Physical Properties of Gemstones

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As a gemologist and someone how handles gemstones every day, a lot can be identified about a gem simply by looking at it and using some basic gemological knowledge. People who handle gemstones frequently can identify gems based purely on their physical properties.

Physical Properties Of Gemstones

Weight or Specific gravity (SG)

This relates to how heavy a certain size gemstone feels. For example, a diamond dealer will know that 5.2mm diamond will weigh 0.50 cts and how that gemstone feels in the hand because it has a specific gravity of 3.52. However a diamond stimulant such as Cubic Zirconia (CZ) has a S.G of 5.6, so a CZ of 5mm will feel a lot heavier than a diamond. This technique is known as “heft” and can be practiced by picking up different gemstones everyday and just feeling how heavy it is compared to how big it is. To test this for yourself, if you have something like an opal, feel how heavy it feels in the palm of your hand. Bounce it up and down and get a feeling for it. Then pick up any other gemstone you have. Opal is very light (S.G of 1.45), so even larger opals feel light compared to smaller coloured gemstones.

Harness and the MOHS Scale

Hardness is the resistance of a gemstone to scratching. It is measured on a scale called the MOHS scale. The hardest gemstone is Diamond, with a hardness of 10. Only a diamond can scratch another diamond, nothing else can. Corundum (Sapphire and Ruby) is a 9 so it is also very hard. Quartz has a MOHS of 7, which is a very important hardness number. In jewelery, it is generally recommended to use a gemstone with a hardness of 7 or greater. Why? Well Quartz is a very common mineral on earth, and the air around us actually contains minute particles of Quartz. If you think about how much dust and dirt can get on your ring, you can assume that there is small amount of Quartz on your beautiful ring finger gemstone, so when you wipe that dirt off, the Quartz will scratch whatever surface it is on. If your gemstone has a hardness of 7 or less, it will become scratched and slowly loose its lustre or “shininess”. Since Diamond is the hardest, it explains why Diamonds that are 100 years old still sparkle even to this day. Hardness can be used as a clue when buying certain gemstones. For example, if someone is trying to sell you a white Sapphire (Hardness of 9), and it looks scratched or the facet junctions (where the facet points meet) look like they have eroded away, the question should be asked if this is really a white Sapphire or something else, like glass.

Figure 1 MOHS Scale

Figure 2 Diamond simulant. Very scratched, abraded facets

Durability

This is a very important property of gemstones. Durability can relate to many aspects such as resistance to corrosion, resistance from chemical attack (perfume ect), resistance to mechanical shock and resistance to exposure to light. Lets look at diamond again. It is the hardest gemstone, meaning it cannot be scratched by anything other than Diamond. But it is not very Tough. Diamond has cleavage meaning along certain planes it is weak against mechanic shock. Some gemstones, such as Pearls, which are organic, can be damaged by everyday things such as perfume, perspiration and other chemicals. Pearls require special care such as only wearing them after you have finished putting your makeup on and perfume on, and then at the end of the night, they should be washed in warm soapy water only. This will keep the pearly luster (known as Orient). Another factor for durability concerns exposure to light. This might sound ridiculous, but some gemstones suffer from a reduction in their colour when exposed to sunlight. The most common gemstone to have this property is Kunzite and recently fake Imperial Topaz. Both of these gemstones can be treated via irradiation, and these treated gemstones can reduce in colour when exposed to sunlight. Some gems have been known to even become colourless. Kunzite is commonly known as the “Evening gemstone” for this exact reason. Maxixe is a natural collector gemstone that has the natural property of being a stunning blue when it comes out of the ground and then becoming crystal clear within 30 minutes of exposure to sunlight. Lapis Lazuli is a very tough gemstone and is very durable. This property can be used when looking at Lapis because if the gemstone in question has small divets or smooth breaks, chances are it is not natural lapis but perhaps a synthetic version which is made of a clay type substance (this is made by a company called Gilson from France).

Figure 3 Maxixe: Before and After exposure to sunlight

Figure 4 Rough Lapis shows the granular type fracture

Cleavage

Great name, but it doesn’t mean what you think it means. It refers to a property in some gemstones where there is an atomic weakness along certain planes in the gemstone. These planes can cause the gemstone to break easily when exposed to mechanical shock. Cleavage is identified by “step like” breaks on the gemstone with a very shiny lustre. If a gemstone is broken and it shows a granular fracture (think about a rock breaking like Lapis) then it does not have cleavage. Gemstones can have basal cleavage, such as mica and Topaz, where the weakness is parallel to the base of the crystal. Other gemstones have prismatic cleavage which is a weakness parallel to the crystal faces. Diamond has cleavage that is parallel to the octahedral faces. Kunzite has a great looking cleavage, where it creates small triangular shapes on the surface of the stone. Cleavage can be used to separate crystals that look very similar. For example Topaz and Quartz. Topaz has basal cleavage whereas Quartz has no cleavage. If the base of the crystal has “step like” breaks, then it is a good indication of Topaz.

Figure 5 Step like breaks indicate cleavage in this mineral

Figure 6 Mica has basel cleavage. Slices can be made parallel to the base

Figure 7 Kunzite patterns caused by cleavage. Note the step like shape

Twinning

This is defined as a change in crystal growth direction within a gemstone. Spinel has a beautiful twin (called a contact twin) where the octahedral shape of the Spinel stops and begins growing in another direction. This twining plane can be seen inside a cut gemstone which gives a good indication of the gemstone being natural. Quartz has twining (known is penetration twinning), as can be seen by most Quartz specimens. Amethyst has another twinning known as Brazil Twinning which has been used to spate natural Quartz from the synthetic counterpart. Chrysoberyl has what is called a cyclic twin, where the gem continually changes direction and completes a full circle.

Figure 8 Spinel Twin. The change in crystal direction can be seen

Figure 9 Spinel Twin. Full 180 degree twin

Figure 10: Chrysoberyl cyclic twin

Crystal Habit

This is the physical shape of how the gemstone crystals grow. This is not to be confused with the crystal system of a gemstone. Diamond and Spinel have a crystal habit of Octahedral. Corundum has what is known as the bi-pyramid hexagonal crystal habit. Tourmaline has a round triangle appearance and Garnet is a rhombic dodecahedra. All gemstone habits can be modified and sometimes do not resemble the official crystal habit at all

Figure 11 Garnet Crystal habit

Figure 12 Tourmaline Crystal Habit

Crystal System

This is how the atoms inside the crystal lattice are structured. This property can determine how hard the gemstone is, how the gem reacts to light and even the gemstones durability. The crystal systems are Cubic, Tetragonal, Hexagonal, Trigonal, Orthorhombic, Triclinic and Monoclinic.

Como gemólogo y alguien que maneja piedras preciosas todos los días, se puede identificar mucho acerca de una gema simplemente mirándola y usando algunos conocimientos básicos de gemología. Las personas que manejan piedras preciosas con frecuencia pueden identificar las gemas basándose únicamente en sus propiedades físicas.

Propiedades físicas de las piedras preciosas

Peso o gravedad específica (SG)

Esto se relaciona con qué tan pesada se siente una piedra preciosa de cierto tamaño. Por ejemplo, un comerciante de diamantes sabrá que un diamante de 5,2 mm pesará 0,50 quilates y sabrá cómo se siente esa piedra preciosa en la mano porque tiene una gravedad específica de 3,52. Sin embargo, un estimulante de diamantes como Cubic Zirconia (CZ) tiene un SG de 5,6, por lo que una CZ de 5 mm se sentirá mucho más pesada que un diamante. Esta técnica se conoce como "pesar" y se puede practicar recogiendo diferentes piedras preciosas todos los días y sintiendo lo pesadas que son en comparación con lo grandes que son. Para probar esto por ti mismo, si tienes algo como un ópalo, siente lo pesado que se siente en la palma de tu mano. Rebota hacia arriba y hacia abajo y obtén una sensación. Luego recoge cualquier otra piedra preciosa que tengas. El ópalo es muy liviano (SG de 1.45), por lo que incluso los ópalos más grandes se sienten livianos en comparación con las piedras preciosas de colores más pequeñas.

Arnés y la Escala MOHS

La dureza es la resistencia de una piedra preciosa al rayado . Se mide en una escala llamada escala MOHS. La piedra preciosa más dura es el diamante, con una dureza de 10. Solo un diamante puede rayar a otro diamante, nada más puede hacerlo. Corindón (zafiro y rubí) es un 9 por lo que también es muy duro. El cuarzo tiene un MOHS de 7, que es un número de dureza muy importante. En joyería, generalmente se recomienda utilizar una piedra preciosa con una dureza de 7 o superior. ¿Por qué? Bueno, el cuarzo es un mineral muy común en la tierra, y el aire que nos rodea en realidad contiene partículas diminutas de cuarzo. Si piensa en la cantidad de polvo y suciedad que puede acumularse en su anillo, puede suponer que hay una pequeña cantidad de cuarzo en su hermosa piedra preciosa del dedo anular, por lo que cuando limpie esa suciedad, el cuarzo rayará cualquier superficie en la que esté. Si su piedra preciosa tiene una dureza de 7 o menos, se rayará y perderá lentamente su brillo o "brillo". Dado que el diamante es el más duro, explica por qué los diamantes que tienen 100 años aún brillan hasta el día de hoy. La dureza se puede utilizar como pista al comprar ciertas piedras preciosas. Por ejemplo, si alguien está tratando de venderle un zafiro blanco (Dureza de 9), y se ve rayado o las uniones de las facetas (donde se unen los puntos de las facetas) parecen haberse erosionado, se debe preguntar si esto es realmente un zafiro blanco o algo más, como el cristal.

Figura 1 Escala MOHS

Figura 2 Simulante de diamante. Facetas muy rayadas y desgastadas

Durabilidad

Esta es una propiedad muy importante de las piedras preciosas. La durabilidad puede relacionarse con muchos aspectos, como la resistencia a la corrosión, la resistencia al ataque químico (perfume, etc.), la resistencia al impacto mecánico y la resistencia a la exposición a la luz. Veamos el diamante de nuevo. Es la piedra preciosa más dura, lo que significa que no se puede rayar con otra cosa que no sea el diamante. Pero no es muy resistente. El diamante tiene un significado de división a lo largo de ciertos planos, es débil contra el choque mecánico. Algunas piedras preciosas, como las perlas , que son orgánicas, pueden dañarse con cosas cotidianas como perfumes, transpiración y otros productos químicos. Las perlas requieren un cuidado especial, como usarlas solo después de que haya terminado de maquillarse y perfumarse, y luego, al final de la noche, deben lavarse solo con agua tibia y jabón. Esto mantendrá el brillo nacarado (conocido como Oriente). Otro factor para la durabilidad se refiere a la exposición a la luz. Esto puede sonar ridículo, pero algunas piedras preciosas sufren una reducción en su color cuando se exponen a la luz solar. La piedra preciosa más común que tiene esta propiedad es la kunzita y, recientemente, el topacio imperial falso. Ambas piedras preciosas se pueden tratar mediante irradiación, y estas piedras preciosas tratadas pueden reducir su color cuando se exponen a la luz solar. Se sabe que algunas gemas incluso se vuelven incoloras. La kunzita se conoce comúnmente como la "piedra preciosa de la tarde" por esta misma razón. Maxixe es una piedra preciosa de colección natural que tiene la propiedad natural de ser de un azul impresionante cuando sale de la tierra y luego se vuelve cristalina dentro de los 30 minutos de exposición a la luz solar. El lapislázuli es una piedra preciosa muy resistente y muy duradera. Esta propiedad se puede usar cuando se observa el lapislázuli porque si la piedra preciosa en cuestión tiene pequeñas inserciones o roturas suaves, lo más probable es que no sea lapislázuli natural, sino quizás una versión sintética que está hecha de una sustancia de tipo arcilla (esto lo hace una compañía llamada Gilson de Francia).

Figura 3 Maxixe: antes y después de la exposición al sol

Figura 4 Rough Lapis muestra la fractura de tipo granular

Escote

Gran nombre, pero no significa lo que crees que significa. Se refiere a una propiedad en algunas piedras preciosas donde existe una debilidad atómica a lo largo de ciertos planos en la piedra preciosa. Estos planos pueden hacer que la piedra preciosa se rompa fácilmente cuando se expone a golpes mecánicos. El escote se identifica por roturas "escalonadas" en la piedra preciosa con un brillo muy brillante. Si una piedra preciosa se rompe y muestra una fractura granular (piense en una roca que se rompe como el lapislázuli), entonces no tiene escisión. Las piedras preciosas pueden tener un escote basal, como la mica y el topacio , donde la debilidad es paralela a la base del cristal. Otras piedras preciosas tienen un escote prismático que es una debilidad paralela a las caras del cristal. El diamante tiene una división paralela a las caras octaédricas. Kunzite tiene un escote de gran apariencia, donde crea pequeñas formas triangulares en la superficie de la piedra. La escisión se puede usar para separar cristales que se ven muy similares. Por ejemplo Topacio y Cuarzo. El topacio tiene división basal mientras que el cuarzo no tiene división. Si la base del cristal tiene roturas tipo “escalón”, entonces es una buena indicación de Topacio.

Figura 5 Las roturas escalonadas indican la escisión en este mineral

Figura 6 La mica tiene división en basel. Las rebanadas se pueden hacer paralelas a la base.

Figura 7 Patrones de kunzita causados por clivaje. Tenga en cuenta la forma de paso

hermanamiento

Esto se define como un cambio en la dirección de crecimiento del cristal dentro de una piedra preciosa. Spinel tiene un hermoso gemelo (llamado gemelo de contacto) donde la forma octaédrica de Spinel se detiene y comienza a crecer en otra dirección. Este plano entrelazado se puede ver dentro de una piedra preciosa cortada, lo que da una buena indicación de que la piedra preciosa es natural. El cuarzo tiene maclas (conocidas como maclas por penetración), como puede verse en la mayoría de los especímenes de cuarzo. La amatista tiene otro hermanamiento conocido como Hermanamiento de Brasil que se ha utilizado para separar el cuarzo natural de la contraparte sintética. Chrysoberyl tiene lo que se llama un gemelo cíclico, donde la gema cambia continuamente de dirección y completa un círculo completo.

Figura 8 Espinela Gemela. El cambio en la dirección del cristal se puede ver

Figura 9 Espinela Gemela. Gemelo completo de 180 grados

Figura 10: macla cíclica de crisoberilo

Hábito de cristal

Esta es la forma física de cómo crecen los cristales de piedras preciosas. Esto no debe confundirse con el sistema de cristal de una piedra preciosa. El diamante y la espinela tienen un hábito cristalino octaédrico. El corindón tiene lo que se conoce como el hábito de cristal hexagonal bipiramidal. La turmalina tiene una apariencia de triángulo redondo y el granate es un dodecaedro rómbico. Todos los hábitos de piedras preciosas se pueden modificar y, a veces, no se parecen en nada al hábito de cristal oficial.

Figura 11 Hábito Cristal Granate

Figura 12 Hábito de cristal de turmalina

Sistema de cristal

Así es como se estructuran los átomos dentro de la red cristalina. Esta propiedad puede determinar qué tan dura es la piedra preciosa, cómo reacciona la gema a la luz e incluso la durabilidad de las piedras preciosas. Los sistemas cristalinos son Cúbico, Tetragonal, Hexagonal, Trigonal, Ortorrómbico, Triclínico y Monoclínico.

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