Gemmologia 5 2015. Sintesi delle gemme Nel corso del XX secolo la ricerca mineralogica ha portato alla sintesi in laboratorio di molti minerali. La maggior.

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1 Gemmologia 5 2015

2 Sintesi delle gemme Nel corso del XX secolo la ricerca mineralogica ha portato alla sintesi in laboratorio di molti minerali. La maggior parte di questi erano aggregati a grana fine o piccoli cristalli, e solo pochi erano in cristalli singoli con discrete dimensioni, quindi, di interesse gemmologico. Distinguere i minerali sintetici da quelli naturali è spesso difficile in quanto presentano identiche proprietà chimiche, fisiche e stessa struttura. Alcune tecniche sono state sviluppate per produrre gemme singole (ad esempio diamante e opale), mentre altre sono usate per sintetizzarne parecchie. Alcuni metodi di applicazione includono non solo minerali sintetici ma anche prodotti sintetici senza l'equivalente naturale.

3 1) Processo Verneuil Il 1902 può essere considerato l'anno di inizio della sintesi delle gemme a livello industriale e quindi commerciale. Questa tecnica prende il nome dallo scienziato che l'ha Ideata Auguste Verneuil che nel 1902 annunciò di aver sintetizzato un rubino, con un processo di fusione alla fiamma in un formato sufficientemente grande e limpido da essere tagliato come gemma. Grazie alla tecnica di Verneuil si sviluppò rapidamente la produzione di milioni di carati non solo di rubino ma anche di zaffiro sia incolore che di svariati colori. Successivamente, con lo stesso processo, nel 1920 fu prodotto lo spinello e nel 1947rutilo. Il metodo Verneuil ancora oggi è il principale metodo di sintesi delle gemme.

4 Procedimento: una polvere della composizione chimica del cristallo che si vuole sintetizzare (per il rubino Al 2 O 3 + una sostanza colorante) viene fusa passando attraverso una fiamma ossigeno-idrogeno. Si formano delle minuscole goccioline di fuso che vengono fatte cadere su di un supporto ceramico e raffreddandosi formano un monocristallo di corindone a forma di carota chiamato boule. La maggior parte dei cristalli ottenuti con questo metodo contengono piccole bolle di gas spesso sferiche ma anche allungate. Si osserva anche la presenza di striature curve derivate dagli strati successivi di materiale fuso che si accrescono sulla superficie curva della boule in accrescimento. Se una "pietra" presenta queste bolle e striature di crescita si può dire che è di origine sintetica.

5 2) Processo Czochralski o tecnica di «estrazione del cristallo» Con questa tecnica si possono ottenere grossi cristalli di alta qualità di parecchi composti incluso il corindone. Un fuso con composizione del cristallo desiderato è contenuto in un crogiolo di iridio. Un «seme» del cristallo, trattenuto all'estremità di una bacchetta rotante, sfiora la superficie del fuso e viene lentamente allontanato (pulling). Durante l'allontanamento molto lento della barra il materiale continua a cristallizzare, formando un cristallo a forma di barra. È con questo metodo che si producono cristalli di rubino lunghi 40 cm e con un diametro di 5 cm.

6 3) Accrescimento da fondente Una polvere del cristallo desiderato viene mescolata con un fondente, (materiale con un punto di fusione relativamente basso). La miscela è scaldata in crogiolo inerte, dopo che il fuso è stato accuratamente miscelato e omogeneizzato, si procede ad un lento raffreddamento. Al raggiungimento di una temperatura critica si forma un nucleo di cristallo del materiale desiderato che aumenta gradualmente di dimensione in seguito alla successiva diminuzione della temperatura. Una volta che il fuso si è raffreddato, i cristalli si recuperano dissolvendo il fondente. Con questo metodo si ottengono varie pietre preziose, compresi smeraldi e rubini.

7 4) Crescita idrotermale In natura molti minerali cristallizzano da soluzioni acquose calde. Gli elementi costituenti, presenti in una soluzione ad alta temperatura, precipitano non appena la soluzione passa verso la superficie in zone più fredde. Usando una apparecchiatura che resiste ad alte temperature e ad una pressione molto elevata si è ottenuta la sintesi idrotermale di cristalli in laboratorio che, fra tutti, è il processo che più si avvicina a quelli naturali. L'apparato, chiamato autoclave o «bomba», è un cilindro di acciaio ad elevata resistenza e chiuso ad un'estremità. Per preparare un autoclave per la produzione di quarzo, ad esempio, vengono posti sul fondo frammenti di quarzo puro che costituisce la materia prima e nella parte superiore sono disposti cristalli-seme sotto forma di sottili lamine di quarzo.

8 L’autoclave viene poi riempita per l'85% con acqua a cui è stato aggiunto un catalizzatore per aumentare la solubilità dei frammenti di quarzo. Dopo averla sigillata, viene posta in un forno a circa 400°C nella parte inferiore e a 340 °C nella parte superiore. In seguito all'aumento della temperatura, l'acqua si espande e riempie l’autoclave e la pressione raggiunge i 20.000 - 25. 000 psi ( sistema anglosassone) (1psi=6894,757 N/m 2 ). La corrente di convezione generata dal gradiente di temperatura mobilizza la soluzione che trasporta verso l'alto la silice disciolta dal quarzo presente nel fondo del contenitore. Quando la silice raggiunge la zona a temperatura più bassa, si deposita sulle lamine-seme. Anche se con questo metodo di sintesi siano stati prodotti il rubino e lo smeraldo, il più importante prodotto ottenuto con questo metodo è il quarzo.