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La ricerca dell'origine dei colori delle gemme costituisce la parte più affascinante della gemmologia. Essa unisce gli ambiti dell'ottica e della chimica con le nuove conoscenze sulla struttura e l'energia degli atomi.
Le pietre colorate sono suddivise in due categorie:
Quelle pietre il cui elemento che dona colore è un componente strutturante vengono denominate idiocromatiche. Queste pietre esistono quindi di un solo colore; a questa categoria fanno parte la turchese, il peridoto, la rodonite.
La maggior parte delle pietre possiedono cristalli acromatici nella propria e pura composizione chimica. Esse mantengono il proprio colore grazie ad una piccola addizione di elementi coloranti e prendono il nome di allocromatiche.
Da dove viene dunque il colore? Il colore spesso proviene dalla presenza casuale di altri elementi coloranti incorporati nel reticolo cristallino. Questi atomi estranei di titanio, cromo, ferro, nichel, vanadio, manganese, cobalto e rame costituiscono il colore. Lo zaffiro, il rubino, lo smeraldo, la tormalina e molte altre gemme appartengono a questa categoria. E' sorprendente come lo stesso elemento chimico possa dare vita a diversi colori; il cromo, ad esempio, a seconda della struttura del minerale, dona al rubino il rosso purpureo, mentre allo smeraldo il suo inimitabile verde.
Quelle pietre il cui colore è generato o influenzato da un effetto fisico, ad esempio la diffusione di luce. Il travolgente fascino dell'opale nasce dallo straordinario gioco di luci dovuto a tali effetti