Científicos españoles descubren la razón del diferente color del rubí y la esmeralda

Los especialistas -físicos, químicos y geólogos- se han preguntado muchas veces a lo largo de los últimos 50 años cuál es la razón de que dos de las más importantes piedras preciosas, el rubí y la esmeralda, que teóricamente deberían de tener el mismo color, lo tengan tan diferente: rojo y verde respectivamente. La explicación ha venido de la mano de físicos de la Universidad de Cantabria y no es sencilla, porque modifica uno de los supuestos básicos para la atribución del color en sólidos cristalinos aislantes. Se ha publicado en Physical Review Letters.

El rubí y la esmeralda no tienen igual composición (aunque ambos contienen aluminio) ni estructura, pero eso no importa para el color, porque lo que determina las propiedades ópticas de un material aislante son las impurezas, en este caso el catión cromo 3+, que es común a ambas piedras. Hay que recordar algunos conceptos básicos para entender la explicación. Y es el que el color refleja el salto de electrones entre dos niveles en un átomo cuando pasa del estado fundamental a otro excitado. "Es el cromo el que otorga el color porque tiene una estructura de capa abierta que sustituye en estas piedras al aluminio, que es de capa cerrada", recuerda Miguel Moreno, que ha dirigido el trabajo. "Hay que tener en cuenta que el óxido normal de aluminio, en forma de cristal, que es como el rubí pero sin impurezas, es transparente".

Cada ión de cromo, que siempre se incluye en el mismo lugar en la estructura cristalina del mineral, está rodeado, tanto en el rubí como en la esmeralda, de seis iones de oxígeno, llamados ligandos, con los que forma un complejo de transición. "La idea hasta ahora era que el color depende de los primeros vecinos, en este caso los átomos de oxígeno", explica Moreno. Como, tanto en el rubí como en la esmeralda, el complejo es el mismo, la explicación ofrecida, ya en 1957, por L. E. Orgel para la diferencia de color fue que las distancias entre el cromo y los iones de oxígeno son distintas en ambas piedras preciosas.

Esa explicación, que Moreno, especialista en los efectos de impurezas en los sólidos, siempre consideró poco convincente "porque son materiales duros, en los que es difícil que las distancias sean muy distintas", estuvo en vigor hasta hace poco menos de un año. Con una técnica para el estudio de impurezas (desarrollada a partir los años ochenta) científicos franceses midieron esas distancias y concluyeron que son iguales en ambas gemas.

El equipo de Cantabria, formado además por Juan María García Lastra, María Teresa Barriuso y José Antonio Aramburu, empezó entonces a buscar otra explicación. La encontró en la influencia del campo eléctrico del resto de la red cristalina en el complejo de cromo y oxígeno. Aunque una piedra preciosa, como cualquier otro sólido cristalino, parezca algo sin actividad -hacia fuera el cristal es neutro- "sin embargo, en el interior existen campos muy fuertes, de millones de voltios por centímetro", recuerda Moreno.

Hechos los cálculos pertinentes, todo indicó que habían llegado a la hipótesis correcta. "En la esmeralda la brecha (el salto en términos de energía) es más pequeña que en el rubí debido al campo eléctrico del resto de la red, que es distinto en uno y otro cristal". El resultado es que en ambos se absorbe la parte azul-violeta del espectro luminoso, pero en la esmeralda se absorbe también la parte roja, con lo que queda el verde, y en el rubí se absorbe la parte verde, por lo que queda el rojo. Los investigadores están ahora confirmando su hipótesis en otras piedras preciosas, formadas por diferentes óxidos de aluminio, como la alexandrita o la espinela, con resultados positivos.