I colori delle pietre preziose

Fin dai tempi antichi le pietre preziose sono state considerate simbolo di ricchezza, autorità e potere a cui venivano attribuiti poteri magici e che venivano ostentate da nobildonne, principi e persone danarose. Le pietre preziose o gemme sono tutte quelle specie e varietà di minerali che possono essere usate, dopo essere state tagliate e lucidate per ornamento personale e per decorare oggetti. Le pietre preziose si distinguono, oltre che per la loro purezza e limpidezza anche per il loro colore: dal rosso del rubino, al verde dello smeraldo, al viola dell’ametista, al giallo-oro dello zaffiro.

Le colorazioni delle pietre preziose sono dovute alla presenza di piccole quantità di metalli di transizione; questi ultimi hanno elettroni nell’orbitale 3 d e quando la luce colpisce la gemma essi, assorbendo energia,  vengono eccitati. Ricadendo nel loro stato fondamentale emettono una radiazione avente energia pari a quella che hanno assorbito. Se tale radiazione ricade nello spettro del visibile la pietra appare di una determinata colorazione.

Il rubino è un cristallo di ossido di alluminio contenente tracce di cromo (III) che sostituisce alcuni ioni di alluminio presenti nell’ossido. Nel rubino ogni ione Al3+ e Cr3+ è contornato da sei ioni O2- secondo una geometria ottaedrica: tale geometria del cristallo provoca lo splitting degli orbitali d.

Tutti gli orbitali d ( dz2, dxz, dyz, dxy, dx2-y2) anche se hanno forme e orientazioni diverse hanno la stessa energia in un atomo metallico. Quando uno ione metallico è contornato da ioni negativi in un intorno ottaedrico i cinque orbitali d di un metallo di transizione non restano degeneri, ma si separano in due gruppi: il gruppo t2g di energia minore, triplicemente degenere, e il gruppo eg di energia superiore doppiamente degenere. La differenza di energia tra questi due set di orbitali corrisponde all’energia della luce visibile.

Quando è colpito dalla luce si verifica un assorbimento di energia che corrisponde alla transizione di un elettrone dal livello t2g a minore energia a quello eg ad energia maggiore. Il rubino riflette o trasmette in modo selettivo solo alcune lunghezze d’onda della luce corrispondenti all’energia assorbita e il colore è determinato dalle rimanenti radiazioni che si compongono e al nostro occhio appare la colorazione rossa.

L’origine del colore verde dello smeraldo è analoga a quella del rubino. Lo smeraldo è costituito da silicato di alluminio e berillio Be3Al2 (SiO3)6, in cui sono presenti, come nel rubino ioni Cr3+. Questi ultimi sostituiscono alcuni ioni di alluminio e sono sono contornati da sei ioni silicato SiO33-. Anche in questo caso si verifica lo splitting degli orbitali 3 d, ma la differenza tra i due set di orbitali 3d è diversa rispetto a quella che si verifica nel rubino il che implica che la colorazione dello smeraldo è diversa.

In tabella vengono riportate alcune delle gemme più note, unitamente al colore, alla formula e all’impurezza che ne determina il colore.

Gemma Formula Colore Impurezza
Rubino Al2O3 Rosso Cr3+
Smeraldo Be3Al2 (SiO3)6 Verde Cr3+
Alessandrite Al2BeO4 Rosso/verde Cr3+
Olivina Mg2SiO4 Giallo-verde Fe2+
Tormalina Na3Li3Al6(BO3)3(SiO3)6F4 Rosa Mn2+
Turchese Al6(PO4)4(OH)8 ·4 H2O Blu-verde Cu2+
Acquamarina Be3Al2(SiO3)6 Blu Fe2+/ Fe3+

 

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Author: Chimicamo

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