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7.12: Causas del color - Geociencias


Básico

En general, el color es causado por la absorción de ciertas longitudes de onda de luz por una sustancia (como una piedra preciosa) mientras permite que otras longitudes de onda pasen inalteradas a través de la sustancia. El resultado neto de las longitudes de onda que atraviesan la gema le da el color final a la gema.

Para ver el color necesitamos al menos 3 variables:

  • Luz
  • Una sustancia
  • Visión (el ojo)

Cuando alguno de ellos está ausente, no podemos ver el color. Por ejemplo, su suéter rojo no tendrá color en la oscuridad ya que no hay luz para que el suéter absorba.

Figura ( PageIndex {1} ): Absorción de todas las longitudes de onda excepto rojo

La luz blanca es una mezcla de los 7 colores espectrales (visibles en un arco iris): rojo, naranja, amarillo, verde, índigo, azul y violeta. Cada uno de estos colores viaja a una determinada longitud de onda (alrededor de 700 nm para el rojo y 400 nm para el violeta) y transportan una cantidad específica de energía.
Cuando una sustancia absorbe todos los colores espectrales (los colores del arco iris) excepto el rojo, el color residual es el rojo. Por tanto, el resultado neto será rojo. Si se absorben todos los colores excepto el rojo y el azul, el color residual (resultado neto) será una piedra preciosa violeta.

En total hay alrededor de 16 millones de combinaciones que pueden producir color.

La absorción de luz generalmente resulta en la transformación de la energía luminosa en calor. Por eso los frigidaires son blancos; Las sustancias blancas no absorben la luz, por lo que son muy eficaces para mantener alejado el calor.

Tabla ( PageIndex {1} ): Elementos para colorear
ElementoColores
TitanioAzul
VanadioVerde / Cambio de color
CromoRojo verde
ManganesoRosado
PlancharRojo - Verde - Amarillo
CobaltoAzul
NíquelVerde
CobreVerde azul

La absorción de longitudes de onda (colores) ocurre porque ciertos elementos absorben la energía de esas longitudes de onda. Los principales elementos que absorben el color son los elementos de "metal de transición". Estos metales de transición tienen capas d parcialmente llenas (a diferencia de las capas completamente llenas) y algunos de los electrones de las capas d no están emparejados.

Cuando una longitud de onda transporta suficiente energía para elevar un electrón no apareado a un estado de energía más alto, la energía de esa longitud de onda es completamente absorbida por el electrón y la energía de la luz generalmente se transforma en calor cuando el electrón cae a su estado original (base). Esto significa que esa longitud de onda (o color) en particular se elimina del espectro o se "absorbe" mejor.

La energía requerida para elevar un electrón desapareado a un estado de energía más alto (y así provocar la absorción) es mucho menor que la energía requerida para elevar un electrón emparejado. La energía en la luz visible no es suficiente para elevar un electrón emparejado, pero puede elevar los electrones desapareados que residen en las capas d de los elementos de metal de transición. Por eso los elementos de transición también se denominan "elementos colorantes" o "agentes colorantes". Además de los elementos de metales de transición, algunos metales de tierras raras también actúan como elementos colorantes.

Los agentes colorantes pueden ser parte de la composición química ideal u ocurrir como impurezas en el cristal.
Dividimos los minerales en dos grupos, dependiendo de esto.

  • Idiocromático: minerales coloreados por un agente colorante que forma parte de la fórmula química (por ejemplo, malaquita)
  • Alocromático: los agentes colorantes no forman parte de la composición química ideal (como esmeralda y rubí)

Aunque la teoría de los elementos de metales de transición sirve como una buena comprensión básica de las causas del color, puede haber otros mecanismos en juego. Algunos elementos trabajan juntos para formar el color (la teoría de los orbitales moleculares) mientras que en otros casos la ausencia de un electrón o un elemento en un lugar particular ("sitio") en el cristal crea un centro de color.
Lo que todas las teorías tienen en común es que se absorbe algo de energía de la luz entrante (longitudes de onda) y los colores residuales (longitudes de onda) determinan el color final de la piedra preciosa (o cualquier otra sustancia).

Avanzado

Las causas del color se pueden dividir en 4 teorías diferentes:

  1. La teoría del campo de cristal
    • Compuestos de metales de transición (malaquita, almandina) - idiocromáticos
    • Impurezas de metales de transición (rubí, esmeralda, citrino, jade) - alocromático
    • Centros de color (amatista, maxixe-berilo)
  2. La teoría de los orbitales moleculares
    • Transferencia de carga (zafiro, iolita)
  3. La teoría de la banda
    • Aisladores (vidrio)
    • Conductores (metales)
    • Semiconductores (galena)
    • Semiconductores dopados (diamante)
  4. La teoría de las propiedades físicas
    • Dispersión (fuego en diamante)
    • Dispersión (piedra lunar, ojos de gato, estrellas)
    • Interferencia (iridiscencia, ópalo)
    • Difracción (ópalo)

La teoría del campo de cristal

La teoría del campo cristalino describe colores que se originan a partir de la excitación de electrones en elementos de transición (idiocromáticos o alocromáticos) y centros de color.

Cuando un ion de metal de transición tiene una capa d parcialmente llena, los electrones en la capa d exterior orbitan el núcleo sin aparear (o al menos algunos de los electrones lo hacen). Los iones circundantes de la red cristalina crean una fuerza (un "campo cristalino") alrededor de dicho elemento de transición y la fuerza de esos campos determina qué niveles de energía están disponibles para los electrones no apareados. Tal sistema de niveles de energía depende de la fuerza y ​​naturaleza del enlace en la red, así como del estado de valencia del elemento de transición. Estos son diferentes en cada cristal.
A medida que se cuantifican la energía y los niveles de energía, los electrones necesitan una cantidad específica de energía para "saltar" desde su estado fundamental a un nivel de energía más alto. Los cálculos complejos que determinan qué niveles de energía están disponibles para que el electrón los excite también proporcionan algunas reglas de selección que excluyen algunos niveles de excitación.

Figura ( PageIndex {2} ): Absorción en rubí

En rubí, Cr3+ sustituye a algunos de los Al3+ iones en el Al2O3 enrejado. Como el cromo no forma parte del maquillaje ideal, se dice que el rubí es alocromático. El campo cristalino alrededor de la impureza de cromo hace que unos pocos niveles de energía cuantificados estén disponibles para los electrones no apareados. Estos se presentan como niveles B, C y D. Sin embargo, las reglas de selección determinan que el nivel B no está disponible para excitación en este caso.
Los niveles C y D corresponden a energías de 2,23 eV y 3 eV, respectivamente. La energía necesaria para saltar al nivel C (2,23 eV) se corresponde con la luz amarillo-verde y el nivel D (3 eV) se corresponde con la luz violeta.
Esto significa que cuando la luz blanca entra en un rubí, la luz amarillo-verde y violeta será absorbida por los electrones no apareados y estos electrones ahora tienen suficiente energía para excitarse a los niveles C o D. Los colores residuales que no se absorben determinan el color rojo. del rubí.
Las mismas reglas de selección también prohíben que el electrón excitado vuelva a sus estados fundamentales (A), pero en su lugar debe volver a caer primero a B. Cuando los electrones en el nivel B desexcitan a su estado fundamental, se produce una emisión de luz roja (fluorescencia) que da un brillo extra al color ya rojo causado por la absorción de las porciones de luz blanca amarillo-verde y violeta.

Figura ( PageIndex {3} ) : Descripción esquemática de los niveles de energía en rubí y esmeralda

Para la esmeralda, cuyo color alocromático también es causado por un Cr3+ impureza, el mecanismo es similar pero el campo cristalino de los elementos circundantes tiene menos fuerza y ​​provoca un cambio en las bandas de absorción. El nivel D se reduce a 2,8 eV y el nivel C se reduce a 2,05 eV, pero el nivel B es casi el mismo (1,82 en lugar de 1,79 eV).
El resultado es que la esmeralda absorbe la mayoría de las porciones violetas y rojas de la luz visible, dejando una transmisión azul-verde dominante con una fluorescencia roja.

Alejandrita, una variedad de crisoberilo, también está coloreada por un Cr3+ impureza. El esquema de absorción de la alejandrita se encuentra entre el rubí y la esmeralda y la intensidad de la luz incidente determina el color de la alejandrita. La luz natural es más rica en azul verdoso, mientras que la luz incandescente tiene más rojo en su espectro. Esto hace que la alejandrita sea azul verdosa (como la esmeralda) a la luz del día y rojo violeta (como la amatista) en la luz incandescente.

Vanadio (V3+) provoca el mismo efecto de cambio de color "alejandrita" en el corindón natural y sintético.

Colores alocromáticos causados ​​por impurezas de metales de transición.

La mera aparición de una impureza de metal de transición no necesariamente causa el color en una piedra preciosa. Aparte de la necesidad de una valencia específica, el ion debe ser responsable de la absorción, otros mecanismos (como los centros de color y la transferencia de carga) pueden ser más dominantes.
Al igual que ciertas impurezas pueden ser responsables de diferentes colores, como el rojo y el verde del cromo, otras impurezas también pueden causar el mismo color (como el vanadio en la esmeralda).

Colores idiocromáticos causados ​​por componentes de metales de transición.

La teoría del campo cristalino descrita anteriormente también se aplica a los minerales que tienen un ion de metal de transición en su composición química ideal.

Centros de color

Los electrones no apareados en iones de metales que no son de transición también pueden producir colores en determinadas circunstancias. Esto puede suceder debido a la ubicación incorrecta de un ión (y un electrón desapareado ocupando su vacante), o debido al desplazamiento de un electrón de la radiación (natural o artificial).
En ambos casos, se crea un "centro de color" y el electrón no apareado puede elevarse a niveles de energía más altos mediante la absorción de la luz incidente, como ocurre con los electrones no apareados de los iones de metales de transición. En el primer caso (un electrón que sustituye a un ion fuera de lugar), el centro de color es un "centro de hueco de electrones" y en el último caso crea un "centro de color de hueco".

Centros de color de electrones

Figura ( PageIndex {4} ): Centro de color de electrones en fluorita


La fluorita se usa con mayor frecuencia para describir el mecanismo de un centro de color de electrones. El color púrpura de la fluorita es causado por la ausencia de flúor (F-) ion y un electrón queda atrapado en la vacante que deja atrás.
Hay varias razones por las que falta el ion flúor en un sitio particular de la red cristalina. Entre ellos se encuentran un exceso de calcio y radiación. ya sea durante o después del crecimiento del cristal. Esto crea un llamado "centro F" (o "centro Farbe" - Farbe es la palabra alemana para color) y un electrón libre del grupo de electrones no apareados en el cristal (ver Teoría de bandas) queda atrapado en la vacante. Este electrón no apareado se puede elevar a los niveles de energía más altos ahora disponibles mediante la absorción de energía en fotones y están en efecto reglas similares de absorción y fluorescencia del campo cristalino, como se describió anteriormente.

El ión de flúor generalmente se desplaza y crea un intersticial en la red, un llamado "defecto de Frenkel", lo que significa que hay un ión en un sitio particular de la red donde normalmente no estaría. Este ion flúor desplazado no juega un papel en el desarrollo del color (solo lo hace el vacío que deja).

El término "centro de color del electrón" se refiere al hecho de que hay un electrón "libre" donde normalmente no estaría.
La situación A en la imagen muestra la configuración ideal de la fluorita, mientras que la situación B muestra el electrón que está atrapado en la vacante dejada por el ion flúor desplazado.

Centros de color de los agujeros

Figura ( PageIndex {5} ): Centro de color del agujero en cuarzo ahumado

Los centros de color de los agujeros generalmente se ilustran con cuarzo ahumado como en la imagen de la derecha.
En cuarzo (SiO2) algunos iones de silicio con un estado de valencia de 4+ son sustituidos por iones de aluminio con una valencia de 3+. Para mantener la electroneutralidad, un átomo de hidrógeno (o Na+) estará presente cerca. Esto hace que las fuerzas sobre los electrones de los átomos de oxígeno se debiliten y la radiación (rayos X, rayos gamma, etc.) puede eliminar uno de los electrones enlazados más débiles de los átomos de oxígeno. Esto deja un agujero (falta un electrón) y diferentes niveles de energía están disponibles para el electrón ahora desapareado en el ion oxígeno.
La teoría del campo cristalino ahora se aplica al electrón de oxígeno restante, no apareado, y el color resultante es un marrón ahumado al que el cuarzo ahumado debe su nombre. El electrón desplazado quedará atrapado en otros sitios de la red cristalina y no contribuye al esquema de creación de color.
El ion de aluminio de sustitución actúa como un "precursor" y es vital para el mecanismo.

En la amatista el funcionamiento es similar, pero el precursor es el hierro férrico (Fe3+) y produce el típico color púrpura.

El término "centro de color del agujero" se refiere al electrón que falta, dejando un agujero.


Si el cristal se calienta (alrededor de 400 ° C para el cuarzo ahumado y ± 450 ° C para la amatista), el electrón desplazado se libera de su trampa y regresa a su sitio original, viajando como electrones emparejados nuevamente. El color del cristal volverá a su color original (generalmente amarillo ("citrino") o verde ("prasiolita") para la amatista e incoloro para el cuarzo ahumado). Después de la reirradiación, se puede reproducir el centro del color del agujero y, siempre que el cristal no se sobrecaliente, este proceso se puede repetir infinitamente.
El proceso de calentar el cristal y destruir el centro de color del agujero se denomina "blanqueamiento".

La teoría de los orbitales moleculares

La teoría de los orbitales moleculares describe las trayectorias (orbitales) que viajan los electrones cuando varios átomos (dos o más) se combinan químicamente. Para que los átomos se combinen en moléculas, deben compartir o intercambiar electrones.

La mayoría de los diagramas y libros de texto que se utilizan para explicar los orbitales en química fundamental (y gemología) muestran los orbitales o movimientos de los electrones en anillos bidimensionales. Aunque eso es suficiente para una comprensión básica, los orbitales son tridimensionales y los electrones se mueven en nubes complejas.
Una explicación en profundidad de esos orbitales puede ser muy útil para describir esta teoría, pero es un tema muy complejo y va más allá del ámbito de la gemología.

En cambio, nos centraremos en los diferentes tipos de enlaces que pueden ocurrir entre átomos.

  1. Enlace iónico
  2. Unión covalente

Si bien ambos enlaces tienen características diferentes, en su mayoría ambos juegan un papel en el enlace químico de las piedras preciosas y están directamente relacionados con la electronegatividad de los diferentes elementos que componen la fórmula química de una piedra preciosa.
Son solo los electrones en las capas externas de los átomos los que juegan un papel en los enlaces iónicos o covalentes.

Electronegatividad

Figura ( PageIndex {6} ): Escala de electronegatividad

La electronegatividad se refiere a la fuerza a la que ciertos elementos se atraen entre sí. Una de las formas en que se organiza la tabla periódica de elementos es por su electronegatividad. En general, los elementos de la esquina superior derecha tienen una electronegatividad más fuerte que los de la esquina inferior izquierda.
Como diferentes elementos intentan combinarse para formar moléculas, los elementos que tienen la electronegatividad más alta son los más codiciosos y tienen prioridad sobre los elementos con una electronegatividad más baja.

Cuando hay una gran diferencia de electronegatividad entre dos elementos, el elemento con mayor electronegatividad tomará los electrones del otro elemento y esto provoca un vínculo muy fuerte entre esos dos elementos.
El elemento "codicioso" tendrá una carga negativa adicional (porque tomó electrones con carga negativa del otro elemento) y, por lo tanto, polarización entre los dos elementos ocurre. Esta polarización (un elemento tendrá una carga positiva y el otro una carga negativa) actúa como un imán y los dos elementos estarán muy cerca el uno del otro. En otras palabras, forman un vínculo muy fuerte y habrá un intercambio (donación y recepción) de electrones. Esto se conoce como enlace iónico.

Sin embargo, si la diferencia de electronegatividad es muy baja o la electronegatividad es la misma, los enlaces no son tan fuertes y los electrones en las capas externas de los átomos (elementos) se comparten entre los diferentes elementos y esos electrones pueden viajar libremente (pero según a ciertas reglas) entre los dos elementos. Este tipo de unión suelta se denomina Unión covalente y los átomos que forman la molécula están más espaciados que en los enlaces iónicos.
El enlace covalente juega un papel importante en la formación del color, ya que la energía necesaria para intercambiar los electrones provoca la absorción. Transferencia de carga es un término común para describir el intercambio continuo de electrones en enlaces covalentes cuando se aplica energía a la molécula.

La principal diferencia entre los enlaces iónicos y covalentes es que en los enlaces iónicos hay un donación / recepción de electrones, mientras que en los enlaces covalentes hay un intercambio de electrones.

Transferencia de carga

Figura ( PageIndex {7} ): Transferencia de carga en Iolita

Pueden existir diferentes elementos (especialmente los elementos de transición) en diferentes estados de valencia. Cuando esos átomos cargados (iones) forman enlaces covalentes, algunos electrones en las capas externas pueden viajar entre esos dos iones. Esto da como resultado una transferencia de carga entre esos dos iones y solo puede suceder a través de la absorción de energía. Cuando la energía requerida para esa transición es equivalente a la energía en el rango visible (o cerca de ese) de la luz, resultará en color.

En el caso de la iolita, se cree que el color es causado por la transferencia de carga entre Fe2+ y Fe3+ iones. El Fe2+ El ion tiene un electrón más en su capa exterior que el Fe.3+ ion. Ese electrón es atraído por el Fe.3+ ion y cuando el electrón orbita el Fe3+ ion, ese ion se convertirá en un Fe2+ ion. El Fe original2+ entonces se convertirá en un Fe3+ ion y el proceso se repite.


La notación habitual para dicha transferencia es: [Fe ^ {2+} + Fe ^ {3+} rightarrow Fe ^ {3+} + Fe ^ {2 +} ]

Para el zafiro, el funcionamiento es similar, pero la transición es entre Fe2+ y Ti4+. Aunque hay muchos otros elementos que podrían influir en la coloración de los zafiros, la notación general del zafiro (azul) es: [Fe ^ {2+} + Ti ^ {4+} rightarrow Fe ^ {3+} + Ti ^ {3 +} ]

La teoría de la banda

La teoría de la banda se desarrolló originalmente para explicar la conductividad eléctrica en los metales. Más tarde, esta teoría se desarrolló aún más con la mecánica cuántica y con eso también podría explicar los colores en los materiales (como las piedras preciosas).

La conductividad eléctrica depende del viaje libre de electrones cargados negativamente a través de un material. Para que un electrón viaje a través de un sólido (como un metal o un cristal), debe haber espacio para que viaje el electrón.
Imagina que estás en una habitación llena de gente y quieres caminar hasta el otro extremo de la habitación. En una sala completamente llena, no se puede cruzar porque hay demasiada gente en ella. Ahora imagina que hay un balcón encima de la habitación donde no hay gente. Cuando algunas de las personas tuvieran suficiente energía en su cuerpo para saltar al balcón, esas personas ahora tienen libertad para moverse. Mientras esas personas se mueven al balcón, dejan espacios en la habitación para que el resto de nosotros tenga más espacio para movernos.
Por supuesto, para que la gente salte al balcón, necesita la energía para hacerlo. Si no tienen esa energía, simplemente retrocederán. Así que hay un espacio entre la habitación y el balcón que necesitan salvar.
Lo mismo se aplica a los electrones en un sólido.

Figura (PageIndex {8} ): La teoría de la banda (gap) ilustrada

En teorías anteriores, la atención se centró en uno o dos átomos cargados (iones). Algunos electrones se encuentran en niveles de energía llenos alrededor de los átomos y están muy localizados en el sentido de que tienen una fuerza de unión muy fuerte al núcleo. Sin embargo, los electrones en las capas externas (vacías) pueden desempeñar un papel en la unión con otros átomos, ya sea a través de enlaces iónicos o covalentes. Esos electrones se nombran electrones de valencia y están débilmente unidos al núcleo. En realidad, hay una gran cantidad de electrones de valencia en un cristal (una multitud de miles de millones por milímetro cúbico).
Si arrojáramos todos esos electrones de valencia ligados más sueltos en un grupo de electrones, obtendríamos un grupo imaginario de electrones de valencia. Ese "grupo" se llama banda de valencia.
Como la banda de valencia está completamente llena de electrones, no es posible el viaje de electrones. Entonces no puede haber conductividad eléctrica. Si los electrones tuvieran suficiente energía para romper esta banda de valencia y entrar en la banda de conducción (el balcón), entonces será posible la conductividad eléctrica. En varios materiales, el banda prohibida (la distancia entre la planta baja y el balcón) es diferente.

Dependiendo de la energía requerida para que un electrón supere esta brecha, dividimos los materiales en tres categorías:

  1. Aisladores (gran espacio sin conductividad eléctrica)
  2. Conductores (espacio pequeño o nulo para superponer niveles de energía con una buena conductividad eléctrica)
  3. Semiconductores (intermedios entre aisladores y conductores)

En los aisladores, la brecha es tan grande que en condiciones normales (temperatura ambiente) no hay suficiente energía para que un electrón cubra la gran brecha entre la valencia y la banda de conducción. Como consecuencia, los materiales con un gran espacio serán aislantes eléctricos además de incoloros. La última parte (incolora) es lógica porque el sólido no puede absorber energía de la luz visible. El vidrio es un ejemplo de buen aislante.

En los conductores (como los metales) hay una brecha de banda muy pequeña o ninguna brecha de banda (generalmente la banda y las brechas de conducción se superponen). Por lo tanto, los electrones pueden estar fácilmente en la banda de conducción. Como se requiere poca energía para que un electrón pase de la banda de valencia a la banda de conducción, estos materiales serán opacos porque se absorberá toda la energía de la luz visible. La situación ideal resultaría en un material negro opaco, pero otras fuerzas pueden convertirlo en un material opaco coloreado (como el amarillo para el oro).

Los semiconductores son intermedios entre los dos estados mencionados anteriormente y dividimos los semiconductores en dos categorías:

  1. Semiconductores intrínsecos (elementos puros)
  2. Semiconductores extrínsecos (elementos dopados)

El dopaje significa que hay impurezas con un estado de valencia diferente en la red cristalina, como en las piedras preciosas alocromáticas.

Figura ( PageIndex {9} ): Estructura de puntos de Lewis del diamante.

Los semiconductores intrínsecos con una gran banda prohibida suelen comportarse como aislantes (como el diamante). Cada átomo de carbono en la estructura del diamante tiene 4 átomos de valencia e intentan combinarse con otros 4 átomos de carbono para formar una estructura molecular tetraédrica. Esto significa que en una estructura de diamante puro, la banda de cenefa está completamente ocupada y la banda de conducción está vacía (por lo que no hay conducción eléctrica). Sin embargo, si pudiéramos encontrar un medio para hacer espacio en la banda de valencia y / o para ocupar la banda de conducción, entonces el diamante podría ser un conductor eléctrico.
Para ello, necesitaríamos una impureza para sustituir un átomo de carbono en la estructura de diamante "ideal".

Figura ( PageIndex {10} ): Dos tipos de semiconductores dopados

Si reemplazáramos un átomo de carbono (C) con un átomo de nitrógeno (N), que tiene 5 electrones de valencia en lugar de 4, entonces tendríamos un electrón de más. Ese exceso de electrones crearía un nivel de energía extra dentro de la banda prohibida por debajo de la banda de conducción. Algunos electrones en este nivel extra de energía de electrones ahora pueden excitarse en la banda de conducción. Este tipo de semiconductor dopado se denomina semiconductor de tipo N (N después de la carga negativa de los electrones adicionales). El diamante amarillo de tipo IIa es un ejemplo de este tipo.

Lo contrario también funciona, si introducimos boro (B) en la red, que tiene 3 electrones de valencia, el diamante tendría una carga positiva y crearía un agujero en la brecha de energía (otro término para una brecha de banda). Un electrón de la banda de valencia se excita para llenar el hueco y eso crea un hueco en la banda de valencia. Un electrón vecino en la banda de valencia llenará ese agujero y el agujero parece moverse a través de la banda de valencia, lo que crea conductividad. Este tipo se denomina semiconductor de tipo P (P después de la carga positiva creada por el agujero). El diamante azul tipo IIb es un ejemplo de esto. El diamante azul irradiado no conduce, por lo que se puede hacer una distinción entre ellos.

La teoría de las propiedades físicas

Aunque las teorías anteriores describen las causas de los colores que se originan a partir de las interacciones de los electrones, hay algunas otras formas en que se pueden crear los colores. En su mayoría, se muestran como parches de colores causados ​​por dispersión, dispersión, interferencia y / o difracción.
Todos estos fenómenos se explican en otros capítulos.


7.12: Causas del color - Geociencias

Los minerales pueden tener un color natural por diversas razones. Entre estos se encuentran:

El color es característico (idiocromático) de algunos minerales y, por tanto, puede servir como ayuda para la identificación. El color suele ser bastante variable (alocromático) y, por lo tanto, puede contribuir a una identificación errónea.

El color depende de la respuesta del ojo a la radiación visible, aproximadamente entre 400 y 700 nanómetros. La luz que incide en la superficie de un mineral puede transmitirse, reflejarse, refractarse, absorberse o dispersarse. El reflejo y la dispersión contribuyen al brillo del mineral, no al color. Si no se produce absorción de luz, el mineral será incoloro tanto en la luz reflejada como en la transmitida. El color resulta de la absorción de algunas longitudes de onda de luz, y el resto se transmite. Nuestro ojo mezcla los colores transmitidos en un solo "color". Sin embargo, los espectrómetros pueden descomponer la luz transmitida en sus componentes. (Ver figura 4.60, p. 158 de Klein, 22ª edición) El espectro de absorción del berilo muestra picos a 400 y 700 nanómetros, y una transmisión máxima cerca de 500 nanómetros, correspondiente a un color verde azulado.

Un mineral se colorea si se absorben ciertas longitudes de onda a medida que la luz se transmite a través del mineral. Muchos minerales absorben varios colores diferentes. Las longitudes de onda de la luz que no se absorben se combinan para dar al mineral su color. La absorción se produce porque la energía de la longitud de onda absorbida corresponde exactamente a las diferencias de energía entre los niveles de energía permitidos en los átomos o iones del mineral. Los minerales incoloros no tienen transiciones cuya energía corresponde a la luz visible. Los minerales coloreados tienen una o más transiciones de este tipo. Tres causas de tales transiciones son las siguientes:

Ejemplo 2: El mineral crisoberilo (Al 2 BeO 4) tiene una estructura similar a la del olivino. Algo de hierro férrico puede reemplazar los iones de aluminio, que están en coordinación octaédrica. El espectro resultante es muy diferente al del olivino (ver Figura 4.62 de Klein, p. 160). Se produce cierta absorción azul verdosa en lo visible y el mineral es de color amarillo pálido. Por tanto, el estado electrónico del ion afecta enormemente al color.

Ejemplo 3: En el granate almandina (Fe 3 Al 2 Si 3 O 12), el hierro ferroso se encuentra en un sitio coordinado ocho veces. Esto cambia la absorción visible a una fuerte absorción del amarillo, azul y verde y cierta absorción del naranja. Por tanto, el mineral muestra un color rojo intenso (ver Figura 4.62 de Klein, p. 160).

Se sabe que la fluorita púrpura obtiene su color de los defectos de Frankel (falta el anión F). El anión faltante puede resultar de la exposición a radiación de alta energía (rayos X o energía superior) o del crecimiento en un ambiente deficiente en flúor. Se suponía que el agujero vacío tenía una carga negativa. Por lo tanto, un electrón, mantenido en su lugar por el campo cristalino general, ocupa el sitio. Este electrón puede ocupar un nivel de energía del estado fundamental o varios estados excitados. El movimiento de electrones entre el suelo y los estados excitados puede causar color o fluorescencia óptica. Calentar el cristal templa esos defectos y el color se desvanece.

La sustitución de un catión con una carga más baja por el ion normalmente presente, seguida de la expulsión de un electrón de un anión adyacente, como el oxígeno, puede producir dichos huecos. En el cuarzo ahumado, el Al 3+ puede sustituir al Si 4+. Esto crea un desequilibrio de carga. Los niveles altos de radiación durante un período corto, o los niveles bajos durante períodos geológicamente significativos, pueden expulsar un electrón de un par solitario en un ión de oxígeno adyacente. Esto crea el "agujero". El electrón restante ahora tiene varios estados excitados disponibles. Las transiciones a estos estados pueden absorber la luz visible, creando color. Si se sustituye Fe 3+ en lugar de Al 3+, se obtiene el color púrpura de la amatista.

Las mezclas mecánicas de impurezas también pueden causar color en los minerales. La hematita es un material pigmentante común que imparte un color rojizo a minerales como el feldespato, la calcita y el cuarzo, variedad jaspe. La crisoprasa, una variedad de color criptocristalino verde, generalmente es de color verde debido a la clorita. La inclusión de agua puede hacer que el cuarzo sea lechoso. El cuarzo lechoso generalmente se forma a partir de una solución hidrotermal. La disolución de diminutas agujas submicroscópicas de rutilo provoca la dispersión de la luz azul e imparte un color rosa al cuarzo. Si las agujas son más grandes, la luz roja se dispersa y el resultado es un cuarzo azul. La presencia de carbono de grano fino, ya sea amorfo o como grafito, puede causar un color gris a negro en minerales incoloros.

Los minerales como el ágata, que son bastante porosos, son susceptibles a la tinción artificial. Remojar el mineral en varias soluciones sucesivas precipita cristales diminutos en los poros de la ágata, coloreandola.


¿De qué color es el topacio?

El topacio natural es translúcido e incoloro, como el corindón natural. La amplia gama de colores topacio disponibles se debe a trazas de impurezas naturales o defectos estructurales del cristal. La diversidad de colores también se debe a los cambios producidos por la industria de las piedras preciosas. El topacio está disponible en una variedad de colores desde amarillo, naranja, gris, violeta, azul, negro, violeta y verde.

El topacio incoloro es bastante común y rara vez se le da un corte deslumbrante y se vende como reemplazo del diamante. De hecho, una de las piedras preciosas de topacio más famosas del mundo es un topacio incoloro que originalmente se pensó que era un diamante.

Los colores más comunes del topacio sin tratar son el amarillo pálido, el marrón y el gris. También se encuentran tonos pastel de verde claro, violeta y rosa. El color topacio más popular es el azul. De hecho, el topacio azul es la piedra de joyería perenne más vendida en los EE. UU.

El color topacio más valioso conocido como topacio imperial, es un color naranja a rosa. El color exacto no es muy conocido para el topacio imperial, por lo que bajo este nombre se ofrece una amplia gama de topacios naranja dorado, melocotón y rosa. Varias gemas de topacio rosa claro son el resultado del tratamiento con calor.


Color de agua

¿El agua pura es realmente clara? En realidad, no, incluso el agua pura no es incolora, pero tiene un ligero tinte azul. En el mundo natural, a menudo se ve agua que definitivamente no es clara. Los sedimentos y los materiales orgánicos colorean el agua natural en tonos marrones o verdes. Y si hay demasiado hierro, incluso el agua potable puede tener un tono marrón. Siga leyendo para investigar el color del agua en el medio ambiente.

Puede ser cierto que un poco de color en el agua puede no hacer que beberla sea dañina. pero ciertamente hace que beber sea desagradable. Por lo tanto, el color en nuestra agua es importante cuando se trata de beberla, así como en el agua para otros usos domésticos, industriales y en algunos entornos acuáticos.

"¿Quieres una taza de agua deliciosa?
¡Es solo un poco de hierro ferroso suspendido!
"

Crédito: Petr Kraatochvil, Public Domain Pictures

Color y agua potable

Si alguna vez ha bebido agua que contenga un poco de hierro, lo sabrá por el sabor metálico que le queda en la boca. Los productos químicos disueltos en el agua potable pueden ser menos que deseables. El color en el agua potable puede ser causado por materiales disueltos y suspendidos, y un tono marrón en el agua a menudo proviene del óxido en las tuberías de agua. Although water can contain contaminants, which are usually removed by water-supply systems, the plus side is that the water you drink likely contains a number of dissolved minerals that are beneficial for human health. And, if you have ever drunk "pure" water, such as distilled or deionized water, you would have noticed that it tasted "flat". Most people prefer water with dissolved minerals, although they still want it to be clear.

Have you ever gotten a glass of water from your faucet and the water is milky white water or hazy? This is almost always caused by air in the water. To see if the white color in the water is due to air, fill a clear glass with water and set it on the counter. Observe the glass of water for a minute. If the white color is due to air, the water will begin to clear at the bottom of the glass first and then gradually will clear all the way to the top. This is a natural phenomenon and is caused by dissolved air in the water that is released when the faucet is opened. When you relieve the pressure by opening the faucet and filling your glass with water, the air is now free to escape from the water, giving it a milky appearance for a few minutes.

Air bubbles and pressure in water lines can make your drinking water look
nublado. for a few seconds.

An indoor swimming pool appears blue from above. as light reflecting from the bottom of the pool travels through enough water that its red component is absorbed. The same water in a smaller bucket appears colorless.

Pure water and color

Is pure water really clear? First, you won't find truly pure water in a natural setting. The water you see every day contains dissolved minerals and often suspended materials. But, for practical purposes, if you fill a glass from your faucet the water will look colorless to you. The water is in fact not colorless even pure water is not colorless, but has a slight blue tint to it, best seen when looking through a long column of water. The blueness in water is not caused by the scattering of light, which is responsible for the sky being blue. Rather, water blueness comes from the water molecules absorbing the red end of the spectrum of visible light. To be even more detailed, the absorption of light in water is due to the way the atoms vibrate and absorb different wavelengths of light. The details are beyond the scope of this Web site, but Webexhibits explains this in much more detail.

Color and water in the environment

Color in water you see around you can be imparted in two ways: dissolved and suspended components. An example of dissolved substances is tannin, which is caused by organic matter coming from leaves, roots, and plant remains (picture below on the left). Another example would be the cup of hot tea your grandmother has in the afternoon. In the picture below the color is probably attributable to naturally dissolved organic acids formed when plant material is slowly broken down by into tiny particles that are essentially dissolved in the water. If you filtered that tannin-water in the picture the color would probably remain.

Natural water will never be totally clear, but will have some amount of color.

Most of the color in water you see around you comes from suspended material (pictured above on the right) of a tributary contributing highly-turbid water containing suspended sediment (fine particles of clay) to clearer, but still colored, water in the main stem of the river. Algae and suspended sediment particles are very common particulate matter that cause natural waters to become colored. Even though the muddy water would not be appealing to swim in, in a way that water has less color than the water containing dissolved tannins. That is because suspended matter can be filtered out of even very dirty-looking water. If the water is put into a glass and left to settle for a number of days, most of the material will settle to the bottom (this method is used in sewage-treatment facilities) and the water will become clearer and have less color. So, if an industry needed some color-free water for an industrial process, they would probably prefer sediment-laden water over tannin colored water.

Suspended material in water bodies may be a result of natural causes and/or human activity. Transparent water with a low accumulation of dissolved materials appears blue. Dissolved organic matter, such as humus, peat or decaying plant matter, can produce a yellow or brown color. Some algae or dinoflagellates produce reddish or deep yellow waters. Water rich in phytoplankton and other algae usually appears green. Soil runoff produces a variety of yellow, red, brown and gray colors.

High dissolved iron in the tap water has, over time, stained the porcelain in the sink.

Effects of color on ecosystems

Highly colored water has significant effects on aquatic plants and algal growth. Light is very critical for the growth of aquatic plants and colored water can limit the penetration of light. Thus a highly colored body of water could not sustain aquatic life which could lead to the long term impairment of the ecosystem. Very high algal growth that stays suspended in a water body can prevent light penetration as well as use up the dissolved oxygen in the water body, causing a eutrophic condition that can drastically reduce all life in the water body. At home, colored water may stain textile and fixtures and can cause permanent damage, as the picture of the sink shows.


Colored Diamonds at $800/carat

Element Six, a De Beers-owned company, has been producing synthetic diamond for experimental and industrial purposes since the 1980s. Although De Beers has historically only sold natural diamonds for use in jewelry, in 2018 they surprised the gem and jewelry industry by breaking that tradition. In September 2018 they began selling a collection of synthetic diamond jewelry under the Lightbox trademark. They distinguished their products from natural diamonds by calling then lab-grown diamonds.

Lightbox Jewelry features pink, blue, and colorless lab-grown diamonds for the previously unheard-of price of $800 per carat. These are all sold without grading or laboratory reports. They do not have the lab-grown diamonds graded for two reasons: 1) to minimize the cost of the product and, 2) they do not believe that lab-grown diamonds require grading. The goal is to sell them inexpensively for any occasion and for everyday wear.

At a price of only $800 per carat, almost anyone who wants a colored lab-grown diamond can afford one. Customers can purchase lab-grown blue or pink diamond solitaire stud earrings starting at $250 per pair. For $250, each earring contains a 1/8-carat lab-grown diamond set in 10-karat white gold.

In May, 2019, Stephen Lussier, a De Beers executive, reported that Lightbox's early sales have been mostly their pink and blue products. The company believes that this is happening because the buyers want "color". They are also selling all of the Lightbox jewelry that they have the ability to produce. [13] In the autumn of 2020, Lightbox opened their new factory in Gresham, Oregon, and it will soon be producing up to 200,000 carats per year. [14]

Mr. Lussier was asked if Lightbox was "cannibalizing the lower end of the diamond market". His reply was "Not significantly. We are selling in a category where it's competing largely with non-diamond jewelry. [We] are actually in a different market segment from a diamond perspective, and there is minimal cannibalization. It will affect some of the semiprecious, the low-end colored stones. But at the end of the market it's mostly color." [13]


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