| esmeralda hidrotermal | |
|---|---|
| cristales esmeralda | |
| Fórmula | Sea 3 Al 2 Si 6 O 18 |
| mezcla | Fe 2 O 3 , V 2 O 3 , Cr 2 O 3 |
| Propiedades físicas | |
| Color | Verde oscuro, verde azulado |
| Color del guión | Blanco |
| Brillar | Vidrio |
| Transparencia | Transparente, translúcido |
| Dureza | 7.5-8.0 en la escala de Mohs |
| Escote | imperfecto |
| pliegue | Áspero, desigual |
| Densidad | 2,69-2,78 g/cm³ |
| Propiedades cristalográficas | |
| Singonía | Hexagonal |
| Propiedades ópticas | |
| Índice de refracción |
nω = 1,564–1,595 , nε = 1,568–1,602 |
La esmeralda hidrotermal o esmeralda cultivada (también conocida como esmeralda sintética , esmeralda cultivada en laboratorio y esmeralda rusa ) es una esmeralda obtenida de un proceso de fusión hidrotermal . Se diferencia de las esmeraldas naturales, formadas como resultado de procesos geológicos , por su pureza y la presencia de granulosidad , que es absolutamente imposible para una esmeralda natural .
La esmeralda es la segunda gema cultivada artificialmente (los primeros fueron cristales de rubí , cultivados a fines del siglo XIX por los químicos franceses E. Fremy y O. Verneuil a partir de una fusión de Al2O3 con una mezcla de Cr2O3). Como en el caso del rubí, el incentivo para cultivar esmeraldas sintéticas fue el precio extremadamente alto de un material natural de calidad.
La historia de la esmeralda sintética es muy complicada: muy a menudo, los cristales, cuya técnica de crecimiento fue desarrollada por un investigador (a veces anónimo), comenzaron a ser cultivados por una variedad de empresas. Es un hecho establecido que la primera esmeralda con calidad de gema se cultivó a principios de la década de 1930 en el gigante químico alemán IG Farbenindustry y se le dio el nombre comercial de "igmerald". Del análisis de estas esmeraldas, se puede concluir que el crecimiento de cristales, aparentemente, se llevó a cabo en crisoles de platino a temperaturas superiores a 1000°C a partir de una solución en la fusión de sal de Li2MoO4.
Más tarde, esta tecnología (de una forma u otra modificada) se extendió por todo el mundo, convirtiéndose en la base de varias producciones de gemas artificiales: Nakken, Gilson, Linde, Chatham y muchas otras. El fundador de uno de ellos, K. Chatham, incluso introdujo un término especial para tales cristales en la segunda mitad del siglo XX: "gemas creadas". Este término significa que el cristal creció en condiciones completamente análogas a los procesos naturales, pero realizados por el hombre. Como resultado, el cristal en sí es similar a los naturales.
Tenga en cuenta que K. Chatham, al aplicar el término "gemas creadas" a su esmeralda, fue algo astuto. El hecho es que, en la naturaleza, los cristales de esmeralda no crecen a partir de un derretimiento, sino a partir de soluciones hidrotermales, es decir. En la naturaleza y en el laboratorio se realizan procesos y condiciones de crecimiento fundamentalmente diferentes. Las diferencias en los procesos también se reflejan en las diferencias en los productos naturales y de laboratorio (cristales de esmeralda): las esmeraldas naturales contienen una mezcla de agua capturada de una solución hidrotermal, cuyas moléculas están ubicadas en las cavidades de la estructura cristalina; los cristales que crecen de la masa fundida, por el contrario, están libres de impurezas de agua. Esto último se expresa en el hecho de que las esmeraldas naturales, en comparación con las esmeraldas Chatham, tienen valores más altos de densidad, índice de refracción y birrefringencia.
Lo anterior deja en claro que existen intentos de implementar un proceso de crecimiento hidrotermal para la obtención de cristales de esmeralda, a los que se podría aplicar plenamente el término “gemas creadas”. Estos intentos dieron resultados positivos en los EE.UU. y la URSS . Los primeros resultados los obtuvo el investigador estadounidense E. Flanigen en los años 60 del siglo XX, quien logró hacer crecer cristales de esmeralda a partir de soluciones hidrotermales altamente concentradas de NH4Cl a temperaturas de ~500˚С y presiones de alrededor de 1000 atm. Desafortunadamente, el proceso de síntesis se desvaneció con bastante rapidez, por lo que, para obtener cristales grandes, fue necesario "trasplantar" las esmeraldas cultivadas a otro autoclave y repetir el proceso de crecimiento. Al parecer, este proceso se implementó en la empresa austriaca Lechleitner.
En la URSS, el trabajo en esta dirección se llevó a cabo en Moscú ( Instituto de Cristalografía de la Academia de Ciencias de la URSS ) y en Novosibirsk ( Instituto de Geología y Geofísica de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de la URSS ). Si el trabajo de los investigadores de Moscú se detuvo rápidamente, entonces un grupo de jóvenes científicos de Novosibirsk A. Lebedev, A. Ilyin, D. Fursenko (todos graduados de la Facultad de Geología y Geofísica de la Universidad Estatal de Novosibirsk), bajo el liderazgo del jefe . laboratorio de crecimiento de cristales hidrotermales V. Klyakhina a principios de los años 70 del siglo XX pudo resolver el problema: llevar a cabo un crecimiento estable de cristales de esmeralda a partir de soluciones hidrotermales. Más tarde, en los años 80, se unieron a ellos los graduados de la misma facultad V. Thomas, I. Fursenko, V. Maltsev y S. Demin.
Desde el cultivo del primer cristal de esmeralda hidrotermal en el Instituto de Geología y Geofísica, la tecnología del proceso de crecimiento se ha mejorado constantemente. Los principales trabajos en esta dirección se centraron en:
a) potenciar la saturación del color de la esmeralda hidrotermal;
b) un aumento en la uniformidad del color de los cristales;
c) la lucha contra los defectos de los cristales (el objetivo es hacer crecer un cristal que no contenga una sola grieta);
d) aumentar la reproducibilidad del proceso de crecimiento;
e) aumento en el rendimiento del material cultivado.
Más tarde, en 1989, con el fin de intensificar la investigación tecnológica y transferirla a la autosuficiencia , el Instituto Conjunto de Geología, Mineralogía y Geofísica de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias (nombre derivado de la reorganización del Instituto de Geología y Geofísica de la rama siberiana de la Academia Rusa de Ciencias) y la compañía de joyería tailandesa Pinky Trading LTD (Bangkok) fundaron una empresa conjunta TAIRUS , que produce cristales de esmeralda bajo la marca "Russian emerald".
El proceso de crecimiento de cristales bajo condiciones hidrotermales ocurre a altas temperaturas y presiones. Por lo tanto, este proceso se lleva a cabo en recipientes especiales de paredes gruesas: autoclaves hechos de acero especial resistente a la corrosión y al calor de alta resistencia. El autoclave que se muestra en la figura no es grande, su volumen de trabajo es de unos 250 ml, lo que permite crecer unos 100 g de cristales de esmeralda en un ciclo de crecimiento. Los autoclaves para el crecimiento hidrotermal de cristales de cuarzo, por ejemplo, son mucho más grandes, hasta 6 m3, y permiten cultivar hasta media tonelada de cristales en un ciclo de crecimiento.
La esencia del crecimiento hidrotermal de cristales de esmeralda utilizando la tecnología de esmeralda rusa es la siguiente. En el fondo de la cavidad de trabajo del autoclave, se vierte la carga (4) - el berilo natural triturado no tiene calidad de gema. Encima hay un diafragma (5), una placa redonda de acero con orificios que divide la cavidad de trabajo del autoclave en dos zonas: disolución (debajo del diafragma) y crecimiento (sobre el diafragma). Se coloca un marco (6) en la zona de crecimiento con una o más semillas (7), placas delgadas rectangulares cortadas de cristales de esmeralda de la más alta calidad cultivados en ciclos anteriores. Luego, se agrega a la cavidad interna la cantidad requerida de agua y un mineralizador (una mezcla de cierta composición que aumenta la solubilidad del berilo en una solución hidrotermal). Como mineralizador en la tecnología de cultivo de esmeraldas rusas, se utilizan sales que están presentes en los procesos reales de pegmatita, durante los cuales se forman cristales de berilo natural. Por lo tanto, las sustancias naturales o completamente análogas a las sustancias naturales están involucradas como productos iniciales en la tecnología rusa de cultivo de esmeraldas. El autoclave cargado se sella en su parte superior y se coloca en un horno vertical especial, en el que el autoclave se calienta a aproximadamente 600 ° C, y la presión en él aumenta a 1500 atm. Además, la parte inferior del autoclave (zona de disolución) se calienta a una temperatura más alta que la parte superior (zona de crecimiento). En la zona de disolución, la solución hidrotermal está saturada con componentes de carga (berilo). Las soluciones saturadas de la zona de disolución como resultado de la convección térmica natural ingresan a la zona de crecimiento, donde se enfrían y se sobresaturan. El exceso de sustancia de la solución sobresaturada se deposita en las placas de semillas: se produce el crecimiento de cristales de esmeralda. La duración total de un ciclo de crecimiento es de 1 mes, durante el cual uno o más cristales de esmeralda con un peso total de hasta 100 g, una longitud total de hasta 19 cm y un grosor de hasta 2,5 cm tienen tiempo para crecer.
Ilustremos ahora con la ayuda de un diagrama una estrecha analogía entre la implementación de procesos hidrotermales naturales y de laboratorio. Cuando se introduce magma fundido desde las profundidades de la Tierra en el espesor de la corteza terrestre, el fundido comienza a cristalizar con la formación, por ejemplo, de granito. Al mismo tiempo, los componentes gaseosos comienzan a separarse de la masa fundida, principalmente agua, en la que se disuelven aditivos de mineralizadores naturales, capaces de disolver bien sustancias que son insolubles en condiciones normales. Tal solución acuosa de gas se llama hidrotermal. Al final de la cristalización magmática, se forma una cavidad en el espesor de la corteza terrestre, rodeada de paredes sólidas compuestas de roca cristalina, rellenas de una solución hidrotermal. Con una mayor disminución de la temperatura y la presión, la materia "extra" comienza a depositarse desde la solución hidrotermal: crecen los cristales. Al comparar los procesos hidrotermales naturales y de laboratorio, vemos su analogía casi completa: incluso un autoclave hermético está presente en el natural, solo que sus paredes no están hechas de hierro, sino de granito duradero.
Los cristales se cultivan en soluciones de cloruro altamente ácidas. El acero para autoclaves no resiste en absoluto las soluciones agresivas de cloruro, por lo que el crecimiento de los cristales se lleva a cabo en recipientes protectores hechos de un material inerte (oro). El color verde jugoso, cercano al color de las clásicas esmeraldas colombianas naturales, se debe a la inclusión conjunta de impurezas Cr3+ y V3+ en el berilo. La pureza del color se ve facilitada por el hecho de que un recipiente protector sellado hecho de oro evita la contaminación del cristal cultivado con componentes de acero autoclave. El análisis gemológico de la esmeralda Biron muestra su gran parecido con las esmeraldas naturales (color verde y amarillo verdoso bajo el filtro Chelsea, ausencia de luminiscencia bajo la radiación UV, densidades e índices de refracción aumentados, etc.), en las que se acerca a la esmeralda “Esmeralda rusa” y se diferencia fundamentalmente de los cristales obtenidos a partir de soluciones en sales fundidas. [1] En esta esmeralda, de hecho, fue posible reducir el contraste de las estrías, pero debido al hecho de que la rugosidad de la superficie de regeneración creciente es mucho más fina, la concentración de estrías por unidad de volumen de la piedra cortada es notablemente más alto. Por lo tanto, muy bella en pequeños cortes, la esmeralda Biron en piedras grandes comienza a perder su juego. Actualmente, aparentemente, no se produce debido a un costo significativamente mayor en comparación con la producción de la esmeralda esmeralda rusa, pero algunas de sus cantidades todavía se pueden encontrar en el mercado mundial de joyas.
Un análisis de la morfología de los cristales de esta esmeralda, la composición de las inclusiones, los espectros IR y una serie de otros parámetros nos permite concluir que esta esmeralda se produjo utilizando una tecnología cercana al proceso de producción de la esmeralda Biron. Su color, a diferencia de la esmeralda Biron, se debe a la inclusión de solo impurezas Cr3+ en el berilo, lo que provoca una luminiscencia roja bajo el ultravioleta y un color rojo bajo el filtro Chelsea, que es completamente atípico de las piedras naturales. Actualmente también, al parecer, no se produce. [2]
A la vuelta de los siglos 20 y 21, los empleados de TAIRUS Company lograron hacer crecer una esmeralda con un contraste de estrías fundamentalmente reducido. Los cristales se veían excepcionalmente transparentes y permitían cortar piedras grandes de cualquier tamaño requerido, cuyo juego no disminuía con el tamaño. Los resultados del investigador estadounidense E. Flanigen sirvieron como base para desarrollar la composición del mineralizador para el crecimiento de estos cristales. [3] El proceso de crecimiento de los cristales se llevó a cabo en recipientes de platino, por lo que los cristales estaban libres de componentes de acero esterilizado en autoclave, y la esmeralda misma recibió el nombre de trabajo "platino". El color de tales esmeraldas se debe a la inclusión de solo impurezas Cr3+ en el berilo, que, al igual que la esmeralda "china", las piedras se ven rojas a través del filtro Chelsea y se caracterizan por una fuerte luminiscencia roja en el ultravioleta. Este último hecho supuso un freno a la amplia producción de tal esmeralda*, pero pequeños lotes a través del marchante italiano A. Malossi comenzaron a introducirse en el mercado de la joyería bajo su nombre: Malossi hidrotermal sintética esmeralda. Posteriormente, hubo informes de que la "esmeralda Malossi" se produjo en la República Checa, pero el análisis de los últimos cristales de la esmeralda Malossi mostró su identidad completa con el "platino", lo que sugiere la identidad completa de los procesos de crecimiento de estos "dos diferentes tipos” de esmeraldas hidrotermales.
Paralelamente al trabajo en la esmeralda "platino", un grupo de empleados de TAIRUS bajo el liderazgo de D. Fursenko trató de hacer crecer una esmeralda que no fuera inferior en color a la esmeralda "Biron" (considerada a principios del siglo XXI como el color estándar de la esmeralda hidrotermal) y tan transparente como la esmeralda "platino". Más de 7 años de trabajo de este grupo se dedicaron a obtener los primeros resultados positivos y unos años más a afinar la tecnología. Así apareció la “esmeralda de color colombiano”, una esmeralda cultivada hidrotermalmente de un color verde excepcional, no inferior en color a los mejores ejemplares de la esmeralda “Biron”, y en transparencia (debido al bajísimo contraste de las estrías) incluso superando a la esmeralda “platino”. El color del color esmeralda colombiano se debe a la presencia de la impureza V3+ en el berilo, razón por la cual el comportamiento puramente “natural” de este esmeralda - verde bajo el filtro Chelsea y la ausencia total de luminiscencia. Según otras características (presencia de impurezas de agua en los canales, alta densidad, alto índice de refracción, etc.), el color de la esmeralda colombiana es completamente similar a las mejores esmeraldas colombianas naturales. [cuatro]
Actualmente, las necesidades del mercado mundial de esmeraldas cultivadas hidrotermalmente están cubiertas casi por completo por la esmeralda rusa (un nicho para piedras talladas relativamente pequeñas) y la esmeralda de color colombiana (un nicho para tallas grandes más caras). Otras variedades de esmeraldas cultivadas hidrotermalmente ingresan al mercado esporádicamente y en pequeños lotes, lo que puede indicar que actualmente no existe una producción a gran escala de esmeraldas artificiales basadas en otros procesos tecnológicos.