Corindon

CORINDÓN

Vamos a hablar un poco sobre las propiedades generales del corindón, así como del rubí y del zafiro, ademas de sus aplicaciones.

A este grupo mineral pertenecen gemas con colores muy contrastados, como son el rubí y el zafiro y son bastante duros, se acercan bastante al diamante.

El corindón es el óxido de aluminio de formula α-Al₂O₃ cuyo nombre proviene del sanscrito koruvinda, que cristaliza en un sistema trigonal, presentando una celdilla unidad de tipo romboédrico.
Forma cristales hexagonales prismáticos, tabulares, bipiramidales o con forma de tonel, por ello su tenacidad, es decir, la energía que absorbe un material antes de alcanzar la rotura, por acumulación de dislocaciones, es baja y apenas tiene exfoliación, es decir, apenas se rompe a lo largo de planos, como veremos un poco más adelante.

Celdilla

Su estructura es de oxígenos en un empaquetamiento hexagonal compacto distorsionado, en el que el Aluminio ocupa 2/3 de los huecos octaedricos.
Se comparten vertices, aristas y caras de los octaedros.

En la naturaleza se encuentra en forma de cristales, como
son las pegmatitas, anfibolitas o mármoles, y en ocasiones, aunque pocas, en las rocas volcánicas. También aparece, pero en forma amorfa, como escoria cuando se unen los rieles de ferrocarril por una soldadura aluminotérmica

Se forma por el metamorfismo de contacto entre rocas arcillosas alumínicas con otros minerales típicos de este tipo de ambiente como son el piroxeno o al sillimanita, aunque en España no existen explotaciones. Tanto el rubí como el zafiro se obtienen en otros ambientes predominantemente en el de pegmatitas.

Estructura 3D

Su aspecto por regla general es incoloro pero es lo que se denomina un mineral apocromático, que lo que quiere decir es que su color proviene de las impurezas que pueda presentar, y no a los elementos que presenta, ya que ni el Aluminio ni el Oxigeno presentan color, pero los dos minerales que derivan de el, el zafiro y el rubí, como veremos mas adelante, si presentan color. Presenta un brillo vítreo, es decir, como de vidrio.

Aspecto del corindón

El corindón, como ya hemos dicho, presenta una dureza similar a la del Diamante, que es de 10 en la escala de Mohs para el diamante y 9 para el corindón, por lo que puede rayar casi cualquier mineral. Por esta razón se usa como abrasivo en lijas hasta en maquinas que se usan para metales, plásticos y madera, además algunos esmerilados son mezclas de corindón con otras sustancias, que es menos abrasivo, y por tanto tiene un nivel en la escala de Mohs algo más bajo, cercano a 8.

Parte de esta dureza se debe a los enlaces entre el aluminio y el oxigeno, que son fuertes y cortos, lo cual los acerca lo suficiente para hacerlos más duros y con una mayor densidad que otros compuestos formados por dos elementos con un peso atómico relativamente bajo, ya que su densidad esta alrededor de 4,02g/cm³

Escala de Mohs

Por esta gran dureza, junto con el alto punto de fusión que presenta, se usa como abrasivo, además este uso se favorece por la forma de los granos, que se puede controlar al obtenerlos

Por el alto punto de fusión también se usa en la fabricación de ladrillos refractarios.

Corindón sintético

El primer rubí sintético se obtuvo en 1837 por Gaudin, y lo obtuvo uniendo alúmina a alta temperatura con una pequeña cantidad de cromo como pigmento y diez años después, en 1847, Edelman obtuvo el primer zafiro blanco uniendo alúmina y ácido bórico, y en 1877 Frenic y Freil hicieron cristales de corindón de los que se podían obtener pequeñas piedras por corte.

El primer rubí artificial manufacturado lo obtuvieron Frimy y Auguste Verneuil, uniendo BaF2 con Al2O3 y una pequeña cantidad de cromo, a temperaturas superiores de 200º C y en 1903 Verneuil anunció que podía producir rubíes sintéticos para venta usando el proceso Verneuil.

Este proceso permite la producción de cristales de zafiro, rubíes y otras gemas del corindón, de mayor tamaño que el que tienen en la naturaleza, que recibieron el nombre de gemas sintéticas.

También con este método se pueden hacer crecer corindón sintético con cualidad de gema por síntesis hidrotermal.
Estas gemas sintéticas son muy similares a las naturales, química y físicamente, aunque en algunas características varían.

El aparato creado por Vernouil consta de un soplete invertido de oxihidrogeno, donde se introducía alúmina purificada y finamente dividida, cuando una pequeña cantidad caía en el fuego se formaba alúmina fundida, que toma una forma similar a una zanahoria, que se conoce como birne o boule. Cuando esta llega a unos 300-400 quilates se apaga el fuego y se deja enfriar alrededor de una hora, y luego se recoge con Corindón sintético con unas pinzas adecuadas. Si no se le añade ningún colorante, lo que se obtiene es un zafiro blanco.
Los boules tienen la misma estructura atómica que el corindón o zafiro, pero no presentan pruebas de cristalización.

Para obtener el rubí sintético se usa aproximadamente un 7% de óxido de cromo

Como este método es tan fácil ha hecho que haya una gran cantidad de corindón sintético en el mercado, haciendo que el precio se reduzca poco a poco en estos últimos años.
El uso de este corindón sintético, no es solo para gemas, también se usa para producir partes de maquinas como tubos, barras, cristales resistentes a los rasguños y para láseres. El no sintético, como ya hemos dicho se usa como abrasivo para preparar superficialmente el acero y para trabajos de grabado artístico en cristales, ya que puede hacer bajos relieves e incluso perforarlos con facilidad. Además, si se adiciona al agua, puede cortar los metales con muy alta presión y es lo que se conoce como “Cuchillo de agua”.

También se usa como aditivo a la hora de preparar el acero, ya que lo hace más maleable y así poder obtener laminas de acero.

Hace poco se descubrió una estrella en el espacio que está muriendo, está en la denominada fase Mira, y está generando una capa de polvo estelar a su alrededor que esta formada por óxido de aluminio, es decir, corindón.

Propiedades del corindón:

Vamos a comentar distintas propiedades del corindón, antes de centrarnos en las otras dos gemas, ya que estas propiedades les afectan:

Vamos a comenzar a hablar de la exfoliación, que es la tendencia que tiene un material, en este caso el corindón de romperse a lo largo de determinados planos, que son los que presentan los enlaces más débiles, pues el corindón tiene una exfoliación llamada falsa, que también recibe el nombre de partición, y esto es debido a un maclado secundario, que no es mas que las uniones entre las placas son débiles y por tanto, si se golpean bruscamente se pueden romper a lo largo de esas uniones.

Nos podemos preguntar que son las maclas, y son agrupaciones homogéneas que forman un cristal doble, uniendo dos cristales individuales, que están unidos por un plano en común o interpenetrados.

También vamos a hablar del brillo, cuando se piensa en un brillo, se suele pensar en un brillo metálico, pero las gemas suelen tener un brillo característico. El corindón presenta un brillo que varia desde vítreo hasta sub-adamantino, similar al del diamante, y esto se debe a las inclusiones que presenta microscópicamente y que reflejan la luz en todas las direcciones. Incluso se puede dar el caso de que si las inclusiones están ordenadas cristalograficamente en las tres direcciones del espacio, que es cuando forman un ángulo de 120º puede aparecer un efecto de asterismo, que es que se vea en su interior una estrella de seis puntas.

Ahora vamos a centrarnos en dos gemas, que hemos nombrado varias veces, como son el rubí y el zafiro, empezando por el rubí:

RUBÍ

Es considerada una de las 4 piedras preciosas, junto con el diamante, la esmeralda, y el zafiro, este último otro derivado del corindón, y que veremos un poco más adelante.
Ya hemos dicho que el rubí es una gema que deriva del óxido de aluminio, del corindón y suele tener un color que va desde el rosa, hasta el rojo sangre, que como ya hemos dicho también antes, estos colores se deben a que en el corindón hay sustituciones de Al, hay dopaje, en este caso, trazas de óxido de cromo.
El Cr III ocupa las posiciones del Al III en la estructura cristalina del corindón.

También existen los llamados zafiros de fantasía, que son aquellos que presentan distintos tonos de color en la misma piedra, y también se da el asterismo, dando el rubí estrella.

El color más apreciado del rubí es el rojo carmesí.

El nombre viene del latín “ruber”, que significa rojo.

Aunque hemos dicho que en general el rubí es rojo, este color puede variar según el lugar de donde se extrae.

Se obtiene de las minas bauxititas, del oxido de aluminio, por lixiviación y flotación.

También se ha encontrado en ríos poco profundos de algunos lugares, como veremos mas adelante. También veremos como se obtiene sintéticamente esta gema.

Efecto del asterismo

Su forma es generalmente de prisma hexagonal, con una serie de aristas, aunque hay algunos que se parecen más a un octaedro.

Una propiedad interesante es la luminiscencia, en la que se diferencia del zafiro, ya que el rubí si se pone bajo una luz ultravioleta de onda, tanto corta como larga, presenta fluorescencia de color rojo intenso, pero el zafiro azul no suele dar fluorescencia.

Otra diferencia es el espectro de absorción, ya que el rubí absorbe muy fuertemente en la zona del amarillo, verde y violeta, mientras que el zafiro en la zona del azul.

El problema es que los sintéticos presentan un espectro similar, por lo que no sirve para diferenciarlos de los naturales.

Como la principal aplicación del rubí es como gema, nos interesa conocer su precio.
El precio de los diamantes se determina por las 4 C´s en ingles que son: color, cut, clarity and carat weight, es decir, color, claridad, corte y peso en quilates.
En el caso del rubí es igual, pero además también se incluye el tamaño y su origen.

Empezamos por la determinación por el color, que es el factor principal y la más codiciada es aquella que presenta un color rojo denominado rojo sangre paloma, en ingles es "pigeon's blood".. El color, se divide en saturación, tono y matiz, el matiz es a lo que nosotros nos referimos como color, y puede ser desde rojo hasta rosa, pasando por naranja, amarillo, verde, azul, violeta y morado, aunque los rubíes son rojos, las gemas con el resto de colores son los Zafiros, aunque los rubíes pueden presentar colores secundarios como son el naranja, morado, violeta o rosa.

La siguiente propiedad que determina el precio es la claridad, suele haber inclusiones en el rubí, imperfecciones, aunque cuantas menos, mejor, pero si no se ven imperfecciones de rutilo, es porque la piedra a sido tratado, lo que le baja el precio, ya que se piensa que es sintética., en general a lo sintéticos se le adicionan unos dopantes para que s pueda determinar que no son naturales, pero en el caso de duda se realizan test gemológicos. El corte y los quilates, es decir, el tamaño, también son determinantes a la hora del precio.

La gran variedad de precios los podemos ver en la siguiente página , donde se ve que el precio de los rubíes disponibles oscila desde los 25 hasta los 1500 $, todos ellos sin tallar, es decir, el mineral directamente obtenido de la roca.


Ya hemos dicho que se obtienen de minas, y una de las minas principales se encuentra en Tailandia, Camboya, y Afganistán, los zafiros rosas se encuentran en Sri Lanka, donde no se suelen encontrar rubíes.
Tras la segunda guerra mundial se encontraron muchas otras minas en Tanzania, Kenia, Madagascar, Vietnam…. Pero los más recientes se han encontrado en Groenlandia.
En Myanmar ha sido donde se han encontrado alguno de los mejore y mas finos rubíes, y es donde se han encontrado esos rubíes con color "pigeon's blood".

Al igual que ocurre con el corindón, también existen rubíes sintéticos, y el primero fue sintetizado en 1837 por Gaudin, uniendo oxido de aluminio a alta temperatura con cromo como pigmento, pero no fue hasta 1903 cuando Verneuil anuncio que podía sintetizar rubíes para venta usando el proceso de fusión de llama , anteriormente lo había echo junto con Frimy uniendo BaF2 con Al2O3 y un poco de cromo al rojo vivo.
Otros procesos son el proceso de flujo, el hidrotermal y el Czochralski , aunque el principal es el de Vernouil, ya que tiene un bajo coste.

Los rubíes sintéticos no se usan solo como gemas, también tienen aplicaciones tecnológicas como en láseres. El primer láser se construyo en California, con un rubí sintético para producir luz láser roja a una longitud de onda de 694 nanómetros. Hoy en día se siguen usando láseres de rubí.
Aun existiendo los rubíes sintéticos se han intentado hacer pasar espinelas rojas o incluso cristales coloreados, por rubíes. Estas imitaciones vienen del siglo 17 cuando descubrieron como tintar distintos materiales para hacerlos pasar por esta gema.

Laser de rubí

Ahora vamos a ver como se diferencia el rubí de otras gemas que se puedan confundir con ellas, pero se pueden identificar fácilmente en un laboratorio con el material que hay en el.

Como ya hemos dicho, se han intentado hacer pasar espinelas rojas por rubí, y esto es debido a que son muy similares, hay un caso famoso en el que se considero una espinela como rubí y fue el caso de la “Black Princess Ruby”. Para diferenciarlas se usa el refractómetro o polariscopio o incluso el espectroscopio, pero el problema de este último método es que algunas espinelas rojas dan una línea en el rojo y se pueden confundir.

También se pueden confundir con los granates, que además pueden presentar un índice de refracción muy parecido al del rubí, y en ese caso, se diferencian también por el espectro.

Pero la principal confusión que hay es con los rubíes sintéticos, y sobre todo con los obtenidos por flujo, pero por las inclusiones que presenta de partículas del crisol, se pueden identificar.

ZAFIRO

Ya hemos dicho que el zafiro es una gema que proviene del corindón, y como el rubí era rojo, el zafiro incluye a todas las variedades del corindón de color azul, el llamado azul acacia, azulón o genciana, realmente incluye a todas las variedades de color que puede presentar el corindón, a excepción del rojo que es del rubí, e incluso existen zafiros incoloros y al igual que le ocurre al rubí, también existe el zafiro estrella por asterismo.

No solamente existen zafiros azules, en función del Fe⁺³los puede haber verde y amarillos. Incluso existen los zafiros rosa-anaranjados, pero estos reciben el nombre de padparadscha.

El color del zafiro es debido a inclusiones, en este caso de óxido de titanio y a una determinada cantidad de hierro, y se puede mejorar el color por tratamiento térmico, ya que se cree que esos óxidos están en estado coloidal en el interior del mineral, por lo que si se calienta tanto el Fe como el Ti pasan a formar parte de la estructura y se mejora el color, se hace más intenso.


Existen diferencias en cuanto a dureza entre el zafiro y el rubí, ambos son duros, pero el zafiro es algo más duro que el rubí.

Con el zafiro ocurre como con el rubí, pueden confundirse con otras gemas, y son: zoisita azul, espinela natural azul y la turmalina azul, y al igual que ocurría en el caso ya citado, se pueden diferenciar por distintas técnicas en el laboratorio.

De la zoisita se diferencia por el menor índice de refracción y por el menor peso especifico (que en zafiro es mayor que en rubí).

De la espinela azul se puede diferenciar también por el bajo índice de refracción de esta última.

Y de la turmalina azul por el índice de refracción y por el peso especifico.

Como ya hemos comentado, muchas son las similitudes con el rubí, y la una de las últimas que vamos a comentar, es que también existen zafiros sintéticos, que se obtienen de la misma manera que los rubíes sintéticos.

Para identificar tanto rubíes como zafiros estrellas se observa la estrella, ya que en los artificiales son demasiado perfectas y con un brillo mucho más intenso que el de las naturales

Por el método Verneuil se usan distintas combinaciones para obtener los distintos colores, desde Fe+Ti para los azules, hasta Cr para los rosas pasando por los amarillos-verdes con Ni+Fe+Ti y son similares a los producidos por el método Czochralski, ya que no presentan inclusiones, lo que sirve para no confundirlos con los naturales.
Pero los del método de flujo presentan unas zonas donde el color es mas intenso, que se alterna con otras zonas donde el color es mucho más claro, o incluso incoloro y además no dan señal frente a la luz ultravioleta, pero se identifican, ya que no tienen espectro de absorción.

La última que vamos a comentar es que tanto el rubí como el zafiro se obtienen de gravas, arenas y arcillas que provienen de la erosión de rocas que las contienen, aunque las zonas donde son mayoritarias varían.


El método de Verneuil es básicamente igual que para sintetizar corindón y rubí, la única diferencia son los dopantes que se le adicionan, al igual que ocurre con el proceso Czochralski.
El zafiro es una gema, por lo que una de sus aplicaciones es como piedra preciosa, pero además, por su dureza, tiene otras muchas aplicaciones, como son, formar parte de compuestos infrarrojos, cristales de relojes o incluso ser un soporte de semiconductores, llamado “wafer”.
En el año 2003 se producían unas 250 toneladas de zafiros sintéticos, que se usaban para láseres, los llamados láseres de Titanio-Zafiro, ya que se puede modificar la longitud de onda hasta el rojo cercano al infrarrojo del espectro electromagnético, y consta de un cristal artificial de zafiro dopado con impurezas de cromo o titanio, que se irradian con una fuente externa y crean una emisión simulada
Otro uso que presentan los zafiros sintéticos es crear los llamados “cristales de zafiro”, que es transparente a la radiación entre 170 nm y 5.3 μm y además, es muy duro, 9 en la escala de Mohs y se usa en espectroscopia en cámaras de alta presión, para hacer cristales de reloj, incluso para las ventanas de las lámparas de arco de Xenón, específicamente para la Cermax®

Lámpara Cermax

Bibliografia

-http://en.wikipedia.org/wiki/Corundum
-http://en.wikipedia.org/wiki/Sapphire
-http://en.wikipedia.org/wiki/Ruby
-http://www.galleries.com/minerals/oxides/corundum/corundum.htm
-http://www.farlang.com/gemstones/bahadur_handbook_of_precious_stones/page_067
-http://es.wikipedia.org/wiki/Corindon
-http://es.wikipedia.org/wiki/Rub%C3%AD
-http://es.wikipedia.org/wiki/Zafiro
-http://www.redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/zafiro.htm
-http://www.redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/rubi.htm
-http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/YM13.html#T13Corindon
-Gemas. Purificación Fenoll Mach-Ali
Fernando Gervilla Linares
Albert Lopez Galindo
- Química Inorgánica Estructural. A.F. Wells
Editorial Reverté