I soci si riuniscono in corso Massimo D Azeglio 25 - Torino Tutti i Martedì feriali dalle ore 20,30 alle 22,30

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2 Consiglio Direttivo Sezione Paleontologica e Mineralogia MAURO BARBERIS (Delegato) ANTONIO BUSSI (Vice Delegato) Consiglieri: MARIO BELTRANDO, ACCORNERO GUALTIERO, FRANCO ZAPPIA I soci si riuniscono in corso Massimo D Azeglio 25 - Torino Tutti i Martedì feriali dalle ore 20,30 alle 22,30 2

3 - I N T R O D U Z I O N E - Quando guardiamo un campione di minerale cristallizzato la prima cosa che colpisce sono i caratteri fisici che rileviamo direttamente con gli organi di senso. Queste caratteristiche sono definite PROPRIETA ORGANOLETTI- CHE e comprendono: - l ASPETTO - la TRASPARENZA od OPACITA - il COLORE Quest ultimo elemento è quello che più stupisce ed affascina l osservatore e sarà pertanto il tema di questa trattazione. Per meglio comprendere quanto verrà detto in seguito, vedremo nella prima parte le definizioni dei termini che si incontreranno. Parleremo molto sommariamente di: - ATOMI, MOLECOLE - come sono composti e come si comportano - VALENZA e VICARIANZA - LUCE BIANCA influenze e fenomeni connessi - TRASPARENZA - LUCENTEZZA - LUMINESCENZA con tutti i fenomeni connessi - DIFETTI STRUTTURALI - CENTRI DI COLORE Nella seconda parte analizzeremo le cause che provocano il COLORE Parleremo quindi di: - IDIOCROMATISMO - ALLOCROMATISMO - PSEUDOCROMATISMO - PLEOCROISMO - ENERGIA

4 La terza parte è costituita da tabelle indicative per un riconoscimento rapido di alcuni tra i minerali più noti attraverso il colore che i cristalli presentano e la polvere ottenuta dalla frantumazione degli stessi. Alcuni di essi potranno presentare cristalli con colore diverso da quello indicato, ma le loro polveri avranno comunque lo stesso colore. E nostro dovere ricordare, a conclusione del discorso, che per una buona parte dei minerali è sconosciuta la causa della loro specifica colorazione ed a tutt oggi sono ipotizzate deduzioni e teorie in merito che non sempre sono confermate neppure attraverso ricerche approfondite. E per questo che l aspetto morfologico del colore di un minerale, non comportando variazioni nelle proprietà chimiche e fisiche degli stessi, è ancora molto vago.

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7 LA STRUTTURA DELL ATOMO I minerali sono costituiti da atomi e ioni che possono essere visti come un aggregato di particelle elementari, ciascuna delle quali caratterizzata da una massa e da una carica elettrica. Le particelle dell atomo quantitativamente più importanti si dividono in: PROTONI particelle con carica elettrica positiva; NEUTRONI particelle prive di carica elettrica pur avendo le stesse dimensioni e lo stesso peso dei protoni; ELETTRONI particelle aventi una piccolissima dimensione di massa nei confronti delle due precedenti e caratterizzate da una carica elettrica negativa. L elettrone è una particella materiale alla quale si associa una carica elettrica negativa; il protone ha una carica elettrica positiva ed una massa che è 1836 volte più grande di quella dell elettrone; il neutrone non porta cariche elettriche ed ha una massa 1839 volte più grande dell elettrone. I protoni ed i neutroni si trovano al centro degli atomi e ne costituiscono il nucleo mentre gli elettroni ruotano vertiginosamente attorno ad essi. (Fig. 1 2) Lo spazio di ingombro di un atomo è normalmente rappresentato da una sfera. (Fig. 3) Gli atomi dei vari elementi si differenziano tra loro per il numero di elettroni e protoni che li costituiscono (il numero dei protoni è circa pari a quello dei neutroni mentre il numero degli elettroni è uguale a quello dei protoni); di conseguenza, singoli atomi di sostanze differenti hanno dimensioni diverse tra loro. La Fig. 4 rappresenta il rapporto tra l atomo dell idrogeno (il più piccolo esistente in natura) e l atomo dell uranio (il più grande). Un atomo è elettricamente neutro quando possiede uguale numero di protoni (positivi) e di elettroni (negativi) in modo che le loro cariche si annullano reciprocamente. Atomi e ioni non possiedono una superficie-limite definita ma, seguendo il modello atomico di Bohr, possono essere descritti come sfere aventi un raggio compreso fra 0,5 e 2,5 Amstrong (1 Å = 0, cm) formate da un nucleo centrale di protoni e neutroni presenti nel nucleo stesso. La somma del numero di protoni e neutroni presenti nel nucleo prende il nome di numero di massa, e gli atomi e gli ioni che hanno lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa, rappresentano i diversi isotopi chimici degli elementi. Il loro studio riveste un ruolo molto importante nei problemi relativi all o- 7

8 rigine, all età ed all utilizzo dei minerali. Gli ioni sono atomi che hanno perso o guadagnato elettroni trasformandosi così in particelle con un eccesso di carica positiva, i cationi, o in particelle con un eccesso di carica negativa, gli anioni. La constatazione sperimentale che gli atomi e gli ioni assorbono ed emettono le radiazioni elettromagnetiche (raggi X, raggi ultravioletti, infrarossi, ecc.) in modo selettivo e caratteristico, cioè assorbendo ed emettendo solo determinate quantità di energia, è la base su cui si fonda la teoria quantistica dell atomo. Essa venne formulata da Bohr (1913), tenendo conto delle esperienze di Plank (1900) sul quanto-luce o fotone e di Einstein (1905) sull associazione quanto-onda, e ricevette, negli anni successivi, i contributi di De Broglie, Pauli e Heisemberg. Secondo la teoria, gli elettroni che si muovono attorno ad un nucleo possono occupare solo determinati livelli energetici, ciascuno dei quali può essere definito da quattro numeri interi, detti numeri quantici, che ne esprimono il contenuto relativo in energia potenziale. 8

9 MOLECOLA E la più piccola particella di minerale che mantiene le caratteristiche tipiche dello stesso ed è composta da un gruppo di atomi. Generalmente le molecole degli elementi sono biatomiche; tuttavia esistono casi di molecole monoatomiche (sodio, elio, mercurio) e molecole poliatomiche (solfo, carbonio). Il concetto di molecola ha senso quando viene applicato ai liquidi o ai gas. Nei solidi le molecole sono disposte in reticoli tridimensionali rigidi, costituiti dall insieme di tante maglie (Fig.5 6); in conseguenza di ciò si hanno i cristalli. In un solido costituito da un composto, gli atomi sono tenuti insieme da forze dette legami, che permettono al composto di mantenere stabili ed immutate nel tempo le proprie caratteristiche. Tali legami sono anche responsabili delle proporzioni di ogni tipo di atomo nei confronti degli altri all interno di ogni composto. La possibilità che un atomo di un elemento ha di legarsi o sostituirsi con uno o più atomi si chiama valenza 9

10 VALENZA, VICARIANZA La valenza può avere forza diversa secondo i tipi di atomi che si legano tra loro. Il fenomeno di sostituibilità indifferente tra elementi diversi prende il nome di vicarianza e gli elementi che possono sostituirsi vicendevolmente sono detti vicarianti. Elementi possono essere vicarianti (cioè possono formare cristalli misti) quando: - abbiano la stessa valenza - le dimensioni dei loro raggi ionici siano circa uguali o non differiscano per più del 15% tra loro - occupino nel reticolo cristallino posizioni aventi lo stesso significato cristallografico (posizioni omologhe). LUCE E una forma di energia radiante dovuta ad onde di natura elettromagnetica che si propagano attraverso l etere. Dalla teoria delle ondulazioni, formulata da Huygens ed elaborata da Fresnel, la luce consiste nel moto vibratorio delle particelle di un ipotetica materia, estremamente tenue, di densità infinitamente piccola, perfettamente elastica che esiste dovunque sia nel vuoto che nelle particelle dei corpi gassosi, liquidi e solidi. Per la trattazione dell ottica cristallografica questa formulazione è in perfetto accordo ed utile a spiegarci quanto serve. Se consideriamo uno fra gli infiniti raggi di luce che parte da un punto luminoso, vediamo che la luce si propaga in linea retta ed è scosso da un oscillazione periodica (sinusoide). (Fig. 7) 10

11 Le onde elettromagnetiche sono il risultato della combinazione di un campo elettrico e di uno magnetico che variano nel tempo in modo regolarmente alternato. Dato che i due campi sono interagenti tra loro (l uno varia proporzionalmente al variare dell altro) nelle considerazioni a seguire basterà riferirci ad uno di essi. In generale, nella trattazione dei fenomeni luminosi si fa riferimento al comportamento del campo elettrico. La rappresentazione grafica di un campo elettrico o magnetico è illustrata in Fig La direzione di oscillazione è normale alla direzione di propagazione. La distanza (X) tra due punti in concordanza di fase, cioè equidistanti dalla loro posizione di equilibrio, è definita come lunghezza d onda ed è in pratica quella che definisce il colore della luce. (Fig ) La lunghezza d onda si misura in Amstrong (Å) che equivale a 10-8 cm. 11

12 L occhio umano è sensibile soltanto alle lunghezze che variano tra i 3800 e 7800 Å come limite massimo e tale campo è definito spettro del visibile. (Fig. 12) Poiché abbiamo detto che la luce è una combinazione dei campi elettrico e magnetico definiremo ancora lo spettro del visibile con il valore elettrico che presenta lo spettro tra 0,61 e 0,32 ev (elettronvolt). (Fig.13) L intensità della luce dipende dall ampiezza delle vibrazioni. 12

13 Quando un raggio di luce entra dal vuoto in un corpo ponderabile, la sua velocità diminuisce proporzionalmente alla densità ottica del corpo stesso. Conseguenza di questa diversa velocità di propagazione è che il raggio di luce subisce una deviazione rispetto all angolo d incidenza definito con il nome di rifrazione. 13

14 INTERAZIONE DELLA LUCE CON LA MATERIA Le interazioni della luce con la materia danno origine a fenomeni di: Riflessione, Rifrazione, Diffusione, Assorbimento. Parte della radiazione assorbita può essere restituita come fenomeno di Fluorescenza. Gli effetti di queste interazioni, che dipendono dalla lunghezza d onda e dalla radiazione, danno come risultato dei colori. MEZZO OTTICO E quella porzione di spazio, occupata o meno da materia, in cui avviene il passaggio della luce. Tutti i mezzi ottici sono caratterizzati da: - Potere Assorbente (assorbimento) - Potere Riflettente (riflessione) - Potere Rifrangente (rifrazione) nei confronti delle varie lunghezze d onda, non soltanto della luce visibile. Non tutti i mezzi, poi, sono trasparenti a tutte le lunghezze d onda. 14

15 INTERAZIONI DELLA LUCE CON LA MATERIA Se su una superficie di cristallo facciamo incidere un raggio di luce monocromatica si avrà che: una parte del raggio viene respinta dalla superficie con un angolo identico a quello di incidenza; in questo caso avremo un raggio riflesso nello stesso momento, una parte del raggio penetra all interno della superficie e viene deviato rettilinearmente dalla traiettoria originale; questo raggio, che presenta un ampiezza minore all angolo di incidenza, viene definito raggio rifratto nel contempo, una parte del raggio viene assorbita dal cristallo e si ha l assorbimento Altri aspetti dell interazione della luce con la materia sono: la diffrazione, fenomeno che si nota negli Opali quando il reticolo di sferuline di silice amorfa è disposto in modo simmetrico e regolare per cui la luce incidente viene rimbalzata da ogni sferulina alle altre vicine, così che risulta un maggiore risalto di certi colori o l annullamento di altri la diffusione, effetto che si nota nelle Perle quando un raggio di luce incide sulla superficie irregolare della perla stessa la interferenza, effetto combinato di riflessione-rifrazione visibile in quei composti che presentano strati sovrapposti di cristallizzazione (esempio: le perle). DISPERSIONE Fenomeno che si ha quando un raggio di luce passa da qualunque mezzo ad un altro. Esempio: se prendiamo un prisma di vetro o di altro minerale e su di esso facciamo incidere un raggio di luce monocromatica (una sola lunghezza d onda) noteremo che il raggio subirà una rifrazione rettilinearmente, avvicinandosi alla normale, ed in uscita dalla seconda faccia del prisma questo raggio subirà un ulteriore deviazione, allontanandosi dalla normale. (Fig. 14) Se al posto della luce monocromatica usiamo una luce bianca noteremo che il raggio di luce, oltre ad essere deviato, verrà scomposto dal prisma ed all uscita da questo si potranno osservare i colori che compongono il fascio stesso, separati l uno dall altro in ordine secondo le lunghezze d onda. (Fig. 15) Riassumendo, si deduce che ogni raggio di luce avente una certa lunghezza d onda subisce una sua rifrazione, cioè ha un suo indice di rifra- 15

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17 zione. Tale indice aumenta con il diminuire della lunghezza d onda, passando dal rosso al viola Possiamo quindi dire che prismi uguali di materiali diversi impartiscono dispersioni differenti ai vari colori costituenti il raggio di luce bianca: se ne deduce che le sostanze hanno un certo potere disperdente. (Fig. 16) Il fenomeno della dispersione è molto considerato dai gemmologhi in quanto risulta essere la causa principale del fuoco di una pietra (gemma). Più alta è la dispersione, maggiore è la quantità di lampi colorati che da essa si sprigionano ed ogni colore è meglio percepibile rispetto agli altri, soprattutto il blu dal rosso in quanto si trovano ai due estremi dello spettro del visibile. La distanza di separazione tra il rosso ed il viola non dipende esclusivamente dal potere disperdente del mezzo ottico ma anche dalla lunghezza del percorso effettuato all interno di esso da parte dei raggi. Da quest ultima constatazione risulta evidente che l ideale, nella creazione di una gemma, è fare in modo che un raggio catturato da una pietra ne riesca dopo aver percorso il massimo cammino possibile all interno di essa. Per ottenere questo bisogna fare in modo che i raggi, una volta entrati nella pietra dall alto, incidano sulle faccette dall interno con angoli superiori all angolo limite, in modo che vengano riflessi il maggior numero di volte possibile, allungando così il loro percorso. COLORE E una delle proprietà meno importanti dei minerali ed è la più evidente manifestazione dell interazione fra minerale e luce bianca. La percezione del colore è un esperienza soggettiva nella quale hanno un ruolo importante fattori fisiologici e psicologici. Il colore percepito è il risultato di una misura eseguita dall occhio e di un interpretazione data dal cervello della composizione spettrale della radiazione osservata. Il colore dei minerali, come di tutti i corpi, è dovuto ad un diverso assorbimento di varie lunghezze d onda delle innumerevoli che costituiscono la luce bianca. In breve diremo che i corpi opachi illuminati da luce bianca assorbono alcune lunghezze d onda, cioè alcuni colori, e riflettono gli altri, cosicché il minerale ci appare della luce riflessa che non è più bianca perché privata di alcuni colori che la costituiscono. Per i corpi trasparenti, la colorazione è dovuta al fatto che, se attraversati dalla luce, assorbono solo alcune lunghezze d onda lasciando passare le altre. Una prima grossolana divisione consiste nel tenere conto se la causa del 17

18 loro colore è dovuta ad uno o più elementi che sono costituenti essenziali del minerale stesso o se è dovuto ad elementi estranei al suo chimismo. Questa divisione comprende: Minerali Idiocromatici - (colore proprio) Dotati di colorazione caratteristica e costante dovuta ad uno o più minerali costituenti. Esempio: nel Granato Almandino il colore è dovuto alla presenza di ferro (Fe) nella sua composizione chimica essenziale (Fe 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 Minerali Allocromatici - (colore altrui) Dotati di colorazione dovuta ad impurezze e pertanto non costante; quando si presentano perfettamente puri sono incolori. Esempio: nel Rubino il colore rosso è dovuto alla presenza di Cromo che sta al posto dell Alluminio (in percentuale molto bassa) nel chimismo del cristallo (Al 2 O 3 ) Minerali Pseudocromatici - (falso colore) Dotati di colorazione dovuta a fenomeni fisici subiti dalla luce che penetra in essi. Esempio: nell Opale i lampi di colore che provengono da superfici lungo le quali sferuline di silice amorfa (SiO 2 ) si trovano allineate regolarmente in due direzioni dello spazio. La luce incidente su di esse subisce un fenomeno detto Diffrazione. TRASPARENZA E legata alla capacità di un minerale di assorbire o trattenere la luce. Qualitativamente i minerali possono essere distinti in: - Trasparenti - Semitrasparenti - Traslucidi - Opachi E evidente, comunque, che singoli campioni possono o per loro dimensioni o per eventuali impurità, far variare l assorbimento della luce. Due elementi che secondo il loro grado di carica concorrono all abbassamento della trasparenza sono il Ferro (Fe) ed il Manganese (Mn). Se il minerale cristallizza in sistemi diversi, può capitare che in un sistema sia opaco e nell altro trasparente; esempio: Metacinabro - monometrico, opaco con colore rosso-nero Cinabro - trigonale, trasparente con colore rosso 18

19 LUCENTEZZA Aspetto che assume la superficie del minerale, faccia naturale o di sfaldatura, quando riflette la luce. I diversi tipi di lucentezza sono definiti riferendoli all aspetto di sostanze comuni. METALLICA SUBMETALLICA ADAMANTINA SUBADAMANTINA RESINOSA GRASSA CEREA VITREA caratteristica dei minerali opachi con alto potere riflettente (metalli, semimetalli, solfuri, arseniuri, solforali ed alcuni ossidi) esempio: Oro, Argento, Pirite con aspetto di metallo appannato esempio: Cromite, Magnetite, Rutilo, Enargite caratteristica dei minerali trasparenti ad alto indice di rifrazione esempio: Diamante, Cerussite, Cassiterite, Fosgenite meno viva dell Adamantina esempio: Topazio, Cuprite, Zincite nei minerali traslucidi ad alto indice di rifrazione esempio: Blenda, Solfo, Realgar, Ambra altra caratteristica presentata da alcuni minerali traslucidi; si nota il più delle volte sulle fratture e meno sulle superfici esempio: Zircone, Scheelite, Nefelina caratteristica dei minerali con fine struttura d aggregati (Calcedonio) o di gel minerali (Crisocolla) presentata dalla maggior parte dei minerali trasparenti a medio indice di rifrazione esempio: Quarzo, Fluorite 19

20 UMIDA TERROSA caratteristica dei minerali a basso indice di rifrazione esempio: Alite, Carnallite, Criolite presentata dai prodotti di alterazione esempio: Limonite, Goethite Le strutture di aggregati presentano particolari lucentezze: SERICEA MADREPERLACEA OPACA presentata dagli aggregati fibrosi di cristalli paralleli esempio: Crocidolite, Tremolite negli aggregati squamosi di cristalli lamellari traslucidi (Talco) oppure su facce di sfaldatura (Miche) presentata dai minerali microcristallini a finissima aggregazione granulare esempio: Magnesite, Psilomelano Alcuni minerali presentano particolari lucentezze, se illuminati a luce bianca, con fenomeni di colorazione policroma o cangiante Lo sfruttamento di questi giochi di luce hanno portato all utilizzo di questi minerali come pietre ornamentali IRIDESCENZA OPALESCENZA dovuta a fenomeni di interferenza luminosa provocata da leggere alterazioni superficiali (Oligisto, Galena) oppure presente in minerali trasparenti, per fenomeni di interferenza su piani interni di sfaldatura (Calcite Spatica) a colori cangianti e sfumati per decomposizione della luce bianca su superfici curve interne, talora, come nell Opale, per disidratazione del gel colloidale LABRADORESCENZA tipica della Labradorite. Si presenta a nette frange parallele e rettilinee azzurre e verdi, in rapporto a variazioni degli indici di rifrazione con la composizione chimica del feldspato 20

21 GATTEGGIAMENTO con effetti di illuminazione interna che si sposta con l orientamento rispetto alla luce incidente. E dovuta ad inclusioni di fibre parallele diritte od ondulate di minerali asbestoidi nel quarzo. Si distingue in: Occhio di Tigre Occhio di Gatto Occhio di Falco AVVENTURINAMENTO luccichio, su punti luminosi raggruppati od uniformemente distribuiti. Presente in minerali trasparenti come feldspati o quarzi, dovuto a minute inclusioni di minerali metallici o submetallici (Ematite, Rutilo) ASTERISMO effetto di luce stellata dovuto ad inclusioni disposte in modo ordinato in rapporto con la simmetria del cristallo LUMINESCENZA Proprietà che hanno campioni di alcuni minerali di emettere luce se sottoposti a particolari trattamenti, atti a fornire energia al campione stesso. (Es. Illuminazione con luce ad onda lunga o corta per un certo periodo di tempo: pochi secondi possono già essere sufficienti) L energia assorbita può provocare un salto quantico di un elettrone da un orbita atomica ad un altra. I quantitativi di energia in gioco durante i salti elettronici sono, ovviamente, diversi secondo il tipo di atomo e del modo in cui esso è legato alla molecola. L assorbimento di energia raggiante è in stretta relazione con la struttura molecolare e l entità di tale assorbimento risulta essere una caratteristica propria della sostanza in esame. L energia assorbita non può essere mantenuta indefinitamente dagli atomi eccitati dalla sostanza ma viene più o meno istantaneamente convertita in altre forme di energia (calore, luce) tra cui quella luminosa, che viene emessa a specifiche lunghezze d onda (maggiori di quella incidente e quindi visibili) che sono capaci di conferire alla sostanza in esame un colore spesso estremamente caratteristico, e diverso da quello presentato a luce solare. La causa più diffusa che determina questo tipo di proprietà così singola- 21

22 re è legata alla presenza di ioni attivatori di alcuni elementi naturali specifici all interno della struttura cristallina dell elemento in considerazione. Manganese (Mn), Cromo (Cr), Piombo (Pb), Molibdeno (Mo) sono elementi che frequentemente si comportano da ioni attivatori conformemente all ambiente in cui sono immersi. Questi ioni attivatori presentano poi degli aspetti particolari che si distinguono in: FLUORESCENZA FOSFORESCENZA quando l emissione di radiazioni visibili si ottiene irraggiando il campione con raggi catodici, raggi X, raggi ultravioletti come la fluorescenza, ma persistente, per tempi variabili, al cessare dell azione TERMOLUMINESCENZA quando l emissione di radiazioni visibili si ottiene riscaldando moderatamente il campione TRIBOLUMINESCENZA quando l emissione è ottenuta strofinando o battendo il campione La distinzione fra fluorescenza e fosforescenza si basa sulla durata del fenomeno di luminescenza. Quando l emissione di luce cessa al termine dell irraggiamento si parla di fluorescenza; quando continua anche dopo l irraggiamento (seppure per pochi secondi) si parla di fosforescenza. I minerali che frequentemente presentano fenomeni di termoluminescenza sono: Fluorite, Calcite, Apatite, Barite, Spudomene, Feldspati, Lepidolite, Scapolite. La triboluminescenza è mostrata da campioni di: Fluorite, Blenda, Calcite, Lepidolite. Nella tabella che proponiamo in calce a questo trattato segnaliamo il nome di alcuni minerali che possono reagire a raggi ultravioletti ad onda lunga o corta. Rimane implicito che non tutti i campioni dei minerali segnalati reagiranno in questo modo; alcuni (i più) potranno addirittura non dare alcuna reazione, per quanto già detto in precedenza. 22

23 DIFETTO STRUTTURALE In un reticolo cristallino gli atomi e gli ioni sono disposti in modo periodicamente ordinato, per cui, se idealmente lo percorriamo partendo da un atomo (A) e ritroviamo dopo una certa distanza t un atomo della stessa specie e con uguale intorno, ritroveremo altri atomi identici dopo una distanza 2t, 3t, nt. In realtà, alcune proprietà che possiamo determinare nei cristalli non trovano un interpretazione soddisfacente nel perfetto ordinamento reticolare del cristallo ideale. Dobbiamo dunque ritenere che vi siano punti, linee e piani dove la periodicità del reticolo non è mantenuta. A questi punti, linee e piani in cui si rompe la perfezione geometrica del reticolo cristallino diamo il nome di Difetti Strutturali. Alla presenza di difetti strutturali si imputa, tra altri fenomeni, anche quello di far comparire colorazioni in cristalli normalmente incolori. 23

24 CENTRO DI COLORE E dovuto alla presenza, nella posizione reticolare che comporterebbe ad un anione, di un elettrone in grado di assorbire radiazioni appartenenti alla spettro del visibile. Il più frequente, fra i centri di colore, è quello denominato Centro F Anche i centri di colore sono da ricondursi a difetti strutturali. 24

25 PARTE SECONDA 25

26 MINERALI IDIOCROMATICI I minerali che presentano un colore costante sono detti idiocromatici ed in generale sono caratterizzati dalla presenza tra i minerali costituenti di uno o più tra gli elementi: Titanio (Ti), Vanadio (V), Cromo (Cr), Manganese (Mn), Ferro (Fe), Cobalto (Co), Nichel (Ni), Rame (Cu), Zinco (Zn), che vengono pertanto definiti come elementi cromofori. E possibile, pertanto, una ripartizione in gruppi dello stesso colore, che ha anche un certo valore diagnostico. Molto soggettivo è l apprezzamento del colore, il quale, peraltro, dipende da due fattori: Stato di purezza o meno Stato di freschezza del campione I minerali di colore Bianco-Stagno, Grigio-Acciaio, Grigio-Piombo, Nero sono per lo più minerali metalliferi. Diamo di seguito una ripartizione per gruppi di colore (l elenco non è completo ma serve a titolo di esempio) BIANCHI STAGNO: Antimonio Nativo Argento Nativo Bismuto Nativo Platino Nativo GRIGI ACCIAIO Arsenico Nativo Arsenopirite Ematite Enargite Ferro Nativo Stannite Tetraedrite GRIGI PIOMBO Antimonite Bismutinite Bournonite Galena NERI Argentite Braunite Ilmenite Ilvaite Magnetite Wolframite ROSEI Bornite Crocoite Cuprite Rodonite ROSSI Cinabro Pirargirite Proustite Realgar Rodocrosite 26

27 GIALLI Calcopirite Marcasite Limonite Goethite Grenockite GIALLI BRUNASTRI Millerite Oro Orpimento Pirite Pirrotina Solfo Wulfenite VERDI Atacamite Brocantite (essenzialmente sono Dioptasio Crisocolla tutti dei composti di Malachite Rame o Nichelio) AZZURRI Azzurrite Covellina Calcantite Glaucofane Linarite Turchese Lapislazzuli (Lazurite) MINERALI ALLOCROMATICI I minerali che non mostrano una costante cromatica sono definiti come allocromatici e rappresentano il gruppo più numeroso. La loro polvere è però sempre bianca o molto chiara. Le variazioni cromatiche di un minerale possono essere imputate a tre cause: Elementi cromofori accidentali presenti come ioni estranei nella struttura dei minerali Difetti strutturali, in particolare quei difetti che sono definiti con Centri di Colore Minute inclusioni, in cristalli, di altri minerali. Tutte e tre le cause possono infine concorrere a determinare il colore di un cristallo. La colorazione impartita da un elemento cromoforo è funzione sia delle caratteristiche proprie dell elemento sia delle caratteristiche della struttura cristallina in cui è inserito, per cui uno stesso elemento può provocare colorazione diverse in minerali differenti. Ad esempio: lo ione Cr +3 conferisce colore Rosso al Corindone e 27

28 Verde al Berillo. Se da un lato le colorazioni accidentali pregiudicano il riconoscimento delle specie minerali, ne determinano però la varietà: il quarzo violaceo è l Ametista il quarzo nero è il Morione Un colore accidentale può, a volte, indicare la provenienza del minerale. Ad esempio: un Diamante giallino (paglierino) è Africano e non dell India o di altra zona se un Anglesite italiana è verde, quasi sicuramente proverrà dalla Sardegna La colorazione, poi, non sempre è omogenea, cioè di uguale intensità in ogni punto del cristallo. Essa può comparire solo sugli spigoli o nei vertici e da ciò se ne deduce che le superfici possono catturare le sostanze contenute nella fase liquida o gassosa che sta a contatto del minerale. In alcuni minerali, si hanno colori diversi andando dall interno all esterno del cristallo, come nelle Tormaline Policrome zonate del Brasile; questo è dovuto ad un brusco cambiamento di composizione chimica durante la fase di crescita del cristallo. Alcuni minerali, sono in grado di cambiare colore per semplice riscaldamento o irraggiamento con Raggi X o Raggi Catodici. Quest ultimo tipo di variazioni cromatiche si riconducono allo stabilirsi di quei difetti strutturali conosciuti come Centri di Colore. In alcuni minerali, infine, la colorazione è imputabile alla presenza di piccoli cristalli presenti come inclusioni più o meno minute. Di questo tipo è la colorazione Rossa o Verde nel quarzo imputata rispettivamente a miscugli meccanici con Ematite o Mica Crocifera. Anche per i minerali allocromatici si dà una ripartizione per gruppi di colore, non completa ma a titolo di esempio NERI Augite Biotite Granato (melanite) Grafite Tormalina (sciorlite) ROSATI Granato (almandino) Berillo (morganite) Fluorite Kunzite Ortoclasio Quarzo Topazio Tormalina (rubellite) Zircone 28

29 ROSSI Granato (piropo) Corindone (rubino) Spinello GIALLI Apatite Andalusite GIALLI BRUNASTRI Berillo Blenda Corindone Crisoberillo Fluorite Granato (topazolite) Ortoclasio Quarzo (citrino) Scapolite Titanite Tormalina Zircone Brasilianite AZZURRI Berillo (bazzite) Calamina Cianite Cordierite Corindone Fluorite Spinello Sodalite Topazio Tormalina (indicolite) Zircone POLVERI Molto più costante del colore di massa o del cristallo è il colore della polvere di un minerale che normalmente si rileva strofinando il minerale su un pezzo di porcellana grezza. Il colore della polvere, detto anche colore di sfregamento, permette, in certi casi, di distinguere immediatamente minerali che presentano lo stesso colore di massa. Per esempio: Ematite e Magnetite sono Neri ma il colore della polvere è sempre Rosso per l Ematite e Nero per la Magnetite. Certi minerali o varietà di minerali, tipo la Labradorite (plagioclasio ricco di Ca) o l Opale Nobile, presentano un tipo particolare di colorazione detta Pseudocromatismo. 29

30 MINERALI PSEUDOCROMATICI Lo pseudocromatismo si manifesta come una serie di colori spettrali variabili in funzione dell orientamento del campione rispetto all osservatore. Esso è dovuto a fenomeni di Interferenza, Diffrazione e Diffusione, radiazioni luminose riflesse dalla superficie e dalle pareti interne del campione, analoghe a quelle che qualche volta vediamo nei colori spettrali sulle superfici di gocce d olio o bolle di sapone. L esempio classico è dato dall Opale, all interno del quale si trovano superfici formate da una composizione regolare di innumerevoli granuli di Silice Amorfa, che fungono da reticolo di diffrazione e danno luogo ad interferenza. Per questo, certe lunghezze d onda vengono annullate mentre altre sono rinforzate, dando origine a lampi di luce che sono praticamente puri dal punto di vista spettrale (cioè non inquinate da altre lunghezze d onda che ne smorzerebbero la vivacità). PLEOCROISMO Fenomeno con il quale un cristallo anisotropo, del sistema dimetrico e trimetrico, presenta colorazione secondo l orientamento che il raggio di luce incidente ha rispetto alle direzioni cristallografiche dello stesso cristallo. In effetti: - Nel gruppo dimetrico, il cristallo che presenta due direzioni equivalenti dal punto di vista cristallografico e quindi manifesta lo stesso colore, nella terza direzione a 90 rispetto alle prime due, ha un altro colore. Fig. A - Nel gruppo trimetrico, dove le tre direzioni sono diverse, si hanno tre intensità di colore diverse. Fig. B Il pleocroismo è caratteristico, anche se non sempre presente, dei cristalli birifrangenti colorati. 30

31 Fig. A Se prendiamo, per esempio, una porzione di cristallo di Berillo varietà Smeraldo (gruppo dimetrico) tagliata a forma di cubo e lo facciamo attraversare da tre raggi di luce bianca in tre direzioni a 90 tra loro, osserveremo che i tre raggi uscenti non solo non saranno più bianchi, ma noteremo come risultante due differenze di colore in quanto due direzioni a 90 tra loro sono equidistanti dal punto di vista cristallografico e quindi daranno colore uguale, mentre la terza direzione a 90 rispetto alle altre due darà un colore differente. Fig. B La stessa sperimentazione della Fig. A, applicata ad un a porzione di cristallo di ZOISITE blu (gruppo trimetrico) che presenta cristallograficamente tre diversi rapporti nelle tre direzioni, noteremo che i tre raggi uscenti presenteranno tre colori diversi tra loro ( blu, giallo, rosso ). Si è usato per la sperimentazione un campione a forma di cubo per dimostrare che il colore risultante dei tre raggi non è dovuto alla differenza di spessore che essi attraversano. 31

32 SPIEGAZIONE DEL FENOMENO Un raggio di luce bianca che entra in un cristallo birifrangente viene sdoppiato in due raggi che percorrono due cammini differenti e sono anche polarizzati con i piani di vibrazione disposti a 90 l uno rispetto all altro. Dal punto di vista ottico, questi raggi incontrano due situazioni reticolari diverse (altrimenti si tratterebbe di cristalli monorifrangenti) che influiscono in diverso modo su ciascuno dei due raggi. Saranno quindi assorbiti in modo diverso. In altre parole, ogni raggio rifratto polarizzato viene assorbito in modo differente secondo l orientamento del raggio incidente da cui deriva (e di conseguenza secondo la propria orientazione) rispetto al cristallo. In effetti, quando si osserva ad occhio nudo un cristallo che presenta un marcato pleocroismo, lungo una direzione osserviamo la risultante della somma dei colori non assorbiti dai due raggi (dovuti alla birifrazione), la quale è differente per colore alla risultante della somma dei colori non assorbiti dai due raggi, osservabili lungo un altra direzione, perché, come già detto, gli assorbimenti lungo direzioni, differenti per ogni direzione di vibrazione, sono differenti. IL CORPO NERO Per corpo nero si intende una sostanza ideale che assorbe o emette radiazioni di tutte le lunghezze d onda senza privilegiarne alcuna. Questo concetto ricopre un ruolo importante nella storia della fisica in quanto è proprio stata l analisi dello spettro del corpo nero che portò Max Plance ad introdurre l ipotesi dei quanti intorno al Egli trovò che solo ammettendo la quantizzazione era possibile spiegare la forma dello spettro del corpo nero. Nel corpo nero ideale lo spettro delle radiazioni non dipende dalla composizione chimica dell emettitore ma è funzione di una sola variabile: la temperatura. Allo zero assoluto tutti gli atomi occupano il livello più basso disponibile e non viene emessa alcuna radiazione. Con l aumentare della temperatura, alcuni atomi entrano in stati eccitati, ma poiché il tutto si svolge in modo casuale, essi vengono ad occupare un gran numero di strati, caratterizzati da un ampio spettro di energie. A qualsiasi temperatura finita, il numero degli strati occupati aumenta con l energia sino ad un massimo, per poi decrescere gradualmente in modo da far assumere allo spettro la forma di un onda marina. 32

33 La posizione della cresta e la forma, più o meno ripida, sono in correlazione diretta con la temperatura. Alla temperatura ambiente le eccitazioni termiche sono ancora a livelli energetici molto bassi e si ha radiazione solo nella zona dell infrarosso. Al raggiungimento intorno ai 700 C, pur avendo la maggior parte di radiazioni nell infrarosso, incomincia a comparire una radiazione visibile, percettibile con una luminosità rossastra. Con l aumentare della temperatura, la curva si sposta verso energie più elevate e lunghezze d onda inferiori, cosicché, l oggetto riscaldato diventa più luminoso e cambia colore. La serie dei colori va dal rosso all arancio, al giallo, al bianco ed infine all azzurro chiaro. 33

34 CORRELAZIONE TRA I VARI SPETTRI ( Indicativo ) La radiazione del sole è circa uguale a quella di un corpo nero riscaldato alla temperatura di 5700 C. La forma dello spettro di un corpo nero è determinata esclusivamente dalla temperatura; all aumentare di questa diventa più stretta e sposta il suo picco verso le basse lunghezze d onda. Lo spettro della luce solare ha un andamento molto vicino a quello della sensibilità dell occhio umano. Esempi di quanto enunciato: nella fiamma di una candela le particelle incandescenti di carbonio emettono radiazioni che corrispondono a quelle del corpo nero alla temperatura di circa 1500 C con una colorazione della luce che va dal rosso al giallo Il filamento di tungsteno in una lampada ad incandescenza che raggiunge una temperatura di circa 2200 C, emette radiazioni tali da fornire una luce bianco-giallastra. Lo spettro della luce solare è molto simile a quello di un corpo nero. La sua forma è determinata dalla temperatura esistente sulla superficie del sole che è stata misurata a circa 5700 C. Lo spettro possiede un picco sui 2,2 elettronvolt, che corrisponde ad una lunghezza d onda di 560 nanometri, nella zona del giallo-verde. L occhio umano ha una sensibilità massima che trova riscontro proprio nella zona del giallo-verde. In effetti l idea di bianco dipende in gran parte dallo spettro della luce del giorno che è dominato dalla radiazione solare. Concludendo, si può dire che la luce viene percepita come bianca se il suo spettro somiglia a quello della luce solare, mentre gli altri colori vengono definiti in base allo scostamento dallo spettro solare. I GRADINI DELL ENERGIA In tutte le interazioni tra la materia e le radiazioni elettromagnetiche è valida la legge fondamentale della meccanica quantistica; per questa, gli atomi possono esistere solo in stati di equilibrio caratterizzati ognuno da un ben definito livello di energia. Tutti i livelli intermedi sono pertanto proibiti. Lo stato di equilibrio più basso è detto stato fondamentale, mentre tutti gli altri livelli che sono definiti come stati eccitati vanno poi a disporsi 34

35 sopra quello fondamentale a formare i gradini di una scala. La distanza fra i vari gradini è molto variabile. La luce o qualsiasi altra forma di radiazione atta ad eccitare gli atomi può venire assorbita soltanto se possiede esattamente il valore d energia necessaria per far sì che l atomo possa trasferirsi da un livello ad un altro superiore. Allo stesso modo, se un atomo decade da uno stato eccitato ad uno inferiore, deve emettere una radiazione che comprende tutto il valore d energia che si deve perdere per passare da un livello all altro. Questa radiazione si manifesta come fotone o quanto di luce ed ha una frequenza ed una lunghezza d onda determinata dalla differenza di energie tra i due livelli. Al fine del colore, gli stati che presentano un interesse maggiore sono quelli possibili degli elettroni. Negli atomi, molecole o ioni, ogni elettrone deve occupare un orbitale od area spaziale che è funzione della carica dell elettrone nei confronti del nucleo dell atomo. Questi orbitali sono a loro volta organizzati in strati. Ogni gradino della scala delle energie può essere occupato solo da un certo numero di elettroni. Avremo che il primo strato è occupato da due soli elettroni, i due immediatamente superiori accolgono ognuno otto elettroni. Gli strati completi di elettroni si dispongono a coppie e la configurazione dello strato risulta così notevolmente stabile. Per far passare uno degli elettroni accoppiati di uno strato completo al primo livello superiore occorre una notevole energia che può essere fornita solo da radiazioni ultraviolette o addirittura dalla zona X dello spettro. Se ne deduce che raramente gli strati completi prendono parte direttamente alla formazione dei colori. In effetti, generalmente, questo è dovuto al passaggio di uno strato a quello superiore o viceversa di quegli elettroni spaiati che sono sugli orbitali più esterni. Si tratta degli elettroni di valenza, cioè quelli che sono anche responsabili della formazione dei legami chimici. 35

36 DIAGRAMMA A SCALINI DI UN ATOMO DI SODIO Sono rappresentate le lunghezze d onda che possono venire emesse o assorbite dall atomo. Per salire da un livello all altro, l atomo deve assorbire una radiazione (quanto di luce ) la cui energia corrisponde esattamente alla differenza fra l energia del livello dal quale si muove e quella del livello a cui arriva. Ritornando alla posizione di partenza, l atomo emette la stessa energia sotto forma di quanto di luce. Nello schema rappresentato, riferito al Sodio, notiamo che la maggior parte delle transizioni in discesa passano attraverso i livelli designati 3P 1/2 e 3P 3/2 sino allo stato fondamentale 3S 1/2. I livelli 3P 1/2 e 3P 3/2 corrispondono a quanti con energia 2,103 e 2,105 ev. che cadono nella zona gialla dello spettro visibile; infatti i vapori di Sodio emettono una luce gialla intensa. 36

37 TRANSIZIONI ATOMICHE Prendiamo in considerazione l atomo di sodio. Esso possiede 11 elettroni, ma 10 fanno parte dei primi due strati completi per cui difficilmente si muovono dalla loro condizione. L undicesimo elettrone, che è anche quello di valenza, è il solo che può prendere parte all interazione dell atomo con la luce. Quando l atomo si trova nel suo stato fondamentale o di quiete, l elettrone libero occupa un orbitale che è definito 3S 1/2. I primi scalini in cui si può spostare sono detti 3P 1/2 e 3P 3/2 e corrispondono ad un valore energetico di 2,103 ev e 2,105 ev (elettronvolt). Queste sono le più piccole energie che possono essere assorbite dall atomo allo stato fondamentale e corrispondono a lunghezze d onda di 589,6 e 589,1 nanometri che nello spettro del visibile cadono nella zona del giallo. Al di fuori di questi livelli energetici ne esistono infiniti altri, in teoria, ma in pratica questi si definiscono automaticamente se consideriamo che ad un certo punto l elettrone, seppure eccitato, non si può più considerare tale, ma si viene a trovare in una condizione di isolamento (indipendente dall atomo di appartenenza), si è cioè ionizzato l atomo (per il Sodio il limite è posto a 5,12 ev). Se dallo stato ionizzato passiamo alla ricombinazione dello ione e dell elettrone libero, avremo che la maggior parte dei salti energetici passerà per uno degli orbitali 3P e, da qui, allo stato fondamentale. Se ne deduce che tra i vari quanti di luce emessi nei vari passaggi, quelli con energia 3P, pari a 2,103 e 2,105 ev sono tra i più intensi nello spettro di emissione del Sodio e pertanto un vapore di Sodio eccitato o ionizzato emette una brillante luce gialla. In ogni elemento, quindi, poiché la distanza tra i livelli permessi è diversa, diversa sarà la luce emessa a parità di energia. 37

38 DIAGRAMMI ASSORBIMENTI RELATIVI A RUBINO E SMERALDO Il colore del Rubino e dello Smeraldo sono dovuti all assorbimento di determinate lunghezze d onda da parte degli elettroni spaiati negli ioni Cromo (agente responsabile del colore in tutti e due i casi). Le transizioni che provocano l assorbimento sono le stesse nei due casi: gli ioni passano dallo stato fondamentale ai livelli eccitati. L unico parametro che varia è il valore del campo cristallino nel quale avviene la transizione. Nel Rubino le bande di assorbimento bloccano la luce viola, verde e gialla e vengono trasmessi invece il rosso ed un po di blu. Il campo cristallino dello Smeraldo è più debole e perciò si nota un abbassamento di entrambe le bande di assorbimento. Vengono così eliminate le transizioni nel rosso e migliorata quella del blu che si estende nel verde. Le transizioni dal livello 2E a quello fondamentale danno luogo alla fluorescenza rossa, quasi identica nei due minerali. 38

39 IL CAMPO CRISTALLINO Quando gli atomi si combinano a formare molecole prima e solidi in seguito, nel sistema vengono introdotte nuove possibilità di eccitazioni. Tra queste vi sono vibrazioni e rotazioni meccaniche impossibili in un atomo isolato. E come se questi fossero vincolati ad una molla che consente oscillazioni intorno al punto di ancoraggio; per di più possono ruotare intorno al loro centro di massa. Questa combinazione di movimenti può avere influenze sul colore della sostanza. Un altra conseguenza dei legami fra atomi diversi è il cambiamento dello stato degli elettroni di valenza. Negli atomi isolati questi elettroni sono spaiati e costituiscono la causa principale dell origine del colore. In una molecola gli elettroni di valenza di un atomo si accoppiano con quelli degli atomi adiacenti. Queste coppie che si formano producono il legame chimico. In conseguenza di questi accoppiamenti, le bande di assorbimento degli elettroni di valenza vengono spostate nella zona dell ultravioletto (forti energie di eccitazione per rimuoverli) e non contribuiscono più alla formazione del colore. In questa situazione solo pochi elettroni in stati eccezionali rimangono disponibili a tale scopo. Nei metalli di transizione quali il Ferro, Rame, Cromo e le Terre Rare è possibile trovare questo stato eccezionale in quanto gli atomi possiedono degli strati interni che rimangono parzialmente vuoti; in essi vi sono quindi degli elettroni spaiati i cui stati eccitati cadono spesso nella zona dello spettro visibile, dando origine a colori molto intensi. Un caso caratteristico di questa situazione è rappresentato dal Rubino e dallo Smeraldo, i quali devono il loro colore alla presenza di piccolissime tracce di Cromo. Il componente base del Rubino è il Corindone, un ossido di alluminio con formula Al 2 O 3. Puro, si presenta incolore ma la sostituzione di una piccola parte di ioni alluminio con ioni cromo (Cr +++ ) da origine al colore caratteristico di questa pietra. Gli ioni cromo possiedono tre elettroni spaiati che hanno uno stato fondamentale al di sopra del quale si trova uno spettro complesso di stati eccitati. Questi stati, però, non corrispondono ad un energia ben definita ma oscillano formando delle bande che a loro volta sono disturbate dalla pre- 39

40 senza degli altri ioni nel reticolo cristallino. Per quanto l identità dei vari stati sia definita dalla configurazione elettronica dello ione cromo, la posizione di ogni livello nello spettro energetico è determinata dal campo elettrico in cui è immerso lo ione. L intensità di questo campo e la sua simmetria sono a loro volta definite dalla natura e dalla disposizione spaziale degli ioni che circondano quelli di cromo. Nel Rubino la disposizione dello ione cromo è al centro di un ottaedro distorto costituito da sei atomi di ossigeno. Questa dislocazione fa sì che i doppietti elettronici costituenti il legame si trovino per più tempo nei pressi degli ioni ossigeno che non vicino agli ioni alluminio o cromo. Si origina pertanto un campo elettrico relativamente intenso che viene definito campo cristallino o campo del legante. Così, uno ione cromo è costituente fondamentale del colore in quanto i suoi tre elettroni spaiati si trovano in stati eccitati che possiedono energia nel campo del visibile. I tre stati eccitati, seguendo le regole di selezione, passano per delle transizioni ben definite. Le energie corrispondenti a queste transizioni hanno lunghezze d onda che ricadono nello spettro visibile dei colori violetto e giallo-verde. Poiché tali livelli sono delle bande abbastanza larghe può venire assorbito uno spettro di radiazioni relativamente ampio. Quando una radiazione a luce bianca attraversa un cristallo di Rubino ne esce impoverita di radiazioni appartenenti al viola e al giallo-verde e viene trasmessa praticamente tutta la banda del rosso e un po di blu; la combinazione delle due bande origina il colore rosso intenso con quella sfumatura porpora, classica del Rubino. Il decadimento che si effettua all interno del campo energetico del primo livello possibile allo stato fondamentale, produce una forte luce rossa. Essa si genera all interno del cristallo per fluorescenza. E possibile vedere questa fluorescenza, in modo molto chiaro, se lo illuminiamo con luce verde o violetta o con una radiazione ultravioletta. Per contro, se all interno della struttura sono presenti impurezze di ferro, questo fenomeno si annulla del tutto. Il fenomeno della fluorescenza è abbastanza presente nei rubini naturali mentre non si verifica in quelli sintetici, del tutto privi di impurezze. L importanza del campo cristallino nella varietà dei colori che possono manifestarsi, risulta evidente se mettiamo a confronto due minerali diversi in cui l agente attivatore è rappresentato sempre dallo stesso ione. Nel rubino, come abbiamo visto, lo ione cromo è responsabile di un bel colore rosso, rosso porpora. 40

41 Vediamo ora cosa succede se lo stesso ione si viene a trovare nel reticolo cristallino di un allumino silicato di Berillo (Be 3 Al 2 Si 6 O 18 ) o, più semplicemente, dello Smeraldo. In questo composto lo ione cromo si viene a trovare immerso in una configurazione ottaedrica di sei atomi di ossigeno come, peraltro, nel rubino. La differenza più significativa è rappresentata dal tipo di legame che nello smeraldo è leggermente meno ionico del valore presentato dal rubino, fatto che porta ad una diminuzione del campo elettrico in cui sono immersi gli ioni cromo. Da questo risulta che il secondo livello possibile di stato degli elettroni liberi del cromo si trova ad un valore leggermente più basso di quello presentato nel rubino, il che, come causa risultante, sposta la banda di assorbimento, che nel rubino blocca il giallo ed il verde, verso le energie più basse della zona gialla e rossa dello spettro. Lo smeraldo assorbe per lo più luce rossa, trasmettendo molto di più che nel rubino quella blu e verde. Per contro, la fluorescenza dello smeraldo è quasi identica a quella del rubino. In effetti, il primo livello permesso oltre allo stato fondamentale non viene quasi mai influenzato dalla riduzione del campo cristallino totale. La somiglianza delle emissioni di fluorescenza dimostra che è una pura coincidenza che il rubino abbia colore e fluorescenza entrambi rossi. In una posizione spettrale intermedia al rubino ed allo smeraldo si trova un altro minerale usato in gemmologia: l Alessandrite. Anche in questo caso l agente cromoforo è lo ione cromo che sostituisce l alluminio. Siamo in presenza di un alluminato di berillo (BeAl 2 O 4 ). Il campo cristallino che influenza i livelli energetici dello ione cromo ha un valore intermedio a quelli dello smeraldo e del rubino, con il risultato che le bande di trasmissione del verde e del rosso si vengono a trovare quasi perfettamente bilanciate. La quasi uguaglianza delle bande fa sì che la gemma esposta alla luce del sole, luce ricca di blu, appaia di un bel colore verde azzurro; se esposta alla luce di una candela o di una lampada ad incandescenza, più ricche di rosso, appare rosa-rossa. Ogni qualvolta in un solido vengono a trovarsi ioni con elettroni spaiati si hanno colori dovuti al campo cristallino. Alcuni esempi di colore, dovuto a questo fenomeno si hanno dall Acquamarina, dalla Giada, dal Quarzo citrino, dove l impurezza è dovuta a ioni ferro. 41

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