Neste artigo, Daniel Freedman, que é Diretor da Faculdade de Ciências, Tecnologia, Engenharia, Matemática e Administração da Universidade de Wisconsin-Stout, explica que a cor tem relação com a estrutura atômica dos elementos. Pedra apelidade de Rubi do amanhecer, com peso em quilates considerado extraordinários
AFP/Arquivo
As cores dos rubis e das esmeraldas são tão marcantes que definem tonalidades de vermelho e verde – vermelho-rubi e verde-esmeralda. Mas você já se perguntou como elas adquirem essas cores?
Sou químico inorgânico. Pesquisadores da minha área trabalham para entender a química de todos os elementos que compõem a tabela periódica. Muitos químicos inorgânicos focam nos metais de transição – os elementos localizados no meio da tabela periódica. Os metais de transição incluem a maioria dos metais que você conhece, como ferro (Fe) e ouro (Au).
Uma característica dos compostos formados com metais de transição é sua intensa coloração. Existem muitos exemplos na natureza, incluindo gemas e pigmentos de tinta. Até mesmo a cor do sangue vem da proteína hemoglobina, que contém ferro.
Investigar as cores dos compostos que contêm metais de transição leva a uma ciência realmente fascinante – e isso foi parte do que me atraiu para estudar essa área.
Os rubis e as esmeraldas são ótimos exemplos de como uma pequena quantidade de um metal de transição – neste caso, o cromo – pode criar uma cor deslumbrante em um mineral que, de outra forma, pareceria bastante comum.
Esmeralda Bahia.
Divulgação/AGU
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Minerais e cristais
Tanto os rubis quanto as esmeraldas são minerais, um tipo de rocha com composição química consistente e uma estrutura altamente ordenada em nível atômico.
Quando essa estrutura altamente ordenada se estende em todas as três dimensões, o mineral se torna um cristal.
Com uma teoria desenvolvida por físicos na década de 1920, chamada teoria do campo cristalino, os cientistas podem explicar por que os rubis e as esmeraldas possuem suas cores características. A teoria do campo cristalino faz previsões sobre como a estrutura de um íon de metal de transição é afetada pelos outros átomos ao seu redor.
Os rubis são compostos principalmente pelo mineral corindo, que é formado pelos elementos alumínio e oxigênio dispostos de maneira regular e repetitiva. Cada íon de alumínio é cercado por seis íons de oxigênio.
As esmeraldas são compostas principalmente pelo mineral berilo, que é formado pelos elementos berílio, alumínio, silício e oxigênio. A estrutura cristalina do berilo é mais complexa do que a do corindo devido aos elementos adicionais em sua fórmula, mas, novamente, cada íon de alumínio está cercado por seis íons de oxigênio.
O corindo e o berilo puros são incolores. As cores vibrantes dos rubis e das esmeraldas surgem da presença de pequenas quantidades de cromo. O cromo substitui cerca de 1% do alumínio no cristal de corindo ou berilo quando um rubi ou uma esmeralda se formam no subsolo sob alta temperatura e pressão.
Mas como um único elemento – o cromo – pode criar o vermelho de um rubi e a cor verde de uma esmeralda?
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A ciência das cores
Os rubis e as esmeraldas possuem suas cores porque, assim como muitas substâncias, absorvem certas cores da luz. A maior parte da luz visível, como a luz solar, é composta por todas as cores do arco-íris: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. Essas cores formam o espectro da luz visível, que pode ser lembrado pela sigla ROY G BIV (em inglês).
Um dos principais motivos pelos quais os objetos possuem cor é que eles absorvem uma ou mais dessas cores visíveis de luz.
Diferentemente do íon de alumínio, que é incolor, o íon de cromo absorve a luz azul e verde quando está cercado pelos íons de oxigênio. A luz vermelha é refletida de volta, e é isso que você vê nos rubis.
Em uma esmeralda, embora o cromo também esteja cercado por seis íons de oxigênio, a interação entre eles é mais fraca. Isso ocorre devido à presença de silício e berílio no cristal de berilo. Esses elementos fazem com que a esmeralda absorva a luz azul e vermelha, deixando o verde para ser visto.
A capacidade de ajustar as propriedades dos metais de transição, como o cromo, modificando os átomos ao seu redor, é uma estratégia fundamental na minha área da química inorgânica. Fazer isso pode ajudar os cientistas a entender a ciência básica dos compostos metálicos e a projetar compostos químicos para finalidades específicas.
💍Você pode admirar as cores incríveis das gemas, mas, por meio da química, também pode ver como a natureza cria essas cores usando uma variedade infinita de estruturas complexas formadas pelos elementos da tabela periódica.
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