Tema 3 | Propiedades de las gemas
3. PROPIEDADES DE LAS GEMAS
El estudio de las propiedades de las gemas, tanto por sus características físicas como ópticas, nos permite identificarlas y diferenciarlas.
3.1. Propiedades físicas de las gemas
Las propiedades físicas de las gemas que consideramos son:
- Dureza. Oposición que un cuerpo presenta a ser rayado.
- Tenacidad. Oposición que un cuerpo presenta a ser partido.
- Exfoliación. Propiedad de romperse según ciertos planos estructurales.
- Fractura. Superficie que queda en un mineral al romperse sin exfoliar.
- Peso específico. Número de veces que un material es más pesado que su volumen de agua.
- Conductividad térmica. Capacidad de transmisión del calor de un material.
Dureza
Una de las propiedades de las gemas más importante es la dureza, que se determina por la escala de Mohs, comparativa con materiales de dureza conocida. Hay que probar a qué mineral raya él y cual le raya, quedando su dureza fijada entre la de ambos. Si su dureza coincide con la de uno de la escala se rayarán mutuamente.
En gemas, la comprobación de dureza es una prueba destructiva que no se utiliza en piedras talladas. No obstante, es importante conocer la dureza de las gemas, ya que es la principal característica que determina su durabilidad una vez montadas en joyas.
Una gema dura puede, sin embargo, ser frágil al presentar exfoliación o irregularidades internas.
| Escala de dureza de Mohs | ||
|---|---|---|
| 1 | TALCO | Se raya con la uña |
| 2 | YESO | Se raya con la uña |
| 3 | CALCITA | Se raya con una navaja |
| 4 | FLUORITA | Se raya con una navaja |
| 5 | APATITO | Se raya con una navaja |
| 6 | ORTOSA | Raya al vidrio corriente |
| 7 | CUARZO | Raya al vidrio corriente |
| 8 | TOPACIO | Raya al vidrio corriente |
| 9 | CORINDÓN | Raya al vidrio corriente |
| 10 | DIAMANTE | Raya al vidrio corriente |
| Dureza de las gemas más importantes | |
|---|---|
| Diamante | 10 |
| Rubí | 9 |
| Zafiro | 9 |
| Crisoberilo | 8,5 |
| Espinela | 8 |
| Topacio | 8 |
| Aguamarina | 7,5 - 8 |
| Heliodoro | 7,5 - 8 |
| Morganita | 7,5 - 8 |
| Esmeralda | 7,5 - 8 |
| Granantes | 7,5 |
| Turmalina | 7 - 7,5 |
| Cuarzo | 7 |
| Tanzanita | 6,5 - 7 |
| Peridoto | 6,5 - 7 |
| Ópalo | 5 - 6 |
| Turquesa | 5 - 6 |
| Coral | 3,5 - 4 |
Exfoliación
Propiedad física derivada de la estructura del mineral de romperse según determinados planos estructurales más débiles. Es una propiedad muy importante en el proceso de lapidación de gemas. En gemas talladas puede observarse por la orientación de las fisuras internas.
Peso Específico
Otra de las propiedades de las gemas determinante para la identificación de muchas de ellas es el peso específico. Para su cálculo puede utilizarse una balanza de precisión aplicando el método hidrostático, o bien se utilizan líquidos pesados de peso específico conocido.
Conductividad térmica
La comprobación de esta propiedad se emplea fundamentalmente para la separación del diamante y sus imitaciones mediante los habitualmente denominados "diamond testers". Hay que tener en cuenta que actualmente existe una imitación de diamante (la moissanita) que no se distingue mediante los testers de conductividad convencionales.
3.2. Propiedades ópticas de las gemas
Color
Al iluminar un cuerpo con luz blanca se produce la absorción de algunas radiaciones del espectro visible, y la transmisión de las restantes. La sensación de color se debe a la radiación o al conjunto de radiaciones trasmitidas.
El color de la gema depende de la naturaleza de la luz que trasmite por reflexión y transparencia.
El color depende de la presencia de ciertos elementos en su composición química y a la estructura interna de la gema.
En la actualidad existen sistemas para describir el color de las gemas de forma objetiva, como el sistema GemeWizard.
Brillo
Otra de las propiedades de las gemas es el brillo; es decir, la luz reflejada en el interior de una gema. El brillo dependerá de la transparencia de la gema y, sobre todo, de la calidad de talla que tiene.
No se debe confundir con el lustre, que es la luz reflejada en la superficie de una gema tallada.
Transparencia
Se denomina transparencia a la mayor o menor facilidad que tiene la luz para atravesar un cuerpo. En las gemas, la transparencia depende sobre todo de la cantidad de inclusiones que poseen. También influye el grosor de la piedra. Normalmente las gemas se clasifican en transparentes, traslúcidas y opacas.
Refracción
Refracción es el fenómeno por el que un rayo de luz que atraviesa la frontera entre dos medios (por ejemplo, entrando del aire en la gema) se desvía de su dirección inicial. Los valores de los índices de refracción de las gemas se obtienen utilizando el refractómetro, y son fundamentales para el análisis gemológico.
Birrefringencia
La birrefringencia es el fenómeno por el que un rayo de luz incidente da lugar a dos rayos refractados dentro de la gema. Las gemas birrefringentes presentan dos índices de refracción, y la diferencia entre ellos proporciona el valor de la birrefringencia, característico para cada gema.
Naturaleza óptica
Es el comportamiento de la luz al atravesar la piedra. Las gemas pueden ser:
- Isótropas. No tienen birrefringencia. Se comportan frente a la luz de igual modo en todas direcciones. Pertenecen a este grupo las sustancias amorfas y los minerales que cristalizan en el sistema cúbico.
- Anisótropas. Tienen birrefringencia. Presentan un comportamiento diferente en función de la dirección del paso de la luz. Así son todas las demás gemas. Las sustancias anisótropas pueden ser uniáxicas o biáxicas y tener signo óptico positivo o negativo.
Para determinar la birrefringencia y naturaleza óptica se utiliza el polariscopio y el refractómetro.
Birrefringencia muy fuerte observada en un bloque de calcita.
Dispersión
La dispersión es la propiedad de descomponer la luz blanca en los colores del arco iris al atravesar una sustancia y refractarse. Se aprecia a simple vista. Las gemas con dispersión alta, como por ejemplo el diamante, tienen destellos de colores del arco iris que se llaman “fuego”.
Pleocroísmo
Propiedad de minerales anisótropos de absorber luz de distinta longitud de onda según la dirección, mostrando por lo tanto los colores algo distintos en función de la dirección. Para observar el pleocroísmo se utiliza el dicroscopio o el polariscopio.
Espectro óptico
Absorciones características en el espectro electromagnético del rango visible. Para observar el espectro óptico se utiliza el espectroscopio de mano. Para lecturas especiales hay que recurrir a espectrofotómetros de laboratorio que proporcionan lecturas mucho más exactas.
Luminiscencia UV
Comportamiento a la exposición de luz ultravioleta. Para observarla se utilizan lámparas de luz ultravioleta (de ondas larga y corta).
Características generales de las gemas más importantes
| Sistema cristalino | Naturaleza óptica | Índice de refracción |
Birrefrin-gencia | Dureza | Peso específico | |
| DIAMANTE | Cúbico | isótropo | 2,417 | - | 10 | 3,52 |
| CORINDÓN | ||||||
| (Rubí, Zafiro) | Trigonal | uniáxico (-) | 1,762-1,770 | 0,008 | 9 | 4,00 |
| BERILO | ||||||
| (Esmeralda) | Hexagonal | uniáxico (-) | 1,570-1,579 | 0,005-0,009 | 7,5-8 | 2,67-2,78 |
| (Aguamarina) | Hexagonal | uniáxico (-) | 1,575-1,582 | 0,005-0,009 | 7,5-8 | 2,71 |
| ESPINELA | Cúbico | isótropo | 1,718 | - | 8 | 3,60 |
| CRISOBERILO | ||||||
| (Alejandrita, Cimófano) | Rómbico | biáxico (+) | 1,746-1,755 | 0,009 | 8,5 | 3,73 |
| CUARZO (Amatista, Citrino, Ágata) |
Trigonal | uniáxico (+) | 1,544-1,553 | 0,009 | 7 | 2,65-2,70 |
| TURQUESA | Triclínico | biáxico (+) | 1,610-1,650 | 0,040 | 5-6 | 2,40-2,85 |
| JADEÍTA | Monoclínico | biáxico (+) | 1,660-1,680 | 0,020 | 6,7-7 | 3,33 |
| TOPACIO | ||||||
| (azúl, incoloro) | Rómbico | biáxico (+) | 1,609-1,617 | 0,008 | 8 | 3,56 |
| (amarillo, rosa) | Rómbico | biáxico (+) | 1,629-1,637 | 0,008 | 8 | 3,53 |
| TURMALINA | Trigonal | uniáxico (-) | 1,624-1,644 | 0,020 | 7-7,5 | 3,05 |
| PERIDOTO | Rómbico | biáxico (+) | 1,654-1,690 | 0,036 | 6,5-7 | 3,34 |
| GRANATE | ||||||
| (Almandino) | Cúbico | isótropo | 1,760-1,820 | - | 7,5 | 4,05 |
| (Grosularia) | Cúbico | isótropo | 1,735 | - | 7 | 3,34-3,73 |
| (Demantoide) | Cúbico | isótropo | 1,875 | - | 6,5-7 | 3,84 |
| ÓPALO | Amorfo | isótropo | 1,450 | - | 5-6 | 2,15-2,20 |
3.3. Efectos ópticos especiales
Fenómenos producidos por inclusiones, defectos o características estructurales. Se nombran según el efecto que producen.
Ojo de gato (Chatoyancy)
El efecto se produce debido a inclusiones en forma de agujas o tubos finos (capilares) orientados en una sola dirección. Al reflejarse la luz de ellos se produce una línea o zona estrecha luminosa móvil. Las piedras con este efecto se tallan en cabujón, y se puede presentar en crisoberilo, cuarzo, turmalina, apatito, escapolita, berilo, diópsido, etc.
Cuarzo ojo de gato. Pithecanthropus4152, CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons
Asterismo (Estrella)
Inclusiones en forma de agujas orientadas en dos o tres direcciones. Al reflejarse la luz en ellas se produce una luminosidad en forma de estrella. En ocasiones pueden aparecer varias estrellas en una sola piedra. La estrella puede presentar cuatro o seis puntas, dependiendo de si las agujas están orientadas en 2 o 3 direcciones, respectivamente. Es necesario que las piedras estén talladas en cabujón.
Se puede presentar en rubí, zafiro, cuarzo, granate, diópsido, enstatita, etc.
Efecto estrella en un corindón rubí.
Efecto aventurinado (Aventurescencia)
Inclusiones de plaquitas de mica u oligisto (hematites), que producen pequeños resplandores al mover la piedra.
Puede presentarse en feldespatos (piedra sol), cuarzo aventurina, obsidiana dorada o plateada.
Aventurescencia en piedra sol. Didier Descouens, CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons
Adularescencia
Estructura laminar o partículas dispersas, que causan un resplandor azulado o blanquecino que parece flotar en el interior de la piedra. Presente en feldespatos (piedra luna o adularia).
Opalescencia
Partículas dispersas que causan turbidez o aspecto lechoso. Ópalo, cuarzo, etc.
Iridiscencia (efecto arco iris)
Fenómenos de interferencia producidos en fisuras, fracturas o exfoliaciones.
Puede presentarse en cualquier piedra, con frecuencia en cuarzo (cuarzo iris).
Iridiscencia en una fisura de un berilo verde. Foto: Anthony de Goutière.
Juego de colores
Difracción de luz producida en el ópalo noble, debido a la ordenación de glóbulos de sílice amorfa en forma de capas y la presencia de agua. Se observan áreas de diversos colores que se iluminan o apagan, y cambian de color al mover la piedra. Presente en ópalo.
Labradorescencia
Estructura laminar por maclado polisintético. Causa un reflejo de varios colores de aspecto metálico, que en ocasiones presenta la totalidad de colores del espectro. Feldespatos (labradorita), korita, etc.
Oriente
Reflexión de la luz en capas de aragonito. Resplandor típico de las perlas.
3.4. Inclusiones en gemas
El estudio de las inclusiones es fundamental para el análisis gemológico. El estudio se realiza mediante una lupa de bolsillo de 10 aumentos o usando una lupa binocular.
Importancia del estudio de las inclusiones
Inclusión es todo tipo de irregularidad, material, heterogeneidad óptica o defecto, que se presenta en el interior de una gema. En Geología las inclusiones permiten conocer mejor el origen y el proceso de formación de los minerales. El estudio de las inclusiones en Gemología es de una importancia extraordinaria, ya que permite:
- Identificar una gema, pues existen algunas inclusiones características para determinadas gemas (granate demantoide, peridoto, piedra luna, amatista, etc.).
- Determinar en ocasiones el país o yacimiento de origen de una determinada gema, ya que algunas inclusiones son exclusivas de una mina o localidad (parisita en esmeralda de Muzo, zircón con halo en rubíes de Ceylan, etc.).
- Distinguir el origen natural o sintético de una gema. En este caso la observación de las inclusiones es determinante pues el resto de propiedades y características de identificación son similares o idénticas. No obstante, el medio en el que se han formado las gemas naturales o las piedras sintéticas son muy distintos y dejan huella diferentes inclusiones en el interior de los cristales.
- Determinar la presencia de tratamientos aplicados a la gema para mejorar su color o/y pureza. Los tratamientos alteran las inclusiones dentro de las gemas, o añaden características internas que permiten detectar piedras tratadas mediante el estudio microscópico.
Amatista con escobas de goethita
Tipos de Inclusiones
Clasificación por su estado físico:
Las inclusiones se dividen en sólidas, líquidas y gaseosas. También son muy frecuentes las inclusiones que contienen más de una fase, por ejemplo, líquidas con una burbuja de gas. Las inclusiones polifásicas se forman cuando en una cavidad del cristal se atrapa un fluido homogéneo del que se va formando el cristal y posteriormente, al bajar la temperatura y la presión se separa en varias fases. Estas inclusiones también se llaman inclusiones fluidas.
Clasificación genética:
- Protogenéticas: Siempre son sólidas. Formadas antes de la generación del cristal y englobadas dentro de su interior durante el crecimiento. Ejemplos: actinolita en esmeralda, diamante en diamante, pirrotina en espinela, etc.
- Singenéticas: Estas inclusiones se formaron durante el proceso de cristalización del cristal que las contiene, siendo englobadas por éste. Pueden ser sólidas o fluidas. Ejemplo: olivino en diamante, calcita en corindón, dolomita en esmeralda, inclusiones trifásicas en esmeraldas colombianas, etc.
- Epigenéticas: Son inclusiones que se forman una vez terminada la formación del cristal huésped. Suelen ser fracturas, halos, minerales secundarios, relleno de fracturas o huecos, etc.
"Huella dactilar" en zafiro
