Pequenos polarons ligados e centros de cor em topázio

Exportado OPUSMade available in DSpace on 2019-08-11T22:31:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 leonardogentil_dis..pdf: 1246692 bytes, checksum: d10d2d772d465f4a62f303739c856155 (MD5) Previous issue date: 4Neste 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.In the present work we studied the color beneficiation processes of colorless topaz, an abundant gemstone in Brazil. Blue topaz is the most internationally traded gemstone in the gem and market, reaching about 100 million carats per year. Almost 100% of blue topaz received some treatment to improve the color that, generally, involves some type of irradiation and heat treatment. Although these treatments havebeen done for more than forty years, we still know very little about the center causer of the color and details of physical processes for their creation, thus generating the motivation for this work Topaz has the chemical formula Al2SiO4(F,OH)2 with orthorhombic symmetry and, mostly, it is naturally colorless. For this work we used samples from four regions of Brazil: Tocantins, Rondônia, Marambaia (Minas Gerais) and Hematita (Minas Gerais). We treated these samples with gamma radiation, with fast electrons and neutrons, and thermal treatments. For characterization, we have used Optical Absorption (OA), in the region of light in the visible spectrum, and Electron Paramagnetic Resonance (EPR). By EPR, we identified four paramagnetic centers in topaz (Fe3+, O2 -, X and O-) and analyzed their behavior with the treatments. The centers Fe3+ and O2 - show no relation with the color of topaz, the first being an impurity substituting Al3+ ions and the second created by fast neutrons. The X center is produced by gamma rays and related to the brown color, both presenting low thermal stability. Its concentration strongly depends on the origin of the sample. We showed that the O- center is the cause of blue color and it can be created using gamma radiation, electrons or fast neutrons, the generation with fast neutrons and electrons being more efficient and not depending on the origin of topaz. The production of O- and X centers is independent and their optical absorption bands were explained through the model of small bound polarons, which means charge transfers (holes) between equivalent oxygen sites. The first polaron, O-, causes an optical absorption band at 620 nm and involves six oxygens in octahedral symmetry, while the second, X, causes a band at 460 nm and involves four oxygens in tetrahedral symmetry