Guia completo de pedras preciosas Caraterísticas dos cristais, incluindo cores, brilho, transparência, luminescência, dispersão, mecânica e propriedades físicas

Desvende os segredos das cores das pedras preciosas e do jogo de luzes com o nosso guia. Saiba como se formam os cristais e as suas propriedades, como a transparência e a dureza. Descubra dicas de identificação de pedras preciosas e melhore os seus conhecimentos de joalharia para o seu negócio ou desenhos personalizados. Perfeito para especialistas em jóias e para aqueles que adoram brilhar.

Guia completo de ótica, mecânica e propriedades físicas dos cristais

caraterísticas, incluindo cores, brilho, transparência, luminescência, dispersão, clivagem, dureza, propriedades térmicas

Introdução:

Para os aficionados da joalharia, este guia descodifica a ótica dos cristais, as propriedades mecânicas e as caraterísticas físicas essenciais das gemas. É obrigatório para joalharias, marcas, retalhistas, designers e plataformas de comércio eletrónico. Saiba mais sobre dispersão de cores, pleocroísmo e luminescência na ótica dos cristais. Compreenda o significado de transparência, brilho e índice de refração. Mergulhe na dureza, densidade e resistência que afectam a durabilidade de uma gema. Este guia dota-o de conhecimentos para distinguir gemas genuínas, cruciais para joalheiros personalizados e celebridades que procuram peças únicas. Melhore a sua coleção com conhecimentos sobre as propriedades que ditam o fascínio e o valor de uma gema.

Secção I Definições de termos ópticos relacionados com cristais

Na natureza, a cor ou a forma dos cristais atrai imediatamente a nossa atenção, guiando-nos para os encontrar. Ao longo dos anos, descobrimos que os cristais podem ter muitas formas e cores. Com o desenvolvimento da tecnologia moderna, surgiu uma disciplina chamada cristalografia. Se estiver mais interessado em cristais, pode ler ou estudar livros mais especializados.

Esta secção abordará brevemente os fenómenos observados quando se observam pedras preciosas cristalinas em condições de luz e os termos profissionais utilizados para descrever esses fenómenos.

1. A cor dos cristais

1.1 Definição de cor

A cor é uma caraterística visual causada pela ação da luz no olho humano, para além das propriedades espaciais. Esta caraterística visual depende do reconhecimento da cor pelo observador e das condições de iluminação (Figura 2-3-1).

A cor em gemologia é normalmente expressa como a cor da pedra após absorção de luz visível ou pode ser descrita como a cor complementar da pedra (Figura 2-3-2) após absorção selectiva de luz visível em luz natural (Figura 2-3-3).

Na identificação visual prática, a definição clara da tonalidade de uma gema pode ajudar-nos a distinguir rapidamente entre gemas e as suas imitações, bem como a diferenciar certas gemas naturais das suas versões melhoradas.

1.2 Pontos-chave para a observação da cor

① Observar as cores utilizando a luz reflectida. Se houver uma fonte de luz artificial, isso pode ser feito sob uma lâmpada colorimétrica profissional com uma temperatura de cor constante. Se não houver uma fonte de luz artificial, pode ser observado à sombra num dia de sol. Recomenda-se geralmente a observação de manhã, pois é melhor não observar as cores das pedras preciosas à noite devido à luz mais fraca.

② Observe o ambiente contra um fundo neutro preto, branco e cinzento.

③ Outros factores não mencionados não afectam os resultados da observação de cores.

1.3 Métodos de descrição da cor

A gemologia é uma disciplina interdisciplinar e a descrição das cores das gemas baseia-se frequentemente nos métodos utilizados para descrever as cores dos minerais. Os métodos normalmente utilizados incluem os métodos colorimétricos padrão, binomiais e analógicos. Para certas gemas com uma distribuição desigual da cor, é também necessário assinalar especificamente o fenómeno da irregularidade da cor, que é geralmente referido como faixa de cor quando a cor é distribuída de forma estriada ou entrelaçada (em algumas gemas, este fenómeno é direcional e requer a observação da gema sob luz transmitida) (Figura 2-3-4 Figura 2-3-6).

(1) Cromatografia padrão

Utilizar cores padrão (vermelho, laranja, amarelo, verde, ciano, azul, púrpura) e branco, cinzento, preto e incolor para descrever a cor do mineral (Figura 2-3-7 ~ Figura 2-3-17)

(2) Método binomial

Quando a cor de um mineral é mais complexa, podem ser utilizadas duas cores para a descrever. Por exemplo, o vermelho púrpura é essencialmente vermelho com um tom púrpura (Figura 2-3-18). Para pedras preciosas com cores desiguais, um método binomial também pode ser usado para descrever cada categoria de cor, mas deve ser observado que as cores são distribuídas de forma desigual (Figura 2-3-19).

(3) Método análogo

As pedras preciosas podem ser comparadas com objectos comuns para descrever a cor do mineral, como o verde azeitona (Figura 2-3-20).

O método de analogia é uma forma comumente usada para descrever cores no mercado de comércio de pedras preciosas, como o London Blue Topaz (Figura 2-3-21) e o Swiss Blue (Figura 2-3-22).

Alguns destes termos comparativos de cor representam a qualidade das pedras preciosas, como o azul-centáurea para safiras (Figura 2-3-23) e o azul real (Figura 2-3-24). Vermelho sangue de pombo para rubis (Figura 2-3-25) e vermelho sangue de pombo, etc.

Em 120 de dezembro de 2014, o GRS (Laboratório Gemológico Suíço) anunciou uma nova cor, "Scarlet" (vermelho imperial), para descrever a cor vermelha dos rubis moçambicanos. Os rubis escarlates são certos rubis moçambicanos com uma cor vermelha viva com uma tonalidade laranja, e a fluorescência deste rubi não afecta a cor da própria pedra (rubis de tipo B).

A GRS classifica os rubis em dois tipos: Rubis de tipo A e rubis de tipo B.

Os rubis do tipo A referem-se aos rubis de Moçambique que exibem uma fluorescência significativa e são semelhantes em caraterísticas de cor aos rubis do tipo B, conhecidos como rubis de sangue de pombo. A designação deve-se ao facto de estes rubis terem uma cor semelhante à dos rubis de sangue de pombo de qualidade superior de Myanmar.

Os rubis do tipo B são rubis GRS do tipo "Scarlet" (vermelho imperial), com um certificado que descreve os rubis de Moçambique (tipo B) como vermelho vivo no certificado principal e descrições adicionais fornecidas em certificados suplementares.

Em 5 de novembro de 2015, a SSEF e o Gubelin Gem Lab anunciaram um consenso sobre os termos profissionais para descrever as safiras vermelhas e azuis, o vermelho sangue de pombo e o azul real. Para além disso, estes termos descrevem apenas a cor e a clareza sem qualquer tratamento (aquecimento ou enchimento), sem inclusões escuras visíveis. Devem apresentar uma cor uniforme e reflexos internos vivos nas safiras vermelhas e azuis.

2. O brilho dos cristais

2.1 Definição de brilho

A capacidade de uma superfície refletir a luz e o brilho depende do grau de polimento da superfície e do índice de refração. Termos como "brilho" ou "luminosidade" são frequentemente utilizados no mercado para substituir o termo técnico lustre.

Na identificação visual prática, o brilho pode ajudar-nos a distinguir rapidamente entre pedras preciosas e as suas imitações, bem como ajudar-nos a diferenciar certas pedras preciosas naturais das suas contrapartes tratadas.

2.2 Pontos-chave para a observação do brilho

① Observar o brilho utilizando a luz reflectida.

② Ao observar cristais, preste atenção ao efeito dos padrões da face do cristal no brilho.

Geralmente, o brilho das pedras preciosas processadas é melhor do que os seus cristais (Figura 2-3-26).

③ No processamento, a gema pode ser devido à diferença na dureza do material de polimento ou a direção e diferença na dureza do próprio material, resultando na diferença no brilho das mesmas gemas.

④ Para pedras preciosas cristalinas, sob as mesmas condições de polimento, quanto maior o índice de refração da pedra preciosa, mais forte é o brilho. As pedras preciosas agregadas podem apresentar variações no brilho devido à sua composição (Figura 2-3-27).

⑤ A ausência de outros factores não afecta os resultados da observação do brilho.

2.3 Métodos de descrição do brilho

Este livro aborda oito tipos de brilho de pedras preciosas. Os grupos que podem ser vistos em cristais incluem brilho metálico, brilho sub-metálico, brilho adamantino, brilho vítreo e brilho gorduroso (que é facilmente visto em áreas onde o cristal está danificado). Outros tipos de brilho são mais frequentemente encontrados em agregados ou pedras preciosas orgânicas, que serão desenvolvidos em capítulos posteriores.

(1) Brilho metálico

Ao observar pedras preciosas cristalinas com luz reflectida, os metais ou algumas pedras preciosas podem exibir reflexos muito fortes (a maior parte da luz incidente sofre reflexão especular), como o ouro, a prata e a pirite (Figura 2-3-28). Isto pode ser entendido como tendo uma intensidade de reflexão semelhante à dos metais comuns.

(2) Brilho de diamante

Ao observar pedras preciosas cristalinas com luz reflectida, o estado de reflexão mais forte aparece em pedras preciosas como os diamantes (Figura 2-3-29). Na análise real de identificação de pedras preciosas, consideramos que as pedras preciosas com um índice de refração (dados observados em instrumentos profissionais de teste de pedras preciosas, como refractómetros ou reflectómetros) superior a 2,417 têm brilho de diamante após o polimento. O brilho sub-diamante (Figuras 2-3-30, 2-3-31) está entre o brilho de diamante e o brilho de vidro, com pedras preciosas com um índice de refração entre 2,417 e 1,780 exibindo brilho sub-diamante após o polimento.

(3) Brilho do vidro

Ao observarmos pedras preciosas cristalinas sob luz refletida, a maioria das pedras cristalinas apresenta este tipo de brilho, como esmeraldas, cristais, turmalinas, etc. (Figuras 2-3-32 e 2-3-34). Na análise atual de identificação de gemas, consideramos que as gemas com um índice de refração entre 1,45 e 1,78 têm um brilho vítreo após o polimento, que pode ser entendido como uma intensidade de reflexão semelhante à de uma superfície de vidro. Sob as mesmas condições de polimento, quanto mais baixo o índice de refração, mais fraco o brilho vítreo, que pode ser descrito como brilho vítreo fraco; inversamente, quanto mais alto o índice de refração, mais forte o brilho vítreo, que é por vezes descrito como brilho vítreo forte.

(4) Brilho gorduroso

Ao observar pedras preciosas cristalinas com luz reflectida, algumas pedras preciosas podem exibir este fenómeno nas suas faces cristalinas. Em contraste, a maioria das pedras preciosas mostra este brilho em partes irregulares causadas por danos externos (este fenómeno pode ser descrito usando termos profissionais como fratura ou clivagem não desenvolvida) (Figuras 2-3-35 e 2-3-36). Pode ser entendido como uma intensidade de reflexão semelhante à de uma superfície gordurosa.

3. Transparência dos cristais

3.1 Definição de transparência

A capacidade de um objeto para transmitir luz visível. A espessura e a cor do cristal afectam a avaliação da transparência da gema. De um modo geral, para os cristais de gema coloridos, quanto mais espesso for o cristal de gema, pior será a sua transparência.

Na identificação visual real, a transparência não pode ser usada como um fator de julgamento autónomo para nos ajudar a distinguir rapidamente entre gemas e as suas imitações; mais frequentemente, aparece como um fator de avaliação da qualidade da gema.

3.2 Pontos-chave para observar a transparência

① Utilizar a luz transmitida para observar a transparência; nesta altura, é importante assegurar que a intensidade da luz transmitida é próxima da da luz natural. Muitas vezes, ocorre um erro de avaliação quando há um desvio entre a luz de observação e a intensidade da luz natural.

② Quando a gema contém inclusões óbvias (impurezas), irá reduzir ou causar uma transparência desigual.

③ Para pedras da mesma espessura, quanto mais escura a cor, menos transparente; Para pedras da mesma cor, quanto maior a espessura, menos transparente.

④ Outros factores não mencionados não afectam os resultados da observação da transparência.

3.3 Descrição dos métodos de transparência

Com base no grau de transmissão da luz, a transparência divide-se em cinco níveis: transparente, semi-transparente, translúcida, micro-transparente e opaca.

(1) Transparente

Observando a gema com luz transmitida, a gema parece globalmente brilhante e, em comparação com o fundo, o brilho da parte central da gema é consistente ou ligeiramente superior ao do fundo. Ao mesmo tempo, os contornos dos bordos são mais escuros (Figura 2-3-37 a Figura 2-3-39).

Os objectos do mesmo lado da luz transmitida podem ser vistos mais claramente através da gema.

Para gemas facetadas, o significado de transparência é ver claramente as facetas e bordas do pavilhão a partir da mesa maior (Figura 2-3-40).

(2) Sub-transparente.

Observando a pedra preciosa com luz transmitida, a pedra preciosa parece globalmente brilhante. Em comparação com o fundo, o brilho da pedra preciosa é consistente com o fundo. Os objectos observados do mesmo lado que a luz transmitida são mais pronunciados, enquanto que os objectos parecem um pouco nebulosos, como se uma camada de gaze branca densa tivesse sido adicionada entre a pedra preciosa transparente e a fonte de luz (Figuras 2-3-41, 2-3-42).

(3) Translúcido

Quando se observa a gema com luz transmitida, ela parece relativamente brilhante no seu todo, mas o seu brilho é mais fraco do que o do fundo. Os objectos no mesmo lado da luz transmitida são mais aparentes, mas é impossível determinar o que é o objeto; apenas se pode saber que existe um objeto (Figuras 2-3-43, 2-3-44).

(4) Subtranslúcido

Existem duas situações para a semi-transparência.

Uma situação é observar a pedra preciosa com luz transmitida, onde o brilho da pedra preciosa aparece preto no centro devido à baixa transmissão de luz, mas as bordas aparecem brilhantes devido à alta transmissão de luz.

Outra situação é observar a gema com luz transmitida. A gema parece negra devido à sua opacidade, mas as caraterísticas internas da gema podem ser vistas sob luz reflectida (Figura 2-3-45).

(5) Opaco

Observando a gema com luz transmitida, a gema é opaca e, comparada com o fundo relativamente claro, as bordas da gema são brilhantes, enquanto outras áreas parecem pretas ou não permitem a passagem da luz (Figuras 2-3-46, 2-3-47).

4. O Pleocroísmo dos Cristais

4.1 Definição de pleocroísmo

O fenómeno em que certos cristais de cores translúcidas a transparentes parecem ter cores diferentes quando observados de ângulos diferentes é chamado pleocroísmo.

As diferentes cores referem-se às diferenças de tonalidade, luminosidade e escuridão.

É importante notar que nem todas as pedras preciosas exibem este fenómeno; apenas algumas pedras preciosas das famílias de cristais intermédios ou inferiores podem mostrar pleocroísmo. Normalmente, as pedras preciosas da família dos cristais intermédios podem apresentar duas cores, dicroísmo; as pedras preciosas da família dos cristais inferiores podem apresentar três cores, conhecidas como tricroísmo, coletivamente referidas como pleocroísmo.

Na identificação visual prática, o pleocroísmo pode nos ajudar a distinguir rapidamente entre pedras preciosas e suas imitações, como a safira e sua imitação, a iolita (Figuras 2-3-48 a 2-3-50).

4.2 Pontos-chave para a observação do pleocroísmo

① Utilizar a luz transmitida para observar o pleocroísmo das pedras preciosas. É importante notar que o pleocroísmo da maioria das pedras preciosas só pode ser visto com o auxílio de um dicroscópio; é muito difícil de ser observado a olho nu.

② Quando existem inclusões óbvias (impurezas) no interior da pedra preciosa, a redução da transparência da pedra preciosa pode afetar a observação do pleocroísmo.

③ Outros factores não mencionados não afectam os resultados da observação do pleocroísmo.

4.3 Descrição dos métodos de pleocroísmo

O formato para descrever o pleocroísmo observado a olho nu está presente e ausente.

O formato da descrição para observar o fenómeno do pleocroísmo das pedras preciosas utilizando um dicroscópio inclui o seguinte O número de cores pleocróicas; A força do pleocroísmo; A descrição das cores pleocróicas. Por exemplo, as pedras preciosas com dicroísmo podem ser descritas como dicroísmo, forte, vermelho/roxo-vermelho; para as pedras preciosas com tricroísmo, podem ser descritas como tricroísmo, forte, azul-roxo profundo/azul-roxo claro/amarelo claro.

5. Luminescência de cristais

5.1 Definição de luminescência

As pedras preciosas com luminescência são ainda mais encantadoras. Com exceção dos rubis, que exibem asterismo facilmente, e do espatoflúor, que mostra fosforescência facilmente, a fluorescência ou fosforescência da maioria das pedras preciosas só pode ser observada sob luz ultravioleta. Portanto, na identificação visual prática, a fluorescência dos rubis pode nos ajudar a distinguir rapidamente os rubis da maioria das imitações naturais (Figura 2-3-51).

(1) Luminescência

Quando estimulada por energia externa, a propriedade dos cristais de emitirem luz visível é designada por luminescência. A energia externa inclui o atrito, a luz ultravioleta, os raios X e outras radiações de alta energia.

A luz ultravioleta é uma das fontes de energia externa mais fáceis de obter; a luz solar contém luz ultravioleta e, na vida real, a luz ultravioleta é utilizada em máquinas de verificação de dinheiro e na desinfeção de enfermarias hospitalares.

(2) Fluorescência e fosforescência

Em gemologia, são frequentemente utilizados diferentes comprimentos de onda de fontes de luz ultravioleta para observar a luminescência das pedras preciosas, dividida em dois tipos: fluorescência e fosforescência.

Fluorescência é quando uma pedra preciosa emite luz quando excitada por luz ultravioleta, e a emissão cessa quando a energia externa desaparece (Figuras 2-3-52, 2-3-53).

A fosforescência refere-se ao fenómeno em que uma gema emite luz quando excitada por luz ultravioleta e continua a brilhar durante algum tempo depois de a energia externa se ter dissipado (Figura 2-3-54).

(3) Factores de influência

A intensidade da fluorescência está relacionada com os tipos e quantidades de impurezas e defeitos na gema, e é por isso que a fluorescência do mesmo tipo de gema pode variar. Quando uma gema contém ferro, este muitas vezes suprime o aparecimento da fluorescência, razão pela qual o ferro é também referido como um supressor de fluorescência (Figuras 2-3-55 a 2-3-57).

5.2 Pontos-chave para a observação da luminescência

① Com exceção de algumas pedras preciosas como rubis e espinélios vermelhos, a observação da fluorescência na maioria das pedras preciosas requer luz ultravioleta de energia específica.

② Observando a luminescência de pedras preciosas usando energia específica, a luz ultravioleta deve ser usada contra um fundo escuro.

③ O tempo de observação é o fenómeno da pedra preciosa após a excitação da energia externa até ao fim da energia externa.

④ A luminescência das pedras preciosas cristalinas é caracterizada por alterações no brilho global da pedra preciosa e não por um ponto, uma linha ou o reflexo da superfície.

⑤ A cor de fluorescência da maioria das pedras preciosas sob excitação de energia externa difere das observadas à luz natural. A cor da fluorescência da mesma pedra preciosa pode variar sob diferentes intensidades de excitação de energia, e a luminescência e a fluorescência da mesma pedra preciosa podem ser diferentes.

⑥ A ausência de outros factores não afecta os resultados da observação da luminescência.

5.3 Descrição dos métodos de luminescência

Observar a olho nu a luminescência da gema. Formato da descrição: presente, ausente.

Utilizar uma lâmpada fluorescente ultravioleta especial para observar a luminescência da gema. Formato da descrição: testar o tipo de luz ultravioleta, a intensidade da luminescência da gema e a cor, por exemplo, luz ultravioleta de onda longa, forte, azul. Para a intensidade, podem ser utilizados os seguintes termos: forte, média, fraca, nenhuma. É de notar que o termo "calcário" é frequentemente utilizado para descrever a cor de fluorescência branco-azulada.

6. Fenómeno ótico especial dos cristais

6.1 Definição de fenómeno ótico especial

Quando a luz atinge a superfície de uma pedra preciosa, as cores ou fenómenos de áreas brilhantes semelhantes a estrelas ou faixas exibidas pela pedra preciosa cintilam, movem-se e mudam à medida que a fonte de luz ou a pedra preciosa se movem uma em relação à outra (Figura 2-3-58). O fenómeno ótico especial só pode mostrar mudanças de cor sob duas condições de iluminação diferentes.

6.2 Pontos-chave para a observação de fenómenos ópticos especiais

① A grande maioria dos fenómenos ópticos especiais em pedras preciosas requerem luz reflectida para observação, e é melhor usar uma lanterna para iluminar a pedra preciosa para tornar os fenómenos mais aparentes.

② O efeito de mudança de cor no fenómeno ótico especial deve ser observado sob diferentes fontes de luz, como a luz natural durante o dia e a luz artificial à noite.

③ A ausência de outros factores não afecta os resultados da observação de fenómenos ópticos especiais.

6.3 Descrição dos métodos de fenómenos ópticos especiais

O fenómeno ótico especial das pedras preciosas inclui o efeito olho de gato, efeito de estrela, efeito de mudança de cor, efeito de ouro de areia, efeito de mudança de cor, efeito de luar e efeito de auréola, totalizando sete tipos. Em alguns manuais, o efeito de mudança de cor, o efeito de luar e o efeito de auréola são coletivamente designados por efeito de auréola.

Entre os fenómenos ópticos especiais acima referidos, apenas o efeito olho de gato, o efeito estrela e o efeito de mudança de cor estão envolvidos na designação de pedras preciosas; os outros fenómenos ópticos especiais não estão envolvidos na designação.

Este livro abordará o efeito olho de gato comum, o efeito estrela, o efeito de mudança de cor, o efeito areia dourada, o efeito luar e o efeito de mudança de cor em cristais.

(1) Efeito olho de gato

Definição: Refere-se ao fenómeno em que uma faixa brilhante aparece na superfície de uma pedra preciosa curva quando iluminada, e a faixa de luz move-se paralelamente na superfície da pedra preciosa à medida que a fonte de luz e a pedra preciosa são movidas (Figuras 2-3-59, 2-3-60).

Causa: O efeito olho de gato só pode ser observado em pedras preciosas se as três condições forem forma curva, corte direcional, e um conjunto de inclusões paralelas densas direcionais dentro da pedra preciosa (Figura 2-3-61 ~ Figura 2-3-64). Este fenómeno não tem nada a ver com o facto de a gema ser um grupo de cristais ou um sistema de cristais e se a gema é um cristal. Este fenómeno também aparece no agregado e nos sólidos amorfos.

Método de identificação: Ao iluminar a parte elevada de uma pedra preciosa curva com luz reflectida, pode ser observada uma faixa brilhante, que se move com o movimento relativo da fonte de luz ou com a posição da pedra preciosa (Figura 2-3-65).

(2) Efeito de luz estelar

Definição: O fenómeno em que uma pedra preciosa curva exibe duas, três ou seis faixas brilhantes que se intersectam quando iluminadas. Se duas bandas brilhantes se intersectam, é chamado de luz estelar de quatro raios; se três bandas brilhantes se intersectam, é chamado de luz estelar de seis raios; e se seis bandas brilhantes se intersectam, é chamado de luz estelar de doze raios. As bandas brilhantes no efeito de luz estelar são também designadas por linhas estelares.

Causa: Para que a pedra preciosa observe o efeito da luz das estrelas, ela deve ser curvada e cortada direcionalmente, e há dois, três ou seis grupos de inclusões paralelas densas direcionalmente dentro da pedra preciosa (Figura 2-3-66). Figura 2-3-67). Este fenómeno ocorre mais frequentemente em pedras preciosas cristalinas, especialmente em pedras preciosas de cristalinidade intermédia e baixa.

Método de identificação: A luz reflectida na parte elevada de uma pedra curva revelará duas, três ou seis faixas brilhantes, que se moverão com o movimento relativo da fonte de luz ou com a posição da pedra (Figura 2-3-68). Figura 2-3-69) Algumas pedras preciosas especiais requerem que a luz transmitida passe através da pedra preciosa curva para observar o efeito de luz estelar, também chamado de luz estelar transparente.

Devido à presença de múltiplos conjuntos de inclusões orientadas, o quartzo pode exibir asterismo em diferentes direcções (Figura 2-3-70). Figura 2-3-66 Diagrama do Fator de Efeito de Luz Estelar.

Três situações em pedras preciosas cristalinas podem ser facilmente confundidas com o efeito de asterismo, e o ponto comum destes fenómenos é que as "linhas estelares" são fixas. O primeiro chama-se Trapiche, também conhecido como asterismo morto, que se assemelha muito ao efeito de asterismo, mas em vez de cruzar faixas brilhantes, apresenta seis raios compostos por minerais brancos ou pretos espaçados de 60°, e estes seis raios não se movem com a fonte de luz. Este fenómeno ocorre normalmente em pedras preciosas com cristais de prisma hexagonal, tais como esmeraldas, rubis e quartzo (Figuras 2-3-71, 2-3-72). O segundo é um fenómeno semelhante a uma estrela causado por inclusões orientadas, como o quartzo rutilado (Figura 2-3-73). O terceiro é devido à inclusão de materiais carbonáceos pretos, como carbono e argila, durante o crescimento de pedras preciosas cristalinas, resultando em padrões especiais; por exemplo, a caraterística do quartzo vazio no berilo vermelho é o arranjo orientado de inclusões carbonáceas pretas, aparecendo em forma de cruz na secção transversal (Figura 2-3-74).

(3) Efeito de mudança de cor

Definição: O fenómeno em que as pedras preciosas exibem cores diferentes sob diferentes fontes de luz.

Causa: Quando as pedras preciosas contêm uma quantidade adequada de crómio (Cr) ou vanádio (V), pode ocorrer este fenómeno, que não está relacionado com a naturalidade da pedra preciosa e com o facto de a pedra preciosa ter sido cortada ou polida; o efeito de mudança de cor pode ser observado tanto em cristais brutos como em pedras preciosas sintéticas.

Método de identificação: Iluminar a gema com duas temperaturas de cor diferentes de luz reflectida (normalmente luz natural e luz de vela à noite), e a gema apresentará duas cores distintamente diferentes (Figura 2-3-75).

(4) Efeito areia dourada

Definição: Quando uma pedra preciosa transparente contém inclusões sólidas opacas e escamosas, ela produz um fenómeno de reflexão tipo estrela devido à reflexão da luz pelas inclusões sólidas opacas e escamosas (Figuras 2-3-76, 2-3-77).

Causa: Quando uma gema transparente ou semitransparente contém inclusões sólidas escamosas opacas ou semitransparentes (Figuras 2-3-78, 2-3-79), é visível o efeito de ouro de areia, comummente encontrado na pedra-sol e na cordierite. Este fenómeno não está relacionado com a naturalidade da gema e com o facto de a gema ter sido cortada ou polida.

Método de identificação: Iluminar a gema com luz reflectida, e o interior da gema apresentará reflexos semelhantes a estrelas. Os reflexos estrelados tremeluzem quando a fonte de luz ou a posição da gema se move relativamente (Figura 2-3-80).

(5) Efeito do luar

Definição: O fenómeno em que a luz incidente se dispersa no interior da pedra preciosa, resultando em luz azul brilhante ou branca leitosa em áreas localizadas na superfície da pedra preciosa. O efeito lunar pode ocorrer simultaneamente com outros fenómenos ópticos especiais, como a pedra da lua olho de gato, a pedra da lua espetral, etc. (Figura 2-3-81)

Causa: O efeito luar é comum na pedra da lua, um mineral de gema com camadas alternadas de albite e feldspato de potássio, e a espessura das camadas paralelas de cada componente situa-se entre 50 e 100 nm. Esta estrutura de camadas cruzadas dispersa a luz que entra, criando uma cor errante na superfície da gema. Quanto mais espessa for a camada paralela, mais baixa é a saturação da cor errante e mais evidente é o branco acinzentado. Por exemplo, o efeito de luar azul pode ser observado de frente sob a luz reflectida devido à forte dispersão da luz azul e violeta. O grau de dispersão da luz de outra cor é pequeno, e a maior parte da luz composta através da amostra na cor complementar da luz azul e violeta - luz laranja e amarela (Figura 2-3-82).

Método de identificação: Iluminar a gema com luz reflectida; uma cor turva aparece numa direção específica na superfície da gema. A cor turva altera-se à medida que a posição relativa da fonte de luz ou da gema se move. Ao fazer ligeiras rotações perto da área onde ocorre o efeito de luar, não haverá alteração na tonalidade do efeito de luar; no entanto, se a rotação for demasiado grande, o efeito de luar não será visível (Figuras 2-3-83 a 2-3-86).

(6) Efeito de mudança de cor

A mudança de cor é também conhecida como jogo de cores.

Definição: A mudança de cor exibida pelas pedras preciosas devido a diferentes fontes de luz ou ângulos de observação é chamada de efeito de mudança de cor. As pedras preciosas que podem produzir o efeito de mudança de cor incluem a labradorite (Figura 2-3-87).

Causa: Quando a luz se reflecte ou transmite através de pedras preciosas com composições estruturais específicas, as cores mudam devido a efeitos de difração e interferência, dependendo da direção da iluminação ou do ângulo de observação.

Método de identificação: Suponhamos que a luz reflectida é usada para iluminar a gema, mesmo que a direção da iluminação e o ângulo de observação não mudem, desde que a gema seja movida. Nesse caso, a gema verá a sua cor passar gradualmente para outra cor.

Na mesma pedra preciosa, as partes com cores diferentes são chamadas manchas de cor, que variam em forma e tamanho. Os seus bordos são muitas vezes irregulares e fazem a transição de uma mancha de cor para outra (as manchas de cor do vidro que muda de cor, do plástico ou da opala sintética, tipo opala, têm muitas vezes bordos serrilhados regulares).

O espetro apresentado pela mudança de cor pode ser uma mudança de cor total de púrpura para vermelho ou uma mudança de cor dicróica ou tricróica de púrpura para verde.

7. Dispersão de cristais

7.1 Definição de dispersão

A dispersão é o fenómeno em que a luz branca composta é decomposta em diferentes espectros de comprimento de onda ao passar por materiais com propriedades de prisma. Pode ser descrita como a capacidade das pedras preciosas de decompor a luz branca em sete cores ou entendida como o fenómeno colorido visível no interior das pedras preciosas facetadas quando agitadas sob uma fonte de luz (Figura 2-3-88). É comummente referido como "fogo" ou "cor de fogo" no mercado, um termo técnico frequentemente discutido em relação aos diamantes.

A dispersão é um fenómeno exclusivo das pedras preciosas do tipo cristal facetado. A dispersão não está relacionada com a naturalidade da pedra preciosa; pedras preciosas sintéticas também podem exibir fenómenos de dispersão, tais como titanato de estrôncio sintético, rutilo sintético, zircónio cúbico sintético, carboneto de silício sintético e granada de alumínio sintético (Figura 2-3-89). A dispersão não está relacionada com o sistema cristalino da pedra preciosa; por exemplo, a dispersão pode ser observada em diamantes do sistema cristalino isométrico e em carboneto de silício sintético do sistema cristalino hexagonal.

Na identificação real de pedras preciosas, as cores e as áreas de dispersão apresentadas por diferentes pedras preciosas na faceta de "reflexão interna total" variam, o que pode nos ajudar a distinguir rapidamente os diamantes de suas imitações (Figuras 2-3-90, 2-3-91).

7.2 Pontos-chave para a observação da dispersão

① Utilizar a luz transmitida para observar a dispersão da gema numa direção específica. Para tornar o fenómeno mais evidente, recomenda-se a observação a partir da ponta do pavilhão em direção à mesa da coroa (Figura 2-3-92).

② Quando a gema contém inclusões óbvias (impurezas), a redução da transparência da gema pode afetar a observação da dispersão.

③ Gemas com o mesmo grau de dispersão (que também pode ser descrito como tendo a mesma taxa de dispersão) são mais difíceis de observar se forem de cor mais escura em comparação com gemas de cor mais clara sob as mesmas outras condições (Figura 2-3-93).

④ A dispersão é um dos fenómenos comuns nas pedras preciosas facetadas, e a qualidade do corte (especificamente, se o corte consegue atingir a "reflexão interna total" da luz que entra na pedra preciosa) afectará a visibilidade da dispersão.

⑤ A omissão de outros factores não afecta os resultados da observação da dispersão.

7.3 Descrição dos métodos de dispersão

Normalmente, descrevemos a dificuldade de observação do fenómeno de dispersão, como óbvio ou não óbvio.

8. Definições dos termos ópticos relacionados com os cristais quando se utilizam instrumentos convencionais de identificação laboratorial

8.1 Materiais isotrópicos e não homogéneos

(1) Corpo isotrópico

Definição: Um tipo de pedra preciosa com propriedades ópticas isotrópicas. Inclui as pedras preciosas do sistema cristalino isométrico e algumas pedras preciosas orgânicas amorfas e transparentes a translúcidas (Figuras 2-3-94 a 2-3-96).

Método de identificação: Os corpos isotrópicos antes da transformação podem ser avaliados preliminarmente pela sua forma. A maioria dos corpos isotrópicos após o processamento só pode ser distinguida por instrumentos, tais como observar se a pedra preciosa apresenta uma refração única num refratómetro, ampliando para verificar a ausência de fantasmas e se aparece completamente escura ou apresenta uma extinção anormal sob luz polarizada.

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(2) Não-corpo homogéneo

Definição: Um tipo de anisotropia ótica em pedras preciosas e minerais. Inclui pedras preciosas pertencentes ao sistema trigonal (Figura 2-3-97), sistema tetragonal (Figura 2-3-98), sistema hexagonal (Figura 23-99), sistema ortorrômbico (Figura 2-3-100), sistema monoclínico (Figura 2-3-101) e sistema triclínico (Figura 2-3-102).

Método de identificação: O corpo não homogéneo, antes do processamento, pode ser identificado com precisão pela sua forma. Após o tratamento, algumas pedras preciosas do corpo não homogéneo podem ser identificadas com precisão se apresentarem pleocroísmo visível, mas a maior parte dos corpos não homogéneos tem de ser distinguida utilizando um refratómetro, um microscópio, um polarizador ou um dicroscópio.

8.2 Refração uniaxial, birrefringência, índice de birrefringência

A refração uniaxial refere-se ao fenómeno em que o ângulo de incidência muda quando a luz entra num meio homogéneo transparente ou semi-transparente e a luz não se divide.

A birrefringência refere-se ao fenómeno em que, depois de a luz entrar num corpo heterogéneo transparente ou ligeiramente transparente, o ângulo de incidência muda e a luz divide-se em dois feixes (Figura 2-3-103). Os dois feixes de luz que seguem a lei de refração da luz são chamados de luz normal e os que não seguem são chamados de luz extraordinária.

A birrefringência é um dos fenómenos das pedras preciosas não homogéneas, e certas pedras preciosas com birrefringência particularmente elevada podem apresentar visão dupla observável a olho nu (Figura 2-3-104 a Figura 2-3-105)

8.3 Eixo ótico, indicatriz ótica, cristal uniaxial, cristal biaxial

(1) Ótica Eixo

Quando a luz entra num meio não homogéneo, sofre normalmente uma dupla refração. No entanto, nos cristais uniaxiais, existe uma direção em que a luz incidente não se divide; nos cristais biaxiais, existem duas direcções em que a luz incidente não se divide. Referimo-nos a estas duas direcções em que a luz incidente não se divide como o eixo ótico, representado como OA em ótica cristalina.

(2) Ótica Indicador

Uma esfera fechada hipotética cujo raio é igual ao índice de refração da pedra preciosa medida em todas as direcções. Embora o índice de refração da pedra preciosa medida varie, a forma geral do corpo da taxa de luz tem apenas duas formas: uma esfera e uma esfera rugosa.

O corpo de taxa de luz de um corpo isotrópico é uma esfera. Qualquer secção transversal através do centro da esfera em qualquer direção é uma secção transversal circular, e o seu raio representa o valor do índice de refração da pedra preciosa isotrópica (Figura 2-3-106). O corpo de índice de luz de um corpo não homogéneo é um elipsoide, onde o corpo de índice de luz da família cristalina intermédia tem um elipsoide de secção transversal circular (Figura 2-3-107), e o corpo de índice de luz da família cristalina inferior tem um elipsoide de secção transversal elíptica (Figura 2-3-108).

(3) Cristal uniaxial

Uma pedra preciosa não homogénea com um eixo ótico é chamada de cristal uniaxial. As pedras preciosas da família de cristais intermediários são todas pedras preciosas de cristal uniaxial (Figura 2-3-109). Por exemplo, todas as pedras preciosas do sistema trigonal, como a turmalina, o cristal, o rubi e a safira, e todas as pedras preciosas do sistema tetragonal, como o zircão, bem como todas as pedras preciosas do sistema hexagonal, como a família do berilo e a apatite.

As pedras preciosas com uma forma cristalina relativamente perfeita podem ser diretamente identificadas como cristais uniaxiais com base na sua forma.

A forma imperfeita do cristal e as pedras preciosas processadas não podem ser determinadas como cristais uniaxiais com base apenas na sua aparência (Figura 2-3-110). Apenas observando os fenómenos correspondentes num refratómetro (Figura 2-3-111) ou num microscópio de polarização (Figura 2-3-112) se pode fazer uma determinação.

(4) Cristais biaxiais

As pedras preciosas não homogéneas com dois eixos ópticos são chamadas diaxiais. As gemas do grupo cristalino inferior são todas biaxiais (Figura 2-3-113). Por exemplo, o topázio, a olivina e todas as outras gemas rômbicas, o diopsídio, as gemas monoclínicas, a lapidite, a pedra do sol, a pedra da lua e as gemas triclínicas.

As pedras preciosas com uma forma cristalina relativamente perfeita podem ser diretamente identificadas como cristais biaxiais com base na sua forma (Figura 2-3-114).

As pedras preciosas com formas cristalinas imperfeitas e as processadas não podem ser identificadas como cristais biaxiais com base na sua forma; só podem ser determinadas através da observação dos fenómenos correspondentes num refratómetro ou num microscópio de polarização.

8.4 Taxa de dispersão, reflexão interna total

(1) Taxa de dispersão

A diferença no índice de refração foi medida para a linha B (686,7 nm) e a linha G (430,8 nm) no espetro solar. Alternativamente, pode ser entendido mais simplesmente como a diferença entre dois índices de refração específicos da mesma pedra preciosa, com cada índice de refração específico medido sob luz de uma energia específica.

A taxa de dispersão das pedras preciosas raramente é memorizada; é usada principalmente para referência e comparação.

De um modo geral, quanto maior for a taxa de dispersão de uma pedra preciosa, maior será a probabilidade de apresentar fenómenos de dispersão entre pedras preciosas facetadas com o mesmo grau de reflexão interna total (Figura 2-3-115). A taxa de dispersão das pedras preciosas raramente é memorizada; ela é usada principalmente para referência e comparação.

(2) Reflexão interna total

A refração ocorre quando a luz passa através de materiais com densidades ópticas reais diferentes. Quando a luz passa de um meio denso para um meio menos denso, o raio refractado desvia-se da direção normal e o ângulo refractado é maior do que o ângulo incidente. O ângulo de incidência quando o ângulo refractado é de 90° é chamado ângulo crítico; todos os raios de luz incidentes maiores que o ângulo crítico não podem entrar no meio menos denso e são reflectidos no meio denso, seguindo a lei da reflexão (Figura 2-3-116).

Quando se usa este princípio no corte facetado e na retificação, ainda se pode exibir um fenómeno de dispersão percetível, mesmo que a taxa de dispersão da gema seja muito baixa (Figura 2-3-117).

Este princípio é igualmente aplicado na identificação de diamantes e de imitações de diamantes, vulgarmente designado por teste da linha. Os passos desta experiência e os resultados da análise são os seguintes: Colocar a gema com a face maior virada para baixo e a extremidade pontiaguda virada para cima sobre uma folha de papel com linhas rectas desenhadas. Se as linhas puderem ser vistas através da gema, isso indica que a gema é uma imitação de diamante; caso contrário, é um diamante. É particularmente importante notar que o julgamento experimental é incorreto se a relação comprimento/largura da cintura da gema testada se desviar de 1 1 ou se a gema testada exibir um brilho sub-diamante ou brilho de diamante (Figuras 2-3-118 a 2-3-121).

8.5 Luz natural, luz polarizada

(1) Luz natural

A luz emitida por uma fonte de luz geral contém vectores de luz em todas as direcções, com amplitudes iguais em todas as direcções possíveis (axialmente simétrica). Este tipo de luz é designado por luz natural. A luz natural é representada por duas vibrações luminosas mutuamente perpendiculares, independentes (sem uma relação de fase definida), de igual amplitude, possuindo cada uma delas metade da energia vibracional (Figura 2-3-122).

A luz natural é uma das fontes de luz importantes para observar pedras preciosas a olho nu, e há muitas formas de a obter, como a luz à sombra num dia de sol, a luz de uma lanterna e a luz de lâmpadas de temperatura de cor específica.

(2) Luz polarizada

A luz que vibra apenas numa direção fixa é designada por luz polarizada. A luz polarizada será especificamente assinalada; se não for assinalada, assume-se que é natural (Figura 2-3-123).

A principal forma de obter luz polarizada é deixar a luz natural passar através de um polarizador especial ou deixar a luz natural passar através de pedras preciosas não cristalinas para produzir luz polarizada.

A luz polarizada pode ser utilizada para explicar a aparência da diversidade de cores das gemas, e o fenómeno da dupla refração nas gemas é também o princípio de conceção dos filtros polarizadores.

9. Resumo das relações terminológicas da ótica cristalina

Muitos termos especializados estão envolvidos nos cristais e as relações entre os termos ópticos podem levar algum tempo a serem compreendidas pelos principiantes. Por isso, este livro resume as relações entre alguns termos ópticos envolvidos em cristais (Tabela 1).

O termo ótico mencionado em último lugar existe como um fenómeno separado e não tem qualquer relação com outros termos ópticos.

Quadro 1: Quadro recapitulativo das relações terminológicas da ótica cristalina.

	Cristal			Pode ser avaliada a olho nu?	Instrumentos de observação comuns
Classificação de cristais	Família de cristais avançados	Família de cristais intermédios	Família de cristais de baixo nível	As formas típicas dos cristais podem ser observadas a olho nu, sendo normalmente necessário o auxílio de instrumentos.	Refratómetro, polarizador, dicroscópio, microscópio
Classificação de cristais	Sistema isométrico de cristais	Sistema cristalino trigonal, sistema cristalino tetragonal, sistema cristalino hexagonal	Sistema cristalino ortorrômbico, sistema cristalino monoclínico, sistema cristalino triclínico
Propriedade ótica	Corpo isotrópico	Corpo não homogéneo
Propriedade ótica	Corpo isotrópico	Birrefringência positiva ou negativa de cristal uniaxial	Birrefringência positiva ou negativa de cristal uniaxial	×	Polarizador de refratómetro
Refração da luz	Refração uniaxial	A birrefringência apresenta uma refração uniaxial numa determinada direção	Birefringência Exibição de refração única em duas direcções determinadas	A birrefringência elevada pode ser observada a olho nu, mas geralmente requer a ajuda de instrumentos.	Refratómetro, polarizador, microscópio.
Policromaticidade	Sem pleocroísmo	Dicroísmo forte a fraco	Tricroísmo de forte a fraco ou dicroísmo de forte a fraco	Algumas pedras preciosas podem, mas a maioria requer a utilização de instrumentos	Dicroscópio
Cor	Não está relacionada com o facto de ser um cristal e com a classificação dos cristais; a cor do cristal depende dos elementos de impureza e dos defeitos de rede no interior do cristal.			√	×
Brilho	Não está relacionado com o facto de se tratar de um cristal e com a sua classificação; o grau de polimento de qualquer tipo de pedra preciosa afectará o seu brilho			√	×
Transparência	Não está relacionada com o facto de se tratar de um cristal e com a classificação dos cristais; a transparência de um cristal depende frequentemente do conteúdo das inclusões no interior do cristal.			√	×
Luminescência	Não está relacionado com o facto de se tratar de um cristal e com a classificação dos cristais; depende dos elementos de impureza e dos defeitos de rede no interior do cristal			Algumas pedras preciosas podem, mas a maioria requer a utilização de instrumentos	Lâmpada fluorescente ultravioleta
Fenómeno ótico especial	Possíveis efeitos de mudança de cor, etc.	Possível efeito olho de gato, efeito de luz das estrelas, efeito de mudança de cor, etc.	Os efeitos possíveis incluem o efeito olho de gato, o efeito de luz das estrelas, o efeito de mudança de cor, o efeito de pó de ouro e o efeito de luar.	√	×
Dispersão	Este fenómeno é comum nas pedras preciosas cristalinas, mas não está relacionado com a classificação dos cristais; a visibilidade da dispersão depende da taxa de dispersão do cristal e do grau de reflexão interna total das facetas.			√	×

Secção II Porque é que as pedras preciosas têm cor?

1. Causas tradicionais da cor das pedras preciosas

Na identificação de minerais no terreno, existe um elemento de prova muito importante chamado cor de traço, que consiste em esfregar o material natural obtido numa placa de porcelana branca não vidrada para deixar pó mineral, utilizando a cor do pó mineral para identificar determinados minerais caraterísticos (Quadro 2).

Tabela 2: A relação entre a cor do mineral, a cor das estrias, a transparência e o brilho

Cor	Cor do traço	Transparência	Brilho
Incolor	Incolor ou branco	Transparente	Brilho do vidro
Cor clara	Incolor ou branco		Brilho do vidro
Cor escura	Ligeiro ou colorido		Brilho semi-metálico
Cor metálica	Cor escura ou metálica	Opaco	Brilho metálico

De acordo com os registos da literatura, já no período Jin Oriental, as pessoas eram capazes de utilizar a cor das estrias para distinguir entre o minério de ouro prateado e o ouro natural.

A cor das estrias é de grande importância para a identificação de minerais.

① A cor das riscas dos minerais elimina as pseudo-cores; na forma de pó, os minerais perdem todas as interfaces que afectam a luz, e as pseudo-cores dos minerais desaparecem.

② A cor das estrias do mineral tem uma cor alocromática enfraquecida.

③ A cor das estrias do mineral destaca a cor idiocromática.

O pó não pode refletir a luz e não é transparente para os minerais opacos (principalmente os que têm brilho metálico), pelo que a raia é cinzento-escura. Os minerais semi-transparentes absorvem alguma luz, pelo que a cor da estria não é muito diferente da dos minerais a granel. Devido à sua boa transmissão de luz e quase nenhuma absorção de luz visível, os minerais transparentes aparecem brancos.

A pirite e a bornite pertencem a minerais com um brilho metálico, pelo que a sua raia é preta; a hematite cristalina é geralmente designada por hematite especular, que tem um brilho sub-metálico a metálico e absorve alguns comprimentos de onda da luz, apresentando assim uma determinada cor, nomeadamente o vermelho; ao mesmo tempo, a rodocrosite é um mineral transparente, pelo que a sua raia é branca.

Para explicar as diferenças de cor entre a cor de grandes peças minerais sólidas e a cor das suas estrias, a mineralogia classifica as cores dos minerais em três tipos: cor idiocromática, cor alocromática e pseudo-cor, com base na hipótese dos elementos cromóforos (Tabela 3). Esta hipótese também se aplica às pedras preciosas dentro dos minerais.

Tabela 3: Elementos corantes comuns em pedras preciosas

Elementos para colorir	Número atómico	Cor da pedra preciosa	Exemplos de pedras preciosas
Ferro Fe	26	Cores como o vermelho, o azul, o verde, o amarelo, etc.	Safira azul, peridoto, água-marinha, turmalina, espinélio azul, jade, almandina, olivina, diopsídio, idocrase, cianite, etc.
Crómio Cr	24	Verde e vermelho	Rubi, esmeralda, jade, alexandrite, uvarovite, espinélio vermelho, demantoide, pirope, turmalina e outros
Manganês Mn	25	Rosa, laranja	Berilo vermelho, rodocrosite, rodonite, espessartina-guarnição charoite, certas turmalinas vermelhas, etc.
Diamante Co	27	Rosa, laranja, azul	Espinélio sintético azul, alexandrite sintética, etc.
Lantânio Pr, Neodímio Nd	Praseodímio 59 Neodímio 60	O praseodímio e o neodímio coexistem frequentemente para formar o amarelo e o verde	Apatite, óxido de cobalto sintético de cor púrpura clara, etc.
Urânio U	92	Provoca a cor original da gema	Zircão
Chave V	23	Verde, roxo ou azul	Essonite, Zoisite, corindo sintético (imitação de alexandrite), etc.
Cobre Cu	29	Verde, azul, vermelho, etc.	Malaquite, malaquite de silício, turquesa, azurite, etc.
Selénio Se	34	Vermelho	Alguns vidros vermelhos, etc.
Níquel Ni	28	Verde	Crisópraso, opala verde, etc.
Escândio Ti	22	Azul	Safira, benitoite, topázio, etc.

(1) Cor idiocromática

A cor é causada por elementos que são componentes químicos básicos dos minerais de pedras preciosas, a maioria dos quais são iões de metais de transição. A cor das pedras preciosas auto-coloridas é estável (Tabela 4).

Tabela 4: Pedras preciosas auto-coloridas comuns e seus elementos corantes

Nome da pedra preciosa	Composição química	Cor da pedra preciosa	Elementos para colorir
Uvarovite	Ca₃Cr₂ (SiO₄)	Verde	Crómio
Olivina	(Fe,Mg)₂SiO₄	Amarelo-verde	Ferro
Malaquite	CU₂(CO₃)(OH)₂	Verde	Cobre
Rodocrosite	MnCO₃	Cor-de-rosa	Mn
Turquesa	CUAl₆((PO₄)₄(OH)₈ -4H₂O	Azul	Cobre
Spessartine-Garnet	Mn₃Al₂(SiO₄)	Laranja	Mn
Rodonite	(Mn,Fe,Mg,Ca)SiO₃ e SiO₃	Magenta	Mn
Almandine	Fe₃Al₂(SiO₄)	Vermelho	Ferro

(2) Cor alocromática

A cor é causada por elementos cromóforos contidos nos minerais das pedras preciosas. A cor de outras pedras preciosas é estável.

① Quando as pedras preciosas de cor pura são incolores, podem produzir cores quando contêm oligoelementos corantes, sendo que diferentes oligoelementos corantes produzem cores diferentes. Por exemplo, o espinélio e a turmalina (Tabela 5).

② Diferentes valências do mesmo elemento podem produzir cores diferentes, como as que contêm Fe³⁺ frequentemente aparecem em castanho, enquanto as que contêm Fe²⁺ frequentemente aparecem em azul claro, como a água-marinha.

③ O mesmo elemento no mesmo estado de oxidação também pode causar cores diferentes em pedras preciosas diferentes, como o Cr³⁺, produzindo vermelho no corindo e verde na esmeralda.

Tabela 5: Cores de algumas outras pedras preciosas e seus elementos corantes

Nome da pedra preciosa	Composição química	Cor da pedra preciosa	Elementos para colorir
Espinélio	MgAI₂O₄	Incolor	-
		Azul	Fe ou Zn
		Castanho	Fe, Cr
		Verde	Fe
		Vermelho	Cr
Turmalina	(Na,Ca)R₃Al₃Si₁₆O₁₈ (O,OH,F) , em que R se refere principalmente a elementos como Mg , Fe , Cr, Li, Al , Mn	Incolor	-
		Vermelho	Mn
		Azul	Fe
		Verde	Cr, V, ,Fe
		Castanho, amarelo	Mg

(3) Pseudo-cor

A pseudo-cor não tem um efeito direto na composição química das pedras preciosas. As pedras preciosas com pseudo-cor contêm frequentemente pequenas inclusões dispostas paralelamente, tais como lascas de cristais dissolvidos e fissuras. Estas refractam, reflectem, interferem e difractam a luz, produzindo assim a pseudo-cor. Certos cortes especiais de pedras preciosas também podem causar pseudo-cor em pedras preciosas (Tabela 6).

As pseudo-cores não são inerentes à pedra preciosa, mas podem acrescentar charme.

Quadro 6: Classificação das causas de Pseudo Cors

Classificação das causas	Definição	Exemplo
Dispersão	O fenómeno em que a luz branca composta é decomposta em diferentes espectros de comprimento de onda ao passar por materiais com propriedades de prisma.	Diamante, zircónio, zircónio cúbico sintético, carboneto de silício sintético, esfalerite, titanato de estrôncio artificial, rutilo sintético, etc.
Dispersão	O fenómeno em que os feixes de luz se desviam da sua direção original e se dispersam durante a propagação num meio devido à presença de aglomerados irregulares no material.	(1) As mudanças de cor das pedras preciosas que podem ser explicadas pela dispersão incluem a pedra da lua azul, o quartzo azul, a opala, a fluorite roxa e o quartzo branco de leite. (2) Os fenómenos ópticos especiais que podem ser explicados pela dispersão incluem o efeito olho de gato, o efeito estrela e o efeito areia dourada. (3) Um tipo de brilho que pode ser explicado pela dispersão é o brilho perolado.
Interferência	O fenómeno da sobreposição de duas fontes de luz monocromática que emitem duas colunas de ondas luminosas que se encontram na mesma direção, têm a mesma	(1) Pode ser usado para explicar a iridescência causada pela presença de fissuras ou clivagem, como o quartzo iridescente (Figura 2-3-124). (2) Pode ser utilizado para explicar o efeito de mudança de cor em fenómenos ópticos especiais, como a opala. (3) Pode ser usado para explicar a superfície opaca da bornita e a cor bronze produzida pela oxidação do carbeto de silício sintético. Nenhuma pedra preciosa tem cor de bronze (figura 2-3-125).
Difração	O fenómeno das ondas de luz que se desviam da sua trajetória geométrica ao encontrarem obstáculos durante a propagação.

2. As causas modernas da cor das pedras preciosas

Cada hipótese tem as suas limitações. No estudo dos minerais de pedras preciosas modernos, os mineralogistas e gemólogos tradicionais que causam a cor descobriram que o aparecimento ou a mudança de cor em certos minerais de pedras preciosas não pode ser explicado, como as causas da cor dos diamantes e as mudanças na cor das pedras preciosas antes e depois do tratamento de irradiação.

O desenvolvimento da física e da química modernas compensou as deficiências das hipóteses tradicionais de génese da cor. Baseia-se na teoria do campo cristalino, na teoria dos orbitais moleculares, na teoria das bandas e na teoria da ótica física, combinadas com métodos espectroscópicos para explicar as cores das pedras preciosas.

As teorias modernas da estrutura material sugerem que a matéria é composta por átomos, que consistem num núcleo e em electrões, com os electrões a moverem-se fora do núcleo. A mecânica quântica descreve o movimento dos electrões e de outras partículas microscópicas. Em 1913, Bohr propôs a hipótese de que os átomos existem em estados estáveis com energia definida, conhecidos como estados estacionários. Cada tipo de átomo pode ter muitos estados estacionários com diferentes valores de energia, e estes estados estacionários são ordenados por energia para formar níveis de energia, sendo o estado estacionário de mais baixa energia designado por estado fundamental e os outros estados designados por estados excitados. Geralmente, os átomos ou iões encontram-se num estado estável, ou seja, no estado fundamental, no qual não existe energia radiada. Se um átomo ou ião for sujeito a energia térmica externa, energia eléctrica ou outras formas de energia, os electrões externos absorverão energia e passarão para um estado excitado. No entanto, os electrões no estado excitado são instáveis e, após cerca de 10-⁸ segundos, os electrões regressam ao estado fundamental, irradiando simultaneamente uma porção de energia sob a forma de luz.

O ponto de vista acima referido pode ser entendido em gemologia como o aparecimento da cor nas pedras preciosas devido ao efeito da energia externa, como a luz, nos electrões da composição atómica da pedra preciosa. Isto faz com que os electrões transitem do estado fundamental para o estado excitado, absorvendo seletivamente comprimentos de onda específicos da luz. Os tipos de transições de electrões e as diferenças de energia absorvida durante este processo resultam nas diferentes cores que as pedras preciosas acabam por apresentar. A Tabela 7 é um resumo abrangente feito por académicos russos e americanos, categorizando as cores das pedras preciosas em 12 tipos pertencentes a 4 teorias principais.

Tabela 7: Tipos de cores modernas das pedras preciosas

Causas de cor tradicionais correspondentes	Modelos modernos da teoria da causa da cor	A cor moderna provoca tipos	Pedras preciosas típicas
Cor idiocromática, cor alocromática	Teoria do campo cristalino	Metal de transição	Malaquite, granada, turquesa, etc.
		Impurezas de metais de transição	Esmeralda, Citrino, Rubi, etc.
		Centro de cor	Ametista, Quartzo fumado, Fluorite, etc.
	Teoria da Orbital Molecular	Transferência de carga	Safira, lápis-lazúli, etc.
	Teoria da Orbital Molecular	Tingimento orgânico	Âmbar, coral, etc.
	Teoria das bandas	Condutor	Cobre (Cu ) , prata (Ag ) , etc.
		Semicondutores	Galena, proustita, etc.
		Semicondutor impuro	Diamantes azuis, diamantes amarelos, etc.
Pseudo-cor	Teoria da Ótica Física	Dispersão	"Fogo" dos diamantes facetados, etc.
		Dispersão	Pedra da lua, etc.
		Interferência	Coloração da calcopirite e outras, etc.
		Difração	Opala, cor da superfície da calcopirite, etc.

Secção III Explicação das propriedades mecânicas relacionadas com os cristais

As propriedades mecânicas das pedras preciosas estão divididas em quatro categorias principais e sete fenómenos: clivagem, fratura e quebra pertencem a uma categoria, enquanto as outras três categorias são dureza, densidade e tenacidade. Aqui, discutiremos a clivagem, a fratura, a quebra, a dureza e a densidade relativa relacionadas com os cristais.

Clivagem, fratura e quebra são as propriedades dos cristais que ocorrem sob força externa, e as suas caraterísticas e causas de quebra diferem. São uma das propriedades físicas importantes para a identificação e processamento de pedras preciosas.

1. Clivagem de cristais

1.1 Definição de clivagem

O fenómeno em que um cristal se quebra ao longo de certas direcções cristalográficas em planos lisos sob força externa é chamado clivagem e estes planos lisos são referidos como planos de clivagem (Figura 2-4-1).

A clivagem pode ser utilizada para distinguir entre diferentes cristais. O grau de integridade do plano de clivagem, a direção da clivagem e o ângulo de clivagem de diferentes cristais são diferentes. A clivagem é uma das caraterísticas importantes que reflectem a estrutura do cristal (figura 2-4-2) e tem um significado mais geral do que a morfologia do cristal. Não importa o quão próximo o cristal esteja do nível ideal, desde que a estrutura cristalina não mude, as caraterísticas da clivagem permanecem inalteradas, o que é uma base caraterística importante para a identificação de cristais.

1.2 Pontos-chave para a observação da clivagem

Observando a superfície de fratura de um cristal ou pedra preciosa a partir de uma determinada direção com luz reflectida, se a superfície de fratura for plana e mostrar um brilho espelhado durante a agitação, então esta superfície de fratura é chamada clivagem.

As superfícies de clivagem podem aparecer não só em cristais mas também em pedras preciosas processadas, como a cintura em forma de pena de um diamante acabado e a clivagem em forma de centopeia numa pedra da lua.

Quando observadas com luz reflectida, as superfícies de clivagem exibem por vezes um brilho perolado (Figura 2-4-3), e podem também ser vistas cores de interferência entre as camadas de clivagem (Figuras 2-4-4, 2-4-5).

1.3 Descrição dos métodos de clivagem

A descrição da clivagem é dividida em três aspectos: a completude do plano de clivagem, a direção da clivagem e o ângulo da clivagem.

(1) Completude das superfícies de clivagem

Com base na presença ou ausência de clivagem e no grau de suavidade (também conhecido como grau de desenvolvimento), a clivagem pode ser dividida em quatro categorias: clivagem completa, clivagem completa, clivagem moderada e clivagem incompleta (Quadro 1).

Quadro 1: Níveis de clivagem e caraterísticas de observação

Nível de clivagem	Nível de dificuldade	Caraterísticas da observação da superfície de clivagem	Exemplo
Decote perfeito	Facilmente dividido em folhas finas	Chapas finas lisas e planas	Mica, grafite, etc.
Clivagem completa	Divide-se facilmente em planos ou pequenos pedaços, com superfícies de fratura difíceis.	Superfícies lisas, planas e brilhantes que podem apresentar um aspeto escalonado.	Diamante, topázio, fluorite, calcite, etc.
Clivagem moderada	Pode dividir-se em planos, aparecendo mais facilmente as fracturas	Superfície relativamente plana, não muito contínua e algo rugosa.	Crisoberilo, pedra da lua, etc.
Clivagem incompleta	Não é fácil de dividir em planos, com muitas fracturas	Descontínuo, irregular, com um toque gorduroso	Apatite, zircão, olivina, etc.

Os cristais com clivagem perfeita não são adequados para joalharia devido à sua durabilidade e fraca trabalhabilidade. Por exemplo, a mica (Figura 2-4-6) e a grafite.

Os cristais com outros graus de clivagem que não a clivagem muito perfeita podem ser utilizados como pedras preciosas, como os diamantes de clivagem perfeita e a fluorite (Figura 2-4-7). Topázio (Figura 2-4-8), etc.

A palavra desenvolvimento é frequentemente utilizada para descrever ou discutir a clivagem, e pode ser entendida como uma predisposição, tal como o desenvolvimento da clivagem, que significa que a clivagem tende a ocorrer.

(2) Direção da clivagem

Os diferentes minerais podem ter uma direção de clivagem ou várias direcções.

Normalmente, existe uma direção (grafite, mica, etc.), duas direcções (hornblenda, etc.), três direcções (calcite, etc.) e, adicionalmente, quatro direcções (como a fluorite) e seis direcções (como a esfalerite) de clivagem (Figura 2-4-9).

Uma vez que a clivagem é um fenómeno direcional, é importante assegurar que o plano da pedra preciosa a ser processada não seja paralelo ao plano de clivagem. Deve ser deslocado pelo menos 5° graus; caso contrário, ocorrerá um fenómeno em que as facetas não poderão ser polidas de forma suave e brilhante, seja como for.

(3) Clivagem ângulo de intersecção

Para cristais ou pedras preciosas com duas ou mais direcções de clivagem, as múltiplas direcções de clivagem estão em determinados ângulos, e esta relação angular é chamada de ângulo de intersecção (Figuras 2-4-10, 2-4-11).

2. Clivagem de cristais

2.1 Definição de clivagem

Fenómeno em que um cristal se quebra ao longo de certas direcções cristalográficas sob força externa, semelhante à clivagem, mas com uma superfície mais lisa do que a clivagem.

A fratura e a clivagem têm causas diferentes; as fracturas ocorrem frequentemente no limite dos gémeos, especialmente em certas pedras gémeas agregadas, e em gemologia, só aparecem no corindo (Figura 2-4-12)

2.2 Pontos-chave para a observação de fracturas

① Os cristais antes do processamento podem ser observados quanto a fracturas utilizando luz reflectida, revelando uma a três direcções de superfícies de fratura em forma de degrau na pedra preciosa, semelhante à clivagem (Figuras 2-4-13, 2-4-14).

② As pedras preciosas processadas podem ser observadas quanto a fracturas utilizando luz transmitida, revelando uma a três direcções de superfícies de fratura paralelas e mais suaves no interior da pedra preciosa (Figura 2-4-15).

3. A fratura dos cristais

3.1 Definição de fratura

O fenómeno em que os minerais não se partem numa direção específica após serem sujeitos a tensão, resultando em superfícies de fratura com várias formas desiguais e irregulares, é designado por fratura (Figura 2-4-16). A ocorrência de fracturas não está relacionada com a naturalidade das pedras preciosas; este fenómeno pode ser observado em pedras preciosas naturais, sintéticas e artificiais. A ocorrência de fracturas também não está relacionada com a classificação das pedras preciosas; este fenómeno pode ser observado em cristais, agregados, pedras preciosas orgânicas e sólidos amorfos.

3.2 Pontos-chave para a observação de fracturas

Observação da superfície de fratura do cristal ou da pedra preciosa numa determinada direção, utilizando um tubo de luz reflectora. Se a superfície da fratura for irregular e mostrar cintilação reflectora durante o movimento, então esta superfície de fratura é chamada de fratura.

As fracturas podem ocorrer em pedras de cristal em bruto e em pedras preciosas com formas intactas após o processamento, especialmente depois de caírem ou serem sujeitas a forças externas (Figura 2-4-17). As fracturas em forma de concha exibem frequentemente um brilho gorduroso.

3.3 Métodos de descrição das fracturas

As fracturas diferem das superfícies de clivagem lisas e planas; são geralmente irregulares e curvas. Utilizamos frequentemente analogias para descrever a morfologia das fracturas, empregando termos comuns na vida quotidiana, como "em forma de concha" e "irregular".

A forma de fratura comum nos cristais é a fratura em forma de concha, que pode ser facilmente observada em muitas pedras preciosas onde a clivagem é pouco desenvolvida. Por exemplo, no quartzo, turmalina e granada sintética de ítrio e alumínio (Figuras 2-4-18, 2-4-19).

4. Dureza dos cristais

4.1 Definição de dureza

A dureza, um termo em física, refere-se à capacidade de um material resistir à penetração de um objeto duro na sua superfície. Indica a suavidade ou dureza comparativa de vários materiais com base na sua resistência local à intrusão externa. Devido ao estabelecimento de diferentes métodos de ensaio, existem vários padrões de dureza. Os significados mecânicos destes padrões de dureza diferem e são normalmente comparados utilizando resultados experimentais; no entanto, a dureza Vickers e a dureza Mohs podem ser convertidas através de fórmulas.

Existem muitos métodos para testar a dureza, incluindo os métodos de indentação, penetração, trituração e ressalto, entre os quais os dois primeiros métodos são amplamente utilizados.

O método de indentação utiliza um indentador em forma de cone feito de liga metálica ou diamante, aplicando uma determinada carga (peso) na superfície polida do mineral. A relação entre a carga e a área (ou profundidade) da indentação é utilizada para determinar a dureza do mineral. A dureza medida com um indentador de forma rômbica é chamada dureza Knoop. A dureza medida com um indentador quadrado é chamada dureza Vickers (HV), também conhecida como dureza absoluta (Figuras 2-4-20, 2-4-21). Nos estudos de mineralogia e gemologia, a dureza Vickers é normalmente testada.

O método de raspagem avalia a resistência de um mineral sob forças externas, tais como raspagem, pressão ou trituração. Este método tem sido consistentemente utilizado em mineralogia com a escala de dureza de Mohs (Friedrich Mohs, 1822) (Figura 2-4-22). A escala de dureza de Mohs é uma tabela de classificação de 10 minerais de elevada pureza comuns na natureza, dispostos de acordo com a sua resistência ao risco. Os resultados registados desta classificação são denominados dureza de Mohs (HM), também conhecida como dureza relativa.

A dureza na tabela de parâmetros de identificação de gemas refere-se à dureza de Mohs.

A dureza Vickers e a dureza Mohs podem ser convertidas através de uma fórmula, e os resultados da conversão mostram que a relação entre a dureza Mohs é uma relação de crescimento não linear (Figura 2-4-23).

4.2 Observações sobre a dureza de Mohs

① A dureza da grande maioria dos minerais é testada em cristalografia através da caraterização de minerais padrão na escala de dureza de Mohs contra os minerais que estão a ser testados. Na identificação de gemas, é estritamente proibido que as gemas se risquem umas às outras (a presença de riscos pode afetar o valor da gema).

② Para certas pedras preciosas e suas imitações que foram cortadas em formas facetadas, podemos distinguir entre as pedras preciosas e suas imitações observando a nitidez das bordas das facetas devido às suas diferentes durezas, como a distinção entre diamantes e simuladores de diamantes (Figura 2-4-24 a Figura 2-4-25), e a distinção entre rubis e rubis sintéticos (Figura 2-4-26).

4.3 Método de descrição da dureza de Mohs

Se um mineral pode riscar a apatite (ou seja, a sua dureza é superior à da apatite) mas pode ser riscado pela ortoclase (ou seja, a sua dureza é inferior à da ortoclase), então a dureza desse mineral situa-se entre 5 e 6, o que pode ser escrito como 5-6. Na prática, podem ser utilizados métodos mais simples em vez de um aparelho de teste de dureza; por exemplo, a dureza de uma unha é 2,5 e a dureza de uma faca é 5,5, pelo que a dureza do mineral pode ser dividida, grosso modo, em inferior a uma unha ( 5,5). Pode também ser utilizada uma agulha de aço comum (HM=5,5~6). Uma tabela de pedras preciosas comuns e artigos do quotidiano com dureza de Mohs é apresentada na Tabela 2.

Tabela 2: Pedras preciosas comuns e artigos domésticos Tabela de dureza de Mohs

Dureza	Objeto representativo	Utilizações comuns
1	Talco, grafite	O talco é o mineral padrão para a escala de dureza de Mohs, e é conhecido por ser o mineral mais macio. As aplicações comuns incluem o pó de talco, mas devido à sua dureza Mohs muito baixa, não pode ser utilizado como pedra preciosa.
2	Gesso	Mineral padrão da escala de dureza de Mohs; devido à sua dureza de Mohs muito baixa, não pode ser utilizado como pedra preciosa. Aparece no mercado como pedra de vedação e objectos de coleção
2 ~ 3	Cubo de gelo	Um dos artigos comuns na vida quotidiana
2.5	Unhas, âmbar, Marfim	O âmbar e o marfim são pedras preciosas orgânicas comuns
2.5 ~ 3	Ouro, prata, alumínio	O ouro e a prata são normalmente utilizados em joalharia, enquanto o alumínio é frequentemente encontrado em aplicações industriais
3	Calcite, cobre, pérolas, agulhas de cobre.	A calcite é o mineral padrão para a escala de dureza de Mohs e pode ser utilizada como material de escultura; é também um componente importante dos dicroscópios utilizados na identificação de pedras preciosas. O cobre foi utilizado pela primeira vez para decoração e é habitualmente utilizado na produção de ligas e como meio de transmissão na indústria eletrónica. As pérolas são pedras preciosas orgânicas comuns.
3.5	Conchas.	Pedras preciosas orgânicas comuns; as conchas mais pequenas podem ser diretamente incrustadas para decoração, enquanto as conchas maiores podem ser cortadas e polidas em contas e outros materiais decorativos, como a tridacna gigas.
4	Espatoflúor	Um mineral padrão para a escala de dureza de Mohs, também conhecido como fluorite, pode ser utilizado como material de escultura e é uma das pedras preciosas comuns. Devido à sua dureza relativamente baixa, aparece frequentemente em algumas jóias artesanais mais exclusivas.
4 ~ 4.5	Platina	Metal raro e também o mais duro dos metais preciosos. A platina é frequentemente utilizada na indústria militar ou no processamento de jóias
4 ~ 5	Ferro	Utilizado habitualmente na produção de aço e noutras aplicações industriais.
5	Apatite	Minerais padrão da escala de dureza de Mohs, uma das pedras preciosas mais comuns
5 ~ 6	Aço inoxidável, faca pequena, agulha de aço, lâmina de vidro	Uma das ferramentas normalmente utilizadas em geologia para caraterizar minerais e rochas e para avaliar preliminarmente a dureza Mohs de minerais e rochas
6	Ortoclásio, tanzanite, titânio puro	O feldspato é o mineral padrão para a escala de dureza de Mohs, e a Tanzanite é uma das pedras preciosas comuns.
6 ~ 7	Dentes (camada exterior da coroa), peças de porcelana.	O principal componente é a hidroxiapatite.
6 ~ 6.5	Nefrite	Um dos tipos mais comuns de jade.
6.5	Pirite	O cristal tem um forte valor ornamental e raramente é cortado e polido em pedras preciosas.
6.5 ~ 7	Jadeíte	Um dos tipos mais comuns de jade.
7	Quartzo, Ametista	Mineral padrão da escala de dureza de Mohs, uma das pedras preciosas mais comuns
7.5	Turmalina, zircão	Uma das pedras preciosas mais comuns
7 ~ 8	Granada	Uma das pedras preciosas mais comuns
8	Topázio	Minerais padrão da escala de dureza de Mohs, uma das pedras preciosas mais comuns
8.5	Heliodoro	Uma das pedras preciosas mais comuns
9	Corindo	Minerais padrão da escala de dureza de Mohs, uma das pedras preciosas mais comuns
9.25	Carbureto de silício sintético	Um dos simuladores de diamantes mais comuns
10	Diamante	Minerais padrão da escala de dureza de Mohs, uma das pedras preciosas mais comuns
Mais de 10	Nanobastões de diamante de polímero	Em 2005, cientistas alemães desenvolveram um material mais duro do que o diamante, que tem amplas perspectivas de aplicação industrial

5. Densidade relativa dos cristais

5.1 Definição de densidade relativa

A densidade é uma das propriedades importantes das pedras preciosas, uma vez que reflecte a sua composição química e estrutura cristalina. A densidade de uma pedra preciosa refere-se à massa da pedra preciosa por unidade de volume, geralmente medida em g/cm³.

A densidade relativa e a densidade das pedras preciosas são numericamente iguais, mas a primeira é mais fácil de medir. A densidade relativa de uma pedra preciosa refere-se à razão entre o seu peso no ar e o peso de um volume igual de água a 4 ℃, onde a 4 ℃, a massa de 1cm³ de água é quase precisamente 1 g.

A densidade relativa de uma pedra preciosa depende da sua composição química. A densidade relativa do mesmo tipo de pedra preciosa pode variar devido a alterações na composição química, substituição isomórfica, inclusões mecânicas, presença de inclusões e adsorção de ar em cavidades e fissuras. Por exemplo, a densidade relativa média dos diamantes é de 3,52 g/cm³, mas a densidade relativa dos diamantes australianos é de 3,54; alguns diamantes amarelos de África têm uma densidade relativa de 3,52, e alguns diamantes castanhos do Brasil têm uma densidade relativa de 3,60.

5.2 Métodos de ensaio da densidade relativa

O método de pesagem hidrostática e o método do líquido pesado são métodos comummente utilizados para determinar a densidade relativa das pedras preciosas. O primeiro método pode medir a densidade relativa das pedras preciosas com maior exatidão, enquanto o segundo pode distinguir rapidamente entre duas pedras preciosas semelhantes com densidades relativas diferentes.

A densidade relativa das pedras preciosas varia geralmente de 1 a 7. Aquelas abaixo de 2,5 (como o âmbar) são consideradas de baixa densidade relativa, aquelas entre 2,5 e 4 (como o quartzo) são de densidade relativa média, e aquelas acima de quatro são consideradas de alta densidade relativa. A maioria das pedras preciosas tem uma densidade relativa entre 2,5 e 4.

(1) Método de pesagem hidrostática

De acordo com o princípio de Arquimedes, quando um objeto é imerso num líquido, a força de empuxo exercida pelo líquido sobre o objeto é igual ao peso do líquido deslocado pelo objeto. Ao medir o peso da gema no ar com base no peso do líquido deslocado pelo objeto, podemos calcular a densidade relativa da gema (abreviada como SG, também conhecida como gravidade específica). (Figura 2-4-27 a Figura 2-4-29).

O método de cálculo é o peso da gema no ar dividido pela diferença entre o peso da gema no ar e na água. O valor calculado é geralmente mantido com duas casas decimais, ou seja, densidade relativa = peso da gema no ar ÷ (peso da gema no ar - peso da gema na água) x densidade da água ＝ peso da gema no ar÷ peso da água do mesmo volume que a gema x densidade da água.

Usando a fórmula acima, suponha que uma gema pesa 5,80 g no ar e 3,50 g na água, sendo a densidade da água 1 g/cm³; o processo de cálculo é o seguinte:

SG ＝ 5,80 ÷ (5,80 - 3,50) x 1 g/cm³

＝5,80 4÷2,30 x 1 g/cm³

＝2,50 g/cm³

Assim, calculamos que a densidade relativa desta gema é de 2,50 g/ cm³.

É importante notar que, salvo indicação em contrário, a densidade da água é geralmente tomada a 4℃ em g/cm³.

(2) Método do líquido pesado

O estado do conjunto de acessórios de pesagem de água limpa é colocado na balança (o suporte de suspensão do saco de rede é colocado no prato de pesagem da balança e o suporte do copo está em ambas as extremidades do prato de pesagem da balança; outros conjuntos de acessórios referem-se ao diagrama abaixo).

O método do líquido pesado é uma forma simples e eficaz de determinar indiretamente a densidade relativa de uma pedra preciosa, colocando a amostra num líquido pesado conhecido (ver Quadro 3) e observando se a pedra preciosa se afunda ou flutua. Os líquidos pesados são uma das soluções orgânicas voláteis e ligeiramente tóxicas e são utilizados com menos frequência nos testes modernos de pedras preciosas.

Tabela 3: Quatro Líquidos Pesados Comuns e Minerais Indicadores

Líquidos pesados comuns	Densidade de líquidos pesados comuns	Minerais Indicadores Suspensos em Líquidos Pesados Comuns
Tribromometano diluído CHBr₃	2.65	Cristal limpo e sem fissuras
Triclorometano CHBr₃	2.89	Berilo verde limpo sem fissuras
Diiodometano diluído CH₂I₂	3.05	Turmalina rosa limpa e sem fissuras (a densidade da turmalina varia ligeiramente consoante as cores e a densidade relativa da turmalina rosa é relativamente estável)
Diiodometano CH₂I₂	3.32	Jade limpo sem fissuras

6. Resistência dos cristais

A dureza de um cristal inclui tanto a flexibilidade como a fragilidade. O fenómeno em que as pedras preciosas apresentam uma fraca resistência à rutura (desgaste, estiramento, pressão, corte) é designado por fragilidade.

A fragilidade não tem nada a ver com as propriedades ópticas da pedra preciosa e com outras propriedades mecânicas, como a clivagem, a clivagem, a fratura, a dureza, a densidade, etc. A fragilidade do cristal está relacionada com a forma como os elementos do cristal estão ligados, o que não podemos observar a olho nu. Ela só pode ser sentida e vista no processamento e uso da pedra preciosa (Figura 2-4-30). É frequente encontrar-se na venda antecipada de peças acabadas de pedra facetada que a borda da pedra facetada está danificada devido ao papel de embrulho solto, e o dano é reduzido depois de usar uma embalagem separada de papel de algodão macio. A quebra do bordo facetado devido a fragilidade é também comum em gemas apanhadas e observadas durante muito tempo (Figura 2-4-31).

A fragilidade comum dos cristais de pedras preciosas, de forte a fraca, é a seguinte: fluorite, crisoberilo, pedra da lua, topázio, esmeralda, olivina, água-marinha, quartzo, diamante, safira, rubi.

Secção IV Outras propriedades físicas dos cristais

1. Propriedades eléctricas dos cristais

(1) Condutividade

A capacidade dos minerais de pedras preciosas para conduzir eletricidade é chamada condutividade. A maioria das pedras preciosas não é condutora, mas pedras preciosas como a hematite, o rutilo sintético e os diamantes azuis naturais (Tipo IIb) podem conduzir eletricidade. As propriedades semicondutoras dos diamantes azuis naturais são particularmente importantes, pois são uma das caraterísticas distintivas dos diamantes coloridos artificialmente, enquanto os diamantes azuis coloridos artificialmente são não-condutores.

(2) Efeito termoelétrico

Quando o quartzo e a turmalina são repetidamente aquecidos e arrefecidos, expandem-se ou contraem-se, gerando tensão ou carga em ambas as extremidades do cristal. Este fenómeno é designado por efeito termoelétrico. É também por este motivo que a turmalina absorve o pó quando é aquecida pela luz solar ou pela luz artificial.

(3) Efeito piezoelétrico

O fenómeno em que quantidades iguais de cargas opostas aparecem em ambas as extremidades de materiais cristalinos, como o quartzo, quando comprimidos ou esticados numa determinada direção.

2. Propriedades térmicas dos cristais - Condutividade térmica

A capacidade de um material conduzir calor é chamada de condutividade térmica, e diferentes pedras preciosas têm diferentes capacidades de condutividade térmica. A comparação das condutividades térmicas pode efetivamente distinguir as pedras preciosas. Embora as propriedades térmicas ajudem a identificar muitas pedras preciosas, a mais importante e óbvia é o diamante, que tem uma condutividade térmica muito superior à do segundo maior, o corindo. Este é também um dos princípios de conceção dos instrumentos de teste de condutividade térmica de pedras preciosas.

3. Radioatividade dos cristais

Os elementos radioactivos, como o U, Th, Ra, etc., podem emitir espontaneamente partículas ou raios a partir do núcleo, libertando energia. A este fenómeno chama-se radioatividade e a este processo chama-se decaimento radioativo. Se os cientistas conhecerem a taxa de decaimento radioativo e dispuserem de instrumentos capazes de medir a presença de diferentes isótopos, podem calcular com grande precisão a idade de um objeto. Por exemplo, o estudo do teor de isótopos radioactivos dos metais raros ósmio (Os) e rénio (Re) nos diamantes pode determinar a idade de diamantes com milhares de milhões de anos.

A radioatividade nos minerais de pedras preciosas naturais, como os diamantes, contém elementos radioactivos. O impacto da radioatividade nas propriedades das pedras preciosas reflecte-se em dois aspectos: provoca a coloração natural das pedras preciosas e melhora a cor das pedras preciosas. É importante notar que a radioatividade excessiva pode prejudicar o corpo humano.

4. Propriedades da superfície das pedras preciosas

As propriedades da superfície dos minerais de pedras preciosas estão relacionadas com a estrutura cristalina da superfície dos minerais de pedras preciosas. A estrutura da superfície dos minerais de pedras preciosas varia consoante o tipo específico de pedra preciosa, e as propriedades da superfície determinadas pela estrutura da superfície serão inevitavelmente diferentes.

As propriedades de superfície dos minerais de gema manifestam-se de forma proeminente nos seus efeitos de adsorção em substâncias externas, tais como a hidrofobicidade e a lipofilicidade. A hidrofobicidade é um termo em química que se refere à propriedade física de uma molécula (substância hidrofóbica) que repele a água. A hidrofobicidade é frequentemente designada por lipofilicidade, mas estes dois termos não são totalmente sinónimos. Ao mesmo tempo, a maioria das substâncias hidrofóbicas são normalmente lipofílicas; existem excepções, como a borracha de silicone e os compostos fluorados.

A propriedade envolvida na gemologia é o diamante, e a identificação de diamantes e suas imitações e o processo de seleção de diamantes utilizam frequentemente esta propriedade.

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Guia completo de pedras preciosas Caraterísticas dos cristais, incluindo cores, brilho, transparência, luminescência, dispersão, mecânica e propriedades físicas

Guia completo de ótica, mecânica e propriedades físicas dos cristais

caraterísticas, incluindo cores, brilho, transparência, luminescência, dispersão, clivagem, dureza, propriedades térmicas

Introdução:

Índice

Secção I Definições de termos ópticos relacionados com cristais

1. A cor dos cristais

1.1 Definição de cor

1.2 Pontos-chave para a observação da cor

1.3 Métodos de descrição da cor

(1) Cromatografia padrão

(2) Método binomial

(3) Método análogo

2. O brilho dos cristais

2.1 Definição de brilho

2.2 Pontos-chave para a observação do brilho

2.3 Métodos de descrição do brilho

(1) Brilho metálico

(2) Brilho de diamante

(3) Brilho do vidro

(4) Brilho gorduroso

3. Transparência dos cristais

3.1 Definição de transparência

3.2 Pontos-chave para observar a transparência

3.3 Descrição dos métodos de transparência

(1) Transparente

(2) Sub-transparente.

(3) Translúcido

(4) Subtranslúcido

(5) Opaco

4. O Pleocroísmo dos Cristais

4.1 Definição de pleocroísmo

4.2 Pontos-chave para a observação do pleocroísmo

4.3 Descrição dos métodos de pleocroísmo

5. Luminescência de cristais

5.1 Definição de luminescência

(1) Luminescência

(2) Fluorescência e fosforescência

(3) Factores de influência

5.2 Pontos-chave para a observação da luminescência

5.3 Descrição dos métodos de luminescência

6. Fenómeno ótico especial dos cristais

6.1 Definição de fenómeno ótico especial

6.2 Pontos-chave para a observação de fenómenos ópticos especiais

6.3 Descrição dos métodos de fenómenos ópticos especiais

(1) Efeito olho de gato

(2) Efeito de luz estelar

(3) Efeito de mudança de cor

(4) Efeito areia dourada

(5) Efeito do luar

(6) Efeito de mudança de cor

7. Dispersão de cristais

7.1 Definição de dispersão

7.2 Pontos-chave para a observação da dispersão

7.3 Descrição dos métodos de dispersão

8. Definições dos termos ópticos relacionados com os cristais quando se utilizam instrumentos convencionais de identificação laboratorial

8.1 Materiais isotrópicos e não homogéneos

(1) Corpo isotrópico

(2) Não-corpo homogéneo

8.2 Refração uniaxial, birrefringência, índice de birrefringência

8.3 Eixo ótico, indicatriz ótica, cristal uniaxial, cristal biaxial

(1) Ótica Eixo

(2) Ótica Indicador

(3) Cristal uniaxial

(4) Cristais biaxiais

8.4 Taxa de dispersão, reflexão interna total

(1) Taxa de dispersão

(2) Reflexão interna total

8.5 Luz natural, luz polarizada

(1) Luz natural

(2) Luz polarizada

9. Resumo das relações terminológicas da ótica cristalina

Quadro 1: Quadro recapitulativo das relações terminológicas da ótica cristalina.

Secção II Porque é que as pedras preciosas têm cor?

1. Causas tradicionais da cor das pedras preciosas

Tabela 2: A relação entre a cor do mineral, a cor das estrias, a transparência e o brilho

Tabela 3: Elementos corantes comuns em pedras preciosas