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Rubíes, zafiros, aguamarinas y alejandritas sintetizados por el método de estiraje e hidrotermal

Mantenerse bien informado en Gemología no consiste únicamente en tener una buena biblioteca, estar suscrito a las revistas gemológicas más importantes o asistir ocasionalmente a algún evento. La práctica que adquirimos al estudiar los ejemplares de nuestra propia colección, sin duda, es otro elemento esencial.
A lo largo de estas líneas vamos a ver algunas característica de unos materiales sintéticos que hasta hace relativamente poco tiempo eran raros o, sencillamente, no se podían obtener, pero que en la actualidad circulan habitualmente por los circuitos comerciales, y, por tanto, llegan a nosotros de vez en cuando. Hemos seleccionado unos cristales sintéticos obtenidos por dos métodos diferentes, hidrotermal y estiraje, para comparar su morfología externa con la de su contrapartida natural, y, después tallarlos. Así pues, veremos cuatro ejemplares sintetizados por el método hidrotermal: un rubí; dos zafiros, uno azul y otro naranja; y una aguamarina. También veremos un rubí y una alejandrita de estiraje.
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Estos son los cristales en bruto a partir de los que se tallaron las gemas que vamos a ver.

Estos son los cristales en bruto a partir de los que se tallaron las gemas sobre las que vamos a tratar.

El método de síntesis hidrotermal emplea un autoclave herméticamente cerrado en cuyo interior se introduce una disolución acuosa de fórmula compleja, que las empresas no suelen hacer pública en su totalidad, y suele emplear semillas del mismo material que se quiere hacer crecer. El sistema alcanza temperatura de 600ºC y presiones de unos 2000 bares. Por su parte, la técnica de crecimiento cristalino por estiraje, conocida también como Czochralski, utiliza un crisol que se calienta por radiofrecuencia a temperaturas muy elevadas. Una varilla giratoria con una semilla del cristal en un extremo se introduce en el material fundido mientras gira y se eleva a velocidad controlada, el cristal crece en el punto de contacto entre la semilla y el fundido. Las condiciones de formación cristalina de los dos métodos repercuten en las características peculiares de los cristales fabricados con cada uno de ellos y, eso, nos ayudará a identificarlos.
En general, la morfología externa de los cristales sintetizados por el método hidrotermal o por el método de estiraje es diferente a la de los naturales. La señales de crecimiento no son, en ningún caso, las mismas. Pero una vez tallado el bruto esta información desaparece y nos encontramos con que algunas propiedades físicas y ópticas, tal como el índice de refracción y el peso específico, coinciden con las de los naturales. Pero hemos podido comprobar en todos los ejemplares estudiados que tienen inclusiones características que indican claramente su origen sintético hidrotermal o de estiraje.

Rubí sintetizado por el método hidrotermal.
Los cristales en bruto de corindón sintetizado por el método hidrotermal no se confunden, de ninguna manera, con los naturales. Las caras de prisma hexagonal o de romboedro que suelen exhibir los rubíes y zafiros naturales no son evidentes en los sintéticos. En su lugar, algunas caras tienen señales con relieve ondulado y otras caras no tiene prácticamente señales visibles.

Algunas caras tienen señales de crecimiento muy pronunciadas y, por el contrario, otras caras carecen prácticamente de señales. . Luz reflejada difusa, 40x.

Caras de rubí sintético hidrotermal.  Luz reflejada difusa, 40x.

Una de las caras del rubí sintético hidrotermal con señales de crecimiento típicas del método de síntesis hidrotermal. Luz transmitida, 30x.

Una de las caras del rubí sintético hidrotermal con señales de crecimiento. Luz transmitida, 30x.

Señales de crecimiento características de los rubíes sintetizados por el método hidrotermal. Luz reflejada difusa, 40x.

Otra cara del cristal con señales de crecimiento más sutiles. Luz reflejada difusa, 40x.

A partir de este cristal en bruto se talló en estilo esmeralda una  gema de 4,66 ct, cuyas dimensiones son 9,99×8,83×4,90 mm. Los índice de refracción, peso específico y espectro de absorción son los mismos que los naturales, solo cabe destacar que tiene fluorescencia roja intensa con luz ultravioleta de onda larga y más débil con onda corta, pero esto tampoco es un dato concluyente puesto que algunos rubíes naturales también pueden mostrar fluorescencia . Pero las características internas, reflejo del crecimiento del cristal, y que ahora podemos ver nítidamente, sí son características definitorias de estos rubíes sintéticos hidrotermales.
En nuestro ejemplar de color rojo ligeramente purpúreo se pueden ver, tanto con lupa como con microscopio, unas líneas onduladas de aspecto turbio características del método de síntesis hidrotermal.

Señales de crecimiento onduladas con aspecto turbio aumentos. Luz transmitida, 20x.

Señales de crecimiento onduladas con aspecto turbio. Luz transmitida, 20x.

Las misma señales de crecimiento onduladas con aspecto turbio vistas con más aumentos. Luz transmitida, 40x.

Las misma señales de crecimiento onduladas con aspecto turbio vistas con más aumentos. Luz transmitida, 40x.

Zafiro sintético hidrotermal.
Igual que en el caso anterior, la morfología externa de los zafiros sintetizados por el método hidrotermal es diferente a la de los naturales. Ahora, también, nos encontramos con valores de índice de refracción y peso específico similares a los naturales, pero con el espectroscopio gemológico no hemos visto las bandas de absorción centradas a 450 nm que suelen verse en los zafiros naturales; aunque no ver estas bandas tampoco indica concluyentemente que el ejemplar sea sintético. Sin embargo, las señales externas de crecimiento y las inclusiones señalan, sin lugar a duda, el origen sintético hidrotermal de nuestro ejemplar.

La morfología externa de los corindones sintetizados por el método hidrotermal es diferente a la de los corindones naturales. Algunas caras del cristal sintético hidrotermal muestran este tipo señales de crecimiento. Luz reflejada difusa, 40x.

Una cara del zafiro sintético hidrotermal en bruto con señales de crecimiento. Luz reflejada difusa, 40x.

La técnica de síntesis hidrotermal empleada con todos los zafiros y rubíes que hemos estudiado usa una semilla de corindón sobre la que el cristal crece. Esta semilla suele verse sin dificultad cuando el cristal no ha sido tallado y, algunas veces, si el tallador no la elimina la podemos ver todavía en las gemas ya talladas.

La flecha indica la semilla utilizada para hacer crecer el cristal sintético sobre ellas. Luz reflejada difusa y transmitida, 20x.

La flecha indica la semilla. Luz reflejada difusa y transmitida, 20x.

La gema tallada estilo baguette de este cristal es de color azul oscuro y muy transparente,  pesa 4,41 ct, y mide 12,80×11,90×4,00 mm.

Zafiro tallado en baguette tallado de este mismo cristal en bruto.

Zafiro tallado de este mismo cristal en bruto.

Las zonas de crecimiento angular que antes veíamos en el rubí, aquí siguen siendo fácilmente visibles si empleamos el tipo de iluminación adecuado. Incluso más definidas.

Después de haber tallado el cristal podemos ver zonas de crecimiento angulares que nos indican el tipo de síntesis empleado. Luz de campo oscuro, 40x.

Zonas de crecimiento angular con aspecto turbio. Luz de campo oscuro, 40x.

Zonas turbias de crecimiento. Luz transmitida, 60x.

Las mismas zonas de crecimiento vistas con más aumentos. Luz transmitida, 60x.

Este zafiro tiene, además, el color distribuido irregularmente en algunas zonas a causa de lo que parece ser multitud de diminutas partículas oscuras, aunque también podría tratarse de irregularidades en la estructura cristalina. Tal y como muestran las siguientes imágenes.

Concentración de partículas oscuras que dan la sensación de coloración zonal. Luz transmitida, 20x.

Concentración de partículas oscuras. Luz transmitida, 20x.

Inclusiones negras con forma de copo junto a otras circulares más pequeñas. Luz transmitida, 60x.

Inclusiones negras con forma de copo junto a otras circulares más pequeñas. Luz transmitida, 60x.

Zafiro naranja sintetizado por el método hidrotermal.
El zafiro naranja sintético hidrotermal igual que el rubí y el zafiro hidrotermal, abordados más arriba, no guardaba ninguna similitud aparente con respecto a los cristales de corindón naturales en bruto. Las señales de crecimiento de sus caras eran diferentes. Este ejemplar conservaba el orificio a través del cual se hizo pasar un hilo metálico para colgar la semilla en el interior del autoclave. Y, además, las inclusiones con brillo metálico eran bastante abundantes.

Orificio por el que se introduce el hilo metálico para colgar la semilla en el interior del autoclave.

Inclusiones con brillo metálico y orificio por el que se introduce el hilo metálico. Luz reflejada, 20x.

Inclusiones metálicas. Luz reflejada puntual, 30x.

Inclusiones metálicas. Luz reflejada puntual, 30x.

Una vez tallado comprobamos que el índice de refracción también se corresponden con los del corindón natural, pero, ahora, la respuesta bajo la lámpara de luz ultravioleta varía un poco: con luz ultravioleta de onda larga tiene fluorescencia de color rojo oscuro débil, mientras que con onda corta es inerte. Este dato debe tenerse en cuenta porque los zafiros naranja naturales no suelen tener fluorescencia con luz ultravioleta. Por su parte, al analizar el espectro de absorción con un espectroscopio manual gemológico vimos dos líneas finas en la región del rojo. La gema tallada de este bruto es un baguette de 15,08×11,90×4,00 mm que pesa 5,49 ct. Como la gema es muy transparente podemos ver perfectamente su interior con la ayuda de un microscopio gemológico.

Zafiro naranja hidrotermal.

Zafiro naranja hidrotermal.

El tallador eliminó las inclusiones metálicas que vimos en el bruto, pero ahora destacan unas inclusiones muy brillantes que, de momento, no sabemos qué es. Probablemente se trata de restos del fluido en el que se formó el cristal, aunque también podrían ser microcristales que se formaron al mismo tiempo que el corindón sintético o, incluso, restos metálicos del autoclave.

Inclusiones muy brillante. Luz reflejada y transmitida, 60x.

Inclusiones muy brillante. Luz reflejada y transmitida, 60x.

Inclusiones muy brillante. Luz transmitida, 60x.

Las mismas inclusiones. Luz transmitida, 60x.

Las típicas señales de crecimiento onduladas con aspecto turbio de los cristales sintetizados por el método hidrotermal también se encuentran en estos zafiros sintéticos de color naranja.

Señales de crecimiento onduladas y turbias típicas del método de síntesis hidrotermal. Luz de campo oscuro, 60x.

Señales de crecimiento onduladas y lechosas típicas del método de síntesis hidrotermal. Luz de campo oscuro, 60x.

Aguamarina sintetizada por el método hidrotermal.
La variedad de berilo de color azul y azul-verdoso conocida como aguamarina es una gema muy popular. Esta gema ha sido muy imitada con otros materiales, por ejemplo, las espinelas sintética, los topacios azules irradiados o los vidrios, pero hasta no hace mucho tiempo esta gema no se sintetizaba. Hoy en día, las aguamarinas sintéticas ya son habituales en el mercado de las piedras preciosas.

Aguamarina sintética.

Aguamarina sintética.

Las características visuales de las gemas sintetizadas por el método hidrotermal que hemos visto hasta ahora también son aplicables a las aguamarinas sintéticas. Aunque algunas caras de las aguamarina sintéticas hidrotermales tienen un relieve más suave que en los corindones. Un dato destacable es que ahora vemos, además, inclusiones formando plumas o velos que tienen un gran parecido con las que podemos encontrar en las aguamarinas naturales y, por tanto, nos pueden llevar a equivocarnos.

Superficie del cristal en bruto.

Una cara de un cristal de aguamarina sintética en bruto.

Una vez tallada la gema, a primera vista su aspecto es muy parecido al de las naturales. En este caso, el ejemplar tiene una fractura interna grande que no llega a la superficie y una pluma muy parecida a cualquier otra que podamos encontrar en las naturales. Pero también tiene las líneas onduladas turbias típicas de los sintéticos hidrotermales.

Aspecto general del aguamarina sumergida en alcohol para evitar reflexiones de la luz y ver mejor su interior.

Aspecto general del aguamarina sumergida en alcohol para evitar reflexiones de la luz y ver mejor su interior.

Pluma y fractura. Luz combinada reflejada y campos oscuro, sumergida en alcohol, 15x.

Pluma y fractura. Luz combinada reflejada y campos oscuro, sumergida en alcohol, 15x.

Esta pluma nos puede llevar a error en la identificación de esta gema, pero si la observamos atentamente con el microscopio veremos que no es difícil llegar a una conclusión correcta sobre el origen del ejemplar, puesto que las inclusiones bifásicas tienen una forma peculiar que no son como las que estamos acostumbrados a ver en las aguamarinas naturales.

Aspecto de la pluma que nos puede inducir a error. Luz de campo oscuro e inmersión en alcohol, 20x.

Aspecto de la pluma que nos puede inducir a error. Luz de campo oscuro e inmersión en alcohol, 20x.

Inclusiones bifásicas con forma diferente a las naturales. Luz de campo oscuro e inmersión en alcohol, 60x.

Inclusiones bifásicas con forma diferente a las naturales. Luz de campo oscuro e inmersión en alcohol, 60x.

Otra característica de las esmeraldas sintéticas hidrotermales son unas  inclusiones negras con forma de “copos”.

Inclusiones negras con forma de "copos". Luz de campo oscuro y sumergida en alcohol, 30x.

Inclusiones negras con forma de “copos”. Luz de campo oscuro y sumergida en alcohol, 30x.

Inclusión negra con forma de copo. Luz de campo oscuro e inmersión en alcohol, 60x.

Inclusión negra con forma de copo. Luz de campo oscuro e inmersión en alcohol, 60x.

Estas inclusiones negras destacan mucho sobre el fondo blanquecino formado por multitud de inclusiones muy pequeñas, probablemente restos atrapados de la disolución en la que creció el cristal.

Rubí sintético de estiraje.
El cristal en bruto de rubí sintético de estiraje que nos llegó era una porción serrada de uno mayor (con este método se obtiene cristales muy grandes), la superficie de la cara que todavía se conservaba tal y como quedó al finalizar el proceso de síntesis no guardaba ningún parecido con la de los rubíes naturales, ni tampoco con la de los sintéticos hidrotermales.

Superficie del cristal en bruto.

Superficie del cristal en bruto.

Los cristales sintetizados por el método de estiraje suelen tener muy pocas inclusiones. Algunas veces se producen unas líneas finas que se pueden ver con el microscopio gemológico, pero en el caso de los cristales fabricados por el método de estiraje las líneas curvas son menos pronunciadas que con el método de Verneuil. El rubí estudiado en esta ocasión, así como la alejandrita que veremos a continuación, tenían líneas curvas muy finas que no tuvimos dificultad en reconocer rápidamente.

Líneas curvas muy sutiles. Luz transmtida, 40x.

Líneas curvas muy sutiles. Luz transmitida, 40x.

 Alejandrita sintética hidrotermal.
La variedad de crisoberilo denominada alejandrita ha sido imitada desde hace mucho tiempo con otros tipos de materiales, sobre todo corindón sintético, pero con resultados poco convincentes. Hoy en día, se obtienen alejandritas sintéticas cuyas propiedades físicas se corresponden con su contrapartida natural. Hay varias técnicas diferentes para obtener alejandrita sintética, este ejemplar se sintetizó  empleando el método de estiraje.

Alejandrita sintética de estiraje.

Alejandrita sintética de estiraje.

La alejandrita es la variedad de crisoberilo que cambia de color según la fuente de iluminación, roja con luz del sol y verde con luz fluorescente. Esta alejandrita que pesa 2,34 ct, y mide 9,00×7,55×3,65 mm, es más bien de color azul verdoso con luz  fluorescente y cambia radicalmente a color rojo con luz del sol. Los valores de índice de refracción y peso específico son similares a los de las naturales. Pero las líneas finas ligeramente curvas la identifican concluyentemente como sintética hidrotermal.

La flecha indica las líneas finas curvas características del método de síntesis hidrotermal.

La flecha indica las líneas finas curvas características del método de síntesis hidrotermal.

Líneas finas. Luz transmitida, 60x.

Líneas finas. Luz transmitida, 60x.

En resumen, la identificación de las gemas sintéticas hidrotermales y de estiraje no debería presentar ningún  problema si previamente hemos tenido la precaución de familiarizarnos con sus caracterísitas.
Autor: José Manuel Rubio Tendero

 


Comentarios


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2 Comentarios

  1. Gerardo A Castañares
    marzo 2, 2017 6:59 pm

    Estoy interesado en ser iformado de los distintos metodos que se utilizan para llegar a formar una gema.

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