Como a ostra produz a pérola?

A pérola é o resultado de uma reação natural do molusco contra invasores externos, como certos parasitas que procuram reproduzir-se em seu interior. Para isso, esses organismos perfuram a concha e se alojam no manto, uma fina camada de tecido que protege as vísceras da ostra. Ao defender-se do intruso, ela o ataca com uma substância segregada pelo manto, chamada nácar ou madrepérola, composta de 90% de um material calcário - a aragonita (CaCO3) -, 6% de material orgânico (conqueolina, o principal componente da parte externa da concha) e 4% de água. Depositada sobre o invasor em camadas concêntricas, essa substância cristaliza-se rapidamente, isolando o perigo e formando uma pequena bolota rígida. As pérolas perfeitamente esféricas só se formam quando o parasita é totalmente recoberto pelo manto, o que faz com que a secreção de nácar seja distribuída de maneira uniforme. "Mas o mais comum é a pérola ficar grudada na concha, como uma espécie de verruga.
Por isso, as esféricas são tão valiosas", diz o biólogo Luís Ricardo Simone, do Museu de Zoologia da Universidade de São Paulo (USP). O tempo médio de maturação de uma pérola é de três anos. Como a ostra já se defende muito bem de invasores com sua concha, o fenômeno é raro, acontecendo, na natureza, em apenas um em cada 10 000 animais. No início do século XX, os japoneses inventaram uma forma simples de acelerar o processo, introduzindo na ostra uma pequena bola de madrepérola, retirada de uma concha, com cerca de três quartos do tamanho final desejado. O resultado é tão bom que, mesmo para um especialista, é difícil distinguir a pérola natural da cultivada. Substâncias presentes na água também podem ser incorporadas à pérola, por isso sua cor varia de acordo com o ambiente, gerando as mais diversas tonalidades. A pérola é a única gema de origem animal.
Até o século XVII, não existia tecnologia para polir pedras preciosas como rubis e esmeraldas, por isso as pérolas eram um dos maiores símbolos de riqueza e poder, usadas como adorno nas mais valiosas jóias da época.
A cor da pérola varia conforme as condições ambientais e a saúde da ostra: as mais comuns são rosa, creme, branca, cinza e preta
As formas da pérola dependem do formato do invasor e do local onde ele se instala. As esféricas são as mais raras e, conseqüentemente, mais valiosas

Cerco aos penetras Organismos que invadem a concha iniciam o processo de formação da pérola 1. Depois de perfurar a concha, o parasita invasor entra em contato com o manto - tecido de defesa da ostra - e causa uma irritação no interior do molusco
2. O manto imediatamente parte para a reação defensiva, dobrando-se sobre o parasita de forma a deixá-lo completamente isolado
3. A defesa se completa com a secreção do nácar, ou madrepérola, a mesma substância que produz a concha. Ela é depositada sobre o invasor, formando uma camada protetora
4. Mesmo depois de isolada a fonte do incômodo, a pérola continua crescendo, pois a ostra não pára de secretar o nácar

O que define se uma pedra é preciosa ou semipreciosa?

Para começo de conversa, essa distinção há muito tempo perdeu sua validade científica. Toda pedra usada como ornamento por sua beleza, durabilidade e raridade, deve ser chamada só de gema. A beleza de uma gema é determinada por um conjunto de fatores como cor, transparência, brilho, efeitos ópticos especiais (variação de cores, dispersão da luz, opalescência); enquanto a durabilidade está relacionada à resistência a ataques químicos e físicos. A raridade com que uma pedra ocorre na natureza é outro fator importante na determinação de seu valor comercial. No entanto, a tradição e a moda podem influenciar decisivamente no preço final. Assim, o diamante — que não é uma das gemas mais raras na natureza - costuma ter um alto valor de mercado por ser uma das pedras mais antigas e tradicionais para uso em jóias, ou seja: ele nunca sai de moda.
A grande maioria das gemas são minerais, classificados de acordo com a seguinte divisão: substâncias cristalinas (diamante, topázio, ametista, esmeralda, água-marinha); substâncias amorfas (como opala e vidro vulcânico); substâncias orgânicas (pérola, coral, âmbar) e rochas (lápis-lazúli, turquesa e outras). Todas essas substâncias são naturais. Além delas, há hoje no mercado um grande número de produtos parcial ou totalmente fabricados pelo homem, tentando reproduzir o brilho e a beleza desses minerais. São as gemas sintéticas: chamadas de revestidas, reconstituídas ou compostas.
A denominação "pedra preciosa" costumava ser usada apenas para o diamante, a esmeralda, o rubi e a safira, por serem as mais conhecidas e apreciadas desde a antigüidade; as demais eram denominadas popularmente de semipreciosas. "Esses termos são artificiais e confusos desmerecendo gemas como opala, água-marinha, crisoberilo, ametista ou alexandrita, entre outras pedras de grande beleza, apreciadas no mundo todo. Por isso, a distinção entre pedras preciosas e semipreciosas deve ser evitada, usando-se o termo gema"......

Como funciona uma mina de diamantes?

Na maioria dos casos, máquinas gigantes escavam em busca das pedras preciosas, que são separadas do cascalho pelo peso e identificadas por um sofisticado sistema de raios x. As minas são criadas em regiões com alta concentração de um tipo de rocha, denominado pelos geólogos de kimberlito. Esse material é formado pelo resfriamento do magma, que chegou até a superfície há milhões de anos, carregando elementos de regiões profundas da Terra. Feitos de carbono submetido a altíssima pressão, os diamantes foram forjados até 200 km abaixo da superfície há pelo menos 3 bilhões de anos. O tipo mais comum de mina é o de poço aberto – como a representada no infográfico a seguir –, baseada na escavação do kimberlito, e a maioria delas está na África. No Brasil, a produção se concentra em minas formadas por erosão de kimberlito. As águas de rios e lençóis freáticos carregam pedras, que se concentram em áreas superficiais e passam a ser exploradas por mineradores. As 26 toneladas de diamante produzidas no mundo movimentam US$ 13 bilhões. O maior comprador é a China.

TRABALHO ÁRDUO
Supermáquinas, explosivos e alta tecnologia são usados para vasculhar toneladas de rocha.
Amaciando a terra
Após encontrar provas geológicas da presença de diamantes, os mineiros escavam o kimberlito. Mas a ferramenta deles não é picareta, não: os caras colocam explosivos em buracos de até 17 m de profundidade feitos pela perfuradora. O objetivo é fazer a rocha dura virar cascalho.
Trio parada dura
Três máquinas gigantes fazem o trabalho pesado: a perfuradora abre buracos na rocha para a colocação de explosivos, a escavadora movimenta até 50 toneladas de rocha por minuto e o caminhão mineiro leva 100 toneladas de material para o beneficiamento.
Buraco fundo
Com o avanço da escavação, o poço fica mais afunilado, chegando a centenas de metros de profundidade e a quilômetros de largura. A maior mina de diamantes em operação, com 600 m de profundidade e 1,6 km de diâmetro na parte mais larga, é a Argyle Diamond, na Austrália.
Plano B
Quando a escavação afunila demais, é preciso cavar um túnel paralelo ao poço. Do túnel principal, partem túneis perpendiculares para extrair a rocha mais profunda. No subterrâneo, são usadas versões menores das máquinas empregadas na superfície.
Coisa fina
O material extraído da mina vai para o processamento. O cascalho é triturado duas vezes, lavado e peneirado. Em seguida, as pedrinhas – de 1,5 a 15 mm – vão para um tanque de flotação. As pedras mais pesadas, com potencial de ser diamantes, ficam no fundo e as mais leves são descartadas.
Catando milho
Uma máquina de triagem equipada com raios X identifica os diamantes. Ao rolarem na esteira e serem atingidos pela radiação, eles ficam fluorescentes. Um sensor registra essa luz e aciona um jato de ar, que separa o que importa do restante das pedras. Por último, rola uma checagem manual.
Feitos para brilhar
Cerca de 30% dos diamantes são gemas, ou seja, têm características ideais para se tornar joias: cor, claridade, tamanho e possibilidade de lapidação. O restante é usado na indústria para a produção de peças de corte, como brocas, discos, serras e bisturis. Como transmitem calor rapidamente, diamantes também são usados em termômetros de precisão.

VALE QUANTO PESA
Cada tonelada de terra extraída rende 1 quilate de diamantes (0,2 g)
Valor de mercado
Um caminhão carregado rende até 20 diamantes de 1 g. Pedras usadas em joias valem, em média, US$ 1 mil/quilate. Para uso industrial, paga-se em torno de US$ 10/quilate.
Além do brilho
O valor do diamante é baseado em cor, claridade, tamanho e lapidação. Gemas azuis, laranja, vermelhas e rosa são raras. Brancas e amareladas são mais comuns (98% do total).
Joia da coroa
O maior dos diamantes foi extraído na África do Sul em 1905. A pedra bruta tinha 3,1 mil quilates e foi lapidada em nove. As duas maiores (Cullinan I e II) foram dadas à realeza britânica.
- Em 1714, foi encontrado o primeiro diamante no brasil, em um garimpo de ouro próximo a Diamantina, MG.
- O diamante mais caro do mundo foi leiloado em Londres por US$ 46 milhões. O Graf Pink pesa 24,78 quilates e tem coloração rosada.

Diamantes grandes e límpidos são criados sob baixa pressão

[Imagem: Carnegie Institution for Science]

Praticamente qualquer receita pode dar errado. Na cozinha há algumas vantagens - se um bolo der errado, você não terá o bolo que esperava, mas ainda terá um bolo. Na fabricação de diamantes, contudo, em vez de um diamante, você pode acabar com um pedaço de carvão na mão mesmo se não deixar a receita tempo demais no forno.
Diamante e grafite
Isso acontece porque o diamante e o grafite - uma espécie de carvão e o mesmo material utilizado nas pontas dos lápis - são feitos exatamente de um mesmo e único ingrediente, o carbono. O que varia é a sua estrutura, a forma como os átomos de carbono se organizam. Num caso, você tem um diamante que poderá valer uma pequena fortuna, noutro você tem um pedaço de carvão que se esfarelará em sua mão.
E as propriedades que tornam o diamante tão precioso - dureza, claridade óptica, resistência a compostos químicos, radiação e campos elétricos - são as mesmas que tornam tão difícil trabalhar com ele. Para evitar a grafitização, por exemplo, a fabricação de diamantes industriais requer pressões 60.000 vezes maiores do que a pressão atmosférica.
Gema de Colombo
Essas pressões descomunais são difíceis de serem geradas, o que encarece o processo de fabricação dos diamantes sintéticos e impede o crescimento simultâneo de grandes cristais ou de grandes lotes de pedras.
Agora, um grupo de pesquisadores da Instituição Carnegie, nos Estados Unidos, acredita ter descoberto a gema de Colombo - eles fabricaram cristais de diamantes sintéticos em baixa pressão usando uma adaptação de uma técnica largamente conhecida nos laboratórios de física: a deposição química por vapor, ou CVD, na sigla em inglês (chemical vapor deposition).
Diamantes sintéticos
Os diamantes sintéticos resultantes têm poucos defeitos em comparação com aqueles produzidos pela técnica de alta pressão, podem ter sua composição controlada precisamente e crescem muito rapidamente, abrindo o caminho para uma nova indústria de diamantes sintéticos de alta qualidade e baixo custo.
Com a nova técnica, os diamantes crescem em uma pressão abaixo da pressão atmosférica, em um plasma de microondas com uma temperatura de 2.000º C. Os cristais resultantes são incolores ou rosa. Se o processo for acelerado eles se tornam amarelados e até cinzas. Apesar da ausência da pressão de estabilização, a grafitização foi mínima.
A descoberta não foi feita por acaso. O grupo vem trabalhando no aprimoramento do crescimento de diamantes sintéticos pela técnica CVD há vários anos. No artigo agora publicado na Pnas eles relatam os melhores resultados já alcançados, com a produção de diamantes com composição controlada com alta precisão.
Diamantes para eletrônica e computadores quânticos
"É fantástico ver diamantes CVD cinzas transformados por este método barato em cristais límpidos e rosados," diz o pesquisador Chih-shiue Yan. "Nosso trabalho também poderá ajudar a indústria de gemas a distinguir diamantes naturais de sintéticos." Essa última alternativa se tornou possível graças ao estudo que os cientistas fizeram para descobrir porque seus diamantes sintéticos variam de cor.
Os novos diamantes sintéticos de alta qualidade, que podem ser crescidos em virtualmente qualquer tamanho, terão um grande número de aplicações em ciência e tecnologia, incluindo componentes eletrônicos, aplicações ópticas e até mesmo nas pesquisas com os computadores quânticos

Brasileiros buscam novas técnicas para produzir diamantes

Reator para deposição de diamante CVD e nanotubos de carbono, no laboratório Dimare, da Unicamp. [Imagem: INPE/DIMARE]

Deposição de vapor químico
Evaldo José Corat, pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), está chefiando um projeto que envolve áreas diferentes, mas com um ponto em comum: são materiais de carbono.
Esses materiais são os diamantes sintéticos, os nanotubos de carbono e os chamados DLC (diamond-like-carbon, ou carbono tipo diamante).
E todos são produzidos por meio de técnicas de deposição química a partir da fase de vapor.
Trata-se de um processo conhecido internacionalmente pela sigla CVD, de Chemical Vapor Deposition.
O processo envolve a ativação de um gás, o que pode ser feito ao se alterar a temperatura, fazer um plasma ou, no caso de diamante, pelo uso de filamento aquecido.
A partir de reação desse gás reativo é feita a deposição de materiais sobre superfícies, processo conhecido como "crescimento" e usado para produzir o diamante CVD (sigla que o distingue do diamante usado para as jóias), o DLC (diamond-like carbon) e os nanotubos de carbono.
Diamantes CVD
O CVD é conhecido dos pesquisadores desde os anos 1950.
No caso dos estudos do Inpe, ele é crescido a partir de uma mistura de gases que contém uma pequena concentração de metano.
A mistura é colocada em reatores de filamento quente - o equipamento usado para a pesquisa usa filamentos de tungstênio -, com temperaturas acima de 2.300 ºC. A partir da ativação desse gás, é feito o depósito desse diamante em um substrato, formando o filme de diamante.
Apesar de a descrição ser simples, produzir diamante em laboratório requer tempo. "A taxa de crescimento é de 2 a 4 micrômetros por hora. Podemos crescer diamantes bem finos até relativamente espessos", disse Corat.
Em um projeto desenvolvido anteriormente, envolvendo o uso de diamante CVD em brocas de perfuração de solo, os pesquisadores cresceram diamantes com 2 milímetros de diâmetro, em processo que levou mais de um mês.
Aplicações dos diamantes sintéticos
O diamante é conhecido por ser o material mais duro existente na natureza e os exemplares produzidos em laboratórios mantêm essa característica.
Eles também são excelentes condutores térmicos e transparentes na faixa do espectro que vai do raio X até o infravermelho longínquo. Essas características podem ser exploradas na proteção de superfícies de equipamentos espaciais, em dispositivos microeletrônicos, em ferramentas de corte, como camada antiatrito em motores automotivos e aeronáuticos, para proteção de superfícies para ambientes agressivos e no processamento de vidros e materiais cerâmicos.
O diamante CVD também pode ser usado nas áreas médico-odontológica, como material para brocas rotativas usadas por dentistas, ou em aparelhos de ultrassom, em dispositivos para implantes e como eletrodos para sistemas de tratamento de efluentes e de água.
Corat e os pesquisadores a ele associados enfrentam o desafio de ampliar o crescimento de tubos de diamante CVD sobre fios finos de tungstênio.
"Estamos fazendo o escalonamento da produção para obter volumes relativamente grandes. Queremos obter ferramentas abrasivas, incluindo brocas de alta durabilidade para perfuração de rochas, com perspectivas de aplicação na perfuração de poços de petróleo. O desafio é tornar a produção economicamente viável", explicou.
O desenvolvimento de interfaces para deposição de diamante CVD sobre aços e materiais de ferramenta é outro importante objetivo do projeto. Os estudos identificaram que a interface de carboneto de vanádio e de boretos de ferro, obtidos por processo de termodifusão (difusão produzida por calor), tem capacidade de promover o crescimento de diamante de alta qualidade. Outra aplicação em estudo é a do diamante como eletrodo para eletroquímica, a ser usado, por exemplo, em tratamento de água.
O grupo coordenado por Corat também está pesquisando o processo de crescimento do nanodiamante, com potencial uso em um novo conceito de células solares que convertem calor diretamente em eletricidade e promete energia solar a custos menores que com as células de silício. Essa é uma linha de pesquisa básica do grupo coordenado pelo Inpe, que envolve o estudo de cálculos do processo e a identificação do material, procurando entender como e por que o nanodiamante cresce.
Nanotubos de carbono
Os pesquisadores estão estudando também o crescimento de nanotubos de carbono de forma alinhada sobre a superfície - geralmente, os nanotubos são apresentados na forma de pó.
A principal aplicação é em compósitos estruturais, ou seja, fazer o depósito de nanotubos alinhados sobre fibra de carbono.
"Estamos fazendo os estudos para o escalonamento desse processo, ainda na escala do laboratório e para uso próprio", explicou Corat. Os pesquisadores querem fazer o processo de forma mais rápida e ágil, obtendo amostras maiores de compósito para avançar suas pesquisas.
Outra área de trabalho é o desenvolvimento de técnicas para dar características de hidrofobicidade (capacidade de uma superfície repelir a água) e hidrofilicidade (afinidade de uma superfície com a água) a superfícies de nanotubos alinhados.
Com a técnica de plasma de oxigênio, os pesquisadores transformam a superfície de nanotubos alinhados em material super-hidrofílico; e com o tratamento a laser, que evapora parte dos nanotubos, tornam a superfície super-hidrofóbica.
Uma aplicação possível é a filtragem de água e óleo, ou seja, pode ser usado em filtros para plataformas de petróleo.
Mas a pesquisa que Corat destaca com mais ênfase envolvendo os nanotubos de carbono é a que investigou a interação dos nanotubos alinhados com células.
"Crescemos células e hidroxiapatita em nanotubos, com melhoria do processo de crescimento celular. É uma linha que temos intenção de continuar investindo", disse. A hidroxiapatita é um mineral importante para ossos e dentes, por exemplo.
Janela de luz
Outro subprojeto do grupo envolve parceria com o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), vinculado ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCT) e localizado em Campinas (SP).
Os pesquisadores estudam o uso do diamante CVD em janelas de raio X, foco de alta energia. As janelas são uma interface entre o meio ambiente e o ambiente interno do anel, onde corre a linha de luz.
"São poucos os materiais que podem ser usados como janela. Geralmente usam berílio, um material caro e perigoso. Estamos em processo de estudo para substituição dessas janelas pelas de diamante", explicou Corat.
Diamante amorfo
O outro material que está sendo pesquisado é o DLC. Apesar de serem materiais formados por carbono, o diamante e o DLC são muito diferentes. O primeiro tem a estrutura cristalina e o outro é amorfo, e, por isso, não é considerado propriamente um diamante.
O DLC surgiu de uma tecnologia derivada do processo de tentativa de crescimento de diamantes em laboratório. Em algumas circunstâncias nesse processo foram obtidos materiais com características semelhantes às do diamante, mas que não tinham as estruturas cristalinas que o caracterizam.
"O DLC tem aplicabilidade industrial muito maior do que o diamante porque podemos fazer sua deposição em temperaturas mais baixas, praticamente em temperatura ambiente, e sobre materiais convencionais, como aço, alumínio, latão, plástico e vidro, que são mais importantes para a indústria.
Isso é algo que não conseguimos fazer com diamantes, que precisam de temperaturas muito altas, em torno de 800 ºC, e não podem ser depositados sobre qualquer tipo de material", acrescenta.
Apesar de ser muito duro, o DLC tem 30% a 40% da dureza do diamante, seu coeficiente de atrito é extremamente baixo. "Graças a essa característica, usamos o DLC no Inpe como lubrificantes sólidos, utilizados em satélites", contou Corat.
Até pouco tempo atrás, o lubrificante era importado. "Hoje, temos uma empresa nacional, a Fibraforte, que desenvolveu conosco o processo de deposição de DLC sobre as partes móveis do satélite, o que permitiu substituir a importação", disse.
Os esforços da equipe do projeto estão centrados também no estudo da adesão do DLC em aço e titânio. No caso do primeiro material, o interesse é desenvolver uma tecnologia que possa ser transferida para a indústria.
No caso do titânio, são para aplicações de interesse do Inpe, necessárias para o funcionamento de satélites. Em um dos estudos, os pesquisadores introduziram nanopartículas de diamante no DLC, melhorando propriedades desse material, como o coeficiente de atrito e resistência ao desgaste.