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Jun 13, 2023

Como as rochas e os minerais brincam com a luz para produzir cores deslumbrantes

Rochas e minerais estão ao nosso redor. Alguns são valorizados pela sua beleza, enquanto outros são tão comuns que são facilmente ignorados. Eles vêm em uma variedade de cores e tons. Alguns captam a luz, alguns

Rochas e minerais estão ao nosso redor. Alguns são valorizados pela sua beleza, enquanto outros são tão comuns que são facilmente ignorados. Eles vêm em uma variedade de cores e tons. Alguns captam a luz, alguns distorcem a luz e alguns até a quebram.

Mas por que os rubis são vermelhos enquanto as safiras, que têm quase a mesma fórmula química, vêm em diversas cores? Por que o quartzo, um dos minerais mais abundantes na Terra, tem tanta diversidade de cores e opacidades? E por que alguns minerais criam seu próprio mundo de arco-íris? As respostas a estas questões combinam o modo como as rochas se comportam à escala molecular com uma física fascinante.

Até mesmo o rubi, a safira ou a esmeralda mais bem lapidados adquirem sua cor brilhante por serem imperfeitos.

Vamos começar com rubis e safiras, ambos uma variedade de corindo. Este mineral se forma quando o óxido de alumínio fica firmemente compactado em uma estrutura cristalina hexagonal. Na sua forma pura, o corindo é transparente; entretanto, ocasionalmente, um íon cromo pode substituir um íon alumínio dentro da rede cristalina. Não é preciso muito – talvez apenas 1 átomo em 100 seja substituído – mas a imperfeição resultante significa que o cromo irá agora absorver fótons verdes ou violetas da luz que atinge a gema. A luz vermelha, entretanto, continua a ser transmitida, criando aquela tonalidade rubi brilhante.

Como mencionado, as safiras vêm em uma variedade de cores – rosa, vermelho, amarelo, dourado, roxo, pêssego, champanhe e, claro, aquele precioso azul. Assim como os rubis, as safiras resultam da substituição de íons de alumínio dentro de uma rede de corindo; só que desta vez eles são substituídos por íons de ferro e titânio (apenas 1 em 10.000 íons). Quando a luz de um determinado comprimento de onda incide sobre uma safira, ela é absorvida e faz com que um elétron seja transferido de um íon de ferro para um íon de titânio. Isso resulta em uma safira azul. Para produzir cores diferentes, outros oligoelementos devem estar presentes na safira, como chumbo, cobalto, silício, magnésio ou cromo.

Falando em cromo, algo muito diferente acontece quando ele substitui 1% dos íons de alumínio no mineral incolor berilo: isso faz com que a luz vermelha e amarela seja absorvida, criando uma rica esmeralda verde.

Certos minerais brilham em tons misteriosos de rosa choque, amarelo vibrante ou até mesmo um verde de aparência alienígena quando irradiados por luz ultravioleta. Este fenômeno ocorre quando íons ou certas impurezas dentro do mineral (chamadas ativadores) absorvem um fóton ultravioleta, fazendo com que um elétron seja promovido para um orbital atômico de maior energia. Quando o elétron retorna ao seu estado fundamental, ele não vai para lá diretamente, mas sim faz a transição através de vários orbitais de energia diferentes. Uma dessas transições pode fazer com que o átomo emita um fóton de comprimento de onda maior no espectro visível. Quando isso acontece, o mineral “brilha” em um processo chamado fluorescência.

Os minerais apresentam fluorescência em uma variedade de cores, incluindo azul (como fluorita e scheelita), amarelo (esperita), vermelho (smithsonita) e roxo (apatita). Depois, há a autunita, um mineral que contém cristais semelhantes a blocos. É quase 50% urânio e apresenta fluorescência verde brilhante.

Algumas pedras parecem conter um arco-íris de cores. Por exemplo, as opalas brilharão em uma ampla variedade de cores, dependendo do ângulo em que são vistas. A iridescência dessas pedras tem a ver com a disposição de minúsculas esferas de sílica. A distância entre essas esferas é minúscula – da ordem do comprimento de onda da luz visível. Por isso, atuam como uma espécie de rede de difração, separando a luz em suas cores componentes.

A iridescência das pérolas é semelhante. Uma pérola se forma dentro de uma ostra quando um pequeno pedaço de areia ou outro objeto estranho entra na concha. Lentamente, é coberto por camadas de nácar, uma espécie de carbonato de cálcio. A espessura das camadas do nácar está próxima do comprimento de onda da luz visível. Por causa disso, se você olhar para uma pérola de ângulos diferentes, a luz será refletida nas diferentes camadas da pérola.