Cient¨ªficos espa?oles descubren la raz¨®n del diferente color del rub¨ª y la esmeralda

Los especialistas -f¨ªsicos, qu¨ªmicos y ge¨®logos- se han preguntado muchas veces a lo largo de los ¨²ltimos 50 a?os cu¨¢l es la raz¨®n de que dos de las m¨¢s importantes piedras preciosas, el rub¨ª y la esmeralda, que te¨®ricamente deber¨ªan de tener el mismo color, lo tengan tan diferente: rojo y verde respectivamente. La explicaci¨®n ha venido de la mano de f¨ªsicos de la Universidad de Cantabria y no es sencilla, porque modifica uno de los supuestos b¨¢sicos para la atribuci¨®n del color en s¨®lidos cristalinos aislantes. Se ha publicado en Physical Review Letters.

El rub¨ª y la esmeralda no tienen igual composici¨®n (aunque ambos contienen aluminio) ni estructura, pero eso no importa para el color, porque lo que determina las propiedades ¨®pticas de un material aislante son las impurezas, en este caso el cati¨®n cromo 3+, que es com¨²n a ambas piedras. Hay que recordar algunos conceptos b¨¢sicos para entender la explicaci¨®n. Y es el que el color refleja el salto de electrones entre dos niveles en un ¨¢tomo cuando pasa del estado fundamental a otro excitado. "Es el cromo el que otorga el color porque tiene una estructura de capa abierta que sustituye en estas piedras al aluminio, que es de capa cerrada", recuerda Miguel Moreno, que ha dirigido el trabajo. "Hay que tener en cuenta que el ¨®xido normal de aluminio, en forma de cristal, que es como el rub¨ª pero sin impurezas, es transparente".

Cada i¨®n de cromo, que siempre se incluye en el mismo lugar en la estructura cristalina del mineral, est¨¢ rodeado, tanto en el rub¨ª como en la esmeralda, de seis iones de ox¨ªgeno, llamados ligandos, con los que forma un complejo de transici¨®n. "La idea hasta ahora era que el color depende de los primeros vecinos, en este caso los ¨¢tomos de ox¨ªgeno", explica Moreno. Como, tanto en el rub¨ª como en la esmeralda, el complejo es el mismo, la explicaci¨®n ofrecida, ya en 1957, por L. E. Orgel para la diferencia de color fue que las distancias entre el cromo y los iones de ox¨ªgeno son distintas en ambas piedras preciosas.

Esa explicaci¨®n, que Moreno, especialista en los efectos de impurezas en los s¨®lidos, siempre consider¨® poco convincente "porque son materiales duros, en los que es dif¨ªcil que las distancias sean muy distintas", estuvo en vigor hasta hace poco menos de un a?o. Con una t¨¦cnica para el estudio de impurezas (desarrollada a partir los a?os ochenta) cient¨ªficos franceses midieron esas distancias y concluyeron que son iguales en ambas gemas.

El equipo de Cantabria, formado adem¨¢s por Juan Mar¨ªa Garc¨ªa Lastra, Mar¨ªa Teresa Barriuso y Jos¨¦ Antonio Aramburu, empez¨® entonces a buscar otra explicaci¨®n. La encontr¨® en la influencia del campo el¨¦ctrico del resto de la red cristalina en el complejo de cromo y ox¨ªgeno. Aunque una piedra preciosa, como cualquier otro s¨®lido cristalino, parezca algo sin actividad -hacia fuera el cristal es neutro- "sin embargo, en el interior existen campos muy fuertes, de millones de voltios por cent¨ªmetro", recuerda Moreno.

Hechos los c¨¢lculos pertinentes, todo indic¨® que hab¨ªan llegado a la hip¨®tesis correcta. "En la esmeralda la brecha (el salto en t¨¦rminos de energ¨ªa) es m¨¢s peque?a que en el rub¨ª debido al campo el¨¦ctrico del resto de la red, que es distinto en uno y otro cristal". El resultado es que en ambos se absorbe la parte azul-violeta del espectro luminoso, pero en la esmeralda se absorbe tambi¨¦n la parte roja, con lo que queda el verde, y en el rub¨ª se absorbe la parte verde, por lo que queda el rojo. Los investigadores est¨¢n ahora confirmando su hip¨®tesis en otras piedras preciosas, formadas por diferentes ¨®xidos de aluminio, como la alexandrita o la espinela, con resultados positivos.