Cristalele optice sunt substanţe naturale sau artificiale cu structură internă ordonată care le conferă proprietăţi optice, mecanice şi electrice deosebite.
Multe cristale optice sunt şi pietre preţioase sau semipreţioase. Există însă şi “pietre” care nu sunt cristaline ca perlele, coralul, chihlimbarul, fildeşul.
Substanţele care se găsesc în natură în cantităţi foarte mici, care au strălucire, transparenţă şi duritate mare sunt pietre preţioase. Dacă aceste proprietăţi sunt mai puţin nete şi dacă se găsesc în cantităţi mai mari în natură se numesc pietre semipreţioase.
Cristalele care au structuri cubice sunt izotrope, celelalte prezintă anizotropie.
Aceste materiale au proprietăţi optice deosebite: indice de refracţie şi de dispersie definite, prezintă birefringenţă (rotesc planul luminii polarizate) au duritate mare, rezistenţă la uzură, la acţiunea agenţilor chimici şi a luminii.
De cele mai multe ori substanţele ca atare sunt impurificate cu diverşi oxizi şi de aceea culoarea lor de bază (idiocromatică) este modificată rezultatul fiind culoarea allocromatică.
Multe pietre preţioase prezintă luminescenţă, adică emit raze luminoase reci în anumite condiţii (presiune, temperatură, expuneri la radiaţii ultraviolete) aceasta constituind o modalitate de detectare a falsurilor.
Proprietăţile electrice variază mult, unele dintre cristale încărcându-se superficial uşor cu electricitate, la simplă frecare (chihlimbar) sau prin expunere la cald (turmalina). Unele cristale (cuarţ) sunt piezoelectrice, adică dezvoltă o încărcare electrică ca urmare a presării mecanice şi se utilizează mult în electronică, radare, iar ultrasunetele produse cu ele au utilizare din ce în ce mai largă, în medicină şi industrie.
În Tabelul 3.5 sunt prezentate proprietăţile fizice ale unor cristale optice şi pietre preţioase.
Tabelul 3.5 Cristale optice şi pietre preţioase. Proprietăţi fizice
|
Denumire |
Formulă chimică (sistem de cristalizare) |
d [g/cm3] |
Duritate Mohs |
Indice de refracţie |
|
diamant |
C (cubic) |
3,52 |
10 |
2,42 |
|
rubin |
Al2O3 imp. Cr (trigonal) |
3,96 |
9 |
1,776 |
|
safir |
Al2O3imp.Ti, Fe (trigonal) |
3,99 |
9 |
1,774 |
|
topaz |
Al2SiO4(OH, F)2 (rombic) |
3,56 |
8 |
1,61 – 1,62 |
|
smarald |
Be3Al2(Si6O18) (hexagon.) |
2,69 – 2,73 |
7,5 |
1,56 – 1,59 |
|
opal |
SiO2 (amorf) |
1,98 – 2,20 |
5,25 - 6 |
1,44 – 1,46 |
|
piatra Lunii |
Feldspat potasic(triclinic) |
2,56 – 2,59 |
6 |
1,52 – 1,54 |
|
calcedonie |
SiO2 (amorf) |
2,58 – 2,62 |
7 |
1,53 – 1,54 |
|
cuarţ |
SiO2 (trigonal) |
2,65 |
7 |
1,54 – 1,55 |
|
ametist |
SiO2 (trigonal) |
2,5 – 2,8 |
7 |
1,544 |
|
opal |
SiO2 (amorf) |
1,98 – 2,20 |
5,25 - 6 |
1,44 – 1,46 |
|
agat |
SiO2 (amorf) |
2,58 – 2,62 |
7 |
1,53 – 1,54 |
|
turmalină |
NaCa(Mg, Fe, Mn, Li), (Al,Fe)6 (BO3)3Si6O18(OH,F)4 (trigonal) |
3,00 – 3,13 |
7 – 7,5 |
1,61 – 1,65 |
|
granate |
(M1)3(M2)2(SiO4)3 (cubic) M1: Mg,Fe,Mn, Ca;M2:Al,Cr, Fe |
4,08 – 4,1 |
7,5 - 8 |
1,55 |
|
marcasită |
FeS2 (rombic) |
4,8 – 4,9 |
6 – 6,5 |
Luciu |
|
malachit |
Cu2CO3(OH)2 (monoclin) |
3,74 – 3,95 |
4 |
1,65 – 1,9 |
|
spineli |
MgAl2O4 (cubic) |
3,58 – 3,61 |
8 |
1,72 |
|
zircon |
Zr(SiO4) |
3,9 – 4,1 |
6 |
1,78 – 1,81 |
|
turcoaz |
CuAl6(PO4)4(OH)8.4H2O (triclinic) |
2,6 – 2,85 |
5,5 - 6 |
1,61 – 1,65 |
|
ambră chihlimbar |
Răşină fosilă, amorfă C10H16O cu puţin H2S |
1,03 – 1,1 |
2 – 2,5 |
1,54 |
|
fildeş |
Dentină (amorf) |
1,38 – 1,42 |
2,5 |
1,54 |
Cea mai folosită unitate de greutate pentru pietrele preţioase este caratul metric, egal cu 200 mg. Pentru diamante se mai foloseşte denumirea de punct: un punct de diamant reprezintă 1/100 dintr-un carat. În afară de prelucrarea lor ca bijuterii şi ca obiecte decorative, cristalele au utilizări în fabricarea de aparatură optică şi de înaltă precizie (cuarţ, corindon, feldspaţi), pentru obţinerea sculelor de înaltă duritate (diamant), a pulberilor abrazive (diamant, corindon), la fabricarea ceasurilor (rubin, cuarţ), în industria semiconductorilor (diamant), a laserilor (rubin, safir).
Civilizaţia actuală solicită cantităţi din ce în ce mai mari de pietre preţioase pentru utilizări tehnice iar natura are resurse limitate care pot fi exploatate. Astfel s-a ajuns la obţinerea de pietre preţioase sintetice. Acestea sunt produse de sinteză chimică, obţinute în laborator sau pe cale industrială care au aceeaşi compoziţie şi proprietăţi cu mineralul natural. Spre deosebire de cele naturale, pietrele preţioase sintetice se obţin numai în cristale unicat. În a doua jumătate a secolului trecut s-au pus la punct procedee industriale de flam-fuziune, pentru fabricarea pietrelor preţioase sintetice: diamant, corindon (rubin şi safir), spinel, lapislazuli, carborund, rutil, cuarţ, smarald, malachit.
Centrele mondiale unde se obţin pietrele preţioase sintetice se află în Elveţia, Franţa, Germania, SUA, Rusia şi Anglia. În cantităţi de laborator se obţin în multe alte ţări.