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Type: Tese de Doutorado
Title: Caracterização de ametistas naturais
Authors: Eduardo Henrique Martins Nunes
First Advisor: Wander Luiz Vasconcelos
First Referee: Vicente Tadeu Lopes Buono
Second Referee: Fernando Soares Lameiras
Third Referee: Luiz Oliveira de Faria
metadata.dc.contributor.referee4: Antônio Claret Soares Sabioni
metadata.dc.contributor.referee5: Vilma da Conceicao Costa
Abstract: O presente trabalho teve como objetivo investigar a formação da cor em amostras de ametista, prasiolita e citrino de diferentes procedências após submetê-las a irradiação com raios gama, bem como desenvolver um método de identificação de cristais incolores com potencial para desenvolvimento de cor. As técnicas de espectroscopia no infravermelho, ultravioleta-visível e de emissão atômica juntamente com análise por ativação neutrônica, ressonância paramagnética eletrônica e ensaios de termoluminescência foram empregadas para caracterizar e estudar impurezas e defeitos presentes nas amostras investigadas.Amostras com alto teor de ferro apresentaram baixa concentração de alumínio e vice versa. Isso sugere a competição entre átomos de ferro e alumínio na substituição do silício na rede durante a formação do cristal. Em todas as amostras de ametista foi obtido considerável teor de ferro. Assim, fica evidenciado o papel do ferro na formação da cor nesse material. Nas prasiolitas investigadas, foi encontrado alto teor de alumínio e baixo de ferro. Isso sugere que grande parte dos átomos de ferro presente na prasiolita se encontra em posição intersticial, pois a probabilidade que sítios do silício sejam ocupados por átomos de alumínio é grande. A partir das características intrínsecas do espectro de infravermelho de cada um dos materiais estudados, foram desenvolvidos métodos de identificação de cristais incolores com potencial para desenvolvimento de cor. Tais métodos são de fundamental importância por permitirem a realização dos testes no campo ou em qualquer lugar onde um espectrômetro esteja disponível e por eliminarem a necessidade de realização dos testes de irradiação.Pela interpretação dos resultados obtidos, pôde ser verificado que o complexo , presente na estrutura da ametista incolor, é responsável pelas bandas de absorção em 220 nm e 265 nm. Durante a irradiação esses defeitos se transformam nos centros de cor da ametista, constituídos pelo complexo . Esse complexo gera bandas de absorção em 370 nm e 545 nm. Durante o tratamento térmico que transforma a ametista em citrino, íons Fe3+ presentes em posições intersticiais se precipitam na forma de particulados de ferro. No presente trabalho, diferentemente do proposto até então, não foi atribuído nenhum papel direto na cor do citrino aos particulados de ferro formados durante o tratamento térmico da ametista. Propõem-se nesse estudo que no citrino não existem os centros de cor da ametista e que a cor desse material é devida ao prolongamento das bandas de absorção do ultravioleta na região visível do espectro eletromagnético. A banda em 210 nm presente no espectro da prasiolita sofre aumento de intensidade durante a irradiação do material devido à formação de centros durante o processo. Na prasiolita os centros de cor da ametista estão presentes em pequena concentração, razão pela qual as bandas em 370 nm e em 545 nm possuem pequenas intensidades. Outro fator que deve ser considerado é a grande presença de átomos de impureza nas amostras de prasiolita estudadas. Isso é um indício que há grande distorção na estrutura deste material, já que a presença de impurezas gera tensões na rede do quartzo. Tais distorções poderiam ocasionar o deslocamento das bandas de absorção no ultravioleta e no visível presentes no espectro da ametista para maiores comprimentos de onda na prasiolita. Ainda, essas tensões podem ser responsáveis pelo grande número de ruídos observados no espectro de infravermelho da prasiolita.
Abstract: This research intends to investigate the formation of color in samples of natural amethyst from different origins after submitting them to gamma irradiation, as well to develop an identification method of uncolored crystals with potential for development of color. The techniques of infrared spectroscopy, ultraviolet-visible spectroscopy and atomic emission spectroscopy combined with neutron activation analysis, electronicparamagnetic resonance and thermoluminescence experiments will be used to characterize and to study the impurities and defects in samples of natural amethyst. We observe that samples with high iron concentration, exhibit low aluminum concentration and vice-versa. This is an indication that there is a competition between iron and aluminum atoms to occupy the silicon site in the quartz structure during thecrystal formation. The amethyst samples have generally high iron contents. This evidences the role of the iron in the color formation of this mineral. In the prasiolite samples we observed a high aluminum concentration. This suggests that a large fraction of the iron atoms in the prasiolite is at interstitial sites, because the probability that thesilicon site is occupied by an aluminum atom is high. Using intrinsic characteristics of the infrared spectrum of each material used in thisstudy, we developed three identification methods of colorless crystals with potential to develop color. These methods are very important because they allow accomplishing the test at anyplace where there is an available spectrometer. The + + + + 3i043Si Fe ] /M O [Fe complex, present at colorless amethyst structure, is responsible for the bands at 220 nm and 265 nm. During the irradiation, these defects transform in the amethyst color centers, constituted by the + + + 2i o 4 4Si Fe ] O [Fe complex. This complex generates absorption bands at 370 nm and 545 nm. During the annealing that transforms amethyst in citrine, occurs the precipitation of Fe2O3 particulates. We believe that the iron atoms which compose the Fe2O3 particulates come from Fe3+ ions at interstitial sites because the +3 Si Fe precipitation is unlikely due to the high covalent character of the O Fe bond. In this work, differently of the proposed by others scientists, it was not attributed a direct role to the ironparticulates in the citrine color. We propose that in citrine there are no amethyst color centers and that this mineral color is due to the prolongation of the ultraviolet absorption bands into the visible region of the electromagnetic spectrum. The absorption band at 210 nm, present in the prasiolite spectrum, suffers considerable intensity increase after the material irradiation due to the 0 22] ) ( [ OH Fei+ centers formation. Amethyst color centers have discreet presence at prasiolita, explaining why the bands at 370 nm and 545 nm have low intensities. Another factor to be considered is the high presence of impurity atoms in the prasiolite structure. This is an indication that there are large distortions at the structure of this material, since the presence of impurity atoms generates tensions in the quartz structure. Such distortions may cause thedisplacement of the absorption bands present in the amethyst spectrum to larger wavelengths in prasiolite. Furthermore, these distortions may be responsible fonoises observed in the prasiolite infrared spectrum
Subject: Engenharia metalúrgica
Ametista
Ciencia dos materiais
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/MAPO-7REJC5
Issue Date: 26-Feb-2008
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