Bellezza Colore Fenomeni Ottici Trasparenza Lucentezza Brillantezza Lucentezza Quantità di luce riflessa dalla superficie della gemma; concorre a determinare l aspetto delle gemme rappresentandone la capacità delle superfici di assumere un grado di luminosità più o meno elevato. -vitrea: assomigliante a quella del vetro;quarzo, topazio, berillo, in generale la maggior parte delle gemme. -adamantina: molto brillante ad esempio il diamante. Quarzo ialino diamante 1
Bellezza Colore Lucentezza Trasparenza Brillantezza Fenomeni Ottici TRASPARENZA La trasparenza può essere un fattore indice delle caratteristiche interne di un minerale, deve essere quindi sempre riportata nella descrizione di un campione (specie nel campo delle gemme). Un minerale si dirà: -trasparente (fig. 1), quando la luce passa attraverso il minerale ed è possibile osservare quello che c'e' dietro (stupendo esempio ne è il quarzo ialino); -traslucido (fig. 2), la luce può attraversare il minerale, ma non si riesce a vedere attraverso la pietra (ad es. sono traslucidi i vetri smerigliati dei bagni); -opaco (fig. 3), non passa luce attraverso il minerale (es. lapislazzuli, turchese, grafite). 2
Bellezza Colore Trasparenza Lucentezza Brillantezza Fenomeni Ottici Quantità di luce che torna all occhio dell osservatore dopo aver subito un determinato percorso all interno della gemma 3
Fu verso la fine del XIV secolo che soprattutto a Venezia, ma anche a Genova e a Firenze, si videro le prime gemme sfaccettate. L invenzione del taglio del diamante con la sua stessa polvere si attribuisce ai tagliatori italiani, ed è molto plausibile che così sia stato perché non si conoscono pietre che siano state importate in quel periodo dall India già tagliate. Inizialmente il taglio si limitava a lucidare e regolarizzare le facce naturali del cristallo, cioè il cosiddetto taglio a punta, che spopolò nel Medioevo e nel primo Rinascimento soprattutto sugli anelli. Intanto nel XV e XVI secolo si andavano sviluppando i traffici internazionali, specialmente sulla scia delle nuove scoperte geografiche, e acquisivano sempre maggiore importanza i centri urbani dell Europa del Nord, come ad esempio Bruges, Anversa, e Parigi, dove si costituivano le prime piccole Corporazioni di tagliatori e commercianti di diamanti. In questo ambito si svilupparono i primi veri tagli, come ad esempio quelli a tavola e a rosa, che si distanziavano sempre di più dalla forma naturale del cristallo acquistando in brillantezza. 4
Taglio a rosa In tempi antichi si cercava di migliorare la pietra grezza togliendole le asperità e dandole l aspetto della pietra a cabochon; in tempi successivi, nel tentativo di migliorarla ulteriormente, si cominciò a ricavare sulla sua superficie arrotondata delle zone piatte (faccette). Questo processo ha dato vita a un taglio conosciuto come taglio a rosa, la cui forma somiglia a quella di un cabochon tondo, con 24 faccette triangolari nella parte superiore. La parte inferiore è costituita da una base piatta e quindi non ha faccette. 5
TAGLIO IDEALE Solo se le Proporzioni sono rientranti in determinati parametri il diamante esibisce la massima bellezza. Bellezza e Brillantezza Una normale pietra, con luminosità mediocre, si può trasformare in una gemma risplendente, in quanto permette alla luce di penetrare il cristallo e di esaltarsi grazie alle sfaccettature. Il taglio è quella serie di operazioni atte a modificare la forma del grezzo in gemma, sfruttando le leggi dell ottica al fine di ottenere la massima riflessione della luce. Ad esempio. La bellezza di un diamante dipende dal modo in cui esso riflette la luce. Il tagliatore deve sfaccettare la pietra in maniera tale che la luce venga riflessa all'osservatore, possa penetrare dalla parte superiore, riflettere all'interno e fuoriuscire dall'alto. In questo modo viene riflessa la maggior quantità di luce e il diamante risplende con il suo fuoco, la sua brillantezza e il suo scintillio 6
Parti principali del taglio Tavola superiore (o principale). Faccetta larga e piatta alla sommità della corona, parallelamente al piano della cintura Faccette di stella Corona:parte pietra sopra cintura Cintura:sezione perimetrale Faccette fondamenta li inferiori Padiglione:area inclinata tra cintura e apice N.B.:Faccette= superfici planari polite. Apice (o Tavola inf.) :faccetta dove si incontrano le faccette del padiglione Parti principali del taglio a brillante Nella parte superiore o Corona: 32faccette+tavola=33 1 tavola (ottagonale); 8 triangoli di tavola o faccette di stella (triangolari) Tavola superiore (o principale). Ottagonale 8 fondamentali di corona o fondamentali superiori (rombiche) 16 triangoli di cintura o faccette di traverso superiori (triangolari) Tavola Faccette di stella fondamentali superiori Corona triangoli di cintura 7
Parti principali del taglio a brillante Nella parte inferiore o padiglione: 24faccette+apice=25 1 apice o tavola inferiore; 8 fondamentali di padiglione o fondamentali inferiori (rombiche) Tavola superiore (o principale). Ottagonale 16 triangoli di padiglione o faccette di traverso inferiori (triangolari) I vertici delle faccette fondamentali di corona e padiglione devono coincidere alla cintura. Le faccette di traverso di corona e padiglione devono corrispondere come posizione in zona cintura. triangoli di padiglione Faccette totali: 33+24/25=57/58 fondamentali inferiori apice padiglione 8
Taglio a smeraldo a rettangolare Taglio standard a gradini : 58 faccette Detto anche taglio a smeraldo. La sua pecularità è di avere le faccette parallele alla cintura. La tavola inferiore può essere presente oppure può essere ridotta a spigolo. Tipi di taglio: Cabochon: superfici curve 9
Taglio a baguette Rettangolare, con la parte superiore piatta, deve il suo nome al tipico filone di pane francese, di cui ricorda la forma allungata. Appartiene alla famiglia dei tagli a gradino ed è uno dei tagli più antichi e tradizionali, in quanto offre alcuni vantaggi : è realizzabile anche con strumenti e tecnologie modesti e comporta una perdita di peso minore rispetto, per esempio, al taglio a brillante. Inoltre, in un pavé, le gemme a baguette, lasciano meno spazio tra una pietra e l altra, con risultati esteticamente molto gradevoli. 10
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Angolo limite (o critico) e riflessione totale Si sfrutta il concetto dell angolo critico per controllare il cammino della luce attraverso la gemma L angolo di incidenza a cui corrisponde un angolo di rifrazione di 90 è detto angolo limite o critico, poiché segna il limite oltre il quale si ha riflessione Interfaccia totale. In altre parole: L angolo limite è l angolo massimo di rifrazione, oltre si ha riflessione totale. La riflessione totale è un fenomeno importante che viene sfruttato nella costruzione di molti strumenti ottici, tra cui il rifrattometro (o totalrifrattometro) e a cui è dovuta in parte la brillantezza del diamante e di altre pietre ad alto indice di rifrazione Perché le gemme sono tagliate in questo modo? Per capire perché le gemme vengono tagliate, è essenziale capire il comportamento della luce che passa attraverso una gemma. Quando la luce incide sull interfaccia tra due mezzi, una parte di essa viene RIFLESSA, tornando al primo mezzo, mentre una parte viene RIFRATTA, penetrando nel secondo mezzo con una direzione diversa rispetto a quella di propagazione iniziale. L indice di rifrazione (RI) misura quanto viene deviata la luce che passa attraverso la gemma. La maggior parte delle gemme sono tagliate in modo che la luce che entra nella corona sia riflessa dalle faccette del padiglione e rinvìata attraverso la corona all occhio dell osservatore. Tale luce costituisce la luminosità o brillantezza. 13
Ricapitolando: L angolo di incidenza a cui corrisponde un angolo di rifrazione di 90 è detto angolo limite o critico, poiché segna il limite oltre il quale si ha riflessione totale. Si sfrutta l angolo limite o critico, per esaltare i fenomeni di riflessione della luce attraverso le faccette della gemma tagliata. Il taglio E quella serie di operazioni atte a modificare la forma del grezzo in gemma, sfruttando le leggi dell ottica al fine di ottenere la massima riflessione della luce. Gli elementi che contribuiscono alla classificazione del taglio sono: PROPORZIONI e FINITURA (caratteri esterni politura; simmetria) PROPORZIONI Le proporzioni ideali teoriche di riferimento del taglio a brillante sono quelle del taglio Tolkowsky che consentono di raggiungere i massimi valori di brillantezza e dispersione. Si riferiscono alla relazione tra le dimensioni e le angolazioni tra le faccette e le diverse parti della pietra. Dimensioni Tolkowsky Percentuale Della Tavola Da 53% a 66% Altezza Della Corona Da 12% a 16% Profondità Del Padiglione Da 42% a 45% Spessore Della Cintura Da 0,7% a 2% Dimensioni Dell apice Angolo Del Padiglione 40 45 +/ 1 14
Cut too deep to retain weight...not beauty Cut too shallow to appear larger than it is...light is lost Ideal cut diamonds will always be more beautiful 15
La superficie della gemma deve essere levigata, e non ruvida, perché solo così si ha riflessione interna. Quando la superficie della gemma è levigata, la luce è internamente riflessa. Quando la superficie della gemma è ruvida, la luce è persa Angolo limite (o critico) e riflessione totale nel Qz Superficie della gemma non perfettamente levigata, in parte ruvida, in Qz citrino. 16
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Il Diamante: le 4 C Per definire le caratteristiche tecnico commerciali del diamante occorre stabilire le 4C, cioè i suoi fattori qualitativi. Gli elementi da considerare sono: Carat Weight (Massa) Clarity (Purezza) Colour (Colore) Cut (Taglio) 18
Dispersione dei colori In seguito all incidenza di un raggio di luce bianca su un interfaccia tra due mezzi ottici, ogni colore della luce subisce una deviazione diversa: questo fenomeno è chiamato DISPERSIONE DEI COLORI. Un fascio di luce bianca che incide sotto un certo angolo su una lamina delimitata da sup. piane e parallele, emerge da questa spostato lateralmente ma parallelamente alla direzione originaria di incidenza. Il fascio emergente è bianco. Perché con il taglio le gemme diventano brillanti? Cosa è il fuoco? e la Dispersione dei colori? In seguito all incidenza di un raggio di luce bianca su un interfaccia tra due mezzi ottici, ogni colore della luce subisce una deviazione diversa: questo fenomeno è chiamato DISPERSIONE DEI COLORI. 19
Dispersione dei colori e Fuoco Le onde luminose di lunghezza d onda maggiore (luce rossa) vengono deviate meno, mentre le onde di lunghezza d onda minore (luce viola) vengono deviate maggiormente, ossia sono più rifrangibili. Questa dispersione dei colori della luce bianca è la causa dell effetto cromatico che si osserva nelle gemme detto FUOCO.(es. diamante, rutilo sintetico, zircone incolore. Dispersione=differenza tra l indice di rifrazione del mezzo per il raggio rosso e l indice di rifrazione per il raggio viola. Per scopi gemmologici di solito l indice di rifrazione del mezzo viene misurato relativamente alla riga B di Fraunhofer dello spettro solare (lunghezza d onda 687 nm nel rosso) e alla riga G (lunghezza d onda di 430,8 nm nel blu-viola). 20
DUREVOLEZZA TENACITA RESISTENZA AD ATTACCHI CHIMICI Moda Rarita Domanda Portabilita Tradizione 21
Cosa comprende una analisi gemmologica standard? 1) Specie Mineralogica 2) Origine 3)Presenza di Trattamenti 4) Provenienza IL MICROSCOPIO MICROSCOPIO DICROSCOPIO -Integrità del pezzo -Durezza CONOSCOPIO -Birifrangenza -Pezzo unico o composito -Studio delle inclusioni RIFFRATTOMETRO STRUMENTI PER ANALISI STANDARD LAMPADA AD ULTRAVIOLETTI BILANCIA IDROSTATICA SPETTROSCOPIO POLARISCOPIO 22
Birifrangenza anomala Zaffiro naturale proveniente da Sri Lanka. Sono visibili lamelle di plurigeminazione. 23
Associazione di cristalli tondeggianti (probabile calcite, apatite, dolomite) e seta, tipica dei rubini di origine Birmana (Mogok). 24
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TRIPLETTA DI OPALE DOPPIETTA DI RUBINO SINTETICO/RUBINO 27
MICROSCOPIO DICROSCOPIO CONOSCOPIO RIFFRATTOMETRO STRUMENTI PER ANALISI STANDARD LAMPADA AD ULTRAVIOLETTI BILANCIA IDROSTATICA SPETTROSCOPIO POLARISCOPIO Il RIFRATTOMETRO L indice di rifrazione (RI) misura quanto viene deviata la luce che passa attraverso la gemma. L angolo di incidenza a cui corrisponde un angolo di rifrazione di 90 è detto angolo limite o critico, poiché segna il limite oltre il quale si ha riflessione totale. In altre parole: L angolo limite è l angolo massimo di rifrazione, oltre si ha riflessione La riflessione totale è un fenomeno importante che viene sfruttato nella costruzione del rifrattometro (o totalrifrattometro) 28
Con il rifrattometro distinguiamo le gemme monorifrangenti da quelle birifrangenti I minerali si dividono in monorifrangenti (otticamente isotropi) e in birifrangenti (otticamente anisotropi). 1. monorifrangente Cubico, vetri, resine 2. birifrangenti Esagonale tetragonale Rombico monoclino Triclino Nei primi la luce si propaga con la stessa velocità in tutte le direzioni, pur subendo un rallentamento e deviando rispetto alla propagazione nel vuoto o nell'aria; invece, un raggio di luce che si propaga in un corpo birifrangente si scinde in due raggi che si propagano con velocità diversa e che sono detti rispettivamente raggio ordinario e raggio straordinario. I sette sistemi cristallini: I cristalli uniassici La birifrangenza non si osserva lungo le direzioni parallele agli assi ottici, né mente a tali assi, poiché in questo caso, nonostante la birifrangenza sia massima, le due immagini si sovrappongono e non possono essere viste separatamente. Nei cristalli appartenenti ai sistemi tetragonale, esagonale e trigonale esiste una sola direzione, quella parallela all asse cristallografico verticale, in cui la luce si comporta come se il cristallo fosse monorifrangente. Tale direzione di monorifrangenza in un cristallo birifrangente è detta asse ottico. I cristalli appartenenti ai sistemi tetragonale, esagonale e trigonale possiedono un solo asse ottico e sono pertanto detti uniassici. In qualsiasi altra direzione del cristallo il raggio luminoso si scinde in due raggi, detti ordinario (v) e straordinario (e). Se la velocità del raggio straordinario e è > di quella del raggio ordinario v, il cristallo è otticamente positivo; se v > e, il cristallo è otticamente negativo. 29
Il RIFRATTOMETRO Nel rifrattometro da gioielliere i raggi luminosi riflessi dalla pietra vengono proiettati su una scala osservabile per mezzo di un oculare. + Schema del sistema ottico del rifrattometro di Bertrand. Si colloca una superficie piana e polita della gemma sul piano di vetro dello strumento (previa applicazione di un liquido di contatto), e si osserva attraverso l oculare che la scala dello strumento è parzialmente scura e parzialmente luminosa. La linea di separazione luce-ombra indica l indice di rifrazione. Parti del RIFRATTOMETRO Materiali del vetro : Sfalerite (ZnS) Filtro polarizzatore Diamante Zirconia cubica Titanato di stronzio (i.r. 2,418) Vetro Lente Coperchio Scatola metallica Materiali del liquido di contatto: Soluzione satura di zolfo e tetraiodoetilene in ioduro di metilene (i.r.=1,81) Rifrattometri con illuminazione incorporata: Detti Led (light emitting diode), offrono il vantaggio di essere poco costosi e di generare una luce gialla abbastanza monocromatica: picco a 590 nm e larghezza di emissione compresa tra 580 e 615 nm. 30
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IL RIFFRATTOMETRO Berillo 1,57 1,58 Corindone 1,76 1,77 Olivina 1,65 1,69 Quarzo 1,54 1,55 Topazio 1,61 1,62 Tormalina 1,62 1,64 32
Come funziona il rifrattometro? Gemma R.I.<1.81 Prisma di vetro denso R.I.=1.86 O luce Luce I Angolo critico scuro Lente Occhio N 1.4 Lente scuro luce Misura dell indice di rifrazione I materiali isotropi e amorfi hanno un solo indice di rifrazione,quindi si legge una sola linea di separazione luce-ombra ruotando la pietra. 33
Misura dell indice in caso di doppia rifrazione Le pietre uniassiche hanno due indici di rifrazione, uno per v, il quale dà una linea di separazione luce-ombra che resta fissa, e l altro per e, il quale, in genere, dà una linea di separazione luce-ombra che si sposta quando la pietra viene ruotata Se l indice di rifrazione relativo alla linea di separazione luce-ombra è maggiore di quello fisso, si dice che la pietra ha segno ottico positivo; se, invece, è minore, la pietra ha segno ottico negativo. 34
Segno ottico degli uniassici positivi Segno ottico degli uniassici negativi Raggio ordinario fisso Raggio straordinario che si muove Raggio straordinario che si muove Raggio ordinario fisso Cristalli tetragonali, trigonali o esagonali 35
Segno ottico degli cristalli biassici Biassico positivo Biassico negativo Valore di RI più basso b a g b Valore di RI più alto Cristalli ortorombici, monoclini, triclini Il polariscopio analizzatore polarizzatore Il polariscopio: permette di stabilire se una pietra è monorifrangente (sempre estinta), birifrangente (posizioni di luce e posizioni di buio), se presenta birifrangenza anomala o se è un aggregato criptocristallino (sempre illuminato). sorgente di luce 36
IL POLARISCOPIO analizzatore Due Polaroid tenuti in posizione incrociata, con in basso un apertura contenente una lampada elettrica a bassa tensione, consentono di rilevare la birifrangenza. polarizzatore Valutazione del carattere ottico sorgente di luce Il più semplice test che si può fare (su pietre polite o non, ma trasparenti o translucenti) è la verifica del CARATTERE OTTICO della pietra, mediante rotazione di 360 sul tavolo del polariscopio. I materiali isotropi (sistema cubico) e amorfi sono sempre estinti se osservati al polariscopio, ruotando la pietra in qualunque posizione. Esempio di materiali isotropi : L OPALE Sfere di diametro variabile di silice amorfa intercalate da lacune disposte regolarmente con geometria cubica Composizione: SiO 2 H 2 O (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. 37
Colore: Nelle sue varietà più pure l'opale è incolore, limpido e trasparente, ma più spesso è lattiginoso, da traslucido fino a completamente opaco. L'opale nobile il più pregiato è lattiginoso con vivacissime iridescenze. Aspetto: mai in cristalli. Si presenta per lo più in venule, globuletti, croste e chiazze di riempimento. opale nobile opale di fuoco Altra valutazione: gemme micro e policristalline I materiali micro o policristallini appaiono sempre luminosi. Questo perché i piccoli cristalli sono orientati a random, per cui ci saranno sempre cristalli orientati in modo da lasciar passare la luce (es. calcedonio, agata, crisoprasio, giadeite, nefrite). Lo stesso effetto si può osservare su materiali formati da lamelle sottili 38
Valutazione della doppia rifrazione o birifrangenza Mediante rotazione di 360 sul tavolo del polariscopio, i materiali anisotropi sono alternativamente estinti o illuminati se osservati al polariscopio, ruotando la pietra in qualunque posizione. Osservazioni al polariscopio BIRIFRANGENZA ANOMALA Si è detto che i materiali isotropi (sistema cubico) e amorfi sono sempre estinti se osservati al polariscopio, ruotando la pietra in qualunque posizione. Si possono però verificare casi di birifrangenza anomala, es.quarzo, ma anche granati. 39
Altre valutazioni al polariscopio: osservazioni delle figure di interferenza Nei cristalli appartenenti ai sistemi tetragonale, esagonale e trigonale esiste una sola direzione, quella parallela all asse cristallografico verticale, in cui la luce si comporta come se il cristallo fosse monorifrangente. Tale direzione di monorifrangenza in un cristallo birifrangente è detta asse ottico. Cristalli appartenenti ai sistemi tetragonale, esagonale e trigonale possiedono un solo asse ottico e sono pertanto detti uniassici. calcite quarzo Altre valutazioni al polariscopio: osservazioni delle figure di interferenza Nei cristalli appartenenti ai sistemi rombico, monoclino e triclino esistono due assi ottici e sono pertanto detti biassici. 40
Figure di interferenza Figure di interferenza 41
Altre valutazioni al polariscopio: osservazioni delle figure di interferenza Figure di interferenza della Danburite, un borosilicato di Ca CaB 2 (SiO 4 ) 2 Il cristallo è ruotato (nessun colore nella foto 1 perché passa solo luce bianca) fino a trovare i colori di interferenza (foto 2). Con l ausilio del conoscopio (LENTE CONVERGENTE) si osserva la figura di interferenza biassica (foto 3). Altre osservazioni al polariscopio 1. Figure di interferenza 42
Altre osservazioni al polariscopio Osservazione di stress e strain interno 43