Pequenos polarons ligados e centros de cor em topázio

• Autor(a) principal: Leonardo Gentil Menezes Ribeiro
• Data de Publicação: 2010
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/IACO-8A8QYM
• topic: Resonância paramagnética eletrônica; Topázio irradiado; Pequenos polarons ligados; Absorção óptica; Polarons; Resonância paramagnética eletrônica; Topázio irradiado; Absorção óptica; Física; Polarons

Neste trabalho, estudamos os processos de beneficiamento da cor de topázio incolor, mineral-gema abundante no Brasil. O topázio de cor azul é o mineral-gema mais comercializado internacionalmente no mercado de gemas e jóias, atingindo cerca de 100 milhões de quilates por ano. Quase 100% dos topázios azuis recebem algum tipo de tratamento para a melhoria da cor que, em geral, envolve algum tipo de irradiação e tratamento térmico. Apesar de estes tratamentos serem feitos há mais de quarenta anos, ainda se sabe muito pouco sobre o centro causador da cor e os detalhes dos processos físicos para sua criação, gerando assim a motivação para o presente trabalho. O topázio possui fórmula química Al2SiO4(F,OH)2 com simetria ortorrômbica e, em sua grande maioria, é naturalmente incolor. Para este trabalho, utilizamos amostras de quatro regiões brasileiras: Tocantins, Rondônia, Marambaia (Minas Gerais) e Hematita (Minas Gerais). Tratamos essas amostras com radiação gama, com elétrons rápidos e com nêutrons, além da realização de tratamentos térmicos. Para a caracterização foram utilizadas as técnicas de Absorção Óptica (AO) na região da luz no espectro visível e Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR). Através da EPR, identificamos quatro centros paramagnéticos em topázio (Fe3+, O2-, X e O-) e analisamos seus comportamentos com os tratamentos utilizados. Os centros Fe3+ e O2- não mostram relação com a cor do topázio, sendo o primeiro uma impureza substituindo íons de Al3+ e o segundo criado por nêutrons rápidos. O centro X é produzido por raios gama e relacionado com a cor marrom, ambos apresentando baixa estabilidade térmica. Sua concentração depende fortemente da origem da amostra. Mostramos que o centro O- é o causador da cor azul e pode ser criado através de radiação gama, elétrons ou nêutrons rápidos, sendo que a geração com elétrons e nêutrons rápidos é mais eficiente e independe da origem do topázio. A produção dos centros O- e X é independente e as suas bandas de absorção óptica foram explicadas através do modelo de pequenos polarons ligados, que significam transferências de cargas (buracos) entre sítios equivalentes de oxigênio. O primeiro polaron, O-, causa uma banda de absorção óptica em 620 nm e envolve seis oxigênios em simetria octaédrica, enquanto o segundo, X, causa uma banda em 460 nm e envolve quatro oxigênios em simetria tetraédrica.