1
INTRODUZIONE ALLE LEZIONI DI GEMMOLOGIA
DIAMANTE
2
Rubino grezzo
Argomenti del corso di gemmologia
1. Cosa intendiamo per gemme e pietre preziose
2. Origine delle gemme naturali e principali metodi di sintesi
3. Proprietà fisiche ed ottiche delle gemme
4. Identificazione delle gemme
5. Tecniche di analisi gemmologica non-standard (IR, RAMAN)
6. Inclusioni nelle gemme
7. Caratteristiche, proprietà e trattamenti delle più comuni gemme.
3
Un esempio di trattamento…
IRRADIAZIONE O IRRAGGIAMENTO DI GEMME
Topazi incolori (r.i. 1,609) trattati con cobalto 60 o cesio 137 (r.i. 1,620):
sul mercato sono indicati come London blue, super blue, max blue e sky blue
Ad esempio…
Osservando la fotografia è praticamente impossibile dire che tipo di gemma si tratti. Potrebbe essere ad esempio un rubino, uno spinello, una tormalina, un berillo rosso?
Solo attraverso un’analisi attraverso i seguenti strumenti potremmo stabilire che si tratti in realtà di un berillo raro chiamato bixbite o spesso smeraldo rosso.
4
La gemmologia non si occupa solo dello studio dei materiali gemmiferi (perle comprese) e della corretta terminologia di questi ultimi, ma anche dei metodi d’analisi gemmologica del taglio e della lucidatura, della gemma creata sinteticamente, dei metalli preziosi e delle loro leghe e infine delle procedure di valutazione.
I corsi di corrispondenza GIA sono il risultato di lezioni tenute da R. Shipley tra il 1930-1931.
GEMMOLOGIA Fu insegnata per la prima volta come corso di specializzazione della geologia tra il 1909-1913. Nel 1916 corso semestrale di Edward Kraus.
SESTO SAN GIOVANNI
MILANO
Cavalese
5
Cosa intendiamo per “GEMMA?
Le tre virtù cardinali sono quindi:
BELLEZZA
RARITA’
DUREVOLEZZA
Cosa intendiamo per “GEMMA NATURALE?
Secondo le disposizioni dell’UNI (Ente
Nazionale Italiano di Unificazione- Norme
10245) per GEMMA NATURALE intendiamo un
materiale di origine naturale, inorganico o
organico. Si comprendono minerali, rocce,
parti e secrezioni di animali e vegetali. Esempi:
corindone (tutte le varietà); berillo (tutte le
varietà); corallo; perla; ambra.
Per GEMMA intendiamo un materiale desiderabile
per la sua BELLEZZA, di grande valore per la sua
RARITA’, e che sia dotato di DUREVOLEZZA in
modo da mantenere la sua lucentezza nel tempo
Secondo le disposizioni dell’UNI (Ente
Nazionale Italiano di Unificazione- Norme
10245) le sostanze organiche e/o
inorganiche prodotte mediante
procedimenti tecnologici sono
genericamente definite materiale
gemmologico artificiale.
In questa categoria distinguiamo:
Le gemme sintetiche (o minerali sintetici) sono materiali prodotti
artificialmente con procedimenti tecnologici. Hanno sempre i
corrispondenti naturali.
Hanno la stessa composizione chimica, lo stesso sistema cristallino,
e le stesse caratteristiche ottiche e fisiche della loro controparte
naturale. Esempi: corindone sintetico (tutte le varietà); berillo
sintetico (tutte le varietà);
Cosa si intende per materiale gemmologico artificiale?
6
7
Cosa si intende per materiale
gemmologico artificiale?
Secondo le disposizioni dell’UNI (Ente
Nazionale Italiano di Unificazione-
Norme 10245) sono materiali
gemmologici artificiali anche:
Prodotti sintetici: sostanze cristalline ottenute con procedimenti di sintesi (es. CZ,
GGG, YAG, il linobate) non hanno il corrispondente naturale Vetri artificiali: sostanze amorfe ottenute per raffreddamento di un fuso di qualunque
composizione chimica;
Materiali compositi: materiali ottenuti da due o più parti assemblate, naturali o
artificiali; Plastiche
Perle imitazioni
Materiali agglomerati: materiali costituiti da frammenti naturali o artificiali, fusi e
pressati. Es. ambra ricostituita.
niobato di litio
8
Cosa si intende per
simulante?
I simulanti invece sono tutti quei materiali che
assomigliano come aspetto estetico alla gemma
che imitano.
Molto spesso vetri colorati (detti
paste) sono usate come simulanti di
gemme. E’ evidente che in questo
caso la composizione, le proprietà
dei simulanti sono molto diverse
dalle gemme naturali che vogliono
imitare. The Timur Ruby
Ad esempio spesso si usano gemme
naturali colorate poco preziose per
simularne altre più preziose.
Altre imitazioni
zircone Topazio azzurro
Spinello blu
Zaffiro
9
Simulazioni: Trattamenti non dichiarati
Yeuda
Le migliori imitazioni del diamante
CZ: zirconia cubica ZrO2
• Disponibile sul mercato dal 1976 ma sintetizzata dal 1969.
• Nota anche come materiale ceramico resistente ad alte T (2500°C fusione)
• Non ha equivalenti in natura: esiste la baddeleyite, rombica.
• Stabilizzata con elementi di transizione (es:ossido di ittrio, Cu, Co, Mn, Cr) che a volte le conferiscono colorazioni; a volte con terre rare (praseodimio, neodimio, olmio, cerio che producono spettri di assorbimento caratteristici).
• Durezza 8.5
• Arrotondamento degli spigoli
• Scarsa fuorescenza agli UV sul giallo (il diamante invece è blu).
• Sfaldatura assente (il diamante ha sfaldatura perfetta parallele all’ottaedro)
• Opaca ai RX
• Riconoscimento mediante il metodo della riga o del punto.
10
IL DIAMANTE
Proprietà chimiche, fisiche e mineralogiche:
Caratteristiche cristallografiche: sistema cubico
Durezza: 10 scala di Mohs
Tenacità: non buona, presenta 4 direzioni di sfaldatura evidente
secondo le facce dell’ottaedro
Composizione chimica: C
• il cosiddetto GGG, granato di gadolinio e
gallio (gadolinium, gallium garnet);
• lo YAG, ossia granato di ittrio e alluminio
(yttrium aluminum garnet),
• il niobato di litio, noto in commercio come
linobate. E’ incolore, giallo, bruno, verde
• il titanato di stronzio (simile al rutilo, un
minerale del titanio. In commercio si trova
come fabulite).
Hanno durezza bassa, tra 6 e 8
Non hanno il fuoco, poiché la dispersione è
bassa.
Le migliori imitazioni del diamante
Prodotti artificiali
GGG- $0.40/carat
YAG - $.20/carat
fabulite
11
Le migliori imitazioni del
diamante
MOISSANITE SINTETICA
(una delle migliori imitazioni del diamante)
La storia della Moissanite ebbe inizio migliaia e migliaia di anni fa, quando una meteorite
si schiantò sulla superficie terrestre creando un enorme cratere ancora oggi esistente, il
Diablo Canyon, in Arizona. Solo nel 1904 il premio Nobel per la chimica Henri Moissan,
analizzando i frammenti venuti dallo spazio, identificò la presenza di una nuova
sostanza: il carburo di silicio naturale, e proprio in onore del suo scopritore prese più
tardi il nome di Moissanite
CSi: 70%sabbia, 30%carbone coke
Questo prodotto ha la sostanziale differenza di
essere birifrangente;
mentre, dal punto di vista fisico, è una buona
imitazione del diamante, in quanto ha durezza pari
a 9.25 della scala di Mohs e conducibilità termica
simile a quella del diamante, Solitario corrispondente ad un diamante di Ct.1 (€ 7.000,00 ca.)
PREZZO AL PUBBLICO € 790,00
Tavola superiore (o principale). Faccetta larga e piatta alla
sommità della corona, parallelamente al piano della cintura
Faccette di
stella
Apice (o Tavola inf.) :faccetta dove si incontrano le faccette del padiglione
Parti principali del taglio
Faccette
fondamenta
li inferiori
Corona:parte pietra
sopra cintura
Padiglione:area inclinata tra
cintura e apice
Cintura:sezione
perimetrale
N.B.:Faccette= superfici planari polite.
12
Sono considerate simulazioni anche le pietre
assemblate o composite: ad esempio…
Doppiette in senso stretto: due parti di forma appropriata, ricavate da materiale della
stessa specie e dello stesso colore incollate tra loro, di cui una costituisce la corona e
l’altra il padiglione. (es. due pezzi di diamante, di rubino, di zaffiro, ecc.).
Doppiette in senso lato: due parti di forma appropriata, ricavate da materiale di diversa
specie e incollate tra loro, di cui una di minerale naturale costituisce la corona e l’altra di
scarso valore il padiglione. (es. doppietta di diamante, in cui la corona è diamante e il
padiglione è costituito da qualsiasi pietra incolore).
Triplette: sono costituite da tre porzioni: la corona in materiale naturale, la parte sup. del
padiglione, ricavata da un materiale simile, e la parte centrale, solitamente di vetro
colorato.
Sono considerate simulazioni anche le pietre
assemblate: ad esempio…
- doppiette granato - vetro
- strass (VETRO INCOLORE BRILLANTE SUSCETTIBILE DI OPPORTUNA
COLORAZIONE. Composizione media: 35% silice, 50% ossido di piombo
(minio), 12% ossido di K, tracce di B, ossido di Al e As.
- doppiette e triplette opale
- triplette spinello sintetico (spinello incolore - lamina vetro colorato - spinello
incolore)
- spinello sintetico (per imitare tormalina, acquamarina, peridoto)
ingannevoli
- doppiette corindone naturale e sintetico, doppiette diamante - mat. varie
- ambra in plastica
13
La tabella seguente mette in luce alcuni materiali di interesse gemmologico che
possono essere ricreati in laboratorio, oltre ai tipi di imitazioni che si possono
incontrare.
Pietra Possibilità di sintesi Imitazioni
Vetro, Plastica Si Ametista
Plastica, Fosfato di Calcio No Corallo
Vetro, Zircone incolore, Zirconia
Cubica, Moissanite, GGG (granato di
gadolino di gallio), YAG (granato di
ittrio e alluminio)
Si Diamante
Vetro, Spinello sintetico, YAG,
GGG, Zirconia Cubica verde,
Quarzo verde
Si Smeraldo
Quarzo
Si
Vetro
Rubino
Si
Zirconia Cubica rossa, Spinello sintetico
colorato,Vetro, Plastica
Zaffiro
Si
Zirconia Cubica blu, Spinello sintetico
colorato,Vetro, Plastica
Perle di imitazione
• Dalle Majorca alle perle di Parigi, i prodotti inventati
dall'uomo per competere con la natura
Perle di Parigi: essenza d’oriente
Perle di Majorca: vetro ricoperto di essenza d’oriente
Perle di Boemia: protuberanze di madreperla
Perle di Roma: alabastro ricoperto di iridescenze
Perle di rose di Turchia: PETALI DI ROSA
Perle di vasca: sfere di madreperla con pellicola di nylon
Perle di Venezia: vetro con aggiunta di materiale madreperlaceo
14
Cosa intendiamo per “GEMMA?
Le tre virtù cardinali sono quindi:
BELLEZZA
RARITA’
DUREVOLEZZA
Cosa intendiamo per “GEMMA NATURALE?
Secondo le disposizioni dell’UNI (Ente
Nazionale Italiano di Unificazione- Norme
10245) per GEMMA NATURALE intendiamo un
materiale di origine naturale, inorganico o
organico. Si comprendono minerali, rocce,
parti e secrezioni di animali e vegetali. Esempi:
corindone (tutte le varietà); berillo (tutte le
varietà); corallo; perla; ambra.
Per GEMMA intendiamo un materiale desiderabile
per la sua BELLEZZA, di grande valore per la sua
RARITA’, e che sia dotato di DUREVOLEZZA in
modo da mantenere la sua lucentezza nel tempo
Secondo le disposizioni dell’UNI (Ente
Nazionale Italiano di Unificazione- Norme
10245) le sostanze organiche e/o
inorganiche prodotte mediante
procedimenti tecnologici sono
genericamente definite materiale
gemmologico artificiale.
In questa categoria distinguiamo:
Le gemme sintetiche (o minerali sintetici) sono materiali prodotti
artificialmente con procedimenti tecnologici. Hanno sempre i
corrispondenti naturali.
Hanno la stessa composizione chimica, lo stesso sistema cristallino,
e le stesse caratteristiche ottiche e fisiche della loro controparte
naturale. Esempi: corindone sintetico (tutte le varietà); berillo
sintetico (tutte le varietà);
Cosa si intende per materiale gemmologico artificiale?
15
Cosa si intende per materiale
gemmologico artificiale?
Secondo le disposizioni dell’UNI (Ente
Nazionale Italiano di Unificazione-
Norme 10245) sono materiali
gemmologici artificiali anche:
Prodotti sintetici: sostanze cristalline ottenute con procedimenti di sintesi (es. CZ,
GGG, YAG, il linobate) non hanno il corrispondente naturale Vetri artificiali: sostanze amorfe ottenute per raffreddamento di un fuso di qualunque
composizione chimica;
Materiali compositi: materiali ottenuti da due o più parti assemblate, naturali o
artificiali; Plastiche
Perle imitazioni
Materiali agglomerati: materiali costituiti da frammenti naturali o artificiali, fusi e
pressati. Es. ambra ricostituita.
BELLEZZA
berillo
Potrà essere dovuta ad esempio:
1. Splendore: perché le gemme tagliate sono brillanti?
2. Trasparenza e Intensità del colore (es. rubino e smeraldo)
3. Colore (es. turchese)
Lucentezza:quanta luce è riflessa?
4. Scomposizione della luce bianca nei colori dello spettro (es. il “fuoco” dei diamanti o l’interferenza dell’opale)
La gemma deve essere attraente, altrimenti non è considerata pietra preziosa.
La bellezza delle gemme è soggettiva, non è una proprietà tangibile e quindi non QUANTIFICABILE.
16
Bellezza
Colore
Trasparenza
Brillantezza
Fenomeni Ottici
Lucentezza
Origine del colore nelle
gemme
17
Colore dei minerali
A seconda delle colorazioni, i minerali si suddividono in: idiocromatici, che presentano sempre il medesimo colore, dovuto a uno specifico elemento che costituisce una parte essenziale del loro chimismo; allocromatici, che possono presentare colori differenti perchè non possiedono un loro colore caratteristico (es. i minerali che troviamo sia incolori che colorati, quali diamante, corindone, berillo, topazio, lo spinello, lo zircone, il quarzo.
Minerali idiocromatici La costanza del colore nei minerali idiocromatici è dovuta alla presenza di elementi cromofori come Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu che entrano costantemente nella loro composizione (es: spessartite, uvarovite, almandino, olivina, turchese).
Minerali allocromatici
In questi minerali, la colorazione può essere determinata da più fattori fra i quali:
•la presenza dei medesimi elementi cromofori nella struttura del minerali, stavolta però come ioni estranei, in tracce •la presenza di difetti strutturali nel reticolo (centri di colore) •la presenza di inclusioni di altri minerali colorati
La corrispondenza tra un certo colore (per esempio il verde dello smeraldo, una varietà del berillo) ed un dato elemento chimico (il Cromo) è oggi assodata. Questo ci fa capire che UNA DELLE CAUSE DEL COLORE E’ LA PRESENZA DI IMPURITA’ METALLICHE.
Quale e’ dunque la causa del colore nelle gemme?
18
Il Cromo
Il cromo generalmente conferisce una colorazione intensa rossa o verde alla gemme.
Rubino Spinello
Solo 1-2% di Cr sostituisce Al
Piropo
Quando esposti ai raggi UV o X i minerali contenenti Cr assumono una fluorescenza rossa. I minerali contenenti Cr mostrano generalmente una trasparenza nel rosso intenso
Ma il Cromo conferisce anche colorazione verde….e una estrema
trasparenza nel rosso intenso (es. smeraldo, alessandrite)
GRANATO
DEMANTOIDE: varietà
dell’andradite
SMERALDO:
BERILLO
CROMODIOPSIDE;PIROSSENO
TSAVORITE:
VARIETÀ DI
GROSSULARIA
19
Demantoide
Granato verde, il suo nome che viene dall'Olandese, significa più o meno "simile al diamante" per la sua unica brillantezza e luminosità. Il demantoide ha una relativamente elevata rifrazione della luce (1.888). Notevole dispersione, ovvero la sua capacità di riflettere la luce proveniente attraverso le sfaccettature e di scomporla nei colori dell'arcobaleno. Durezza inferiore di poco al grado 7 della scala Mohs Molto prezioso è quello di profondo verde smeraldo, che tuttavia è veramente molto raro. Esso, non soltanto è una pietra rara e raffinata, ma di solito è anche piuttosto piccola, solo poche pietre possono raggiungere più di due carati dopo il taglio, molte pesano circa un carato. Ritrovato in Namibia (non incluso, generalmente) e Russia, negli Urali.
GRANATO DEMANTOIDE: varietà dell’andradite, con inclusioni a coda di cavallo di bissolite (anfibolo)
20
Colore
-TONALITÀ CROMATICA (o TINTA o TONO CROMATICO O Più SEMPLICEMTE
COLORE IN S.S.) - colore percepito a colpo d'occhio. (Il sistema del G.I.A.
distingue 31 tinte differenti, es. verde, rosso, ecc).
- LUMINOSITÀ -descrive la luminosità relativa di una tinta.
(La scala di tonalità del G.I.A. distingue fra 11 gradi, in cui il bianco o l'incolore
vengono indicati con 0 ed il nero con il 10. Es. grigio neutro con estremi dal
bianco al nero).
-SATURAZIONE CROMATICA O CROMA- concentrazione o purezza di una tinta.
(La scala del G.I.A. comprende 7 categorie). Per tinte molto sature si usa
l'appellativo "forte"; per tinte estremamente sature si usa l'appellativo"vivido".
Il sistema di classificazione
delle gemme di colore si
avvale di 3 parametri:
TONALITÀ CROMATICA,
LUMINOSITÀ E
SATURAZIONE CROMATICA.
Il colore è la risposta dell’occhio alla parte visibile dello spettro
elettromagnetico
350nm 750nm
1nm =10-9
m =10Å
I LIMITI DELLA REGIONE DEL VISIBILE NON SONO NETTI, ma
dipendono dall’osservatore e dalle condizioni in cui la luce
arriva al suo occhio: percio’ diventa conveniente considerare
che LA REGIONE DEL VISIBILE SI ESTENDA da 700 A 400 nm.
21
QUALE E’ LA CAUSA DEL COLORE NELLE GEMME?
Come sappiamo, la luce che interagisce con una gemma può essere
trasmessa, assorbita, riflessa, rifratta, o diffusa. L’assorbimento
della luce è la causa principale del colore. Esso dipende dal
comportamento degli elettroni all’interno delle strutture del
cristallo.
Luce emessa (fluorescenza)
Luce incidente
Luce riflessa
Luce trasmessa
Rifrazione
Luce diffusa
I processi di diffusione e riflessione fanno parte delle proprietà
percepite come lucentezza di un materiale.
Minerali colorati:
certe l sono assorbite
Tutte le gemme colorate
operano nei confronti della
luce un assorbimento
selettivo, sono cioè in grado di
trattenere alcune lunghezze
d'onda (ovvero alcuni colori)
dello spettro del visibile.
Minerali incolori:
la luce non è assorbita
Assorbimento e riflessione
22
Esistono degli strumenti chiamati spettroscopi, che essendo dotati al
loro interno di elementi disperdenti (prismi o particolari reticoli),
permettono la visione dello spettro di assorbimento di una gemma.
Spettro di assorbimento dello zircone Zr(SiO4)
Spettro di assorbimento del granato almandino Fe3Al2(SiO4)3
Come mi appare uno
spettro di
assorbimento e come
lo interpreto?
23
Spettroscopia infrarossa
ASSORBIMENTO DELL’ENERGIA INFRAROSSA
• In condizioni di equilibrio a temperatura ambiente i legami di
un composto vibrano per effetto dello scambio energetico
con le molecole che si trovano nelle immediate vicinanze.
• L’assorbimento di energia proveniente da una sorgente di
radiazioni IR fa aumentare l’ampiezza di queste vibrazioni ;
rimossa la sorgente di eccitazione l’energia viene
rapidamente dispersa
• Solitamente le molecole che non subiscono eccitazione
sono in numero molto maggiore rispetto a quelle che
interagiscono con la radiazione.
• Ogni modificazione dello stato vibrazionale è quantizzata,
cioè l’assorbimento non è continuo ma apparirà come una
serie di picchi di assorbimento
24
1. modi di stretching o di stiramento (simmetrico o asimmetrico) dei legami; COMPORTANO UNO SPOSTAMENTO LINEARE DELLA MOLECOLA (O DEL GRUPPO DI ATOMI) E UN ALLUNGAMENTO, PROVOCANDO VARIAZIONI NEL LORO MOMENTO DIPOLARE;
M1 M2 Modi vibrazionali
2. modi di bending o di piegamento. I LEGAMI MODIFICANO IL LORO ASSETTO LINEARE IN MODO CHE SUBISCA VARIAZIONI L’ANGOLO FORMATO DA TRE ANGOLI SUCCESSIVI.
O
H H O
H H
O
H H
L’assorbimento della radiazione infrarossa comporta una variazione
degli stati vibrazionali molecolari. Lo studio degli spettri di
assorbimento infrarosso (IR) permette di trarre informazioni sulla
flessibilità delle molecole,cioè sulla facilità con cui le lunghezze e
gli angoli di legame possono variare rispetto ai valori che essi
posseggono all’equilibrio.
25
I picchi corrispondono a bande di assorbimento.
L’assorbimento nella regione del visibile (da 0.1 a 0.8mm) è
causato dai cromofori Fe e Cr; l’assorbimento nella regione da
0.8 a 6.5mm è il risultato di vibrazioni molecolari;
l’assorbimento sopra i 4.5 mm è il risultato di vibrazioni
reticolari.
Spettro di assorbimento nel visibile e nell’infrarosso del berillo.
visibile infrarosso
26
CAUSE DEL COLORE: 1. Transizioni del campo cristallino
Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu sono elementi con gli orbitali 3d parzialmente riempiti. Luce
nello spettro visibile può eccitare gli elettroni degli orbitali d promuovendo transizioni
elettroniche che sono alla base della formazione dei colori.
Teoria del campo cristallino
CFT (Crystal Field Theory)
1s2 2s2 2p6 3s2 3d10-n 4s1-2
Teoria del campo cristallino CFT (Crystal Field Theory)
Le cariche negative degli anioni coordinati al
metallo di transizione creano un campo
elettrico chiamato Campo Cristallino, che ha
una specifica simmetria e forma e dipende dal
numero di anioni, dalle loro distanze dal
catione e dalle loro cariche.
Tipo eg: massima densità
elettronica lungo gli assi x, y,z
Tipo t2g
: massima densità
elettronica in direzioni comprese fra
gli assi x, y,z
In assenza di ioni vicini, i 5 orbitali 3d di un catione di un metallo di
transizione hanno la stessa energia e hanno distribuzioni di probabilità
distinte per gli elettroni
27
In una distribuzione ottaedrica , la repulsione elettronica fra gli orbitali
degli anioni e gli orbitali posizionali centralmente al catione farà
innalzare i livelli di energia degli orbitali eg . Questo fenomeno si
chiama Separazione del Campo Cristallino. Sono ora possibili
transizioni energetiche per assorbimenti di luce nel visibile.
Ione libero, senza primi
vicini, come in un gas
En
erg
ia
Campo sferico
Ione di un metallo di
transizione circondato da
un campo ottaedrico di
cariche negative (anioni)
Separazione del campo cristallino,
ossia separazione delle energie
degli orbitali eg e t
2g.
L’entità della separazione degli orbitali eg
e t2g
viene indicata dalla
quantità 10Dq o Do (10Dq è una definizione).
La quantità Dq dipende
1) dalla natura dello ione che porta l’elettrone d
2) dall’entità della carica
3) dalle distanze dal centro (cioè dalla struttura dell’ospite)
Viene generalmente usata come parametro empirico nella
razionalizzazione dei risultati spettroscopici che hanno confermato
questo tipo di teoria in maniiera molto soddisfacente.
28
Teoria del campo cristallino CFT (Crystal Field Theory)
Poiché i minerali hanno diversi poliedri di coordinazione, ci
saranno differenti separazioni del livelli di energia degli orbitali 3d
dei metalli di transizione. Inoltre, qualsiasi distorsione del poliedro
anionico di coordinazione attorno all’elemento di transizione
centrale produrrà ulteriori livelli di separazione degli orbitali 3d.
Splitting degli orbitali d in un campo creato dagli anioni in
coordinazione quadrata causate da distorsioni locali. E’ evidente
il cambiamento di simmetria associato
t2g
eg
xz, yz
xy
z2
x2- y2
x2- y2
z2
xy
xz, yz eg
a1g
b2g
b1g
29
IL BERILLO
Caratteristiche cristallografiche: gruppo dimetrico, sistema
Esagonale.
Strati paralleli di anelli Si6O
18,
fra i quali si hanno strati di ioni
Be e Al. Il Be con
coordinazione 4 e l’Al in
coordinazione 6 collegano gli
anelli sia orizzontalmente sia
verticalmente.
Gli anelli sono posizionati l’uno
sopra l’altro negli strati basali
in maniera tale che le cavità
centrali corrispondano,
formando ampi canali paralleli
all’asse c.
In questi canali possono essere ospitati una notevole varietà di ioni,
atomi neutri, molecole (es. (OH), H2O, F, He, Rb, Cs, Na e K).
Composizione chimica: Be3Al
2Si
6O
18 con tracce di Cr e V nello
Smeraldo.
Be
Al
Si
Rubino
• E' una delle più pregiate varietà
del Corindone Al2O
3
• durezza 9.0 Mohs
Smeraldo
Composizione: Be3Al
2Si
6O
18
Sistema cristallino: esagonale
Durezza: 7,5/8
Esempi di colore associato a CFT
In entrambi i casi il colore è associato alla presenza di Cr3+
che
sostituisce Al3+
in siti a coordinazione 6 distorta.
30
Corindone puro Al2O
3
Cosa lo rende un rubino?
Struttura esagonale compatta, costituita da ottaedri di ossigeni
uniti per le facce con un atomo di alluminio nel centro di due su
ogni tre ottaedri.
Il colore associato a transizioni del campo cristallino
Nello smeraldo, nel quale il campo cristallino intorno al Cr3+
è più
debole (componente covalente di legame), i picchi di assorbimento
sono spostati verso le energie inferiori, producendo trasmissione nella
zona del verde.
Nel rubino, i picchi di
assorbimento si
trovano ad energie più
elevate (legame a
carattere decisamente
più ionico),
consentendo la
trasmissione della
luce principalmente
nelle regioni del blu e
del rosso.
smeraldo rubino
Trasmissione nel verde.
Trasmissione nel rosso.
Trasmissione nel blu
31
Il colore associato a transizioni del campo cristallino:
IL CASO DI PERIDOTO, OLIVINA E CRISOBERILLO
Gli spettri di assorbimento di due minerali contenenti Fe2+
, peridoto,
(Mg,Fe)2SiO
4, una varietà gemma dell’olivina, e l’almandino,
Fe3Al
2Si
3O
12un granato. E’ raffigurato anche lo spettro di un minerale
contenente Fe3+
, il crisoberillo, Al2BeO
4.
Fe2+
in coordinazione 6: peridoto;
Fe2+
in coordinazione 8: almandino;
Fe3+
in coordinazione 6:crisoberillo
La caratteristica più sensazionale di questa pietra, è la sua sorprendente capacità di cambiare
colore. Verde alla luce naturale, l'alessandrite diventa di una delicata sfumatura di rosso, di
rosso violaceo o di grigio violaceo alla luce di una candela o alla luce artificiale. L'alessandrite
BeAl2O4 è molto rara: questo a causa della sua composizione chimica. Fondamentalmente è un
crisoberillio, che si differenzia dagli altri crisoberilli in quanto non contiene solo ferro e titanio ma
anche cromo. Ed è proprio questo elemento ad essere responsabile dello spettacolare cambio
di colore.
La magia di una pietra rara
32
Abbiamo quindi detto che: GEMMA: specie di minerali o sostanze organiche usate come ornamento personale che posseggono i requisiti di BELLEZZA
RARITA’ DUREVOLEZZA
Bellezza
Colore
Trasparenza
Brillantezza
Fenomeni Ottici
Lucentezza
33
Per riassumere:
La CFT spiega il colore trasmesso nei minerali sulla base di:
1) natura dello ione di transizione che porta l’elettrone d
2) carica, cioè stato di ossidazione, che determina il numero di
elettroni negli orbitali 3d;
3) dalle distanze dal centro (cioè geometria del sito nel quale è
ospitato il metallo di transizione);
4) Forza del campo cristallino (cariche sugli anioni, distorsione dei
poliedri di coordinazione, tipo di legame, ecc.);
5) Modalità con cui l’occhio interpreta le lunghezze d’onda
trasmesse.
---imperfezioni nel cristallo generano i cosiddetti
“centri di colore”
I “difetti” dell’arrangiamento cristallino, siano essi atomi mancanti
(lacune) o atomi addizionali (interstiziali), generano splendidi colori dopo
l’irradiazione della gemma. Questi difetti costituiscono uno “pseudo-
atomo”, il quale causa un assorbimento della luce (anche nella parte
visibile dello spettro); lo si denomina “centro di colore” o centri F.
I difetti possono essere indotti da radiazioni (raggi X, emanazioni di radio
o altre sostanze radioattive) o da calore.
Ad esempio, esposto a radio si provoca lo
spostamento degli atomi di carbonio, e il
diamante diventa verde.
34
Colore causato da riscaldamento o radiazioni ionizzanti: il caso
del diamante.
47K 53K
29K 68K
35
Tipo I: con N
Tipo Ia(98% diamanti-1000-3000ppm): N in aggregati, si dividono in:
Tipo A, con N in coppie;
Tipo A
Tipo N3, aggregati di tre
atomi di N e una lacuna Tipo N3
Tipo B Tipo B aggregati di quattro
atomi di N e una lacuna
Tipo Ib: sostituzione random di C con N (mediamente 25-50 ppm)
Tipo II: senza N (inferiore a 20
ppm
Tipo IIa: C purissimo, senza
difetti reticolari. Potrebbe
essere il “cristallo
dimdiamante ideale”, privo di
difetti reticolari. Non
conducono elettricità
Tipo IIb: con B
Tipo IIa
Tipo IIb
36
a) b)
e-
Struttura della fluorite, CaF2, (AX2-reticolo cfc nella cella elementare cubica) nella quale un elettrone riempie una lacuna creata dalla rimozione di uno ione fluoro.
In questo caso si ha un centro di colore determinato dalla presenza dell’elettrone intrappolato nella lacuna.
Centro di Colore
Un centro di colore nella fluorite può essere dovuto a:
1) Radiazioni ad alta energia;
2) Crescita da una soluzione con calcio in eccesso
3) Rimozione di fluoro per applicazione di un campo elettrico.
Centro di Colore nella Fluorite
e-
37
O2-
O2-
O2-
O2-
Si4+
Si4+
O2-
O2-
Si4+
O2-
O2-
O2-
O2-
Al3
+
Si4+
O2-
O2-
Si4+
H+
radiazione
a)
Struttura del quarzo in cui le parziali sostituzioni ioniche di Al3+ per Si4+ si accoppiano all’ingresso nella struttura di H+ per mantenere la neutralità elettrostatica. La radiazione X o gamma espelle uno degli elettroni della coppia presente in O2- e lascia un centro di colore tipico del quarzo affumicato.
b)
---sostituzioni nel cristallo generano i “centri di colore” nel
quarzo affumicato
quarzo affumicato
Altri esempi di minerali in cui la colorazione è dovuta a
“centri di colore”
Minerale Colore
Ametista, fluorite Porpora
Quarzo affumicato Da marrone a nero
Diamante irraggiato Verde, giallo, bruno,
blu, rosa
Topazio naturale e
irraggiato
Blu
salgemma Blu e giallo
I centri di colori possono essere eliminati attraverso il
riscaldamento a circa 100°C, o in alcuni casi anche
attraverso l’esposizine agli UV.
38
•Lo zircone se puro è incolore, ma
se contiene Uranio, U, diventa blu e
se danneggiato dal decadimento
radioattivo diventa rosso-bruno
Altri esempi di minerali in
cui la colorazione è dovuta
a “centri di colore”: il caso
dello zircone
I topazi sono frequentemente trattati irradiati o termicamente al fine di esaltarne la colorazione. I campioni qui riportati sono stati riscaldati ad alta temperatura.
39
Colore causato da riscaldamento o radiazioni ionizzanti: il caso
del diamante.
47K 53K
29K 68K
Tourmalina bicolore per esposizione a raggi gamma a
trattamento a 47K
40
•calcite blue, radiazioni gamma e trattamento a 38K;
---ma il colore può essere dovuto ad un altro
fenomeno, detto “trasferimento di carica”
Nel caso di impurità isolate, il colore risulta dalla transizione
tra i livelli energetici di uno stesso ione. Capita tuttavia che un
elettrone lasci l’atomo di origine per occupare i livelli energetici
di uno ione vicino. In altre parole gli elettroni di valenza si
trasferiscono avanti e indietro tra ioni adiacenti.
In questo caso si
applica non la teoria
del campo cristallino,
ma quella degli
orbitali molecolari
condivisi e come tali
delocalizzati.
41
Zaffiro
Composizione = ossido di alluminio Sistema cristallino = esagonale Colore =blu in varie gradazioni, bianco, rosa, giallo
Lo zaffiro è la varietà blu/azzurra del corindone..
Il colore è dovuto ai trasferimenti di carica tra:
•Fe2+
e Ti4+
•Fe2+
e Fe3+
•O2-
e Fe3+
Il colore è dovuto ai trasferimenti di
carica tra:
•Fe2+
e Ti4+
•Fe2+
e Fe3+
•O2-
e Fe3+
La sola trasmissione
avviene nella regione del
blu-violetto
42
PROPRIETA' FISICHE
• L'Aquamarina è, insieme allo Smeraldo, una varietà del berillo, una specie minerale che cristallizza nel sistema esagonale.
• Composto Be3Al2Si6O18. Durezza 7.5 - 8.0 Mohs,
• indice di rifrazione 1.577 - 1.583, • peso specifico 2.72, • tenacità buona. • Si ritrova soprattutto in Brasile, in
Russia nella regione dei monti Urali, Afghanistan, Pakistan, India, Nigeria e Madagascar.
Acquamarina
Le colorazioni , dovute al ferro, variano dall'azzurro quasi pallido al celeste
acceso con oscillazioni tra il blu verdastro e il verde-blu, comunque sempre
con un tono molto delicato anche se la tinta è vivida alla vista. Raramente
presenta inclusioni, ma si possono trovare anche inclusioni liquide e sono
queste le acquamarine che più temono l'esposizione a fonti di calore
43
Inclusioni sotto forma di tubicini paralleli
Nell’acquamarina ad esempio
il colore blu è dato dal
trasferimento di carica tra
Fe2+
e Fe3+
.
•Fe2+
e Fe3+
•Ti3+
e Ti4+
•Mn2+
e Mn3+
e Mn4+
etc.
---esempi in cui il colore è dovuto al “trasferimento
di carica”
44
Fe2+
- Fe3+
(Mg,Fe)2Al
4Si
5O
18nH
2O
Fenomeni Ottici
dovuti alla sola riflessione della luce:
-gatteggiamento è generato dalla presenza
di microscopiche cavità isoorientate oppure di inclusioni, che concentrano la luce in una banda chiara, sottile, oscillante e iridescente. Es: crisoberillo (varietà occhio di gatto il quarzo con inclusioni di amianto (occhio di tigre), adularia ed il gesso.
-asterismoè dovuto invece alla presenza di
inclusioni aghiformi incrociate, e si manifesta come una stella luminosa a quattro o sei punte, che appare nella sua massima bellezza in seguito alla lucidatura della pietra; sono molto conosciuti ed ambiti dai collezionisti i rubini e gli zaffiri stellati, ma il fenomeno si presenta anche nel quarzo rosa, nella flogopite ed in alcuni pirosseni.
crisoberillo
rubino
45
Associazione di aghi di rutilo
formanti un nido
dovuti ad interferenza per lamina
sottile
-labradorescenza, tipica della labradorite
dalla quale deriva il nome, è dovuta ad una particolare disposizione degli smistamenti, che produce un’onda luminosa blu intenso se guardata da una particolare angolazione.
dovuti a riflessione e interferenza
Fenomeni Ottici
labradorite
-adularescenza (tipica dell’adularia, cioè
dell’ortoclasio, detto anche pietra di luna). E’
dovuta a strati, non troppo spessi, interposti di
albite ed ortoclasio.
dovuti a diffrazione
- giochi di colore
46
Giochi di colore dovuti a diffrazione: L’OPALE
Composizione: SiO2·H2O (silice idrata contenente tra l’1-21 % di acqua);
Non cristallina
Varietà più usate in gioielleria: opale nobile bianca e nera (arlecchinamento); opale nera, di fuoco, d’acqua (varietà ialite).
RI: 1.44-1.46 (1.40 nell’opale di fuoco)
Peso specifico: 2.0-2.1
Durezza: 5.5-6.5
Lucentezza: vitrea
Luminescenza: LW e SW UV da bianca a verde ad azzurra.
Sfere di diametro
variabile di silice
amorfa intercalate
da lacune disposte
regolarmente con
geometria cubica
dovuti a diffrazione
e interferenza
-oriente
Fenomeni Ottici
47
Genesi della perla
Struttura dei molluschi perliferi
La maggior parte dei molluschi perliferi appartiene alla classe dei Bivalvi, che
presentano la conchiglia composta da due parti o valve. Tuttavia, si trovano molluschi
perliferi anche nelle classi dei Gasteropodi e dei Cefalopodi.
Le perle si formano all’interno di organismi animali appartenenti al phylum Molluschi,
invertebrati che presentano una conchiglia, per lo più esterna, contenente le parti molli.
GRANO: unità di misura della massa utilizzata solo per le perle naturali.
Corrisponde a 0,05 grammi. 1 grammo = 20 grani. 1grano metrico= 0.25 carati
1 carato= 0.2 grammi
Natura e formazione delle perle
La maggior parte dei molluschi perliferi appartiene alla classe
dei Bivalvi (Pinctada Margaritifera, Tridacna Gigas,
Unio=acqua dolce), che presentano la conchiglia composta
da due parti o valve. Tuttavia, si trovano molluschi perliferi
anche nelle classi dei Gasteropodi (Strombus Gigas e
Haliotis:perle conch) e dei Cefalopodi. Come esempio,
vediamo nel dettaglio la struttura di un Bivalve. Ai fini
gemmologici, le parti più importanti di questi animali sono il
mantello e il guscio.
Anatomia di un bivalve:Il mantello
Il mantello è un lembo cutaneo, che si trova tra il guscio e il
corpo dell’animale. Consta di tre strati: quello esterno è
costituito da uno strato di cellule epiteliali (ectoderma) che
secernono una sostanza organica, la conchiolina (O32H48O11),
una scleroproteina di tipo cheratina (polisaccaride azotato.
L’ectoderma è responsabile della formazione del guscio
del mollusco.
48
Incistamento
Le perle complete vengono formate da un altro processo, quello dell’incistamento nel
mantello (mantle pearls o cyst pearls). Il corpo estraneo penetrato accidentalmente
nella conchiglia è di solito un minuscolo parassita che con le sue contorsioni
impedisce al mollusco di fissarlo con la madreperla alla conchiglia.
Il processo può essere così schematizzato:
a) Il corpo estraneo forma una
depressione nel mantello;
b) Il mantello forma una tasca che
racchiude il corpo estraneo irritante;
c) La tasca si separa dal mantello
formando una cisti nel corpo
dell’animale. Questa sacca costituisce il
sacco perlifero e contiene il corpo
estraneo irritante
Strati Concentrici di aragonite depositati intorno ad un irritante.
Perle naturali
49
Coltivate con nucleo
Nella maggioranza dei casi la perla di coltura è costituita da un nucleo sferico di madreperla che
viene inserito dall’uomo, sul quale il mollusco deposita strati sovrapposti, idealmente concentrici, di
cristalli di carbonato di calcio (essenzialmente aragonite), ingabbiati in una “rete” tridimensionale di
conchiolina
Coltivate senza nucleo
Le perle di coltura senza nucleo o con nucleo organico non contengono un nucleo rigido di
madreperla. Esse sono costituite completamente da strati di perlagione e vengono prodotte quasi
esclusivamente da molluschi di acqua dolce. Frammenti di epitelio inserito costituiscono l’ agente
irritante e danno inizio alla formazione della sacca perlifera. Così, attorno all’impianto organico, si
depositano strati successivi di perlagione
50
Esame mediante raggi X: metodo Laue
Ricordiamo che:
Le perle naturali sono costituite da conchiolina e da cristallini di aragonite che si dispongono a
raggiera, in strati concentrici, con l’asse di allungamento "c" perpendicolare agli strati. Pertanto, le
basi pseudoesagonali risulteranno sempre parallele alla superficie sferica delle perle.
Le perle di coltura con nucleo sono costituite da un nucleo sferico di madreperla, attorno al quale
inizia la deposizione concentrica degli strati di perlagione (conchiolina e aragonite). Il concetto
fondamentale da tenere sempre presente è che i cristalli di aragonite che costituiscono il nucleo di
madreperla hanno orientazione diversa rispetto ai cristalli di aragonite dello strato esterno di
perlagione
51
Nelle perle naturali gli assi pseudoesagonali di
aragonite sono tutti a raggiera e i raggi X
viaggiano paralleli ad essi in tutte le direzioni
(lauegramma senario).
Nelle perle coltivate questo si verifica in
una sola direzione, ma nelle altre il
lauegramma è definito binario.
Esame radiografico
Si basa sulla diversa trasparenza ai raggi X tra conchiolina e carbonato di calcio. Nelle
perle naturali la conchiolina può occupare il centro della perla, come nel caso delle
cosiddette perle blu, oppure può occupare strati sottili interposti fra strati concentrici di
cristalli di aragonite.
•X-radiograph of natural pearls. Several pearls show circular
growth lines.
52
Radiografia perle naturali anni 20
Le perle di imitazione non contengono perlagione e la
superficie è omogenea e granulare, spesso con graffi.
L’interno può essere in vetro, madreperla, plastica.
Perle false e imitazioni
Le perle Mabe sono perle
composite. Secondo la recente
normativa UNI sono: “Materiale
composito costituito da uno strato
di perlagione a superficie curva e
di forma varia, riempito da
materiali diversi, con chiusura
basale di madreperla o di altro
materiale. L’interno può essere
composto esclusivamente di cera,
oppure contenere anche una
sferetta più piccola di madreperla.
Top Related