As pedras preciosas podem ser criadas artificialmente em laboratórios usando qualquer um dos vários métodos possíveis de crescimento de cristais. 

Um pouco de história

O vidro é fabricado há milhares de anos. A fabricação de vidro era considerada uma grande arte pelos antigos egípcios, e joias gregas e romanas cravejadas com réplicas de vidro de pedras preciosas podem ser vistas em museus. Ainda hoje o vidro é um substituto amplamente utilizado e popular para gemas coloridas, como rubi, esmeralda, água-marinha e ametista e às vezes pode ser eficaz e atraente. As pedras de vidro são frequentemente colocadas com um suporte de folha metálica. A folha reflete a luz e cria um brilho muito maior do que o vidro sozinho poderia alcançar. Mas o vidro carece da dureza e dispersão de muitas gemas naturais, e a humanidade há muito procura melhores substitutos de gemas.

Uma a uma, durante os últimos cem anos, cada uma das principais gemas foi duplicada em laboratório. Os primeiros a aparecer foram o rubi e a safira, seguidos por espinélio , quartzo , esmeralda, diamante, opala , turquesa e crisoberilo . Essas “gemas sintéticas”, são óptica e quimicamente idênticas às suas contrapartes naturais. A longa lista de sintéticos de pedras preciosas agora inclui água-marinha, berilo dourado e vermelho, granada, zircão, opala, turquesa e muitos outros.

Nos últimos anos, os desenvolvimentos tecnológicos nas áreas de semicondutores e lasers exigiram o desenvolvimento de cristais novos e especiais com propriedades ópticas ou eletrônicas úteis. Alguns deles são coloridos ou possuem outras características adequadas para uso em joias. Essas novas gemas sintéticas não têm equivalentes naturais. São criações de laboratório que estenderam o mundo das pedras preciosas em direções novas e únicas.

É importante lembrar que mesmo os materiais de imitação podem ser tão bons em simular gemas naturais que o olho sozinho não pode dizer a diferença. Uma generalização segura é que, com poucas exceções, a autenticidade e a origem de uma gema não podem ser determinadas a olho nu. A cor não é um critério adequado, porque praticamente qualquer cor pode ser duplicada com a combinação certa de produtos químicos. Os sintéticos podem se assemelhar tanto às gemas naturais que até os gemologistas às vezes são enganados. Os fabricantes podem até tentar adicionar propositalmente inclusões e imperfeições de aparência natural aos seus produtos. A produção de materiais “gem” tornou-se um grande negócio e as técnicas de fabricação tornaram-se uma arte. A detecção de sintéticos é um desafio contínuo e deve ser confiada apenas a um gemologista profissional ou laboratório de gemas. A identificação adequada geralmente requer equipamentos científicos caros e sofisticados que estão muito além do alcance de uma joalheria típica. O joalheiro que pode “autenticar” uma pedra olhando-a contra uma janela iluminada pelo sol muitas vezes está enganando a si mesmo e seu cliente.

Não há nada intrinsecamente errado com gemas sintéticas. Eles tornam as cores e o brilho das melhores pedras preciosas acessíveis a uma grande parte do mercado de amantes de pedras preciosas. Mas as razões para adquirir gemas sintéticas versus naturais são muitas vezes muito diferentes, e os problemas surgem apenas quando um material sintético ou tratado é vendido como pedra natural.

 

 

Crescimento de cristal

Um cristal é caracterizado pela ordem de longo alcance; isto é, os átomos em um cristal estão dispostos em arranjos ou padrões regulares e periódicos (como papel de parede). O objetivo do crescimento do cristal é adicionar mais átomos e perpetuar o padrão. Um cristal de semente é usado para fornecer o modelo básico, e a matéria-prima (átomos soltos) permanece móvel ao ser vaporizada, derretida ou dissolvida em uma solução. Assim, podemos falar de crescimento de vapor, crescimento de fusão, crescimento de fluxo ou crescimento de solução, dependendo do meio usado para cristalização. O crescimento do cristal é alcançado forçando os átomos não ligados no meio de crescimento a se ligarem à semente. Isso é teoricamente relativamente simples de fazer. Tudo o que é necessário é fazer com que o meio de crescimento contenha mais átomos não ligados do que o meio pode suportar a uma temperatura específica. Infelizmente, não é tão fácil fazer os átomos irem exatamente para onde você quer que eles vão. É por isso que algumas pessoas falam da “arte e ciência do crescimento de cristais”.

Nas sociedades humanas, quando as cidades ficam muito populosas, muitas vezes há um êxodo para os subúrbios. Se um meio de crescimento, digamos uma solução, for forçado a conter excesso de material dissolvido a uma determinada temperatura, o sistema pode ficar “fora de equilíbrio” a uma temperatura mais baixa. A direção da mudança espontânea é aquela que “despeja” parte do material dissolvido de volta para fora da solução, como passageiros fugindo do centro lotado em favor do campo tranquilo! Se a “tendência de despejo” for forte o suficiente (por exemplo, uma queda na temperatura), os átomos se unirão e criarão muitos pequenos aglomerados, chamados núcleos. A alternativa à nucleação aleatória e descontrolada é fornecer um modelo, ou cristal de semente, para os átomos “despejados” se ligarem.

O crescimento de cristais é complicado e muitas coisas podem dar errado. À luz disso, é absolutamente incrível que existam gemas.

Uma pedra preciosa é uma massa cristalina transparente e externamente perfeita, (idealmente) livre de imperfeições ou falhas visíveis, de cor uniforme e às vezes de tamanho imenso. Já é bastante difícil cultivar cristais tão perfeitos em um ambiente controlado de laboratório. Não é nada menos que milagroso que, dada a aleatoriedade dos ambientes naturais, existam cristais grandes e perfeitos o suficiente para produzir pedras preciosas.

 

 

Crescimento de vapor

Substâncias melhor cultivadas a partir de vapor são aquelas que passam diretamente de um sólido para um vapor quando aquecidas ou aquelas cujos componentes podem ser facilmente transportados na forma de vapor. Materiais que passam facilmente do sólido para o vapor são chamados de voláteis. Nas técnicas de transporte de vapor, a substância desejada reage (geralmente em alta temperatura) com outro material, e os produtos da reação são ainda mais voláteis do que as substâncias originais. Esses produtos recém-formados são movidos para um novo local, geralmente a uma temperatura mais baixa, onde reagem de maneira inversa para recriar os materiais de partida. Se o procedimento for feito com cuidado, a reação produz cristais únicos. Os cristais cultivados a vapor são caracteristicamente agulhas longas ou placas finas; em alguns casos, o crescimento de cristais produz agregados semelhantes a rendas conhecidos como dendritos (por exemplo, flocos de neve).

CVD

A deposição química de vapor é uma técnica que tem sido usada há décadas para colocar revestimentos finos em superfícies. O mais familiar é o revestimento azul na câmera e nas lentes binoculares. Sua única aplicação gemológica significativa é no cultivo de diamantes (a ser discutido mais adiante).

 

Crescimento de fusão

A maioria dos cristais naturais foi formada em ambientes derretidos nas profundezas da Terra. Os tamanhos dos cristais (grãos) em uma rocha e a maneira como os grãos cresceram juntos são significativos para os geólogos e contam muito sobre a história de resfriamento da rocha. Pedras preciosas, incluindo olivina ( peridoto ), feldspato e outros, são ocasionalmente cortadas de cristais maiores que são encontrados em tais materiais ígneos.

O termo geral para crescimento de fusão é solidificação. Todo mundo cresce cristais de um derretimento. A água, afinal, nada mais é do que gelo derretido, um sólido cristalino que congela (solidifica) a apenas 32°F. Flocos de neve, embora dendritos, são cristais únicos de gelo. No entanto, os cubos de gelo em sua geladeira não são. O congelamento descontrolado de um fundido geralmente resulta na formação de muitos cristalitos minúsculos que crescem todos na mesma taxa geral para preencher o espaço disponível. Um cubo de gelo é, portanto, um agregado policristalino, consistindo de uma miríade de cristais cultivados entre si. Os lingotes de metais fundidos cristalizam da mesma maneira.

O crescimento a partir do fundido é muito conveniente e, em muitos casos, requer equipamento relativamente pouco sofisticado. Este método não é adequado, no entanto, para o cultivo de materiais que contenham água ou componentes voláteis; tais materiais se decompõem em seu ponto de fusão. Em linguagem técnica, um material de “fusão congruente” é aquele que não altera a composição na fronteira entre o estado sólido e líquido e, portanto, pode ser cultivado por um dos seguintes métodos.

A Técnica de Verneuil, ou fusão de chamas, foi desenvolvida no final de 1800 por August Verneuil, um dos grandes pioneiros da síntese de pedras preciosas. Verneuil havia depositado papéis lacrados na Academia de Ciências de Paris em 1891 e 1892. Quando abertos em 1910, esses documentos revelavam os detalhes do trabalho de Verneuil na síntese do rubi, abrindo as portas para a produção em larga escala. O equipamento detalhado por Verneuil foi projetado de forma tão inteligente que as fábricas modernas ainda empregam fornos com essencialmente as mesmas especificações do original. Talvez várias centenas de materiais tenham sido cultivados pelo método de Verneuil, e é uma das menos dispendiosas de todas as técnicas de crescimento de cristais. Os cristais Verneuil são rotineiramente vendidos por apenas alguns centavos por quilate e estão prontamente disponíveis para amadores e lapidadores de gemas.

A principal característica de um forno Verneuil é uma tocha de oxi-hidrogênio ou oxi-acetileno. Um pó da substância a ser cultivada é pingado por essa chama, e as gotas fundidas caem sobre uma haste rotativa, que é retirada lentamente. A taxa de retirada é ajustada cuidadosamente, de modo que as gotículas fundidas “chovendo” na haste solidifiquem de forma controlada e construam um único cristal. A pureza do cristal acabado é uma função do pó inicial e da atmosfera na qual o cristal cresce. A qualidade do cristal Verneuil, ou boule(francês para bola) depende da pureza e do tamanho da partícula do pó de alimentação, da temperatura da chama, da taxa de rotação e retirada da haste de semente e da capacidade de proteger o cristal de correntes de ar. A popularidade do método Verneuil para a produção de cristais é ilustrada pelo fato de que, na década de 1920, as fábricas na Europa estavam produzindo centenas de milhões de quilates de cristais Verneuil anualmente. Entre os materiais de gemas produzidos comercialmente desta forma estão safira, rubi, corindo estrela, espinélio, rutilo, titanato de estrôncio e uma vasta gama de óxidos e outros compostos. 

 

Crescimento do fluxo

A água é gelo derretido e é um solvente eficaz para muitas substâncias familiares a todos nós. No entanto, não é um solvente poderoso o suficiente para dissolver a maioria dos óxidos, silicatos e outros materiais duros. O gelo é um sólido cristalino que derrete a 32°F. Outros sólidos cristalinos podem ser fundidos a temperaturas tão baixas quanto algumas centenas de graus. Se a água (gelo derretido) é um bom solvente, qual é a capacidade de solução de outras substâncias derretidas? Acontece que vários compostos, incluindo bórax, óxido de lítio e óxido de molibdênio, fluoreto de potássio, óxido de chumbo e fluoreto e outras misturas, são solventes poderosos quando fundidos; de fato, alguns produtores de cristais acreditam que deveria ser teoricamente possível encontrar um solvente de sal fundido para qualquer cristal. Os primeiros cristais de gemas, os rubis feitos por Edmund Fremy, foram cultivadas a partir de soluções de sal fundido de corindo. Uma vasta gama de compostos, muitos de interesse gemológico, podem ser cultivados desta forma, incluindo alexandrita e esmeralda.

 

Fonte: Donald Clark: O artigo do Dr. Arem, “Entendendo Sintéticos, Tratamentos e Imitações de Gemas – Gemological Institute of America (GIA).