Gemmologia 3 2015

Metalli che colorano le gemme Minerali allocromatici e minerali idiocromatici La maggior parte delle gemme sarebbero incolori se chimicamente pure, ovvero se contenessero solo gli elementi essenziali della specie mineralogica. Il diamante, il corindone, il berillo, il topazio, lo spinello, il crisoberillo, lo zircone, il quarzo e molte altre specie sono esempi di minerali incolori allo stato puro. Questi minerali hanno un'ampia varietà di colori ma non possiedono un colore proprio caratteristico. Tali minerali sono detti allocromatici e si distinguono da quelli del gruppo, meno numeroso, degli idiocromatici, in cui il colore può essere attribuito a un elemento che costituisce una parte essenziale del loro chimismo. Per questa ragione, i minerali idiocromatici presentano poche varietà di colori.

Minerali rosei rossi; gialli giallo-bruni; verdi, azzurri Idiocromatici rosei rossi: cinabro, rodonite, realgar crocoite rodocrosite Allocromatici rosei rossi : almandino, fluorite, spinello, berillo, topazio, zircone Idiocromatici gialli e giallo-bruni: marcasite, oro, zolfo, Allocromatici gialli e giallo-bruni: apatite, andalusite berillo, topazio, corindone,tormalina Idiocromatici verdi: dioptasio malachite Allocromatici verdi: amazzonite, diopside, olivina Idiocromatici azzurri: azzurrite, hauynite glaucofane, turchese Allocromatici azzurri: cianite, fluorite

Esempi di minerali idiocromatici e gli atomi (o a ioni) quali responsabili delle colorazioni Cu, Mn, Cr, Fe Minerale Colore Composizione Metallo colorante Malachite Verde Cu2(CO3)(OH)2 Rame Azzurrite Blu CU3(CO) z(OH)2 Rame Crisocolla Blu verdastro (Cu,Al)2H2Si2O5(OH)4.l1H2O Rame Dioptasio Verde CuSiO2(OH)2 Rame Turchese Azzurro cielo CuAl2(PO4)4(OH)8 . 4H2O Rame Almandino Rosso Fe3Al2(SiO4)3 Ferro Olivina Verde (Mg,Fe)2SiO4 Ferro Rodonite Vermiglio MnSiO3 Manganese Rodocrosite Vermiglio MnCO3 Manganese Spessartite Arancione Mn3Al2(SiO4)3 Manganese Uvarovite Verde Ca3Cr2(SiO4)3 Cromo

In questi elementi, detti di transizione, il processo regolare di Oltre a Cu, Fe, Cr, Mn esistono altri elementi, molto simili a questi per struttura elettronica, e che conferiscono un colore ai minerali allocromatici quando entrano in essi come impurità: Ni, Co, V, Ti. Di tutti i 92 elementi, questi otto sono i più importanti per gli effetti che hanno sul colore delle gemme. Essi occupano posizioni consecutive nella Tavola periodica, con numero atomico da 22 (titanio) a 29 (rame). In questi elementi, detti di transizione, il processo regolare di aumento di un elettrone nello strato esterno per ciascun aumento unitario del numero atomico si interrompe, e l'elettrone aggiuntivo è accolto nello strato contiguo più vicino al nucleo.

La struttura elettronica di questi elementi, quando è circondata dalle forze elettriche presenti nella maggior parte dei cristalli ionici, si sintonizza sulle vibrazioni elettromagnetiche di particolari frequenze nel visibile e assorbe energia dai raggi luminosi che attraversano il cristallo dando origine a bande di assorbimento e quindi il colore del minerale sarà dovuto ai raggi residui.

Cromo I più bei colori delle gemme sono dovuti principalmente al cromo Cromo I più bei colori delle gemme sono dovuti principalmente al cromo. Il verde o il rosso prodotti dal cromo sono decisamente più brillanti e più limpidi dei colori che origina la presenza di ferro. La spiegazione sta nel carattere intenso e netto delle bande di assorbimento a cui dà origine lo ione cromo; ciò significa che i colori che non vengono assorbiti conservano quasi totalmente la loro intensità. Nel caso del ferro invece si produce un certo assorbimento a quasi tutte le lunghezze d'onda, con un conseguente generale ingrigimento, o smorzamento, del colore residuo. Il Cr è la causa del magnifico rosso cremisi del rubino (Al,Cr)2O3 e del rosso appena meno intenso dello spinello (MgAl2O4), benché nel minerale sia presente soltanto l'1-2% di questo elemento, che prende il posto dell‘Al nel reticolo cristallino; Mg(Al, Cr)2O4.

Il piropo Mg3Al2(SiO4)3 , del gruppo dei granati, contiene una quantità di molecola di almandino Fe3Al2(SiO4)3 che conferire alla pietra un colore rosso violaceo debole dovuto al Fe; ma se nel reticolo cristallino entra il Cr, si originano bei piropi color rosso sangue (Mg, Fe)3(Al,Cr)2(SiO4)3. Va ricordata anche l’influenza del campo cristallino sulle particolari lunghezze d'onda assorbite da uno ione. Infatti, l’uvarovite Ca3Cr2(SiO4)3 granato contenente Cr come componente essenziale, è di colore verde brillante e non rosso. Il verde è in realtà il colore più consueto prodotto dall'ossido cromico Cr2O3 nei cristalli. Il colore dello smeraldo e le belle sfumature verdi della giadeite sono dovuti al Cr. Il granato demantoide (varietà dell'andradite Ca3Fe2(SiO4)3 nera), l’enstatite, il cromodiopside, l’euclasio BeAlSiO4(OH) [ambiente idrotermale pegmatitico], sono altri esempi di pietre verdi in cui il Cr svolge un ruolo importante come agente colorante.

Quando vengono esposti ai raggi ultravioletti e X i minerali colorati dall' ossido cromico (Cr2O3), tendono a presentare fluorescenza rossa, tranne quando contengano atomi di Fe che funge da inibitore. Nel caso del rubino, in luce solare o in luce artificiale intensa si produce una fluorescenza di colore rosso brillante che accresce il bell'effetto cromatico della pietra. Un'altra caratteristica dell'assorbimento dei colori in molti composti del Cr è l'estrema trasparenza alla luce rossa anche quando il minerale appare verde. Questa trasparenza osservabile, per esempio, nello smeraldo fa sì che appaia rossa quando è osservato attraverso un filtro colorato adatto.

Anche l'alessandrite Be (Al, Cr)2O4 è trasparente nel rosso: un fatto che contribuisce al diverso colore assunto in luce artificiale a incandescenza e in luce solare. L'alessandrite è un esempio di minerale in cui i colori rosso e verde prodotti dal cromo si equilibrano quasi perfettamente. In luce diurna, particolarmente ricca di raggi verdi, blu e viola, la pietra appare di colore quasi verde smeraldo, mentre nella luce artificiale di una lampada elettrica a incandescenza, che è più ricca di rosso e più povera di blu e viola, appare di colore rosso lampone. Questa estrema variazione di colore si osserva soltanto in esemplari siberiani, mentre in quelli provenienti dallo Sri Lanka non è così pronunciata.

Il secondo dei metalli cromofori è il Fe, il colorante più diffuso Ferro Il secondo dei metalli cromofori è il Fe, il colorante più diffuso in natura. Infatti i colori gialli e i bruni delle rocce e delle sabbie possono essere attribuiti in gran parte al Fe. Esso è presente in misura più o meno grande in molte gemme, a cui conferisce colori verdi gialli, bruni e persino rossi, in relazione al suo stato di ossidazione e alle forze che agiscono sugli ioni in ciascun reticolo. Come si è già detto, i colori dovuti al Fe non sono brillanti come quelli dovuti al Cr, tuttavia alcuni di essi sono molto belli.

Per la presenza di Fe Ferrico Fe2O3 il Crisoberillo Be (Al, Cr)2O4 presenta i colori giallo e verde il Corindone può presentare il colore verde l’acquamarina (varietà del Berillo) presenta il coloreverde-azzurro, l‘ortoclasio, l'andradite Ca3Fe2 [SiO4]3, spodumene LiAlSi2O6 presentano il colore giallo

Per la presenza di Fe Ferroso FeO i minerali possono presentare colori vari: lo spinello si colora di blu il granato almandino Fe3Al2 [SiO4]3 di rosso violaceo l'olivina di verde giallastro. L'influenza del Fe2+ si osserva anche in altri minerali come: Tormalina verde o bruna,epidoto, nefrite, giadeite e molti altri. Spinello blu

Cobalto Il cobalto richiama alla mente il colore blu, ma i minerali contenenti Co sono di colore rosa. Quasi nessuna gemma naturale ha un colore blu dovuto al Co Negli spinelli sintetici il colore blu è dovuto al Co presente e varia dall'azzurro pallido tipo acquamarina o zircone, al blu reale degli spinelli simili allo zaffiro. I vetri blu sono spesso colorati dal cobalto.

Vanadio Negli anni ‘70 è stata riconosciuta universalmente l'importanza del vanadio come responsabile del bel verde di certe gemme. Prima, questo elemento era noto ai gemmologi principalmente come agente colorante nei corindoni sintetici metamerici, destinati a imitare l'alessandrite. Tale ritardato riconoscimento è in parte dovuto al fatto che il V non presenta uno spettro di assorbimento così evidente come quello del Cr. Anche se nello smeraldo il V è meno importante rispetto al Cr, nelle zone gemmifere dell' Africa orientale il V è decisamente prevalente. Il granato grossularia di colore verde brillante, noto in commercio come tsavolite, contiene circa il 3,3 % di V e soltanto tracce di Cr.

Il metamerismo Due colori che sembrano gli stessi ma che hanno differenti energie in funzione della lunghezza d’onda si chiamano metamerici Per riassumere il fenomeno del metamerismo diciamo che: due oggetti, ugualmente illuminati, possono avere lo stesso colore con una determinata sorgente di luce, ma colore diverso con un’altra sorgente di luce

Titanio IlTi interviene nella colorazione dello zaffiro e anche in quella della Benitoite BaTiSi3O9, una gemma rara, trovata solo in California (San Benito), Texas e Belgio. Si rinviene in vene all'interno del serpentino, in seguito a cristallizzazione da soluzioni idrotermali ricche in elementi tra i quali Ba e Ti . Tracce di Ti e piccole quantità di Fe si trovano negli zaffiri naturali. Questi elementi sono presenti nella polvere di allumina usata per produrre lo zaffiro sintetico con il processo Verneuil. Interessante Notare che durante la sintesi il Fe sembra scomparire in qualche modo, poiché le bande di assorbimento dovute al Fe che si osservano negli zaffiri naturali, non sono presenti nei loro corrispondenti sintetici: caratteristica che viene utilizzata nella distinzione tra gli zaffiri naturali e quelli sintetici.

Nichel Il nichel forma parecchi sali colorati, ma non è molto comune nelle gemme. Il crisoprasio naturale, varietà di calcedonio (quarzo microcristallino) e l'opale verde (invecchiamento naturale di idrogel di SiO2) proveniente dalla Slesia (Polonia) contengono piccole quantità di Ni che conferiscono loro il bel colore verde mela. Il calcedonio di colore neutro viene spesso colorato di verde artificialmente a imitazione del crisoprasio, ma a questo scopo di solito vengono usati sali di Cr e non sali di Ni.

Rame Il rame pur svolgendo un ruolo importante nei minerali idiocromatici, non compare come colorante nelle gemme allocromatiche

Assorbimento della luce per opera degli elementi di transizione Gli elementi di transizione assorbono la luce, spesso in modo molto caratteristico e quindi, osservando la natura e la posizione delle bande di assorbimentocon con uno spettroscopio, si riesce a identificare l'elemento che causa l'assorbimento (e quindi il colore) della sostanza. In altri casi, l'assorbimento responsabile del colore è troppo vago e generalizzato per consentire questa identificazione.

CROMO Il Cr dà origine a sottili righe di assorbimento che non hanno alcuna influenza sul colore, e ad assorbimenti netti e marcati nelle regioni verde- giallo e violetto dello spettro, con trasmissione libera nel rosso intenso. La posizione, l'intensità e la larghezza della banda nel verde­giallo sono responsabili del colore della pietra che ospita gli ioni di cromo, la quale apparirà rossa o verde o presenterà il fenomeno del metamerismo tra il blu- verde e il rosso.

FERRO e NICHEL Il Ferro assorbe in certa misura in tutto lo spettro, ma le bande più marcate sono nel blu e nel viola, dando origine a colorazione bruna, verde o gialla. Il Nichel presenta un assorbimento generale, ma senza bande nette, con un assorbimento più marcato per il rosso e una notevole trasmissione per il viola e le lunghezze d'onda minori (ultravioletti).

VANADIO TITANIO L'assorbimento dovuto al Vanadio è alquanto simile a quello dovuto al cromo, ma ha un minor numero di righe sottili e bande che risultano anche meno evidenti. Per alcuni aspetti il titanio somiglia al ferro, ma non produce bande di assorbimento nette nel visibile.

MANGANESE COBALTO Il manganese presenta bande di nettezza e intensità crescenti, dal blu al viola e oltre, producendo colorazioni rosa, arancioni o rosse. L'assorbimento dei composti blu del cobalto è caratteristico, con tre bande intense nel rosso- arancione, nel giallo e nel verde, e la trasmissione libera nel rosso intenso.