4.2: Reemplazo Isomorfo

El reemplazo isomorfo es el reemplazo de ciertos elementos en una piedra preciosa por otro elemento de la misma valencia, sin que la gema cambie de forma. La palabra isomorfo proviene de iso (mismo) y morph (forma). Así, aunque la composición química de la piedra preciosa cambia, la forma cristalina no. La variedad favorita de piedras preciosas que se utiliza para explicar este fenómeno es el grupo granate.

Básico

Al explicar el reemplazo isomorfo, el grupo granate es el más adecuado para la ilustración.

Se pueden dividir los granates en dos grupos principales (consultar el granate para una explicación detallada).

1. Piralineo (piropo - almandina - spessartina)
2. Ugrandita (uvarovita - grosular - andradita)

Cada miembro de estos dos grupos tiene una composición química “ideal”. Por ejemplo, para los piralspitas esto será:

• Piropo - silicato de magnesio y aluminio
• Almandina - silicato de hierro y aluminio
• Spessartine - silicato de manganeso y aluminio

En la lista de pyralthough anterior, el primer elemento mencionado cambia de miembro a miembro. Sin embargo, en la naturaleza nunca se encontrará un granate piropo con una composición química tan pura. En cambio, durante el crecimiento se mezclaron otros elementos —presentes en la masa fundida a partir de la cual creció el piropo—.

Cuando se mezcla hierro (como se ve en la almandina, arriba) durante el crecimiento de un granate piropo, se obtendría un silicato de magnesio-hierro y aluminio. Parte del contenido de magnesio en el piropo fue reemplazado por hierro.

Es la cantidad de contenido de magnesio/hierro lo que define la línea distintiva entre piropo y almandina. Cuando hay abundancia de magnesio en la composición química, es un piropo. Cuando el hierro es dominante, es el granate almandina.

Cuando la mezcla está en algún punto intermedio, la nombramos granate piropeo-almandina. (Estas mezclas pueden tener algunos nombres exóticos, como la rodolita, que aquí no son de importancia). Cabe señalar que los límites donde es un piropo o donde es una almandina están bajo fuerte debate.

Figura\(\PageIndex{1}\): Cronología del reemplazo isomorfo de magnesio/hierro en pirope-almandina

Como se puede ver en la imagen “timeline” que muestra la sustitución del magnesio por hierro, las propiedades físicas y ópticas de la piedra preciosa también cambian. En este ejemplo (pirope-almandina), señalar que el índice de refracción y la gravedad específica aumentan.

En el ejemplo anterior, el piropo (magnesio) y la almandina (hierro) son dos “miembros finales” con todo un rango de posibles valores intermedios, dependiendo de la cantidad de magnesio o hierro que esté presente en esa piedra preciosa específica.

Figura\(\PageIndex{2}\): Triángulo de Pyralspite

También se podrían dibujar “líneas de tiempo” entre el piropo y la espessartina, o entre la almandina y la espessartina. A partir del “triángulo piraldespecho”, es obvio que entre los 3 “miembros finales” del grupo pyralspite cada valor es posible y que las propiedades físicas y ópticas varían en gran longitud.

Esto último es muy importante de recordar a la hora de probar granates, ya que ningún valor será el mismo. En cambio, los valores caerán dentro de un “rango”. De hecho, incluso puede haber una mezcla de los tres miembros finales.

De igual manera, se pueden dibujar líneas de tiempo y un triángulo para los granates ugranditos, e incluso puede haber elementos del piral presentes en los granates ugranditos. Las posibilidades son casi ilimitadas.

El hábito del granate, sin embargo, no cambia.

Nota

La mezcla de elementos ocurre en el momento de la formación de la piedra preciosa, no después. Por lo que el reemplazo isomorfo no ocurre después de la cristalización.

Valencia en reemplazo isomorfo

La fórmula química del granate es L ₃ M ₂ (SiO ₄) ₃, lo que significa que el primer elemento tiene una valencia de 2 ⁺. Los elementos con la misma valencia pueden reemplazarse fácilmente entre sí para formar nuevos enlaces químicos, como en el caso del granate. No se debe confundir la presencia de oligoelementos con el reemplazo isomorfo. Los oligoelementos no forman parte de la composición química “ideal”.

Piedras preciosas isomórficas

Además del granate, existen otras variedades de piedras preciosas que muestran reemplazo isomórfico:

• Granate
• Espinela
• Olivino (peridoto)
• Feldespato plagioclasa

Avanzada

Cuando se juntan dos iones, hay una distancia donde una fuerza de repulsión se establece abruptamente y resiste cualquier acercamiento más cercano. Es conveniente considerar los iones como “esferas” en contacto, y la distancia entre sus centros se toma como la suma de los radios de los dos iones. Los aniones, como un ion oxígeno, tienen radios iónicos grandes, mientras que los cationes tienen radios que son mucho más pequeños.

Los cationes comunes que entran en la estructura de los cristales son a menudo aquellos con radios de tamaño similar y pueden reemplazarse entre sí dentro de la estructura sin forzar indebidamente la red espacial. Esto explica el fenómeno del isomorfismo y el reemplazo isomórfico.

En los grupos granate y espinela, la magnesia (MgO) y el óxido ferroso (FeO) se reemplazan ampliamente entre sí. Asimismo, la alúmina (Al ₂ O ₃) y el óxido férrico (Fe ₂ O ₃) pueden reemplazarse fácilmente entre sí dentro de la red cristalina. Cuando se lleva a cabo tal reemplazo, puede haber una variación significativa en la composición química sin afectar mucho la estructura interna. Esto explica el hecho de que, en ciertas piedras preciosas de la misma especie, la gravedad específica y los índices de refracción no son constantes de espécimen a ejemplar. En algunas especies como granate, espinela, turmalina y algunos miembros del grupo berilo (como berilo, stoppaniita, indialita y bazzita), los valores de índice de refracción y gravedad específica pueden variar dentro de parámetros amplios. Este es un factor importante a tener en cuenta a la hora de probar piedras preciosas.

Fuentes

• Nombrar Granates Gema - W. Wm. Hanneman, Ph.D.