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

• 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.

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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

• 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.

Orbitales moleculares

• 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)

Zafiro o Ultralita Al2O3

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

• Una serie de pigmentos biológicos que deben

su color a sus orbitales pi.

Clorofila Hemoglobina

Moléculas orgánicas

• 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.

• 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.

Dos o más ondas se combinan porque coinciden en el mismo lugar del

espacio

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.html

• http://www.uned.es/crista

mine/mineral/prop_fis/color.htm

http://nature.berkeley.edu/classes/eps2/wisc/Lect7.htmlhttp://nature.berkeley.edu/classes/eps2/wisc/Lect7.htmlhttp://nature.berkeley.edu/classes/eps2/wisc/Lect7.htmlhttp://www.uned.es/cristamine/mineral/prop_fis/color.htmhttp://www.uned.es/cristamine/mineral/prop_fis/color.htmhttp://www.uned.es/cristamine/mineral/prop_fis/color.htm