Como rochas e minerais brincam com a luz para produzir cores de tirar o fôlego
Rochas e minerais não refletem simplesmente a luz. Eles brincam com ela e interagem com a luz tanto como uma onda quanto como uma partícula.
- Sejam valorizadas como pedras preciosas ou simplesmente deitadas na praia, rochas e minerais vêm em uma gama diversificada de cores.
- Processos intrincados no nível atômico são frequentemente responsáveis por essas cores.
- As impurezas nessas rochas não são simplesmente defeitos. São eles que tornam esses minerais verdadeiramente únicos.
rochas e minerais estão ao nosso redor. Alguns são valorizados por sua beleza, enquanto outros são tão comuns que são facilmente ignorados. Eles vêm em uma variedade de cores e tons. Alguns captam a luz, alguns a curvam e alguns até a quebram.
Mas por que os rubis são vermelhos enquanto as safiras, que têm quase a mesma fórmula química, vêm em uma variedade de cores? Por que o quartzo, um dos minerais mais abundantes na Terra, apresenta tamanha diversidade de cores e opacidade? E por que alguns minerais criam seu próprio mundo de arco-íris? As respostas a essas perguntas combinam como as rochas se comportam na escala molecular com alguma física fascinante.
Rubis, safiras e esmeraldas (oh, que coisa!)
Mesmo o rubi, a safira ou a esmeralda mais primorosamente lapidados obtêm sua cor brilhante por serem imperfeitos.
Vamos começar com rubis e safiras, ambos uma variedade de corindo. Este mineral se forma quando o óxido de alumínio se torna compactado em uma estrutura cristalina hexagonal. Em sua forma pura, o corindo é claro; no entanto, ocasionalmente, um íon de cromo pode substituir um íon de alumínio dentro da rede cristalina. Não é preciso muito - talvez apenas 1 átomo em 100 seja substituído - mas a imperfeição resultante significa que o cromo agora absorverá fótons verdes ou violetas da luz que atinge a gema. A luz vermelha, no entanto, continua a ser transmitida, criando aquele tom rubi brilhante.
Como mencionado, as safiras vêm em uma anfitrião de cores - rosas, vermelhos, amarelos, dourados, roxos, pêssegos, champanhe e, claro, aquele azul premiado. Como os rubis, as safiras resultam da substituição de íons de alumínio dentro de uma rede de corindo; só que desta vez, eles são substituídos por íons de ferro e titânio (apenas 1 em 10.000 íons). Quando a luz de um determinado comprimento de onda incide sobre uma safira, ela é absorvida e faz com que um elétron se transfira de um íon de ferro para um íon de titânio. Isso resulta em uma safira azul. Para produzir cores diferentes, outros oligoelementos devem estar presentes na safira, como chumbo, cobalto, silício, magnésio ou cromo.
Falando em cromo, algo muito diferente acontece quando substitui 1% dos íons de alumínio no mineral incolor berilo: Isso faz com que a luz vermelha e amarela seja absorvida, criando uma rica esmeralda verde.
Diversão irradiada para todas as idades
Certos minerais brilham em tons estranhos de rosa quente, amarelo vibrante ou até mesmo um verde estranho quando irradiados pela luz ultravioleta. Esse fenômeno ocorre quando íons ou certas impurezas dentro do mineral (chamadas ativadores) absorvem um fóton ultravioleta, fazendo com que um elétron seja promovido a um orbital atômico de maior energia. Quando o elétron retorna ao seu estado fundamental, ele não vai diretamente para lá, mas passa por vários orbitais de energia diferentes. Uma dessas transições pode fazer com que o átomo emita um fóton de comprimento de onda mais longo no espectro visível. Quando isso acontece, o mineral “brilha” em um processo chamado fluorescência .
Minerais fluorescente em uma variedade de cores , incluindo azul (como fluorita e scheelita), amarelo (esperita), vermelho (smithsonita) e roxo (apatita). Depois, há a autunita, um mineral que contém cristais semelhantes a blocos. É quase 50% de urânio e ficará verde brilhante.
Sempre perseguindo arco-íris
Algumas pedras parecem conter um arco-íris de cores. Por exemplo, as opalas brilham em uma ampla variedade de cores, dependendo do ângulo em que são vistas. A iridescência dessas pedras tem a ver com a disposição dos minúsculas esferas de sílica . A distância entre essas esferas é minúscula - da ordem do comprimento de onda da luz visível. Por causa disso, eles agem como uma espécie de grade de difração, separando a luz em suas cores componentes.
A iridescência das pérolas é semelhante. Uma pérola se forma dentro de uma ostra quando um pequeno pedaço de areia ou outro objeto estranho entra na concha. Lentamente, é coberto por camadas de madrepérola , um tipo de carbonato de cálcio. A espessura das camadas de nácar está próxima do comprimento de onda da luz visível. Por causa disso, se você olhar para uma pérola de diferentes ângulos, a luz será refletida nas diferentes camadas dentro da pérola.
Esses comprimentos de onda de luz serão adicionados (interferência construtiva) ou subtraídos (interferência destrutiva). Essa interferência depende do comprimento de onda da luz e de como ela se compara à distância entre as camadas; portanto, a cor de uma pérola mudará ligeiramente, dependendo se as várias cores estão interagindo de forma construtiva ou destrutiva.
O olho do tigre (a emoção da luz)
O olho de tigre é bem conhecido por suas faixas intrigantes de ouro, âmbar e marrom avermelhado. Mas a causa de seu brilho especial iludiu cientistas até recentemente .
Como opalas e pérolas, o olho de tigre parece captar a luz. Originalmente, os cientistas pensaram que a pedra preciosa foi criada como unidades de fórmula de amianto lentamente substituindo unidades de fórmula de quartzo em um processo chamado pseudomorfismo (o mesmo processo que gera madeira petrificada). No entanto, um exame mais detalhado revelou um processo diferente no trabalho.
O olho de tigre começa a se formar quando a água penetra em uma rachadura dentro de uma rocha contendo quartzo e crocidolita (também conhecido como amianto azul). O quartzo e a crocidolita se dissolvem na água e, à medida que o fazem, o quartzo lentamente começa a cristalizar enquanto fibras de crocidolita se formam ao longo da rachadura. A rocha então racha novamente e o processo se repete, exceto que agora as fibras de crocidolita estão ligeiramente deslocadas. Essa compensação cria as faixas variadas pelas quais o olho de tigre é conhecido. Quando essas rachaduras ocorrem, a crocidolita também é exposta ao ar e reage com o oxigênio para criar óxido de ferro, dando à pedra seus característicos tons marrom-avermelhados.
Agora isso é um quartzo de uma cor diferente
Os minerais não precisam ser pedras preciosas raras para serem interessantes. Vá em qualquer caminhada e pegue uma pedra aleatória. Provavelmente será todo ou parcialmente quartzo. Isso porque o quartzo é o segundo mineral mais comum na superfície da Terra (depois feldspato ). Isso compõe 12% da crosta do planeta . Cristais de quartzo até compõem a areia na maioria das praias.
O quartzo se desenvolve nas profundezas da Terra a partir da solidificação do magma que forma cristais de sílica. Em sua forma pura, o quartzo é um cristal transparente incolor. Mas muitos fatores podem influenciar a aparência e a cor do quartzo - por exemplo, quando o magma que forma o quartzo é rico em outros minerais ou quando a água com minerais dissolvidos se infiltra nos cristais de quartzo em formação e introduz novos elementos.
O quartzo rosa pode conter pequenas quantidades de ferro, titânio ou manganês. As impurezas de ferro irradiadas no quartzo também podem criar os púrpuras reais da ametista e, se a ametista for exposta ao calor e à pressão por muito tempo, essas mesmas impurezas produzirão os laranjas ardentes e os amarelos do citrino. O quartzo leitoso contém pequenas inclusões de líquido ou gás que conferem ao mineral seu brilho opaco. Finalmente, o jaspe costuma ser um agregado de cristais de quartzo com ferro, dando-lhe uma cor vermelha.
luz e cor
Esses minerais não refletem simplesmente a luz. Eles brincam com isso. Eles interagem com a luz como uma onda e interagem com a luz como uma partícula. Os elétrons se movem, ganham e perdem energia. As impurezas nessas rochas não são simplesmente defeitos. São eles que tornam esses minerais verdadeiramente únicos.
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