El color de las joyas: impurezas en cristales

La ciencia detrás del bello color de las piedras preciosas más cotizadas como el rubí, el zafiro o la esmeralda os va a deslumbrar. En esta entrada veremos que se tratan de estructuras cristalinas casi perfectas, cuyas imperfecciones a nivel atómico, paradójicamente, suelen ser la causa de sus fascinantes colores.

Rubí ♥️

El rubí proviene del latín ruber por su intenso color rojo que, junto con su escasez y dureza, lo hace muy cotizado en joyería. Cuando en 2011 se subastaron las joyas de Elizabeth Taylor, destacó una pieza de 8.2 ct (1.7 g), vendida por 4.2 millones de dólares.

Para comprender el color de esta y las demás gemas pensemos en una estructura de átomos bien ordenados a la cual se introduce (natural o artificialmente) un pequeño porcentaje de iones “foráneos”. El rubí está basado en el corindón, una variedad cristalina de óxido de aluminio en la cual el oxígeno y aluminio se empaquetan hexagonalmente, salvo por 1/3 de Al ausentes. La clave está en las impurezas.

En el rubí hay algunas posiciones de Al³⁺ ocupadas por Cr³⁺ y son esos iones los que cambian la absorción y emisión de luz del cristal y con ello su color.

Zafiro 💍

El zafiro suele destacar por su bonito color azul (fijaos en el anillo de compromiso de la Princesa Diana), y eso que comparte con el rubí la misma estructura cristalina (Al₂O₃ corindón), reflejando la importancia de la especie atómica de las impurezas en el color.

Imaginemos al zafiro como el rubí, pero con titanio y hierro en el Al₂O₃. Cuando hay 2 impurezas de Fe²⁺ y Ti⁴⁺ cercanas, la transferencia de un electrón entre ambas hace que el material absorba luz amarilla. Junto con otros procesos similares, da lugar a su color azul.

Diamante Hope 💎

Aunque generalmente son incoloros, los diamantes también pueden mostrar color debido a impurezas. Por ejemplo, el Diamante Hope, famoso por su tamaño (2.5 x 2 x 2 cm³) y su supuesta maldición (varios de sus portadores han sufrido desgracias).

Es el ejemplo paradigmático de diamante azul (grisáceo). Obtiene su color de impurezas de boro. El boro aquí no es el causante directo, sino que, al tener un electrón menos que el carbono, genera un nivel de energía (nivel del hueco del e^–) responsable del color de la gema.

Recientemente en @orbitalaika_tve dedicaron un programa a la ciencia del lujo #LaikaLujo. Por ejemplo, aquí podéis ver la curiosa explicación de la formación de los diamantes de @geologoenapuros:

Esmeralda 💚

Volvemos a Elizabeth Taylor, cuyas piezas de esmeralda (colgante, collar, pendientes, …) destacaron por su belleza y por tratarse de regalos de su conocido marido, el también actor Richard Burton. ¿Qué cristal y qué impureza tenemos esta vez?

El verde intenso de la esmeralda proviene de las impurezas de cromo en el mineral berilo (Be₃Al₂(SiO₃)₆). Es decir, tenemos la misma impureza que el rubí, pero en otro cristal. En este caso es verde debido a la distinta estructura cristalina en la que se encuentra el ion Cr³⁺.

El rubí, el zafiro, el diamante y la esmeralda son las denominadas “4 piedras preciosas”. Por lo que he leído, se distinguen del resto por ser duras, de color puro y escasas, pero la distinción no es del todo clara y depende del contexto. Terminemos con dos gemas también bellas.

Amatista 💜

La amatista es una variedad cristalina del cuarzo. Es decir, está basada en SiO₂, pero de nuevo una impureza, el hierro, le da su color violeta. Ya desde el Antiguo Egipto o en Roma (imagen) se usaba para decorar grandes enterramientos o como sello personal.

En el cuarzo, generalmente blanco o incoloro, el hierro actúa de manera ligeramente distinta a los casos anteriores; forma un “centro de color”. Simplificando, no es la impureza sino el complejo iónico formado por ella el originario del hermoso color violeta de la amatista.

Ópalo 🌈

Del sánscrito “upala” = joya, también ha sido portado (en su variedad preciosa) por la realeza. También está basado en SiO₂ pero, a diferencia de los casos anteriores, ni sus átomos están ordenados a gran escala (no es un monocristal) ni su color se debe a impurezas.

El motivo del color del ópalo lo podéis encontrar en esta entrada, en el apartado de iridiscencia. Resumiendo, se trata del orden estructural a escala de la luz el que le da esos colores tan variados. Un fenómeno similar ocurre en algunos seres vivos, como por ejemplo en las alas de las mariposas Morpho azules.

Espero que os haya deslumbrado esta entrada sobre la base física-química del color de las piedras preciosas.