplo, la calcita raya la galena, pero esta última rayará el yeso, de manera que su índice de dureza estará entre 2 y 3. Las piritas de hierro, parecidas al oro, tienen una dureza entre el 6 y el 7, mientras la del oro verdadero se sitúa entre el 2 y el 3.

Las series de Mohs se venden comercialmente. El número 10, diamante, suele faltar, pero no tiene mayor importancia porque difícilmente se hallará un mineral más duro que el corindón (si se lo encuentra es posiblemente diamante). Puede determinarse aproximadamente la dureza de un mineral aun sin esa colección. La uña tiene una dureza Mohs de alrededor de 2,5; un lápiz, 3; el vidrio común alrededor de 5,5; y la hoja de un cortaplumas aproximadamente 6.

tabla dureza de las pidras preciosas

Para ser apreciada, una joya debe ser también resistente. A pesar de que la esmeralda y el zircón son más duras que el cuarzo, son, sin embargo, frágiles, es decir, se separan en láminas fácilmente. El diamante y el topacio están entre las mucha gemas que pueden partirse si caen o son golpeadas contra objetos duros y lo hacen entonces según planos en los que los enlaces atómicos son más débiles. Las gemas más resistentes son la jadeíta, la negrita y el ágata; todas ellas tienen sin embargo una dureza igual o menor que 7. Su resistencia deriva del tipo de su estructura, que consiste en una masa de fibras o granos interconectados entre sí, lo que las permite ser modeladas en formas de exquisitos cuencos e intrincadas esculturas.

LOS MINERALES Y LA LUZ
Algunos minerales son transparentes: permiten ver nítidamente a través de ellos. Otros son opacos: la
luz no los atraviesa. Hay grados intermedios, translúcidos, lechosos. Pero la mayoría de los minerales opacos dejará pasar algo de luz si se los convierte en láminas muy delgadas.

Existen minerales que muestran doble refracción, es decir, que un texto leído a través de. ellos se ve doble; aquí los citamos únicamente por la influencia trascendental que han tenido en el desarrollo de toda la óptica.

El color es una característica importante de los minerales, especialmente para identificar los metálicos, pues sólo presenta ligeras variantes. Pero en minerales como el cuarzo, el corindón y el granate, el color se debe principalmente a las impurezas y puede variar notablemente. Minerales como la turmalina tienen diferentes colores, variables según desde donde se los mire.

Los minerales en polvo pueden tener un color distinto del superficial: el talco es verde, pero una vez molido es blanco. Del mismo modo, la hema-tita es superficialmente gris o negra, pero en polvo es pardo rojiza. La ventaja de moler los minerales es que su color es más uniforme que el superficial variable. Para conocer qué color tiene un mineral en polvo basta frotar un trozo sobre porcelana áspera.

La razón por la cual el color del polvo es diferente al del sólido se debe a la reflexión. La reflexión del vidrio, por ejemplo, es blanca, de manera que si pulverizamos una botella de vidrio verde, el polvo se vuelve cada vez más blancuzco debido a que aumenta el número de superficies que reflejan luz blanca.

El lustre o brillo del mineral depende de la cantidad de luz que refleja o absorbe. Puede ser resinoso (similar al de la resina) como en el azufre, perlado como la mica, sedoso en minerales fibrosos como el crisotilo, vitreo como el cuarzo, adamantino (de diamante) o metálico. Hay minerales que no poseen brillo: son de superficie mate (p. ej. la caolinita). Una interesante característica de los minerales es el grado en que desvían la luz. Los rayos de ésta siempre se desvían cuando pasan de un medio a otro de diferente densidad.

Si colocamos en agua vidrio molido cuyo índice de refracción o capacidad para desviar la luz, sea igual al del agua, se volverá invisible; si el índice de refracción de la luz es algo bajo podemos añadirle sal común: poco a poco llegará el momento en que no se vean más los trozos de vidrio. Para reconocer diamantes y otras sustancias, a fin de distinguirlas de sus falsificaciones, se usan líquidos especiales muy refractivos como el sulfuro de carbono.

Hay sustancias que, al recibir rayos invisibles como los rayos X o los rayos ultravioleta, devuelven rayos visibles: este fenómeno se llama fluorescencia. Bajo la luz ultravioleta ciertos minerales exhiben hermosos colores, como los de uranio. Algunos poseen esa propiedad por sus impurezas u otros factores. Uno de los materiales fluorescentes más hermosos es el rubí, que emite un brillante resplandor rojo al ser sometido a la luz ultravioleta.

Esta propiedad del rubí ha dado origen a la invención del Láser, instrumento que revoluciona la óptica y las telecomunicaciones, y del que nos ocuparemos en una nota especial. La luz es una onda, un serpenteo, que se produce en todos los planos. Pero en ciertos casos se la puede polarizar, es decir, hacerla vibrar en un solo plano. Las características ópticas especiales de un mineral, una vez reducido a una fina lámina y visto a través de un microscopio de luz polarizada, pueden servir de guía para su identificación.

El valor comercial de una gema depende de la calidad del color, de la ausencia de manchas internas y del peso. El peso de una gema se mide en quilates (5 quilates = 1 gramo) y las gemas son normalmente vendidas por peso, a tanto por quilate. La densidad de un mineral gema varía de manera que un zafiro amarillo parecerá más pequeño que una citrina menos densa de peso similar. La densidad de las gemas se mide como peso específico, comparando el peso de la gema con el peso de un volumen igual de agua.

CLIVAJE Y FRACTURA
Las fracturas de un mineral son otro indicio para clasificarlo. Se llama clivaje la tendencia a partirse más fácilmente según ciertos planos, llamados planos de clivaje. El tipo de clivaje se define seeún el número de “planos” y sus ángulos relativos. Tomemos un ejemplo sencillo: la galena tiene clivaje cúbico; se observan tres planos de clivaje que forman ángulos rectos entre sí. Cuando se desmenuza un cristal de galena se obtiene una cantidad de pequeños y brillantes cubos. Uno de los tipos más interesantes es el clivaje basal o laminar, en el cual hay un solo plano, paralelo a la base del cristal, como en la mica, que se divide en finísimas Láminas u hojas.

Cuando un mineral no se rompe según planos determinados, se dice que se fractura. Todos los minerales pueden fracturarse, pero no es probable que lo hagan, si poseen un plano definido de clivaje. Hay ¡diferentes tipos de fractura, por ejemplo: fibrosa, concoidea, irregular, etc. Por ejemplo el crisotilo (mineral de amianto) forma fibras que pueden hilarse y tejerse. La fractura concoidea puede apreciarse en la obsidiana (vidrio volcánico).

ANALISIS A LA LLAMA: Existe un gran número de ensayos químicos para determinar la naturaleza de un mineral. El ensayo a la llama se basa en el color característico que el mineral imparte a ésta. Con los minerales de sodio (sal común, sulfato de sodio, bórax, etc.) la llama adquiere una intensa coloración amarillenta. Los de estroncio producen un hermoso color carmín; por eso se usa en los fuegos artificiales.

analiis de minerales a la llama

Los minerales de cobre la colorean de azul o verde, etc. Si se usa un mechero de Bunsen conviene recordar que, si no recibe suficiente aire, su (lama es amarillo brillante; pero si tiene suficiente oxígeno hay una zona interior oscura tan fría, que una cabeza de cerilla, perforada por un alfiler y suspendida en esta zona, no se enciende. El mineral debe colocarse en la zona azul violeta o cono exterior de la llama del mechero de Bunsen. Ésta llega a una temperatura suficiente para los metales alcalinos (minerales que contienen sodio, potasio, etc.); pero otros precisan Mamas más calientes.

ANÁLISIS ESPECTROQUÍMICO
Ld luz emitida o absorbida por un átomo es como su fotografía individual. Cada átomo tiene su propio espectro de rayos, que son de luz o de sombra, según el átomo las emita o las absorba. Pero de todos modos el espectro de un átomo es un método de análisis: para ello basta obligarlo a que emita luz. Actualmente se prefieren las chispas, más enérgicas.

ANÁLISIS CON MICROSCOPIO
Este es un método moderno. Por ejemplo, el zafiro y el rubí natural tienen líneas de acumulación hexagonales y burbujas angulares, mientras que en los sintéticos las líneas de acumulación son curvas y las burbujitas son esféricas. Los microscopios electrónicos permiten observar partículas ínfimas en las arcillas, definiéndolas claramente. Cada vez la industria se acerca más a los minerales sintéticos, como en el caso de los rubíes para los relojes.

Cuando se sumergen un diamante falso y uno genuino en un líquido que desvíe los rayos luminosos en la misma proporción que el diamante falso, sólo el diamante real quedará visible.

LA BELLEZA: La belleza del color combinada con una perfecta transparencia es el ideal de belleza de muchas gemas. Sin embargo, en ciertas ocasiones, las inclusiones de minerales pueden ser la atracción principal de algunas de ellas, produciendo el colorido similar al de las lentejuelas del cuarzo venturina y la piedra del sol, y reflejando los ojos de gato y estrellas que brillan desde algunos crisoberilos y zafiros.

La atracción de las más sutiles ágatas coloreadas y jaspes está ligada a la enorme variedad de modelos y texturas que se desarrollan cuando ese mineral crece: su crecimiento en bandas y los fragmentos minerales incorporados hacen que se asemejan a menudo a exóticos paisajes y jardines.

La mayoría de las gemas muestran muy poca belleza en estado bruto: su auténtico color y lustre se revelan solamente por la destreza del tallado y del pulido. La mayor belleza del diamante alcanza todo su esplendor con el tallado preciso y apropiado al tamaño de la piedra.

Cuando llevamos joyas nuestros movimientos crean unos continuos cambios, que resultan de la relación mutua entre las piedras preciosas y la luz que las atraviesa, añadiendo destellos y luces a su color. Los focos realzan la «vida» de los diamantes, rubíes y esmeraldas, mientras suaves luces aportan el brillo al ámbar y a las perlas.

Respecto a la rareza, las gemas pueden ser raras en uno o más aspectos. Muchas son variedades de materiales comunes, y su rareza reside en un color o transparencia excepcionales. El cuarzo y el feldespato juntos constituyen cerca de las dos terceras partes de la corteza terrestre, pero la mayoría de sus variedades son grises o cremas.

Muy poco cuarzo posee el bonito color y la intachable transparencia de una fina amatista y raramente el feldespato labradorita muestra la iridiscencia del arco-iris . Los minerales gemas son raros aun en sus yacimientos: los diamantes constituyen una mínima proporción de su roca madre, la kimberlita —alrededor de 5 g. en 100 T.—.

FINALMENTE EL TALLADO: Un diamantista hábil puede convertir un guijarro en bruto en una brillante y valiosa piedra preciosa. El conocimiento necesario para conseguir estas transformaciones se ha ido haciendo a lo largo de muchos siglos, y hoy día es posible seleccionar el tallado que ponga de manifiesto las cualidades de cada gema.

Cuando se elige la mejor talla para una piedra preciosa, el diamantista debe considerar la forma del material en bruto y la magnitud y posición de los posibles defectos, tales como las fracturas o inclusiones. También debe tener en cuenta las propiedades ópticas del mineral y sus características cristalinas: es difícil conseguir un buen pulido paralelo a las direcciones de exfoliación, y las gemas pleocroicas han de estar talladas con una determinada orientación para que puedan mostrar su más bello color.

Sin embargo el tallado es a menudo un compromiso entre alcanzar el máximo lucimiento de la belleza de la gema y obtener la piedra preciosa de mayor tamaño posible.

Partes y Facetas de una Talla Brillante

IMAGENES DE LAS GEMAS MAS UTILIZADAS EN JOYAS

Diamante

Gema: Rubí

Gema: Zafiro

Gema: Esmeralda

Gema: Ópalo

Mineral: Amatista

Gema: Ágata

Gema: Turmalina

Gema: Jade

ALGO MAS…
LAS PIEDRAS PRECIOSAS ARTIFICIALES

La fabricación de las piedras preciosas artificiales ha sido, desde la antigüedad, un constante empeño del hombre. Estos esfuerzos tuvieron en general muy poco éxito hasta que, a principios del siglo XX, se sintetizaron los primeros rubíes. Gracias al considerable avance tecnológico producido por la segunda guerra mundial y a los recientes avances en la física del estado sólido, se han conseguido, en este campo, considerables progresos.

La posibilidad de estudiar determinados procesos físicos en monocristales ha aumentado su importancia, y los cristales producidos artificialmente no sólo son utilizados en investigación sino que también han encontrado aplicaciones en la industria.

La importancia de las piedras preciosas se debe, principalmente, a su dureza y, en segundo lugar, a los cambios que determinan en su color y en sus propiedades físicas, en general, las trazas de impurezas. En uno de los métodos empleados ,el método de presiones ultraelevadas, es necesario utilizar, simultáneamente, grandes presiones y altas temperaturas, problema que fue parcialmente resuelto con el empleo de un material denominado pirofilita, que tiene la ventaja de que su punto dé fusión aumenta considerablemente con la presión.

La síntesis del diamante, efectuada por la General Electric estadounidense en 1955, se consiguió por este método, con el que pueden lograrse, en la zona de trabajo, presiones de unas 150.000 atmósferas a 3.500°C, siendo necesaria por tanto una prensa hidráulica de gran capacidad, que resulta difícil de construir. Este problema fue parcialmente resuelto con la introducción del yunque tetraédrico, el cual emplea cuatro émbolos, que ejercen la presión sobre las cuatro caras del yunque. Con esta disposición, es posible conseguir 80.000 atmósferas a bajo costo y con maquinaria fácil de construir. Además de diamantes, se han sintetizado, con este método, borazón (forma cúbica del nitruro de boro) y una variedad del granate.

Con el método de fusión a la llama, se obtienen rubíes de alta calidad. Su fundamento es muy sencillo: sobre uno de los extremos de una semilla de rubí (pequeño monocristal alargado, obtenido previamente) se va dejando caer alúmina finamente pulverizada, mientras se calienta con un soplete. El polvo de alúmina funde y cae sobre el extremo superior de la semilla, que se va retirando lentamente de la llama a medida que el cristal crece. De este modo, se pueden obtener con facilidad mono-cristales cilindricos de hasta 45 cm. de longitud.

Todos los procesos descritos están, naturalmente, automatizados: el flujo de polvo, la temperatura y posición de la llama, así como el desplazamiento vertical del monocristal. Uno de los inconvenientes principales de este método es que los cristales se encuentran sometidos a elevadas presiones internas, como resultado de la desigual distribución de temperaturas, por lo que es frecuente él agrietamiento espontáneo.

El método hidrotérmico ha demostrado ser extraordinariamente valioso en la producción de monocristales de cuarzo (y otras sustancias silíceas) que se obtienen por cristalización a partir de soluciones acuosas. Para ello se utiliza un autoclave de paredes gruesas, capaces de resistir unos 1.000 atmósferas y 500°C de temperatura.

Dentro del autoclave se encuentra la disolución acuosa de la sustancia de partida (por encima de 100°C la solubilidad en agua aumenta considerablemente), y suspendidas de su parte superior se sitúan las semillas. La solución se calienta por una plancha metálica adosada a la base del autoclave, con lo que se crea en su interior un gradiente de temperatura. La sustancia de partida se disuelve en el fondo y la solución asciende por confección.

En la región superior, más fría, la solución está sobresaturada y la sustancia cristaliza sobre las semillas. Este método presenta varias limitaciones, como pueden ser el elevado costo del instrumental necesario y la imposibilidad de observar el crecimiento, lo que impide que en un momento dado puedan regularse la temperatura y le velocidad de cristalización con el fin de controlar los sucesivos pasos del proceso.

Actualmente se han desarrollado procesos con el misme fundamento, pero que utilizan, en vez de agua, tundentes sólidos ce puntos de fusión relativamente altos, tales como los halogenuros y carbonatos alcalinos, y el óxido v el fluoruro de plomo.

Se han obtenido diamantes de 0,2 g. por el método de las presiones ultraelevadas, con el empleo adicional de catalizadores metálicos que aceleran la conversión directa del carbono en diamante. El color de los cristales obtenidos puede modificarse alterando las condiciones de crecimiento.

Las variedades más conocidas del corindón son el rubí y el zafiro. Como ya hemos indicado pueden obtenerse ambas piedras preciosas por el método de fusión a la llama. El cromo proporciona al corindón una tonalidad roja; el níquel, amarilla; el titanio, azul, y el vanadio, azul verdoso. Aunque los detalles son secretes, el proceso más apropiado para la síntesis de esmeraldas (BeO – Al2O3 – 6 SiO2) parece estar fundado en el método hidrotérmico, aunque no pueda descartarse la utilización de un fundente sólido, si tenemos en cuenta los éxitos obtenidos con este último procedimiento en la obtención de otros monocristales.

Ver: Las Rocas   –   Minerales Para La Industria    –   Minerales de la Tierra

Fuente Consultada
Revista TECNIRAMA N°6 Encilopedia de la Ciencia y la Tecnología – Como se identifican los minerales
Las Piedras Preciosas Geological Musseum Ciencias de la Naturaleza




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