le pietre preziose e i loro colori

Le pietre preziose sono tra le cose più belle che si possono vedere: vi sono infatti ad esempio i rubini,di colore rosso,gli smeraldi, verdi, e le acquamarine,pietre che sono state chiamate così perchè ricordano il colore dei mari tropicali.
Qual è la loro composizione chimica e perchè presentano questi colori?
I rubini sono costituiti da ossido di alluminio Al2O3 “impuro”,ed il colore rosso deriva dal contenuto di tracce di ioni Cr3+,“annegate” nella fase solida costituita da Al2O3. Gli smeraldi e le acquamarine sono di costituzione non troppo diversa,in quanto entrambe queste pietre preziose contengono un grosso ione silicato,insieme ad ioni Al3+ e Be2+.Il colore dello smeraldo deriva da tracce di Cr3+,ma le acquamarine sono di colore blu acqua a causa degli ioni ferro.Ma perché, ad esempio, lo ione Cr3+ è essenziale per il colore rosso intenso dei rubini?
Possiamo ottenere una risposta a questo problema considerando in breve la struttura del solido e facendo nello stesso tempo qualche semplice riflessione sull’energia degli orbitali dello ione Cr3+.L’ossido di alluminio è un solido cristallino, e, come tutti i cristalli, lo si può immaginare costituito da una disposizione ordinata nello spazio di atomi, che qui possono essere ritenuti ioni, in quanto hanno acquistato o perduto elettroni. In questa struttura, si può immaginare che l’impalcatura fondamentale sia dovuta essenzialmente ad ioni O2-, di forma sferica,negli interstizi dei quali si hanno ioni (più piccoli) di Al3+: il risultato di tutto questo è che ogni ione Al3+ è circondato da sei ioni O2-,disposti ai vertici di un ottaedro.Gli ioni Al3+ situati negli interstizi dell’impalcatura degli ioni ossido hanno un raggio di 67,5 pm, ma il raggio di uno ione Cr3+ risulta soltanto poco più grande(75,5 pm).Proprio per questa somiglianza nelle dimensioni, uno ione di un metallo transizione come il cromo può prendere il posto di alcuni degli ioni alluminio della struttura e così la natura ha fatto un rubino. Infatti, la sostituzione di uno ione metallico da parte di un altro con raggio simile è molto comune in natura e parecchi minerali presentano composizione variabile proprio per questo.L’ossido di alluminio solido è incolore, ma diventa rosso se contiene tracce di Cr3+.Il colore dei rubini deriva dalla presenza di ioni cromo(III) come impurezza in una struttura cristallina formata da ioni Al3+ ed O2-.Una acquamarina deve il suo colore verde-azzurro a tracce di ioni ferro,presenti come impurezza in una struttura cristallina formata da atomi(o ioni) di alluminio, ossigeno, berillio e silicio.
Bibliografia:
Enciclopedia Rizzoli per i Ragazzi - “Meseta-Partigiani”
by Rizzoli Editore, Milano;
John C. Kotz, Keith F. Purcell - “Chimica” - EdiSES s.r.l. Napoli;
K. Peter, C. Vollhardt, Neil E. Schore - “Chimica Organica” -
seconda edizione, Zanichelli Editore.