Ζαφειρια και μεταφορα φορτιου
Ζαφείρια και ‘μεταφορά φορτίου’
(Ας δούμε τί αναφέρεται γι’ αυτό στην σειρά: Causes of Color)
Από τη χρήση του σε κινέζικα τσεκούρια που χρονολογούνται γύρω στο 4000 π.Χ. έως το αστέρι της Ινδίας των 563 καρατίων, το ζαφείρι έχει εκτιμηθεί τόσο για τη σκληρότητά του όσο και για το λαμπρό μπλε χρώμα του.
Αλλά δεν έχουν όλα τα ζαφείρια μπλε χρώμα.
Τα χρώματα που βλέπουμε στα ζαφείρια είναι αποτέλεσμα ακαθαρσιών και μιας διαδικασίας που ονομάζεται μεταφορά φορτίου.
Οι κρύσταλλοι κορουνδίου ποιότητας πολύτιμων λίθων σε οποιοδήποτε χρώμα εκτός από το κόκκινο ονομάζονται ζαφείρια, ενώ οι κόκκινες ποικιλίες ονομάζονται ρουμπίνια.
Αυτοί είναι από τους πιο λαμπρούς και σκληρούς πολύτιμους λίθους. μόνο τα διαμάντια είναι πιο σκληρά από αυτούς.
Τόσο τα ρουμπίνια όσο και τα ζαφείρια οφείλουν τα έντονα χρώματα τους σε ακαθαρσίες, το ρουμπίνι στην παρουσία χρωμίου και το μπλε ζαφείρι τόσο στην παρουσία τιτανίου όσο και σε σίδηρο.
Στα ρουμπίνια, το χρώμα μπορεί να εξηγηθεί με την θεωρία του κρυσταλλικού πεδίου, αλλά στο ζαφείρι, μια ελαφρώς διαφορετική διαδικασία, γνωστή ως μεταφορά φορτίου, παράγει το μπλε χρώμα.
Αν και τα ζαφείρια βρίσκονται σε διάφορα μέρη του κόσμου, δεν παράγουν όλες οι περιοχές τα χρώματα που εκτιμώνται ιδιαίτερα.
Για παράδειγμα, η Αυστραλία είναι ο κυρίαρχος παραγωγός ζαφειριών, αλλά αυτές οι πέτρες θεωρούνται λιγότερο πολύτιμες λόγω του πολύ σκούρου χρώματός τους.
Τα εκλεκτής ποιότητας ζαφείρια παράγονται στη Νοτιοανατολική Ασία, με αυτά από την Σρι Λάνκα να έχουν συχνά το περιζήτητο μπλε χρώμα του ζαφειριού.
Πώς η μεταφορά φορτίου παράγει χρώμα;
Το κορούνδιο που περιέχει μερικά εκατοστά του ενός τοις εκατό τιτανίου είναι άχρωμο.
Εάν υπάρχει παρόμοια ποσότητα σιδήρου, μπορεί να παρατηρηθεί ένα πολύ ανοιχτό κίτρινο χρώμα.
Ωστόσο, εάν υπάρχουν ακαθαρσίες από τιτάνιο και σίδηρο μαζί, το αποτέλεσμα είναι ένα υπέροχο βαθύ μπλε χρώμα.
Η διαδικασία της επεξεργασίας αυτής ονομάζεται μεταφορά φορτίου διαστήματος ή μεταφορά φορτίου συνεργασίας, η οποία είναι η μεταφορά ενός ηλεκτρονίου από ένα ιόν μετάλλου μετάπτωσης σε ένα άλλο.
Ο σίδηρος μπορεί να πάρει τη μορφή Fe2+ ή Fe3+, ενώ το τιτάνιο γενικά παίρνει τη μορφή Ti4+.
Εάν τα ιόντα Fe2+ και Ti4+ αντικαταστήσουν το Al3+, δημιουργούνται εντοπισμένες περιοχές ανισορροπίας φορτίου.
Όταν τα ιόντα Fe2+ και Ti4+ καταλαμβάνουν δύο γειτονικές θέσεις σε έναν κρύσταλλο κορουνδίου, η μεταφορά ενός ηλεκτρονίου από το κατιόν σιδήρου (θετικά φορτισμένο) στο κατιόν τιτανίου (θετικά φορτισμένο) μπορεί τώρα να αλλάξει την κατάσταση σθένους και των δύο.
Fe2+ + Ti4+ -→ Fe3+ + Ti3+
Αυτό συμβαίνει επειδή υπάρχει αρκετή επικάλυψη μεταξύ των εξωτερικών τροχιών του Fe2+ και του Ti4+ ώστε να επιτρέπεται σε ένα ηλεκτρόνιο να περάσει από το ένα ιόν στο άλλο. Αυτή η διαδικασία απαιτεί ενέργεια.
Η μεταφορά φορτίου διαστήματος είναι μια διαδικασία που παράγει μια έντονη χρωματική εμφάνιση σε χαμηλό ποσοστό ακαθαρσίας.
Ενώ τουλάχιστον 1% χρώμιο πρέπει να υπάρχει στο κορούνδιο πριν φανεί το βαθύ κόκκινο ρουμπινί χρώμα, το μπλε στο ζαφείρι είναι εμφανές με την παρουσία μόνο 0,01% τιτανίου και σιδήρου.
Αυτό το ενεργειακό άλμα είναι σχετικά εύκολο να επιτευχθεί για τα ηλεκτρόνια όταν το φως λάμπει στον κρύσταλλο.
Οι μεταβάσεις φορτίου-μεταφοράς είναι ισχυρές επειδή «επιτρέπονται» από κβαντικές εκτιμήσεις.
Οι «απαγορευμένες» μεταβάσεις στο ρουμπίνι στο χρώμα του πεδίου συνδέτη είναι πολύ πιο αδύναμες.
Τα ζαφείρια υφίστανται «ετεροπυρηνική» μεταφορά φορτίου καθώς τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται μεταξύ ιόντων διαφορετικών στοιχείων.
Ο μπλε κυανίτης χρωματίζεται με την ίδια διαδικασία μεταφοράς φορτίου με το μπλε ζαφείρι.
Η τουρμαλίνη θα εμφανίζεται καφέ όταν υπάρχουν οι ίδιες ακαθαρσίες, σίδηρος και τιτάνιο, αλλά εμφανίζεται κίτρινη με τις ακαθαρσίες μαγγάνιο και τιτάνιο να υπόκεινται σε μεταφορά φορτίου.
Μερικές φορές είναι δύσκολο να αποδειχθεί ότι μια συγκεκριμένη διαδικασία μεταφοράς φορτίου είναι υπεύθυνη για το χρώμα ενός κρυστάλλου.
Ακαθαρσίες διαφόρων ειδών μπορεί να υπάρχουν στις πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις που απαιτούνται για να πραγματοποιηθεί η μεταφορά φορτίου, και άλλοι παράγοντες που προέρχονται από τη θεωρία πεδίου προσδέματος, τα κέντρα χρώματος και ούτω καθεξής μπορεί να καθιστούν δύσκολη την απομόνωση της συγκεκριμένης πηγής ενός αντιληπτού χρώματος.
Παραδείγματα ορυκτών υπό διερεύνηση για τον προσδιορισμό των ακριβών διεργασιών που προκαλούν τα χρώματά τους είναι ο τανζανίτης, ο μαγνητίτης και ο ανδαλουσίτης.
Όταν τα ιόντα ανήκουν στο ίδιο στοιχείο, συμβαίνει ομοπυρηνική μεταφορά φορτίου. Ένα κοινό παράδειγμα είναι ο μετασχηματισμός που συμβαίνει στον σίδηρο Fe.
Τα περιβάλλοντα τριγύρω των δύο ιόντων σιδήρου πρέπει να είναι διαφορετικά. FeA2+ + FeB3+ –→ FeA3+ + FeB2+ (ηλεκτρόνια που μεταφέρονται από τη θέση Α στη θέση Β)
Η μεταφορά φορτίου είναι επίσης υπεύθυνη για τα χρώματα μιας σειράς χρωστικών. Ουσίες που εμφανίζουν τα χρώματά τους ακόμα και όταν αλέθονται πολύ λεπτά είναι καλοί υποψήφιοι για χρωστικές.
Η διαδικασία μεταφοράς φορτίου συμβαίνει τόσο σε ολόκληρους κρυστάλλους όσο και σε μορφή σκόνης, καθιστώντας αυτές τις ουσίες ιδανικές χρωστικές.
Σε αυτή την περίπτωση, η διαδικασία μεταφοράς φορτίου λαμβάνει χώρα μεταξύ ατόμων μετάλλου και συνδέτη.
Ένα παράδειγμα είναι η μεταφορά φορτίου οξυγόνου σε χρώμιο στο κίτρινο χρωμικό K2CrO4.
Αυτό το K2CrO4 περιέχει το ανιόν CrO42- (αρνητικά φορτισμένο).
Η επίδραση των πεδίων συνδέτη μπορεί να αγνοηθεί, καθώς δεν υπάρχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια στο χρώμιο (παρουσιάζονται ως κατιόν Cr6+).
Το κατιόν του χρωμίου θα έχει ισχυρή έλξη για ηλεκτρόνια από τα ανιόντα οξυγόνου, επιτρέποντας τη μεταφορά ηλεκτρονίων από συνδετήρα σε μέταλλο (ανιόν σε κατιόν).
Άλλα παραδείγματα αυτού είναι το πορτοκαλί διχρωμικό (K2Cr2O7), τα υπερμαγγανικά άλατα και το κίτρινο χρώμιο (PbCrO4).
Αυτός ο μηχανισμός υπάρχει και στα ζαφείρια, αλλά η απορρόφηση συμβαίνει μόνο στην υπεριώδη περιοχή, και δεν επηρεάζει το χρώμα που αντιλαμβανόμαστε.
admin is | Topic: Κίτρινο, μπλε, ορυκτα και χρωματα, Φύση και χρώματα | Tags: None
No Comments, Comment or Ping
Reply to “Ζαφειρια και μεταφορα φορτιου”