Dissertação de Mestrado #438: Leonardo Ribeiro
Pequenos polarons ligados e centros de cor em topazio
Autor: Leonardo Gentil Menezes Ribeiro
Banca Avaliadora
Klaus Krambrock (orientador), Física
UFMG
Aríete Righi, Física
UFMG
Hélio Chacham, Física
UFMG
Maurício Veloso Brant Pinheiro, Física
UFMG
Orientadores
Klaus Krambrock (orientador)
Departamento de Física - UFMG
Resumo do Trabalho
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^Ögema 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.