Proprietà ottiche delle gemme
Le proprietà ottiche sono di enorme importanza per la definizione di una gemma in quanto, esse, producono il colore e la lucentezza, lo splendore e la luminescenza, i giochi di luce e l'iridescenza.
Il colore è prodotto dalla luce e la luce è la vibrazione elettromagnetica che avviene su determinate lunghezze d'onda. L'occhio umano riesce a percepire solo le lunghezze d'onda comprese tra 4.000 e 7.000 Angstrom; vale a dire lo spettro visibile suddiviso in sei colori: rosso, arancio, giallo, verde, azzurro e violetto. L'insieme di tutti questi colori produce la luce bianca.
Se viene assorbita una certa lunghezza d'onda, ciò che rimane dell’insieme di tinte da’ un colore che non è il bianco.
Se tutte le lunghezze d'onda passano attraverso la pietra, essa appare incolore, mentre se viene assorbita tutta la luce essa appare nera.
Se tutte le lunghezze d'onda vengono assorbite nella stessa misura, la pietra risultera’ di colore bianco opaco o grigia.
Nel caso delle gemme, minerali principalmente i1 cromo, i ferro, il cobalto, il rame, il manganese, il nichel ed il vanadio, assorbono delle determinate lunghezze d'onda di luce bianca e cio’ ne determina il colore. Queste sostanze talvolta sono presenti in tracce talmente minime che non sono menzionate nella composizione chimica della pietra.
Nel caso dello zircone e del quarzo affumicato, il colore non è determinato dalla presenza di sostanze estranee ma dalla deformazione della struttura interna (lattice) della pietra ed è prodotto dai raggi ultravioletti provenienti dall'atmosfera e convergenti in un assorbimento selettivo. La distanza alla quale viaggiano i raggi ultravioletti può inoltre influenzare il grado di assorbimento della luce ed il colore della pietra, ed il tagliatore deve saperne trarre vantaggio.
Le pietre di colore chiaro subiscono un taglio più spesso e/o vengono sfaccettate in modo che il percorso durante il quale la luce viene assorbita si prolunghi ed il colore diventi più scuro, mentre i materiali con colori eccessivamente cupi subiscono un taglio piu’ sottile.
La luce artificiale influisce molto sul colore delle gemme e produce un effetto negativo su alcune di esse (ad esempio lo zaffiro) ed un effetto positivo su altre (smeraldo e rubino). Le variazioni più evidenti si presentano nel caso dell'alessandrite, che appare verde nella luce diurna e rossa nella luce artificiale.
Sebbene il colore sia di grande importanza per le gemme, tranne per i diamanti, non si conosce nessun metodo pratico per la determinazione del loro colore; in quanto i sistemi, usati nel settore scientifico risultano troppo complessi e costosi per gli scopi commerciali.
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Generalmente, le variazioni di colore causate da eventi naturali non sono molto comuni è più frequente, invece, che il colore di determinate gemme sia alterato con appositi sistemi scientifici.
Il sistema più noto è quello del trattamento termico dell'ametista. Questa gemma sottoposta a varie centinaia di gradi di calore, muta colore dal violetto al giallo chiaro, rosso marrone, verde o bianco latte. Con questo procedimento, i colori meno belli possono trasformarsi in bellissime tinte.
Un altro sistema è quello del trattamento a raggi X e con il radio o, piu’ recentemente, previo bombardamento con elettroni in un acceleratore o con neutroni in un reattore atomico. Le tinte che ne risultano sono talvolta così simili a quelle naturali che la differenza non è visibile ad occhio nudo ed è necessario effettuare delle prove complesse e sofisticate per riconoscere la differenza.
Alcuni di questi colori variati artificialmente non hanno durata permanente.
Nel caso delle gemme porose, come il lapislazzulo, il turchese, le perle e l'agata, i colori possono essere migliorati addizionandovi un fattore pigmentante. Tutte le gemme che hanno subito delle sofisticazioni nel colore, tranne quelle trattate termicamente e le agate tinte, devono recarne avviso quando vengono immesse sul mercato.
Questo colore intrinseco può essere reso visibile sfregando il minerale in questione su di un piatto di porcellana grezza. Ad esempio, la sodalite azzurra, allo sfregamento, apparirà bianca. Nel caso di minerale molto duro, è opportuno che prima venga rimossa un poco di polvere da esso con l'aiuto di una lima d'’acciaio e che poi venga strofinato sul piatto. A causa del rischio di eventuali danni, le gemme tagliate non dovrebbero essere sottoposte al test di sfregamento.
Le aggregazioni di minerali granulari, fibrose o a forma di picciolo (come la calcedonia, il lapislazzulo ed i1 turchese) sono opache, in quanto i raggi luminosi sono ripetutamente rifratti o riflessi dalle numerose minuscole facce della gemma, finché la luce non è stata completamente riflessa o assorbita.
Quando la luce è solo attenuata nel suo passaggio attraverso la gemma,
si dice che essa e’ traslucida.
Maggiore è l'indice di rifrazione
maggiore è il grado di lucentezza.
La lucentezza più auspicabile per una gemma è quella adamantina, mentre quella più comune è definita vetrosa.
Altri tipi di lucentezza sono quella oleosa, metallica, perlacea, setacea e cerea. Le pietre prive di lucentezza sono definite opache.
Le facce inferiori di una gemma agiscono come specchi e riflettono la luce piu'’ o meno completamente, potenziandone la lucentezza. Questo fenomeno è chiamato luminosità.
La rifrazione luminosa completa ed ideale è presente nel diamante tagliato, che raggiunge quindi il massimo grado di luminosità.
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Quando si nota la presenza di due colori predominanti si parla di dicroismo; quando i colori predominanti sono tre si parla di tricroismo. Dicroismo e tricroismo sono indicati anche con il nome di pleocroismo.
Le gemme amorfe e quelle appartenenti al sistema isometrico
non possiedono pleocroismo.
Il pleocroismo può essere tenue, definito od intenso ed è un elemento da considerare nella fase di taglio delle gemme, onde evitare di ottenere dei colori insignificanti o delle sfumature troppo chiare o troppo cupe.
Gli occhi di gatto più preziosi sono i crisoberilli; ma tale effetto è riscontrabile anche su altre gemme, come il quarzo occhio di gatto, occhio di falco ed occhio di tigre.
L'asterismo è un fenomeno che si presenta
anche nelle gemme sintetiche.
La causa della fluorescenza nelle gemme è dovuta ad un'incorporazione di piccole impurità metalliche che spesso ne alterano anche il colore, come il cromo, il manganese, il cobalto, il nichel, il molibdato, il tungsteno ed alcuni composti dell'uranio. Il ferro, al contrario, se presente in quantità minime, impedisce qualsiasi manifestazione di fluorescenza.
La fluorescenza può costituire un valido aiuto per l'identificazione delle gemme ed è particolarmente utile per il riconoscimento di quelle sintetiche.
La luminescenza causata dai raggi X, ad esempio, può aiutare nella distinzione tra perle autentiche e perle coltivate. La madreperla di cui è costituita un'ostrica di acqua salata non possiede luminescenza propria, mentre la madreperla dell'ostrica di acqua dolce emana un'intensa luce. Poiche’ il nucleo delle perle coltivate viene ricavato da un frammento di madreperla d'acqua dolce, le perle coltivate presentano una luminescenza che le perle autentiche non hanno.
