I colori delle pietre preziose

I colori delle pietre preziose hanno da sempre incantato per la loro intensità, contribuendo notevolmente al loro fascino

Fin dai tempi antichi le pietre preziose sono state considerate simbolo di ricchezza, autorità con poteri magici  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 i loro colori: dal rosso del rubino, al verde dello smeraldo, al viola dell'ametista, al blu dello zaffiro.

I colori 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.

Rubino

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 O^2- secondo una geometria ottaedrica: tale geometria del cristallo provoca lo splitting degli orbitali d.

Tutti gli orbitali d (d_z2, d_xz, d_yz, d_xy, d_x2-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 t_2g di energia minore, triplicemente degenere, e il gruppo e_g 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 t_2g a minore energia a quello e_g 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.

Smeraldo

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 SiO₃^3-. 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.

Tabella

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

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