Pietre prețioase cultivate în laborator

Un material prețios sintetic este cel creat în laborator, dar care împărtășește practic toate caracteristicile chimice, optice și fizice ale omologului său mineral natural, deși în unele cazuri, anume turcoazul sintetic și opalul sintetic, pot fi prezente compuși suplimentari.

Cristalele prețioase sintetice sunt fabricate încă de la sfârșitul anilor 1800, iar producția lor este adesea marcată de o nevoie de ele în aplicații industriale în afara industriei bijuteriilor. Primul succes a fost producerea rubinului sintetic de calitate pentru șlefuire. Cristalele sintetice sunt utilizate în comunicații și tehnologie laser, microelectronică și abrazive. Deoarece materialele sintetice pentru aplicații de bijuterii pot fi „făcute la comandă” [adică culoare și formă cristalină consistente], având ingredientele potrivite, timpul și facilitățile pentru a le crește, este probabil să fie mult mai puțin rare decât pietrele prețioase naturale de dimensiune, claritate și saturație a culorii egale. Din această cauză, și pentru că este posibil să le confundați cu pietre prețioase care apar în mod natural, există linii directoare stricte privind modul în care sunt comercializate și vândute.

În Statele Unite, Comisia Federală pentru Comerț (Federal Trade Commission) impune ca orice material prețios produs într-un laborator să fie descris într-un mod care să nu lase nicio îndoială că nu a fost produs în mod natural. Este considerată o practică înșelătoare dacă originea unui material prețios sintetic nu este clar divulgată pe tot parcursul canalului de distribuție la momentul vânzării, de la producător la consumator. Există, de asemenea, o serie de organizații din industrie, cum ar fi American Gem Trade Association (AGTA), International Colored Gemstone Association (ICA) și World Jewellery Confederation (CIBJO), care au formulat linii directoare specifice pentru membrii lor privind divulgarea pietrelor prețioase sintetice la momentul vânzării. În ultimul deceniu, au fost comercializate mai puține tipuri noi de materiale prețioase create de om. Acest lucru sugerează că repertoriul materialelor prețioase sintetice este aproape de a-și atinge limita în ceea ce privește crearea de materiale noi, dar nu este limitat în producție, care este încă foarte semnificativă. În timpul ultimului secol, cercetătorii au dezvoltat o serie de modalități diferite de a crea aceste materiale prețioase sintetice în laborator. Majoritatea acestor metode se încadrează în două categorii majore – topire sau soluție.

În procesele de topire, compoziția chimică a topiturii este aceeași cu compoziția cristalului rezultat. În procesele de soluție, soluția sau topitura are o compoziție chimică diferită de cea a cristalului rezultat. Constituenții sunt dizolvați în soluție sau topitură la temperatură înaltă, iar cristalul se formează inițial pe un cristal-germene pe măsură ce temperatura topiturii este scăzută. Unele dintre principalele procese sintetice includ:

Procesul Flame Fusion sau Verneuil (procesul de topire)

Primele pietre prețioase sintetice de succes comercial au fost create prin procesul de fuziune cu flacără. Acest proces implică aruncarea de substanțe chimice pulverulente printr-o flacără de înaltă temperatură, unde se topesc și cad pe un piedestal rotativ pentru a produce un cristal sintetic. Astăzi, rămâne cel mai puțin costisitor și cel mai comun mod de a produce pietre prețioase precum corindonul și spinelul sintetic.

Tragerea cristalelor sau procesul Czochralski (procesul de topire)

Metoda de tragere a apărut la începutul anilor 1900. În acest proces, nutrienții sunt topiți într-un creuzet, iar cristalul sintetic crește dintr-o sămânță care este scufundată în topitură și apoi este trasă încet din topitură pe măsură ce crește. Pietrele prețioase sintetizate prin metoda de tragere includ alexandritul sintetic, crisoberilul, corindonul și granatul.

Creștere flux (proces în soluție)

Astăzi, unele pietre prețioase sintetice, precum smaraldul, rubinul, safirul, alexandritul și spinelul, pot fi create printr-un proces de creștere prin flux. Fluxul este un material solid care, atunci când este topit, dizolvă alte materiale în același mod în care apa dizolvă zahărul. Pe măsură ce soluția chimică dizolvată se răcește treptat, se formează cristale sintetice.

Cultivarea unei pietre prețioase sintetice prin metoda fluxului necesită răbdare și o investiție semnificativă. Creșterea cristalelor poate dura până la un an, iar echipamentul este foarte scump. Dar rezultatele, mai ales în cazul smaraldului, merită pe deplin timpul și efortul.

Creștere hidrotermală (proces în soluție)

Asemenea procesului cu flux, procesul de creștere hidrotermală este lent și costisitor. Dar este singura metodă pentru cultivarea cu succes a cuarțului sintetic. Acest proces necesită căldură și presiune și imită condițiile din adâncurile pământului care duc la formarea pietrelor prețioase naturale. Nutrienții sunt dizolvați într-o soluție apoasă, iar apoi cristalele sintetice se formează pe măsură ce soluția se răcește.

În timp ce lista următoare cuprinde materialele sintetice comune, de-a lungul anilor au existat și pietre prețioase sintetice experimentale. Acestea includ malachitul, spinelul sintetic cu schimbare de culoare și altele. Dar, deoarece natura produce aceste produse mai ușor, ele nu sunt des întâlnite astăzi.

Diamant sintetic

Aceste diamante, crescute în laborator, împărtășesc majoritatea caracteristicilor omologilor lor naturali: sunt în esență carbon.

Depunere chimică în fază de vapori (CVD) – creșterea diamantului într-o cameră de vid datorită unei reacții chimice care eliberează atomi de carbon care se depun pe plăci de semințe de diamant.

Presiune înaltă, temperatură înaltă (HPHT) – creșterea diamantului dintr-un flux topit care dizolvă carbonul la temperaturi mai ridicate, iar diamantele se formează pe cristale de semințe într-o porțiune cu temperatură mai scăzută a camerei de creștere.

Corindon sintetic (larg disponibil)

Corindonul sintetic, care include rubinul și safirul, poate fi obținut printr-o multitudine de procese. Din acest motiv, corindonul sintetic este disponibil la numeroase niveluri de preț, de la foarte accesibil la foarte scump.

Rubin

La sfârșitul anilor 1800, rubinul a devenit prima piatră prețioasă creată în laborator de către Auguste Verneuil. În 1902, el a anunțat dezvoltarea procesului său de fuziune cu flacără pentru sintetizarea acestei pietre prețioase.

Safir

Unele dintre cele mai vechi exemple de safire sintetice se regăsesc în piese originale de bijuterii art nouveau și art deco. Multe safire sintetice sunt încă fabricate prin fuziune cu flacără, dar safirele cultivate în flux sunt disponibile încă din anii 1960. Safirele sintetice cultivate în flux, trase și hidrotermale pot fi substitute foarte convingătoare pentru gema naturală. Safirul sintetic cu schimbare de culoare, realizat pentru a imita alexandritul, este popular încă de la începutul anilor 1900. Incluziunile induse au cauzat efecte de stea în unele rubine și safire sintetice.

Smaraldul sintetic (disponibil pe scară largă) și alte beriluri (rare)

Berilul sintetic este disponibil în multe culori, inclusiv galben, roșu, albastru (acvamarin) și verde (smarald). La sfârșitul anilor 1980 și anii 1990, Rusia a devenit un producător semnificativ al acestor pietre prețioase sintetice și este încă un furnizor major de pietre prețioase crescute hidrotermal, cum ar fi berilul sintetic și corindonul sintetic, alături de altele precum diamantul sintetic și alexandritul sintetic.

Smarald – la sfârșitul anilor 1930, oamenii de știință au sintetizat în cele din urmă o versiune cu creștere în flux, profitabilă comercial, a acestei pietre prețioase de un verde intens. Smaraldul sintetic hidrotermal pentru bijuterii a apărut în 1960.

Cuarțuri sintetice (disponibile pe scară largă)

Cuarțul de calitate gemă, cum ar fi citrinul, cuarțul roz, cuarțul fumuriu și ametistul, este atractiv. Însă cuarțul natural de calitate gemă este abundent, astfel că raritatea nu este motivul pentru care cercetătorii și-au dat osteneala să dezvolte o modalitate de a sintetiza cuarț de calitate gemă. Motivul este că acesta joacă un rol cheie în tehnologie. Poate genera un curent electric atunci când este supus presiunii și poate vibra cu precizie ca răspuns la curentul alternativ. Aceste virtuți sunt puse în practică la ceasuri, pendule, echipamente de comunicații, filtre și oscilatoare.

Ametist: Ametistul crescut în laborator și alte varietăți sintetice de cuarț și-au găsit locul în bijuterii după ce au fost dezvoltate pentru aplicații industriale. Primul cuarț hidrotermal a apărut în laboratoare în anii 1890. Abia în timpul celui de-al Doilea Război Mondial cuarțul sintetic a devenit disponibil pe scară largă în comerț.

 

Spinel Sintetic (disponibil pe scară largă)

La începutul secolului al XX-lea, cercetătorii care încercau să obțină safir albastru sintetic au produs accidental spinel albastru sintetic. De atunci, spineliul sintetic a fost utilizat în mod obișnuit ca înlocuitor pentru multe pietre prețioase naturale. În anii 1990, un nou spinel sintetic, produs în Rusia prin metoda fluxului, a fost introdus într-o varietate de culori, inclusiv roșu, o culoare care nu era larg disponibilă prin vechiul proces de fuziune cu flacără.

Opal sintetic (întâlnit ocazional)

În anii 1970, Compania Gilson a dezvoltat un proces în trei etape pentru a crea opal sintetic convingător. În primul rând, sfere microscopice de silice sunt create prin precipitare. Apoi, sferele se depun în apă acidă timp de mai mult de un an. În cele din urmă, o presă hidrostatică consolidează sferele fără a distorsiona aranjamentul stratificat care creează jocul de culori al opalului.

Alexandrit sintetic (rar)

Deoarece nu există suficient alexandrit natural pentru a satisface cererea, diverse materiale sintetice au apărut pe piață în ultimele decenii. Alexandritul a fost sintetizat printr-o serie de procese diferite, inclusiv Czochralski, zonă flotantă și flux. De asemenea, corindonul sintetic cu schimbare de culoare este adesea folosit pentru a imita alexandritul natural. În cazuri rare, spinelul sintetic cu schimbare de culoare poate fi întâlnit pe piață.