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Composição, propriedades, caraterísticas cristalográficas e instrumentos de ensaio das pedras preciosas
Bases geológicas das pedras preciosas, composição química, propriedades físicas e 9 instrumentos de ensaio
Introdução:
Desvende os segredos das pedras preciosas com o nosso guia que abrange os fundamentos da gemologia e do processamento. Explore as noções básicas dos tipos de gemas, as suas origens geológicas e a sua composição química. Obtenha informações sobre as propriedades físicas que definem cada gema e aprenda a identificá-las utilizando vários instrumentos de teste.
Pedras preciosas, na sua maioria transformadas em formas facetadas
Índice
Secção I Conceitos básicos das pedras preciosas
As pedras preciosas referem-se a materiais que possuem beleza, durabilidade e raridade e que podem ser transformados em jóias ou artesanato, incluindo pedras preciosas naturais e pedras preciosas sintéticas, coletivamente designadas por gemas (em sentido lato). A classificação das pedras preciosas é apresentada na Tabela 1-1.
Quadro 1-1 Classificação das pedras preciosas
| Pedras preciosas | Pedras preciosas naturais | Pedra preciosa natural |
| Jade natural | ||
| Pedra preciosa orgânica natural | ||
| Pedra artificial para jóias | Pedra preciosa sintética | |
| Pedra preciosa artificial | ||
| Gema composta | ||
| Pedra preciosa reconstruída |
As pedras preciosas naturais são aquelas produzidas pela natureza, caracterizadas pela beleza, durabilidade e raridade, incluindo as gemas naturais, o jade natural e as gemas orgânicas naturais. Entre elas, as gemas naturais (referidas como gemas num sentido restrito) são cristais minerais simples ou duplos, como os diamantes, as safiras (Figura 1-1) e as esmeraldas. O jade natural (jade) é constituído por agregados minerais ou substâncias amorfas, como a jadeíte, o jade de Hetian e a ágata (Figura 1-2). As gemas orgânicas naturais (gemas orgânicas) são materiais de joalharia gerados por organismos vivos, parcial ou totalmente compostos por matéria orgânica, como as pérolas, os corais e o âmbar (Figura 1-3).
Figura 1-1 Cristais de safira natural e rocha circundante
Figura 1-2 Ágata em bruto
Figura 1-3 Âmbar cru
As pedras preciosas artificiais referem-se a materiais (excluindo metais) parcial ou totalmente produzidos ou fabricados como jóias ou artesanato, incluindo pedras preciosas sintéticas, pedras preciosas artificiais, pedras montadas e pedras preciosas reconstruídas. As pedras preciosas sintéticas são materiais produzidos artificialmente que têm equivalentes conhecidos na natureza, com propriedades físicas e composições químicas que são consistentes com os seus equivalentes naturais, tais como rubis sintéticos, esmeraldas sintéticas (Figura 1-4) e zircónias cúbicas sintéticas (Figura 1-5). As pedras preciosas artificiais são materiais produzidos artificialmente sem contrapartidas correspondentes, como a ferrite de estrôncio sintética e o vidro. As pedras preciosas montadas referem-se a materiais criados através da junção artificial de duas ou mais peças de material de pedra preciosa para dar uma impressão global, normalmente observada em opalas montadas (Figura 1-6) e esmeraldas. As pedras preciosas reconstruídas referem-se a materiais criados por fusão artificial e sinterização de fragmentos de pedras preciosas ou detritos para formar um material com uma aparência geral, como o âmbar reconstruído e a turquesa reconstruída.
Figura 1-5 Formação de cristais de zircónio cúbico
Figura 1-6 Opala montada
Secção II A base geológica das pedras preciosas
1. Os três principais tipos de rocha e a produção de pedras preciosas
Os minerais são elementos ou compostos naturais formados por processos geológicos, com composições químicas e estruturas internas específicas, e são relativamente estáveis em determinadas condições. As rochas são agregados de minerais ou materiais amorfos formados por processos geológicos, possuindo determinadas estruturas e texturas. As rochas podem ser classificadas em três categorias principais com base na sua origem: ígneas, sedimentares e metamórficas. As origens geológicas das pedras preciosas comuns são apresentadas na Tabela 1-2.
Quadro 1-2 Origens geológicas das pedras preciosas comuns
| Tipo de rocha | Nome da pedra preciosa produzida |
|---|---|
| Rocha ígnea | Diamantes, rubis, safiras, topázios, espinélio, esmeraldas, água-marinha, granada, peridoto, cristal, obsidiana, etc. |
| Rochas metamórficas | Jade, granada, rubis, safiras, madeira petrificada, etc. |
| Rochas sedimentares | Opala, calcedónia, turquesa, malaquite, ágata, etc. |
Foram descobertos mais de 4.000 tipos de minerais na Terra, mas apenas mais de 200 tipos podem ser usados como pedras preciosas, como mostra a Figura 1-7. Entre eles, os minerais com caraterísticas bonitas, duráveis e raras podem ser usados como pedras preciosas, enquanto algumas rochas com textura fina e aparência bonita podem ser usadas como jade (Figuras 1-8 a 1-10). Geralmente, as pedras preciosas são concebidas principalmente numa forma facetada para refletir o seu brilho e fogo, enquanto o jade é concebido principalmente numa forma curva para refletir a sua cor e aparência quente, como mostram as Figuras 1-11 e 1-12.
Figura 1-7 A relação proporcional entre as pedras preciosas naturais e os minerais
Figura 1-8 Cristais de água-marinha
Figura 1-9 Rocha ordinária (ortoclásio)
Figura 1-10 Serpentina em bruto
Figura 1-11 Pedras preciosas maioritariamente transformadas em formas facetadas
Figura 1-12 O jade é frequentemente transformado em formas curvas
2. Áreas comuns de produção de pedras preciosas
As cinco pedras preciosas mais importantes do mundo são os diamantes, os rubis, as safiras, as esmeraldas e o crisoberilo. Comercialmente, as pedras preciosas que não os diamantes são coletivamente designadas por pedras preciosas coloridas ou pedras de fantasia.
A Rússia, a Austrália, a África do Sul, o Congo e o Botsuana são as cinco principais regiões produtoras de diamantes do mundo. As cinco principais zonas produtoras de pedras preciosas de cor são Myanmar, Tailândia, Sri Lanka, Madagáscar e Brasil. Myanmar e Moçambique são as principais fontes comerciais de rubis, enquanto a Tailândia, o Sri Lanka, o Vietname, o Afeganistão, a Rússia, o Paquistão, a Tanzânia, a Austrália, o Camboja e Madagáscar também os produzem. As principais fontes de safiras incluem o Sri Lanka, a Tailândia, a Austrália, a China, a Índia, o Camboja, o Vietname e os Estados Unidos. A Colômbia e a Zâmbia são as principais fontes de esmeraldas, sendo também produzidas no Brasil, Zimbabué, Rússia, Índia e Canadá. As principais fontes de olho de gato e alexandrite são o Brasil e o Sri Lanka, com a Índia, Madagáscar, Zimbabué, Zâmbia e Myanmar a contribuírem também.
O jade de alta qualidade inclui a jadeíte e o jade Hetian. Atualmente, a única fonte de jadeite comercialmente viável é Myanmar, que representa mais de 95% do mercado, e, nos últimos anos, a jadeite da Guatemala também entrou no mercado. Existem muitas fontes de jade Hetian, sendo as principais fontes nacionais Xinjiang, Qinghai, Liaoning e Taiwan. Ao mesmo tempo, existem fontes no estrangeiro na Rússia, Coreia do Sul, Austrália, Canadá e Nova Zelândia.
3. Principais mercados de comércio de gemas
A nível internacional, o mercado primário de pedras preciosas em bruto inclui Madagáscar, Sri Lanka, etc., enquanto os mercados secundários incluem a Tailândia, a Índia, o Quénia e Hong Kong, China. Entre eles, a Tailândia tem principalmente dois mercados de pedras preciosas em Banguecoque e Chanthaburi, com Banguecoque a concentrar-se em pedras brutas e produtos acabados, e Chanthaburi tem muitas fábricas de transformação de pedras preciosas, lidando principalmente com pedras brutas, produtos acabados e matérias-primas. O mercado tailandês de pedras preciosas oferece uma grande variedade; Jaipur, na Índia, é um centro de transformação e distribuição de esmeraldas, lidando principalmente com esmeraldas em bruto e acabadas; o Quénia é um centro de distribuição emergente de pedras preciosas em bruto, concentrando-se principalmente em pedras preciosas de gama média, como turmalina, água-marinha, granada, etc.; Hong Kong, na China, lida principalmente com materiais de contas de gama média a baixa.
Atualmente, não existe um mercado especializado para materiais de lapidação de pedras preciosas na China continental. O condado de Haifeng, na província de Guangdong, tem um mercado de comércio de matérias-primas e fábricas de transformação de pedras preciosas que se dedicam principalmente a pedras preciosas de gama baixa, como a turmalina, a granada e o cristal.
Secção III A Cristalografia dos Minerais de Gema
1. Cristais e sólidos amorfos
Os cristais referem-se a sólidos com uma estrutura em rede, em que as partículas internas estão dispostas num padrão regular e se repetem periodicamente no espaço tridimensional, formando externamente uma determinada forma geométrica, como a granada, a esmeralda e o cristal. Os cristais têm seis propriedades fundamentais.
- Autolimitação: Os cristais podem crescer espontaneamente em poliedros geométricos sob certas condições, como mostram as Figuras 1-13 e 1-14.
- Uniformidade: As propriedades físicas e químicas de todas as partes do cristal são as mesmas.
- Simetria: Os cristais apresentam simetria e regularidade na disposição das suas partículas internas e nas suas caraterísticas externas.
- Anisotropia: Certas propriedades físicas podem variar com diferentes direcções no cristal, como a variação da dureza.
- Energia interna mínima: Em determinadas condições, em comparação com substâncias amorfas, líquidos e gases da mesma composição, os cristais têm a energia interna mínima.
- Estabilidade: Devido ao facto de terem uma energia interna mínima, os cristais têm a maior estabilidade em comparação com substâncias amorfas, líquidos e gases da mesma composição.
A Figura 1-13 mostra a estrutura de rede dos cristais de fluorite.
Figura 1-14 Formas geométricas dos cristais de fluorite
Os sólidos amorfos (Figuras 1-15, 1-16) referem-se a sólidos que não têm uma estrutura de rede, com as suas partículas internas dispostas irregularmente, aparecendo assim macroscopicamente como formas geométricas irregulares e não facetadas.
A Figura 1-15 mostra que a estrutura dos sólidos amorfos não tem uma estrutura de rede.
Figura 1-16 Opala sem forma geométrica
2. Classificação dos cristais
Com base nas caraterísticas da simetria cristalina, os cristais podem ser divididos em três grandes famílias de cristais e sete grandes sistemas de cristais, como mostra a Tabela 1-3.
Tabela 1-3 Classificação dos cristais
| Família Crystal | Sistema de cristais | Pedra preciosa |
|---|---|---|
| Família de cristais avançados | Sistema isométrico de cristais | Diamante, granada, espinélio, fluorite, sodalite, etc. |
| Família de cristais intermédios | Cristal hexagonal | Apatite, berilo, benitoite, etc. |
| Sistema trigonal | Safira, rubi, turmalina, quartzo, rodocrosite, etc. | |
| Cristal tetragonal | Zircão, rutilo, cassiterite, escapolite, idocrase, etc. | |
| Família de cristais de baixo nível | Ortorrômbico | Olivina, topázio, zoisite, iolite, crisoberilo, andaluzite, kornerupina, danburite, etc. |
| Sistema monoclínico | Jade (jadeíte dura), diopsídio, nefrita (tremolite), malaquite, ortoclase, espodumena, etc. | |
| Sistema triclínico | Plagioclásio, turquesa, rodonite, axinite, etc. |
3. Orientação e hábitos de cristalização dos cristais
(1) Orientação dos cristais e constantes cristalinas
A orientação do cristal é a determinação de um sistema de coordenadas dentro de um cristal, selecionando eixos de coordenadas (também conhecidos como eixos do cristal) e determinando o rácio de comprimentos unitários (comprimentos do eixo) ao longo de cada eixo do cristal (rácio do eixo). Os eixos do cristal referem-se a três linhas rectas que se intersectam no centro do cristal, designadas por eixo X, eixo Y e eixo Z (ou representadas por eixo a, eixo b e eixo c). Os sistemas cristalinos trigonal e hexagonal requerem um eixo u adicional, sendo a extremidade frontal negativa e a extremidade posterior positiva.
O ângulo dos eixos refere-se ao ângulo entre as extremidades positivas dos eixos cristalinos, representados por α(YˆZ), β(ZˆX), γ(XˆY); a razão dos eixos é determinada com base nos métodos de cristalografia geométrica: a: b: c. A razão dos eixos a : b: c e o ângulo dos eixos α : β: γ são coletivamente designados por constantes cristalinas.
(2) Hábitos de cristalização dos cristais
Os hábitos de cristalização referem-se às formas cristalinas que os minerais de gema normalmente exibem e às proporções em que os cristais se estendem no espaço tridimensional. A orientação cristalina dos sete principais sistemas cristalinos e os hábitos de cristalização dos minerais de gema comuns são mostrados na Tabela 1-4. Em condições ideais, os minerais de gema podem crescer em cristais ideais de acordo com a disposição regular das partículas internas. No entanto, na maioria dos casos, as actividades geológicas conduzem a ambientes de crescimento instáveis para os minerais de gema, resultando no seu crescimento comum como cristais distorcidos. Os agregados minerais (como o jade) geralmente não apresentam formas geométricas regulares, aparecendo frequentemente como blocos irregulares, como a jadeíte e a ágata.
Ao conceber o estilo de corte das pedras preciosas, deve ter-se em conta os hábitos de cristalização dos cristais das pedras preciosas para manter a qualidade ao máximo. Por exemplo, os rubis têm frequentemente a forma de barril ou são cilíndricos curtos, normalmente concebidos em formas ovais ou em lágrima; as esmeraldas e as turmalinas são frequentemente cilíndricas longas, normalmente concebidas em estilos de corte retangular; as granadas são cristais granulares, pelo que são frequentemente concebidas em formas redondas, em coração ou ovais.
Tabela 1-4 Orientação Cristalográfica dos Sete Principais Sistemas Cristalinos e Minerais de Gemas Comuns
| O Grupo Crystal | Sistema de cristais | Esquema de orientação do cristal | Constantes de cristal | Exemplos de minerais comuns de pedras preciosas | ||
| Hábitos de cristalização | Diagrama de minerais de pedras preciosas | |||||
| O Grupo Cristalino Superior | Sistema de cristais equiaxiais |
|
a=b=c; α=β=γ=90° | Espinélio | Frequentemente agregados octaédricos, octaédricos e rômbicos dodecaédricos agregados octaédricos e cúbicos, ou biocristais de contacto octaédricos |
|
| Granada | Muitas vezes, o dodecaedro rômbico, o trisoctaedro tetragonal e a agregação dos dois, a superfície do cristal pode ser vista linhas de crescimento |
|
||||
| O Grupo Crystal | Sistema de cristais | Esquema de orientação do cristal | Constantes de cristal | Exemplos de minerais comuns de pedras preciosas | ||
| Hábitos de cristalização | Diagrama de minerais de pedras preciosas | |||||
| Grupo de cristais intermédios | Sistema cristalino hexagonal |
|
a=b≠c; α=β=90°, γ=120° | Berilo | Muitas vezes, sob a forma de colunas hexagonais com linhas longitudinais ou buracos rectangulares desenvolvidos nas faces das colunas. |
|
| Sistema cristalino tripartido |
|
a=b≠c; α=β=90°, γ=120° | Corindo | Frequentemente colunares, em forma de barril ou em forma de placa, de secção hexagonal, com linhas transversais desenvolvidas nas faces das colunas |
|
|
| Turmalina | Muitas vezes colunares, de secção transversal arredondada-triangular, com linhas longitudinais desenvolvidas |
|
||||
| Cristal | Frequentemente prismáticos, hexagonais ou, em grupos, rômbicos ou bipiramidais triangulares, com linhas transversais visíveis nas faces das colunas |
|
||||
| Sistema cristalino tetragonal |
|
a=b≠c; α=β=γ=90° | Zircão | Frequentemente agregados curtos colunares, cónicos ou colunares e cónicos |
|
|
| O Grupo Crystal | Sistema de cristais | Esquema de orientação do cristal | Constantes de cristal | Exemplos de minerais comuns de pedras preciosas | ||
| Hábitos de cristalização | Diagrama de minerais de pedras preciosas | |||||
| Família de cristais de baixa qualidade | Sistema cristalino romboédrico |
|
a≠b≠c； α=β=γ=90° | Crisoberilo | Frequentemente plaqueados, bicristais curtos, colunares ou espiralados (cristais tripletos pseudo-hexagonais), com riscas que se desenvolvem na superfície inferior |
|
| Peridoto | Frequentemente colunar curto, desenvolvendo linhas longitudinais |
|
||||
| Topázio | Frequentemente romboédrica: desenvolvimento de linhas longitudinais |
|
||||
| Zoisite (Tanzanite) | Frequentemente colunar ou platy-colunar |
|
||||
| Sistema cristalino monoclínico |
|
a≠b≠c； a =γ=90°, β≠90° | Liofolite, Turbidite, Jadeite | Frequentemente romboédrica |
|
|
| Sistema cristalino triclínico |
|
a≠b≠c； α≠β≠γ≠90° | Turquesa, axinite, pedra do sol, cianite | Paralelo bifacial |
|
|
Secção IV A composição química das pedras preciosas
1. Classificação química das pedras preciosas
Os minerais de gema podem ser divididos em duas categorias com base na sua composição química: compostos e elementos. Os compostos podem ser subdivididos em óxidos e sais contendo oxigénio (tais como silicatos, fosfatos e carbonatos). A composição química e a classificação das pedras preciosas comuns são apresentadas na Tabela 1-5.
Quadro 1-5 Composição química e classificação das pedras preciosas comuns
| Categoria | Pedra preciosa | Composição química | ||
|---|---|---|---|---|
| Categoria elementar | Diamante | C, pode conter oligoelementos como N, B, H, etc. | ||
| Categoria de compostos | Categoria de óxido | Corindo (Rubi, Safira) | Al2O3 A água pode conter oligoelementos como o Fe, Ti, CT, V, etc. | |
| Crisoberilo (olho de gato, alexandrita, crisoberilo vulgar, etc.) | BeAl2O4 A substância ativa pode conter oligoelementos como o Fe, Cr, Ti, etc. | |||
| Espinélio | MgAl2O4 O produto pode conter oligoelementos como o Cr, o Fe, o Zn, etc. | |||
| Quartzo (Cristal) | SiO2 O silicato de sódio, que pode conter oligoelementos como o Ti, Fe, Al, etc. (alguns livros classificam-no como silicato). | |||
| Tipos de sais de oxigénio | Silicato | Berilo (Esmeralda, Água-marinha, Morganite, etc.) | Ser3Al2Si6O18 A substância ativa pode conter oligoelementos como o Cr, o V, o Fe, o Ti, etc. | |
| Turmalina (Berilo) | (Na, K, Ca)(Al, Fe, Li, Mg, Mn)3(Al, Cr, Fe, V)6(BO3)3(Si6O18)(OH, F)4 | |||
| Zircão | ZrSiO4 pode conter oligoelementos como o U, o Th, etc. | |||
| Granada | A3B2(SiO4)3, A为Ca2+ 、 Mg2+ 、 Fe2+ 、 Mn2+ e assim por diante； B为Al3+, 、 Fe3+、 Ti3+ 、 Cr3+, etc. | |||
| Peridoto | (Mg,Fe)2[SiO4] | |||
| Topázio | Al2SiO4(F,OH)2pode conter oligoelementos como Cr, Li, Be, etc. | |||
| Zoisite (Tanzanite) | Ca2Al3(SiO4)3(OH) , que pode conter oligoelementos como V, Cr, Mn, etc. | |||
| Jade | NaAlSi2O6 que pode conter oligoelementos como Cr, Fe, Ca, etc. | |||
| Fosfato | Turquesa | CuAl6(PO4)4(OH)8 - 5H2O | ||
| Carbonato | Malaquite | Cu2CO3(OH)2 | ||
A composição química dos minerais de pedras preciosas pode ser dividida em componentes químicos principais e componentes químicos vestigiais. Os principais componentes químicos mantêm a estrutura de um mineral de pedra preciosa. Ao mesmo tempo, os oligoelementos podem variar dentro de uma pequena gama sem alterar a estrutura principal, conduzindo a propriedades físicas como o índice de refração e variações de densidade relativa. As alterações nos oligoelementos também podem fazer com que as pedras preciosas formem cores e bandas de cores diferentes. Por exemplo, o principal componente do corindo é o Al2O3Quando o corindo não contém elementos vestigiais, apresenta-se incolor; quando o corindo contém vestígios de Cr3+é vermelho (quando atinge a qualidade de pedra preciosa, pode ser chamado rubi); quando o corindo contém vestígios de Fe2+ e Ti4+, aparece azul (quando atinge a qualidade de pedra preciosa, pode ser chamado de safira); quando o corindo contém vestígios de Fe3+O berilo tem uma cor amarela (quando atinge a qualidade de pedra preciosa, pode ser chamado de safira amarela). O principal componente de um berilo é o Be3Al2Si6O18Quando um berilo não contém elementos vestigiais, apresenta-se incolor; quando um berilo contém vestígios de Cr3+, aparece verde (quando atinge a qualidade de pedra preciosa, pode ser chamado de esmeralda); quando um berilo contém vestígios de Fe2+Quando a cor é azul, parece azul (quando atinge a qualidade de pedra preciosa, pode ser chamada de água-marinha). As pedras preciosas cujas cores são causadas por oligoelementos são chamadas "pedras preciosas de cor alocromática", que geralmente têm várias cores. Por exemplo, o principal componente do peridoto é (Mg, Fe)2[SiO4], em que Fe2+ faz com que o peridoto pareça amarelo-esverdeado. As pedras preciosas cujas cores são causadas por elementos principais são chamadas "pedras preciosas de cor idiocromática", que geralmente têm uma única variedade de cor.
A composição química e a estrutura dos minerais das pedras preciosas podem afetar a durabilidade das pedras preciosas. De um modo geral, os minerais de silicato e de óxido têm uma maior durabilidade, como a granada e o crisoberilo; os minerais de carbonato reagem facilmente com os ácidos, tendo assim uma menor durabilidade, como a malaquite, pelo que se deve ter o cuidado de evitar o contacto com os ácidos durante a transformação e o armazenamento. Os minerais de pedras preciosas hidratados devem ser protegidos de temperaturas excessivas durante o processamento para evitar a perda de água, como a turquesa (CuAl6(PO4)4(OH)8-5H2O), que contém água de cristalização (H2O) e água estrutural (OH–). Quando a temperatura atinge 100 ~ 200 ℃, a água de cristalização escapa e, quando a temperatura atinge 600 ~ 1000 ℃, a água estrutural escapa, o que pode danificar irreversivelmente a estrutura da turquesa. Casos semelhantes incluem turmalina (OH–) e tanzanite (OH–).
2. As inclusões e a classificação das pedras preciosas
O conceito de inclusões de pedras preciosas pode ser dividido em definições amplas e restritas. A definição restrita refere-se a outros componentes minerais que são encapsulados dentro de defeitos de cristal durante o crescimento da pedra preciosa. A definição ampla engloba todas as caraterísticas que afectam a uniformidade geral dos minerais das pedras preciosas, incluindo inclusões estreitas e diferenças na estrutura e caraterísticas físicas das pedras preciosas, tais como bandas de cor, geminação e clivagem. As inclusões de pedras preciosas podem ser classificadas com base na sua fase e tempo de formação.
(1) Classificação por fase
As inclusões de gemas podem ser classificadas em inclusões sólidas, líquidas e gasosas com base na sua fase.
① Inclusões sólidas
As inclusões sólidas referem-se a inclusões que existem na forma sólida dentro das pedras preciosas. As inclusões sólidas podem formar-se antes da pedra preciosa ou simultaneamente com ela. Por exemplo, as inclusões de rutilo em forma de agulha no quartzo (Figura 1-17).
② Inclusões líquidas
As inclusões líquidas referem-se a inclusões em estado líquido nas pedras preciosas, compostas principalmente por água (Figura 1-18).
Figura 1-17 Inclusões de rutilo em forma de agulha no cristal
Figura 1-18 Inclusões líquidas em pedras preciosas
③ Inclusões gasosas
As inclusões gasosas referem-se a inclusões que existem num estado gasoso dentro das pedras preciosas. Por exemplo, as bolhas são normalmente encontradas no âmbar e no vidro (Figura 1-19).
④ Inclusões multifásicas
As inclusões multifásicas referem-se a inclusões em pedras preciosas que existem em múltiplas fases, incluindo inclusões de duas fases sólido-líquido, inclusões de duas fases gás-líquido e inclusões de três fases sólido-líquido-gás, etc. (Figuras 1-20, 1-21).
Figura 1-20 Inclusão trifásica sólido-líquido-gás
Figura 1-21 Inclusão de duas fases gás-líquido
(2) Classificados por tempo de formação
As inclusões de gemas podem ser classificadas com base no seu tempo de formação em inclusões primárias, singénicas e epigenéticas.
① Inclusões primárias
As inclusões primárias são inclusões que se formam antes da formação do cristal de pedra preciosa. Estas inclusões são inclusões sólidas e podem ser da mesma substância que a pedra preciosa ou de uma substância diferente.
② Inclusões singénicas
As inclusões primárias formam-se simultaneamente com o cristal da pedra preciosa, que pode estar em estado sólido, líquido ou gasoso.
③ Inclusões secundárias
As inclusões secundárias ou pós-formais formam-se após a formação do cristal de pedra preciosa. Por exemplo, as inclusões em forma de nenúfar na olivina são formadas sob tensão.
(3) Inclusões comuns em pedras preciosas
O estudo das inclusões de pedras preciosas é um dos melhores métodos para identificar as variedades de pedras preciosas, distinguir entre pedras preciosas naturais e sintéticas, determinar se uma pedra preciosa foi tratada e pesquisar a origem das pedras preciosas. Por exemplo, os rubis birmaneses contêm frequentemente abundantes inclusões de agulhas de rutilo; as esmeraldas colombianas incluem normalmente inclusões trifásicas gás-líquido-sólido; as águas-marinhas podem ter inclusões semelhantes a chuva; a olivina contém inclusões caraterísticas em forma de nenúfar; os rubis sintéticos de fusão por chama apresentam frequentemente linhas de crescimento em forma de arco, bolhas e pó; a jadeite, se tratada com resina ou tingida, pode apresentar padrões de gravura ácida e uma distribuição de cores semelhante a uma malha.
Antes de processar as pedras preciosas, deve ser efectuada uma observação exaustiva das suas caraterísticas internas e externas, tais como a distribuição de inclusões, linhas de crescimento e fissuras. De um modo geral, ao posicionar as pedras preciosas, devem ser feitos esforços para evitar defeitos e melhorar o rendimento e a qualidade das pedras preciosas. Em casos especiais, certas variedades de pedras preciosas requerem que as inclusões sejam preservadas, como é o caso da demantoide, em que as inclusões completas em forma de cauda na mesa aumentam significativamente o seu valor. Além disso, as pedras preciosas de elevada clareza são frequentemente concebidas como facetadas, enquanto as pedras com baixa clareza, baixa transparência e fissuras desenvolvidas são normalmente concebidas como cabochões.
Secção V Propriedades físicas das pedras preciosas
1. Propriedades mecânicas das pedras preciosas
(1) Clivagem
A clivagem é a propriedade dos minerais de pedras preciosas de se dividirem ao longo de planos suaves na sua estrutura cristalina quando sujeitos a uma força externa; estes planos suaves são chamados planos de clivagem. A clivagem das pedras preciosas é classificada em cinco níveis com base na suavidade dos planos de clivagem: clivagem perfeita, clivagem completa, clivagem justa, clivagem imperfeita e clivagem imperfeita.
A clivagem perfeita é caracterizada pela facilidade com que a gema se divide sob força externa, com superfícies de clivagem completas e lisas, como a mica e a grafite (Figura 1-22). A clivagem completa mostra que a gema pode facilmente dividir-se em planos sob força externa, com superfícies de clivagem relativamente completas e lisas, como a fluorite e a calcite (Figura 1-23).
Figura 1-22 Clivagem perfeita da mica
Figura 1-23 Clivagem completa da calcite
A clivagem moderada indica que a gema pode dividir-se em planos sob força externa, com superfícies de clivagem visíveis mas não suficientemente lisas, como no caso do feldspato (Figura 1-24). A clivagem incompleta é caracterizada pelo facto de a gema ser difícil de dividir em planos sob força externa, com apenas superfícies de clivagem pequenas e irregulares, como a olivina, intermitentemente visíveis. A clivagem incompleta, ou sem clivagem, refere-se a gemas difíceis de dividir em planos sob força externa, como o quartzo (Figura 1-25).
Figura 1-24 Clivagem média do feldspato
Figura 1-25 Clivagem extremamente imperfeita do quartzo
Quando a clivagem de uma pedra preciosa se desenvolve, ela pode ser dividida ao longo da direção da clivagem, tal como a clivagem completa do octaedro da fluorite. Durante o polimento, as direcções de clivagem podem produzir clivagem continuamente, resultando em facetas que não podem ser polidas até brilharem. Por isso, quando se desenha o corte, deve-se evitar que a mesa da pedra preciosa e a maioria das facetas sejam paralelas à direção de clivagem, formando antes um pequeno ângulo com o plano de clivagem, como se mostra no desenho do corte do topázio amarelo nas Figuras 1-26 e 1-27.
Figura 1-26 O desenho da bancada de topázio deve formar um pequeno ângulo com a clivagem da superfície inferior
Figura 1-27 Topázio em bruto e produtos acabados
(2) Separação
A divisão refere-se à propriedade de uma pedra preciosa se dividir ao longo dos seus planos estruturais específicos quando sujeita a forças externas. Estas estruturas incluem limites de cristais gémeos ou certas inclusões. A clivagem é uma propriedade inerente às pedras preciosas, e os planos de clivagem são geralmente mais suaves do que as superfícies de separação.
Quando as pedras preciosas se dividem, devido à sua menor transparência, são propensas a rachar ao longo da direção da divisão. Para garantir a durabilidade da pedra preciosa, esta deve ser concebida numa forma curva em vez de facetada. As pedras preciosas mais comuns com divisão desenvolvida incluem as pedras da família do corindo, como os rubis (Figura 1-28) e as safiras.
(3) Fratura
A fratura é uma quebra irregular que ocorre aleatoriamente em pedras preciosas sob força externa. Os tipos mais comuns de fracturas incluem fracturas conchoidais, fracturas em degrau, fracturas irregulares e fracturas recortadas, como se mostra nas Figuras 1-29 a 1-31. A maioria das pedras preciosas apresenta fracturas conchoidais, como o quartzo, a água-marinha e o peridoto; a maioria das pedras de jade apresenta fracturas irregulares, como a jadeíte e a nefrita. Ao selecionar materiais de pedras preciosas, o tipo de fratura pode ser utilizado para distinguir aproximadamente entre diferentes variedades de pedras preciosas.
Figura 1-28 A clivagem do rubi
Figura 1-29 Fratura do quartzo em forma de concha
Figura 1-30 Fratura em degrau do quartzo
Figura 1-31 A fratura irregular do feldspato potássico
(4) Arnês
A dureza de uma pedra preciosa refere-se à sua capacidade de resistir à pressão, ao risco ou à trituração. O método mais comummente utilizado para expressar a dureza dos minerais de pedras preciosas é a escala de dureza de Mohs. A dureza de Mohs é uma medida relativa de dureza, dividida em dez níveis, representados por dez minerais como padrões, conforme detalhado na Tabela 1-6.
Tabela 1-6 Escala de dureza de Mohs
| Nível de dureza | Amostra padrão Mineral | Nível de dureza | Amostra padrão Mineral |
|---|---|---|---|
| 1 | Talco | 6 | Ortoclásio |
| 2 | Gesso | 7 | Quartzo |
| 3 | Calcite | 8 | Jade amarelo |
| 4 | Pedra amarela | 9 | Safira |
| 5 | Apatite | 10 | Diamante |
Alguns minerais de pedras preciosas têm dureza variável em diferentes direcções, conhecida como dureza diferencial. Para pedras preciosas com dureza diferencial significativa, a direção da faceta de corte deve ser razoavelmente concebida de acordo com a direção da dureza diferencial. Por exemplo, a dureza da cianita ao longo da direção de extensão do cristal paralelo é 4,5 〜5, enquanto a dureza na direção de extensão do cristal perpendicular é 6,5 〜7. O design da mesa deve ser paralelo à direção de maior dureza.
Os minerais de gema com elevada dureza podem riscar e triturar os de dureza inferior. Por conseguinte, devem ser selecionados abrasivos e ferramentas mais duros durante o processamento, tais como mós de diamante e pó de polimento de diamante, que podem moer e polir a maioria das pedras preciosas. Uma vez que existe um elevado teor de dióxido de silício (dureza 7) no ar, as pedras preciosas com uma dureza superior a 7 não são facilmente riscadas durante a utilização, permitindo-lhes manter o seu brilho durante muito tempo e ter uma elevada durabilidade. As pedras preciosas com uma dureza inferior a 7 são susceptíveis de atrito com o dióxido de silício no ar durante o uso, resultando em riscos finos na superfície que reduzem o brilho e causam um desgaste significativo das arestas. Por conseguinte, as pedras preciosas com uma dureza superior a 7 são geralmente transformadas em formas facetadas para mostrar o seu brilho e lustre e as pedras com uma dureza inferior a 7 são frequentemente transformadas em formas curvas para reduzir a fricção entre as arestas e o ar, prolongando a sua vida útil. Os minerais de gema com uma dureza inferior a 3 não são geralmente considerados para seleção como materiais de gema.
(5) Dureza e fragilidade
A dureza de uma pedra preciosa refere-se à sua capacidade de resistir ao rasgamento e à rutura sob forças externas. A propriedade de se estilhaçar facilmente é chamada fragilidade. Por exemplo, a nefrita e o corindo têm uma elevada dureza e não se partem facilmente quando sujeitos a forças externas; as esmeraldas têm uma fragilidade relativamente elevada e, para evitar que se partam facilmente durante a colocação e o uso, são frequentemente transformadas em formas de corte esmeralda.
(6) Densidade e densidade relativa
A massa de uma gema por unidade de volume é designada por densidade. Na identificação de gemas, a densidade relativa é usada principalmente. A densidade relativa é a razão entre a massa de uma substância no ar e a massa de um volume igual de água a 4 ℃. A abreviatura em inglês é SG e não tem unidade.
Densidade relativa≈(massa da gema no ar / (massa da gema no ar - massa da gema na água))
Ao selecionar materiais de pedras preciosas, ao "pesar" as pedras preciosas, é possível avaliar aproximadamente a sua densidade relativa e selecionar rapidamente pedras preciosas com densidades relativas demasiado altas ou demasiado baixas de uma pilha mista, como se mostra na Figura 1-32.
2. Propriedades ópticas das pedras preciosas
(1) Fontes de luz utilizadas na identificação de pedras preciosas
A luz natural refere-se à luz emitida por fontes reais, como a luz solar e a iluminação artificial. A caraterística da luz natural é que, no plano perpendicular à direção de propagação da onda de luz, existem vibrações de luz de igual amplitude em todas as direcções, como se mostra na Figura 1-33.
A luz polarizada refere-se à luz que vibra numa direção fixa, com a direção de vibração perpendicular à direção de propagação da onda de luz. Também é conhecida como luz polarizada plana ou luz polarizada, como mostra a Figura 1-34.
A luz visível refere-se à luz do espetro eletromagnético que pode ser percebida pelo olho humano, geralmente com comprimentos de onda entre 380 ~ e 760nm.
(2) A cor das pedras preciosas
A cor das pedras preciosas é o resultado da absorção selectiva de certos comprimentos de onda da luz visível pela pedra preciosa, sendo a restante luz visível percebida pelo olho e cérebro humanos, como se mostra na Figura 1-35.
① Pleocroísmo
O pleocroísmo das pedras preciosas refere-se ao fenómeno em que as pedras preciosas não homogéneas absorvem seletivamente a luz visível em diferentes direcções, fazendo com que as pedras preciosas apresentem cores diferentes a partir de ângulos diferentes. Apenas as pedras preciosas não homogéneas, coloridas e transparentes apresentam pleocroísmo; os cristais uniaxiais podem apresentar dicroísmo, enquanto os cristais biaxiais podem apresentar tricroísmo. Geralmente, o pleocroísmo é mais pronunciado ao longo da direção do eixo ótico ou no plano do eixo ótico; não apresenta pleocroísmo na direção perpendicular ao eixo ótico. As pedras preciosas com forte pleocroísmo incluem a tanzanite, a iolite e a turmalina.
De um modo geral, na conceção do corte de pedras preciosas, a mesa de pedras preciosas deve ser vertical ou paralela à direção do eixo ótico, permitindo que a mesa apresente a melhor cor. Por exemplo, nos rubis, se a cor aparecer vermelha brilhante ao longo da direção do eixo c paralelo e vermelho alaranjado ao longo da direção do eixo c vertical, a mesa de pedras preciosas deve ser feita verticalmente ao eixo C durante a conceção, de modo que se possa observar a cor vermelha brilhante a partir da direção da mesa, como mostrado na Figura 1-36. Na turmalina verde mais escura, a cor parece mais escura ao longo da direção do eixo c paralelo e mais clara ao longo da direção do eixo c vertical, pelo que a mesa de pedras preciosas deve ser feita paralelamente ao eixo c durante o desenho, permitindo observar uma cor verde adequada a partir da direção da mesa.
② Faixas de cor, manchas de cor, formas de cor
As partes que têm uma diferença de cor significativa em relação ao corpo principal da pedra preciosa podem ser designadas por bandas de cor, manchas de cor, formas de cor, etc. As faixas de cor das pedras preciosas aparecem frequentemente numa certa faixa direcional ou em forma de linha. Ao projetar cortes de pedras preciosas, deve-se tentar evitar que apareçam faixas de cores irregulares, formas de cores, etc., na mesa da pedra preciosa, como mostra a Figura 1-37. Por exemplo, os rubis e as safiras têm muitas vezes bandas de cor hexagonais que são perpendiculares ao eixo c e, em geral, ao projetar cortes de pedras preciosas, deve-se tentar fazer a mesa de pedras preciosas paralela ao eixo c.
(3) Brilho das pedras preciosas
O brilho das pedras preciosas refere-se à capacidade da superfície da pedra preciosa de refletir a luz. O brilho pode ser classificado em brilho metálico, brilho sub-metálico, brilho adamantino e brilho vítreo, como mostrado nas Figuras 1-38 a 1-41. Os brilhos especiais das pedras preciosas incluem o brilho oleoso, o brilho resinoso, o brilho sedoso e o brilho perolado, como mostram as Figuras 1-42 e 1-43. Para a mesma variedade de pedras preciosas, a qualidade do polimento é um dos factores importantes que afectam a intensidade do brilho; quanto melhor for o polimento, mais forte será o brilho.
Figura 1-38 Brilho metálico
Figura 1-39 Brilho sub-metálico
Figura 1-40 Brilho de Adamantina
Figura 1-41 Brilho do vidro
Figura 1-42 Brilho resinoso
Figura 1-43 Brilho perolado
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(4) Efeitos ópticos especiais
Os efeitos ópticos especiais das pedras preciosas incluem principalmente o efeito olho de gato, o efeito de luz das estrelas, o efeito de jogo de cores e o efeito de mudança de cor, bem como fenómenos como o efeito de auréola, o efeito de luar e o efeito de ouro de areia. As pedras com efeitos ópticos especiais são frequentemente transformadas em formas curvas, com exceção do efeito de mudança de cor.
① Efeito olho de gato e efeito de luz das estrelas
O Efeito Olho de Gato refere-se ao fenómeno em que uma pedra preciosa de superfície curva apresenta uma linha brilhante devido à reflexão e refração da luz, semelhante a um olho de gato. O Efeito Luz das Estrelas refere-se ao fenómeno em que uma pedra preciosa de superfície curva apresenta duas ou mais linhas brilhantes devido à reflexão e refração da luz, assemelhando-se à luz cintilante das estrelas.
Condições para que uma pedra preciosa exiba o Efeito Olho de Gato ou o Efeito Luz das Estrelas: Em primeiro lugar, a pedra preciosa deve conter um conjunto (para o Efeito Olho de Gato) ou vários conjuntos (para o Efeito Luz das Estrelas) de inclusões ou estruturas fibrosas, em forma de agulha ou tubulares, densamente dispostas e orientadas. Em segundo lugar, ao projetar o corte da pedra preciosa, a superfície inferior da pedra preciosa deve ser paralela ao plano das inclusões. A altura da pedra preciosa curva deve corresponder ao ponto focal da luz reflectida das inclusões, sendo a linha brilhante produzida pela pedra preciosa perpendicular à direção das inclusões. Finalmente, a superfície curva deve ser polida, enquanto a superfície inferior é geralmente deixada sem tratamento ou polimento, como mostrado nas Figuras 1-44 a 1-46.
Figura 1-45 Olho de gato em vidro com um conjunto de inclusões fibrosas dispostas em paralelo
Figura 1-46, o efeito olho de gato de olhos de gato de vidro
② Efeito de jogo de cores
O efeito de jogo de cores refere-se ao fenómeno em que são produzidos vários pontos de cor na mesma pedra preciosa, principalmente devido à interferência e difração da luz, e as cores dos pontos mudam com o ângulo de observação.
A opala pode exibir o efeito de jogo de cores, e a superfície inferior da pedra preciosa deve ser paralela à maioria dos planos de manchas de cor. Escolha a parte com cores vibrantes como o centro da pedra preciosa, principalmente desenhada numa forma curva, como mostrado na Figura 1-47.
③ Adularescência, efeito Pedra da Lua, efeito Pedra do Sol
As pedras preciosas do grupo dos feldspatos podem produzir vários efeitos ópticos especiais, como a adularescência da labradorite, o efeito pedra da lua da pedra da lua e o efeito pedra do sol da pedra do sol. A adularescência da labradorite refere-se ao fenómeno em que a luz interfere e difracta entre as camadas finas dos cristais geminados da labradorite ou as inclusões orientadas em forma de placa e agulha, apresentando cores como o vermelho, o amarelo e o azul quando a pedra preciosa é rodada. O efeito pedra da lua da pedra da lua refere-se ao fenómeno em que a luz sofre reflexão difusa ou interferência e difração entre as camadas de feldspato de potássio e feldspato de sódio ou entre as camadas de cristais geminados, apresentando tons azuis e brancos que lembram o luar quando a pedra preciosa é rodada. O efeito pedra-sol da pedra-sol refere-se ao fenómeno em que a luz refracta e reflecte entre as inclusões em forma de placa e em forma de agulha orientadas de forma grosseira, apresentando muitos reflexos deslumbrantes quando a pedra preciosa é rodada, como se mostra na Figura 1-48.
Os efeitos ópticos especiais do grupo dos feldspatos estão relacionados com a estrutura em camadas das pedras preciosas; por conseguinte, ao conceber pedras preciosas, a superfície inferior deve ser paralela à sua estrutura em camadas e polida numa forma curva para melhor apresentar os efeitos ópticos especiais.
(5) Refração e índice de refração dos minerais de pedras preciosas
Os fenómenos de reflexão e refração ocorrem na interface quando a luz passa de um meio para outro.
Lei da refração: Quando a luz entra num meio mais denso (índice de refração mais elevado) a partir de um meio mais rarefeito (índice de refração mais baixo) num ângulo, o raio refractado, o raio incidente e a normal encontram-se no mesmo plano, com o raio refractado e o raio incidente em lados opostos da normal; o ângulo de refração é menor do que o ângulo de incidência e, à medida que o ângulo de incidência aumenta, o ângulo de refração também aumenta. Quando a luz entra num meio mais rarefeito a partir de um meio mais denso num ângulo, o ângulo de refração é maior do que o ângulo de incidência. À medida que o ângulo de incidência aumenta, o ângulo de refração também aumenta. Quando o raio de luz incide perpendicularmente na superfície do meio, a direção de propagação permanece inalterada e a trajetória da luz é reversível em refração (Figura 1-49).
Lei da reflexão: Quando a luz incide sobre uma fronteira, o raio refletido, o raio incidente e a normal situam-se no mesmo plano, com o raio refletido e o raio incidente em lados opostos da normal, e o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência (Figura 1-50).
Reflexão interna total: Quando as ondas de luz entram num meio menos denso a partir de um meio mais denso, o aumento do ângulo de incidência faz com que a luz incidente deixe de ser refractada e volte a refletir-se totalmente no meio mais denso. Esse fenômeno é chamado de reflexão interna total, e o ângulo de incidência correspondente é conhecido como ângulo crítico para reflexão total, como mostra a Figura 1-51.
Seja o índice de refração do meio menos denso n1o índice de refração do meio mais denso é n2 (n2 > n1), e o ângulo crítico para a reflexão total é ɸ, sinɸ=n1/n2.
A birrefringência é a diferença entre os índices de refração máximo e mínimo de pedras preciosas heterogéneas. Para pedras preciosas com elevada birrefringência, a conceção do corte deve assegurar que a mesa seja perpendicular ao eixo ótico. Quando vista ao longo do eixo ótico, a pedra preciosa não apresenta birrefringência, impedindo que se note a presença de fantasmas nas bordas das facetas que poderiam afetar a aparência da pedra preciosa, como mostram as Figuras 1-52 e 1-53.
Figura 1-52 Olivina em bruto (esquerda) e o seu produto acabado (direita)
Figura 1-53 Dupla refração facetada da olivina 6. Dispersão de minerais de pedras preciosas
(6) Dispersão de minerais de pedras preciosas
O fenómeno em que a luz branca é decomposta em diferentes comprimentos de onda de luz colorida ao passar por um material é designado por dispersão. Por exemplo, um feixe de luz branca é decomposto em cores constituintes devido a diferentes índices de refração, como se mostra na Figura 1-54. As pedras preciosas com elevada dispersão incluem a espessartina 0,027, o zircão 0,039, o diamante 0,044, o esfeno 0,051, a demantoide 0,057 e a zircónia cúbica 0,065.
As pedras preciosas com índices de refração e valores de dispersão elevados, como os rubis, as granadas e as olivinas, são frequentemente concebidas em estilos de corte brilhante para mostrar o seu brilho e fogo. As pedras com índices de refração ou valores de dispersão mais baixos são frequentemente concebidas em estilos de corte escalonado que realçam a cor da pedra preciosa, como as esmeraldas e as águas-marinhas.
(7) Outras propriedades físicas das pedras preciosas
① Condutividade térmica
A condutividade térmica refere-se à capacidade de um material conduzir calor. Os metais têm a condutividade térmica mais forte, seguidos dos cristais, enquanto os materiais amorfos têm a condutividade térmica mais fraca. Por exemplo, o ouro tem uma forte condutividade térmica e, ao tocá-lo, sente-se frio, enquanto o plástico tem uma fraca condutividade térmica e, ao tocá-lo, sente-se calor. Entre os cristais de pedras preciosas, os diamantes têm a melhor condutividade térmica; por isso, foi inventado um medidor de condutividade térmica para distinguir os diamantes de outras pedras preciosas semelhantes.
② Condutividade eléctrica
A condutividade eléctrica refere-se à capacidade de um material conduzir carga eléctrica. Geralmente, os metais têm uma condutividade eléctrica mais elevada do que os não metais. Entre as pedras preciosas comuns, os diamantes azuis naturais são semicondutores, enquanto os diamantes azuis irradiados não conduzem eletricidade, o que pode ajudar na sua identificação. Ao mesmo tempo, os semicondutores podem ser utilizados para desenvolver componentes electrónicos, como os diamantes do tipo IIb (diamantes), que podem ser utilizados como semicondutores.
③ Piezoeletricidade
A piezoeletricidade refere-se à propriedade de um material que gera uma carga eléctrica quando sujeito a uma força externa. Os minerais com propriedades piezoeléctricas podem ser aplicados na tecnologia de rádio e na eletrónica de quartzo, como os cristais de quartzo.
④ Termoeletricidade
A termoeletricidade refere-se à propriedade de um material que gera uma carga eléctrica quando aquecido. Por exemplo, a turmalina tem propriedades termoeléctricas.
⑤ Eletrostática
A eletrostática refere-se à propriedade de um material que gera carga eléctrica estática quando sujeito a fricção. Por exemplo, o âmbar e o plástico têm propriedades electrostáticas.
⑥ Magnetismo
A presença de elementos metálicos como o ferro, o cobalto e o níquel nos minerais de pedras preciosas causa principalmente magnetismo. Por exemplo, uma quantidade significativa de inclusões de magnetite na labradorite pode ajudar na identificação.
Secção VI Instrumentos de análise de pedras preciosas
1. Lupa de 10x em pedra preciosa
(1) Estrutura da lupa de 10x para pedras preciosas
A lente de ampliação de 10x para pedras preciosas normalmente utilizada é uma lente de três componentes que consiste em três partes: uma lente côncavo-convexa superior e uma lente côncavo-convexa inferior e uma lente biconvexa intermédia, como se mostra na Figura 1-55.
Figura 1-55 O objeto físico da lupa de 10x para pedras preciosas e a sua estrutura ótica
(2) Como utilizar a lupa de 10x para pedras preciosas
- Limpar o espécime.
- Segure a lupa perto dos olhos, mantendo ambos os olhos abertos para evitar a fadiga num curto espaço de tempo.
- Pegar na amostra com uma pinça de gema e encostá-la à mão que segura a lupa, observando-a a uma distância de cerca de 2,5 cm.
- Em primeiro lugar, observe as caraterísticas externas e internas da gema como um todo e, em seguida, concentre-se em observações específicas.
(3) A utilização de uma lupa de 10x para pedras preciosas
Uma lupa de 10x pode ser utilizada para observar as caraterísticas internas e externas das gemas, tais como a distribuição das inclusões, as bandas de cor, as linhas de crescimento, a clivagem e a qualidade do processamento.
(4) Precauções
- O provete deve ser limpo antes de ser utilizado, para evitar confundir manchas e poeiras com elementos da superfície.
- A observação do espécime a partir de vários ângulos é necessária para observar de forma abrangente vários fenómenos.
- Ao utilizar uma lente de ampliação de gemas, é importante conseguir os "três apoios": cotovelos na mesa, mãos juntas e a mão que segura a lente de ampliação contra a bochecha para garantir a máxima estabilidade.
- As lentes de vidro têm uma dureza relativamente baixa e devem ser imediatamente recolhidas e cobertas com um estojo de proteção após a utilização.
2. Microscópio de gemas
(1) Estrutura do microscópio de gema (figura 1-56)
Sistema ótico: inclui o sistema de ocular, o sistema de objetiva, o sistema de zoom, etc.
Sistema de iluminação: inclui uma fonte de luz inferior, uma fonte de luz superior, um interrutor de alimentação, um botão de regulação da intensidade da luz, etc.
Sistema mecânico: inclui suporte, base, botão de ajuste da distância focal, bloqueio de abertura, suporte de gemas, etc.
(2) Método de utilização de um microscópio de gema
- Limpar o espécime e colocá-lo no clipe de gemas.
- Ajustar a objetiva para a posição mais baixa e ligar a luz de iluminação do microscópio.
- Ajustar a ocular de acordo com a distância interpupilar; o campo de visão tornar-se-á um círculo completo, indicando que o ajuste está concluído.
- Primeiro, ajuste a distância focal para tornar claro o campo de visão da ocular de focagem fixa, depois ajuste a distância focal da ocular de focagem variável para tornar claro o campo de visão e, finalmente, ajuste o botão de focagem para focar.
- Escolher o método de iluminação adequado conforme necessário, observar primeiro o estado geral do espécime e depois continuar a aumentar a ampliação da objetiva para observação local.
- Após a observação, guardar cuidadosamente as pedras preciosas, repor o microscópio e colocar a tampa.
(3) Os métodos de iluminação dos microscópios de pedras preciosas
Os principais métodos de iluminação para microscópios de pedras preciosas incluem a iluminação reflectida, a iluminação de campo escuro e a iluminação de campo claro. A iluminação reflectida utiliza uma fonte de luz superior e é utilizada principalmente para observar as caraterísticas externas das pedras preciosas. A iluminação de campo escuro utiliza uma fonte de luz inferior juntamente com um escudo preto, principalmente para observar as caraterísticas internas das pedras preciosas. A iluminação de campo claro utiliza a fonte de luz inferior incorporada no microscópio e remove a proteção, que é utilizada para observar inclusões internas ou linhas de crescimento em pedras preciosas mais escuras. Para além dos métodos acima mencionados, são também utilizados a iluminação por dispersão de luz, a iluminação pontual, a iluminação horizontal, a iluminação de máscara e a iluminação por luz polarizada, como se mostra na Figura 1-57.
(4) Utilizações dos microscópios de pedras preciosas
Utilizando um microscópio de gemas, é possível observar de forma abrangente as caraterísticas internas e externas dos materiais das gemas, incluindo fissuras, inclusões, bandas de cor e linhas de crescimento.
(5) Precauções
- Ao utilizar o microscópio, manusear as peças mecânicas com cuidado.
- Não toque na ocular ou na lente objetiva com as mãos; utilize papel especializado para limpar a lente.
- Depois de utilizar o microscópio, ajustar o brilho da fonte de luz para a definição mais baixa e desligar a alimentação.
- Após a utilização, o tubo da lente objetiva deve ser imediatamente ajustado para a posição mais baixa para evitar que o botão de ajuste se solte.
3. Refratómetro
(1) Princípio do refratómetro
O princípio do refratómetro de gema baseia-se na lei da refração e no princípio da reflexão interna total, como se mostra na Figura 1-58.
(2) Estrutura do refratómetro
O refratómetro de gema é constituído principalmente por um prisma de elevado índice de refração, espelhos, lentes, polarizadores, fontes de luz e balanças, conforme ilustrado na Figura 1-59. Atualmente, a maioria dos prismas de refratómetro no mercado são feitos de vidro de chumbo e a fonte de luz utiliza geralmente luz amarela com um comprimento de onda de 589,5 nm. Uma vez que existe uma fina camada de ar entre a gema e o prisma, é necessário um líquido de contacto (óleo refrativo) para assegurar um bom contacto ótico entre os dois.
(3) Método de utilização do refratómetro
Dependendo da situação específica da gema, pode ser escolhido o método de visão de perto ou o método de visão de longe. De um modo geral, as gemas facetadas são maioritariamente medidas utilizando o método de visão de perto, enquanto as gemas com facetas pequenas ou curvas são maioritariamente medidas utilizando o método de visão de longe.
① Método da miopia
- Limpar o provete e a plataforma de ensaio.
- Ligar a alimentação e deixar cair o óleo refrativo no centro da plataforma de teste do prisma, com um diâmetro de gota de aproximadamente 1 〜2 mm.
- Selecionar a maior faceta que tenha sido polida e empurrá-la suavemente para a gota de óleo no centro da plataforma de teste do prisma.
- Aproximar os olhos da ocular, rodar a gema, observar o movimento da linha de sombra para cima e para baixo, ler e registar as medições.
- Após a conclusão do teste, os espécimes e a plataforma de teste devem ser limpos imediatamente, os espécimes devem ser recolhidos e a energia deve ser desligada.
② Método da hipermetropia
- Limpar os espécimes e a plataforma de ensaio.
- Ligar a alimentação e deixar cair uma quantidade adequada de óleo refrativo na superfície metálica perto da plataforma de teste.
- Colocar a pedra preciosa com a superfície curva virada para baixo, de modo a que a superfície curva da pedra preciosa entre em contacto com a quantidade adequada de óleo refrativo.
- Colocar a gema com uma quantidade adequada de óleo refrativo no centro da mesa de testes.
- Mova os seus olhos para trás e para a frente para observar o contorno da gema.
- Mova os olhos para cima e para baixo para observar as mudanças de luz e escuridão no contorno da gema e registe as leituras no limite em que está metade claro e metade escuro.
- Após o teste, limpe imediatamente a amostra e a mesa de teste, recupere a amostra e desligue a energia.
(4) Finalidade do refratómetro
Pode testar o índice de refração, a birrefringência, as propriedades axiais e as propriedades ópticas das pedras preciosas.
(5) Precauções
- A pedra preciosa deve ter uma boa superfície polida; se a superfície inferior de uma pedra preciosa curva for bem polida, o método da faceta pode ser utilizado para o teste.
- As pedras preciosas orgânicas e as pedras preciosas porosas não devem ser testadas quanto ao índice de refração com um refratómetro.
- Limpar a mesa de teste e a pedra preciosa antes do teste.
- Para obter valores exactos do índice de refração duplo, é necessário medir várias facetas.
- Ter em atenção a distinção entre o índice de refração das pedras preciosas e o índice de refração do óleo refrativo.
- Tenha o cuidado de proteger a plataforma de teste do refratómetro para evitar riscos de pedras preciosas ou pinças que possam afetar a vida útil da plataforma de teste. A precisão dos resultados do teste depende de vários factores, tais como o estado de polimento da pedra preciosa, a quantidade de óleo refrativo utilizado e a precisão do próprio refratómetro.
- Após o ensaio, limpar imediatamente qualquer líquido de contacto residual na plataforma de ensaio para evitar a corrosão.
4. Filtro polarizador
(1) O princípio dos polarizadores
Quando a luz natural passa pelo polarizador inferior, produz uma luz polarizada paralela ao polarizador inferior. Quando as direcções de vibração dos polarizadores superior e inferior são paralelas, a imagem é mais clara; quando as direcções de vibração são perpendiculares, a imagem é mais escura, como se mostra na Figura 1-60.
(2) A estrutura dos polarizadores
A estrutura principal do polarizador inclui o polarizador superior, o polarizador inferior, o estágio da gema e a fonte de luz, como mostra a Figura 1-61.
(3) Como utilizar um polarizador
- Limpar a pedra preciosa a testar.
- Ligar a fonte de luz, rodar o polarizador superior para tornar perpendiculares as luzes polarizadas vertical e horizontal e observar o campo de visão a partir de cima para encontrar o ponto mais escuro.
- Colocar a pedra preciosa a testar no palco.
- Rodar a pedra preciosa (palco) 360°, observar as alterações de brilho da pedra preciosa, registar e concluir os fenómenos observados com o microscópio de polarização, e as conclusões são apresentadas no Quadro 1-7.
- Proteger a pedra preciosa a ser testada e desligar a corrente eléctrica.
Quadro 1-7 Fenómenos observados com o microscópio de polarização e conclusões
| Funcionamento | Fenómeno | Conclusão |
|---|---|---|
| Sob polarizadores cruzados, rodar a pedra preciosa 360° | Quatro claras e quatro escuras | Corpo ótico heterogéneo |
| Sob polarizadores cruzados, rodar a pedra preciosa 360° | Completamente escuro/extinção anormal | Corpo Ótico Homogéneo |
| Rotação da pedra preciosa sob luz polarizada ortogonal 360° | Totalmente brilhante | Agregado ótico heterogéneo |
(4) Utilizações do filtro polarizador
Utilizando um filtro polarizador de gemas, é possível testar as caraterísticas ópticas e as propriedades axiais e observar o pleocroísmo da gema.
(5) Precauções
- As gemas opacas, demasiado pequenas ou com muitas fissuras ou inclusões não são adequadas para o teste.
- Durante o ensaio, a gema deve ser observada de várias direcções para não afetar a conclusão.
5. Balança eletrónica
O princípio da utilização de uma balança eletrónica para testar a densidade relativa das pedras preciosas
(1) O princípio da utilização de uma balança eletrónica para testar a densidade relativa das pedras preciosas é o princípio de Arquimedes.
Densidade relativa (d)≈ a massa da pedra preciosa no ar / (a massa da pedra preciosa no ar - a massa da pedra preciosa na água).
(2) Estrutura da balança eletrónica
A balança eletrónica é constituída por um prato de pesagem, pés de nivelamento e um visor, como se mostra na Figura 1-62.
(3) Modo de utilização da balança eletrónica
① Método de medição da massa
- Ajuste os pés de nivelamento de modo a que a bolha do nível fique centrada no anel.
- Utilize uma pinça para colocar a gema no prato da balança, aguarde que os dados estabilizem e, em seguida, leia e registe a medição.
- Terminada a pesagem, guardar as pedras preciosas e desligar o aparelho.
② Ensaio da densidade relativa utilizando o método de pesagem em água limpa.
- Limpar a pedra preciosa a testar.
- Ligue a balança eletrónica e calibre-a para zero.
- Colocar a pedra preciosa na balança e registar a sua massa G空 no ar.
- Utilizar uma pinça para retirar a gema e ajustar a balança a zero.
- Colocar delicadamente a gema no cesto metálico com uma pinça, certificando-se de que tanto a gema como o cesto metálico estão completamente submersos na água, e medir a massa da gema na água G水.
- Substituir o valor medido na fórmulaSG≈G空/ (G空 - G水), para obter a densidade relativa da gema.
- Retire a gema, seque-a, guarde-a e desligue a corrente.
(4) Utilizações dos saldos electrónicos
A balança eletrónica normalmente utilizada pode ler com precisão até à quarta casa decimal e é principalmente utilizada para pesar pedras preciosas e determinar a densidade relativa.
(5) Precauções
- As pedras preciosas porosas com muitas fissuras ou demasiado pequenas (menos de 0,3 ct) não devem ser testadas quanto à densidade relativa utilizando o método de pesagem em água limpa.
- As bolhas de ar devem ser eliminadas quando a colher metálica e a pedra preciosa a testar são submersas em água.
- A balança eletrónica deve ser colocada sobre uma superfície estável, com as portas e janelas fechadas para evitar interferências.
6. Dicroscópio
(1) O Princípio do Dicroscópio
Quando a luz natural entra numa pedra preciosa heterogénea, divide-se em dois feixes de luz polarizada com vibração perpendicular e direcções de propagação diferentes. A pedra preciosa heterogénea absorve a luz de forma diferente com base na direção de vibração, separando estes dois tipos de luz, que podem revelar cores diferentes. Apenas as pedras preciosas heterogéneas coloridas e transparentes (permeáveis à luz) podem apresentar pleocroísmo.
(2) A estrutura do dicroscópio
O dicroscópio é constituído essencialmente por uma lente objetiva, uma calcite e uma ocular, como mostram as figuras 1-63 e 1-64.
(3) Como utilizar o dicroscópio
- Transmitir luz branca através da amostra de gema.
- Colocar o dicroscópio perto da pedra preciosa para assegurar que a luz que entra no dicroscópio é luz transmitida.
- Aproxima os olhos do dicroscópio e observa as diferenças de cor nas duas janelas do dicroscópio enquanto o fazes rodar.
- Registar e analisar os resultados.
(4) Utilizações do dicroscópio
Observar o pleocroísmo da pedra preciosa, como mostra a Figura 1-65.
(5) Precauções
- Apenas as pedras preciosas coloridas e transparentes podem apresentar pleocroísmo.
- As observações devem ser feitas a partir de várias direcções.
- Não tirar conclusões precipitadas sobre pedras preciosas com pleocroísmo fraco; devem ser utilizados outros métodos para verificação.
- Não confundir a distribuição desigual das cores nas pedras preciosas com pleocroísmo.
7. Lâmpada fluorescente ultravioleta
(1) Princípio da lâmpada fluorescente ultravioleta
A lâmpada fluorescente ultravioleta pode emitir luz ultravioleta de onda longa com um comprimento de onda principal de 365nm e luz ultravioleta de onda curta com um comprimento de onda de 253,7nm, permitindo a observação das caraterísticas luminescentes das pedras preciosas sob luz ultravioleta de onda longa e de onda curta.
(2) Estrutura da lâmpada fluorescente ultravioleta
A lâmpada fluorescente ultravioleta é constituída principalmente por fontes de luz ultravioleta de onda longa e de onda curta, uma caixa escura e um interrutor de alimentação, como se mostra na Figura 1-66.
(3) Como utilizar a lâmpada fluorescente ultravioleta
- Limpar a pedra preciosa a ser testada, colocá-la sob a lâmpada fluorescente ultravioleta e fechar a caixa escura.
- Ligar a fonte de luz, selecionar a luz ultravioleta de onda longa ou de onda curta e observar as caraterísticas luminescentes da pedra preciosa.
- Registar os fenómenos, principalmente a intensidade, a cor e a localização da fluorescência.
(4) Utilizações de lâmpadas fluorescentes ultravioletas
A observação das caraterísticas luminescentes das pedras preciosas pode ajudar a identificar a variedade, a origem e se foram tratadas ou optimizadas.
(5) Precauções
- A luz ultravioleta de onda curta pode causar danos aos olhos e, em casos graves, pode levar à cegueira; deve ser evitada a visualização direta de lâmpadas fluorescentes ultravioletas.
- A luz ultravioleta de onda curta pode causar danos à pele; é proibido colocar as mãos diretamente sob a lâmpada fluorescente ultravioleta durante o funcionamento.
- Deve ser dada atenção à distinção entre fluorescência púrpura e a ilusão de fluorescência púrpura. A fluorescência púrpura é a luz emitida pela pedra preciosa, enquanto a ilusão de fluorescência púrpura é o reflexo da luz ultravioleta da pedra preciosa.
8. Medidor de Condutividade Térmica de Diamante
(1) Princípio do Medidor de Condutividade Térmica de Diamante
O medidor de condutividade térmica de diamantes foi concebido com base na condutividade térmica extremamente elevada dos diamantes, servindo como um instrumento para diferenciar rapidamente os diamantes de pedras preciosas semelhantes.
(2) Estrutura do Medidor de Condutividade Térmica de Diamante
O medidor de condutividade térmica de diamante é constituído principalmente por contactos metálicos, um ecrã de visualização e um interrutor de alimentação, como se mostra na Figura 1-67.
(3) Como usar o Medidor de Condutividade Térmica Diamante
- Limpar e secar a pedra preciosa a testar e colocá-la na posição adequada sobre a placa metálica.
- Ligar o interrutor do medidor de condutividade térmica, ajustar para o modo adequado com base na temperatura ambiente e no tamanho da pedra preciosa, e pré-aquecer.
- Segure o detetor, toque na placa de metal com os dedos, alinhe-a num ângulo reto em relação à gema de teste, aplique uma certa pressão e o instrumento apresentará sinais luminosos e sonoros para obter os resultados do teste.
- Quando o instrumento de condutividade térmica emite um sinal sonoro na zona do diamante, a amostra de ensaio pode ser de diamante ou de carboneto de silício sintético, que pode ser distinguido com uma lupa. Os diamantes são homogéneos e não apresentam fantasmas nos bordos das facetas, ao passo que o carboneto de silício sintético apresenta fantasmas evidentes nos bordos das facetas.
(4) Utilizações do instrumento de condutividade térmica com diamante
O instrumento de condutividade térmica do diamante pode distinguir rapidamente os diamantes de pedras preciosas semelhantes.
(5) Precauções
- Durante o processo de ensaio, deve ter-se o cuidado de proteger os contactos metálicos e a tampa protetora deve ser colocada imediatamente após a utilização.
- A pilha deve ser substituída imediatamente em caso de baixa potência para evitar afetar os resultados do teste.
9. Introdução aos grandes instrumentos
(1) Espectrómetro de infravermelhos com transformada de Fourier
O espetrómetro de infravermelhos com transformada de Fourier é a utilização de material de gema de irradiação de ondas de luz infravermelha para que o nível de energia de vibração do material salte, a absorção da luz infravermelha correspondente e o espetro resultante, para realizar a análise do material do instrumento. Os métodos de teste incluem transmissão e reflexão, proporcionando testes convenientes, precisos e não destrutivos.
Em gemologia, as diferenças nos espectros de infravermelhos podem ser utilizadas para identificar variedades de gemas. Pode detetar materiais artificiais nas gemas, identificando assim se existe algum tratamento de enchimento, como a resina epóxi na jadeíte de grau C. Pode distinguir entre cristais naturais e sintéticos, testando as moléculas de hidroxilo e água nas gemas. A presença de átomos de impureza nos diamantes pode ser testada para classificar os tipos de diamantes, como mostram as Figuras 168 e 1-69.
(2) Espectrómetro Raman a laser
O espetrómetro Raman a laser é um instrumento que analisa materiais utilizando a colisão inelástica entre os fotões de laser e as moléculas do material, produzindo espectros de dispersão molecular. Apresenta alta resolução, sensibilidade e análise rápida e não destrutiva.
A gemologia pode detetar a composição das inclusões nas pedras preciosas, especialmente através do estudo de inclusões fluidas únicas de 1 μm e de várias inclusões minerais sólidas no interior da pedra preciosa para analisar os seus tipos de génese. Pode detetar materiais de enchimento em pedras preciosas e distinguir pérolas negras tingidas (ricas em prata) de pérolas negras cultivadas na água do mar. As espécies de gemas podem ser identificadas com base nos espectros, como se mostra nas Figuras 1-70 e 1-71.
(3) Espectrofotómetro ultravioleta-visível
O espetrofotómetro UV-visível é um instrumento que utiliza ondas electromagnéticas ultravioleta-visíveis para irradiar materiais, provocando transições electrónicas entre níveis de energia e produzindo espectros de absorção para análise de materiais, como se mostra na Figura 1-72.
Em gemologia, as pedras preciosas podem ser identificadas com base nas caraterísticas dos seus espectros de absorção. Pode detetar pedras preciosas tratadas artificialmente, como os diamantes azuis naturais e os diamantes azuis irradiados; pode distinguir entre algumas pedras preciosas naturais e pedras preciosas sintéticas, como o berilo vermelho natural e o berilo vermelho sintético; pode também estudar os mecanismos de coloração das pedras preciosas.
(4) Instrumento de catodoluminescência
O instrumento de catodoluminescência utiliza um tubo de raios catódicos para emitir feixes de electrões de alta energia, excitando a superfície de materiais de pedras preciosas para os tornar luminescentes. Também efectua investigação de materiais com base nas caraterísticas luminescentes.
Em gemologia, os rubis naturais e sintéticos, os diamantes naturais e sintéticos, o jade natural e o jade tratado podem ser classificados com base nas caraterísticas luminescentes das gemas, como mostra a Figura 1-73.
(5) Analisador da proporção de gemas
O analisador de proporções de gemas é um instrumento convencional para medir as proporções de gemas, que mede as proporções e os principais desvios de simetria de gemas acabadas através da relação entre a imagem projectada e os gráficos e escala padrão no ecrã, como se mostra nas Figuras 1-74 e 1-75.
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Merci pour la qualité de l’information