Come la luce diventa colore
Le proprietà di un opale iniziano con una contraddizione: la pietra non contiene un solo pigmento, eppure brilla di tutti i colori. Questo gioco di colori è pura fisica, non pigmento, e puoi ricondurlo fino alla dimensione di sfere minuscole.
Uno sguardo nel profondo della pietra: come la luce viene diffratta all’interno, perché è proprio la dimensione delle sfere a decidere il colore e in che cosa gioco di colori e opalescenza si distinguono sul piano fisico.
Che cos’è un opale dal punto di vista fisico?
Un opale è un mineraloide di biossido di silicio idrato, chimicamente SiO2·nH2O. Mineraloide significa: è una sostanza solida, ma a differenza di ogni cristallo non possiede un reticolo atomico ordinato. A livello degli atomi l’opale è quindi disordinato, quasi come vetro solidificato.
Decisivo è il livello superiore: all’interno si trovano sfere minuscole di questo stesso biossido di silicio. Quando sono impilate in modo regolare, nasce il gioco di colori.
Quarzo, zaffiro e diamante sono cristalli con un reticolo atomico rigorosamente ordinato. L’opale no. I suoi colori non nascono nel reticolo atomico, ma nella struttura più grande delle sue sfere.
Che cos’è il gioco di colori e perché non è un colore vero?
Il gioco di colori è un colore strutturale. Non nasce da un pigmento che assorbe determinati colori, ma dalla microstruttura della pietra, che devia la luce. Esattamente lo stesso tipo di colore lo vedi su una bolla di sapone, nell’occhio di una piuma di pavone o sull’ala di una farfalla.
Poiché non entrano in gioco pigmenti, il colore non è fisso. Dipende da come la luce viene diffratta all’interno e si sposta non appena muovi la pietra.
Come diffrange la luce il reticolo di sfere?
All’interno di un opale nobile le sfere di silice si dispongono in un reticolo regolare e tridimensionale. Dal punto di vista fisico è un cristallo fotonico: una struttura che fa con la luce esattamente ciò che un reticolo atomico fa con i raggi X. La diffrange.
Quando la luce bianca incontra questo reticolo, a ogni strato di sfere una piccola parte viene rinviata indietro. Queste numerose onde riflesse si sovrappongono, ed è qui che entra in gioco l’interferenza: se cresta d’onda incontra cresta d’onda, le onde si rafforzano e il colore si accende (interferenza costruttiva). Se cresta incontra ventre, si annullano a vicenda (interferenza distruttiva). Così resta una sola lunghezza d’onda, che lascia la pietra come colore luminoso.
Nel dettaglio sono due passaggi. Prima la luce viene rifratta entrando dalla superficie, perché l’opale è otticamente più denso dell’aria. All’interno, poi, ogni strato di sfere diventa esso stesso sorgente di nuove onde luminose. È esattamente ciò che descrive il principio di Huygens: dalla sovrapposizione di queste tante piccole onde nasce l’onda diffratta che vedi come colore.
Come la luce entra nella pietra
Prima la rifrazione sulla superficie, poi nuove onde sulle sfere.
Come da tutto questo si scompongano i singoli colori lo mostra lo schema seguente.
Così la luce si scompone
La luce bianca incontra il reticolo, viene diffratta dagli strati e lascia la pietra come colori spettrali.
Più precisamente entra in gioco anche l’indice di rifrazione n della pietra. La forma completa è λ = 2·d·√(n² − sin²θ). Per capire basta questo: stesso angolo, maggiore distanza tra gli strati, lunghezza d’onda più lunga.
1. Diffrazione
A ogni strato di sfere una parte della luce viene riflessa.
2. Interferenza
Le onde si sovrappongono. In fase si rafforzano, in controfase si annullano.
3. Rafforzamento
Le onde in accordo si rafforzano in un colore, il resto si annulla.
Proprio questa struttura oggi viene riprodotta artificialmente dalla ricerca. Gli opali sintetici sono considerati un esempio da manuale di cristalli fotonici e vengono studiati per sensori e componenti ottici.
Perché la dimensione delle sfere determina il colore?
Quale colore venga rafforzato dipende dalla distanza tra gli strati, e questa distanza dipende direttamente dalla dimensione delle sfere. Le sfere piccole diffrangono la luce a onda corta e producono blu e viola. Le sfere grandi diffrangono la luce a onda lunga e producono arancione e rosso.
Onda corta, onda lunga
Dall’alto verso il basso l’onda luminosa si allunga e le sfere necessarie diventano più grandi.
| Colore | Sfere (ca.) | Onda luminosa (ca.) | Frequenza & valore |
|---|---|---|---|
| Viola | ~150 nm | ~410 nm | raro, per lo più con il blu |
| Blu | ~190 nm | ~470 nm | il colore più frequente |
| Verde | ~220 nm | ~520 nm | frequente |
| Giallo | ~250 nm | ~580 nm | più raro, più prezioso |
| Arancione | ~280 nm | ~610 nm | raro |
| Rosso | ~300+ nm | ~680 nm | il più raro, il più prezioso |
Ordini di grandezza. I valori esatti si spostano a seconda dell’impacchettamento delle sfere e dell’indice di rifrazione della pietra.
Un gioco di colori rosso richiede le sfere più grandi e più uniformi, e in natura si formano molto di rado. Una pietra con fuoco rosso mostra inoltre spesso anche tutte le lunghezze d’onda più corte, ed è quindi spesso la più ricca di colori. Le due cose insieme fanno del rosso il lampo più prezioso.
Perché il colore si sposta quando muovi la pietra?
Perché la condizione per il rafforzamento dipende dall’angolo di osservazione. Se inclini la pietra, cambi l’angolo θ con cui la luce incontra il reticolo. Così a soddisfare la condizione è improvvisamente un’altra lunghezza d’onda, e vedi un altro colore. Il reticolo ordinato resta identico: è solo il tuo punto di vista a spostare il risultato.
Una struttura, molti colori
Lo stesso punto della pietra brilla ora di blu, ora di verde, ora di rosso, a seconda dell’angolo. È proprio questo spostarsi a distinguere un vero gioco di colori da un’immagine stampata.
Opalescenza o gioco di colori: dov’è la differenza?
Entrambi gli effetti nascono dalle stesse sfere, ma in modo opposto. Il gioco di colori sono lampi spettrali nitidi e richiede un reticolo rigorosamente ordinato. L’opalescenza è il riflesso lattiginoso e azzurrino e nasce quando le sfere sono disordinate o molto piccole e diffondono la luce solo in modo diffuso.
Gioco di colori
Diffrazione su un reticolo ordinato. Colori spettrali nitidi e mobili. Segno distintivo dell’opale nobile.
Opalescenza
Diffusione su una struttura disordinata. Riflesso lattiginoso e azzurrino senza lampi spettrali. Tipico dell’opale comune.
Un opale comune, spesso chiamato potch, mostra solo opalescenza. Solo la struttura ordinata ne fa un opale nobile con gioco di colori.
La rifrazione e le altre proprietà fisiche
Poiché l’opale è amorfo, rifrange la luce in modo semplice, cioè allo stesso modo in tutte le direzioni (isotropo). E con un indice di rifrazione da 1,37 a 1,52 ha il valore più basso tra le pietre preziose diffuse. Al suo interno la luce viene quindi deviata relativamente poco.
Importante: la rifrazione non è la causa del gioco di colori. Il fuoco di un diamante nasce dalla dispersione, cioè dalla scomposizione della luce durante la rifrazione. I colori di un opale nascono invece dalla diffrazione sul reticolo. Due meccanismi completamente diversi.
La durezza a confronto
| Proprietà | Valore | Significato |
|---|---|---|
| Classe | Mineraloide (amorfo) | nessun reticolo atomico ordinato, a differenza di ogni cristallo |
| Formula | SiO2·nH2O | biossido di silicio idrato |
| Durezza Mohs | 5,5–6,5 | più tenero del quarzo, quindi da proteggere |
| Densità | 1,98–2,25 g/cm³ | leggero, per via dell’acqua e dei pori finissimi |
| Indice di rifrazione | 1,37–1,52 | il più basso tra le pietre preziose diffuse |
| Rifrazione | monorifrangente (isotropo) | conseguenza diretta della struttura amorfa |
| Origine del colore | diffrazione sul reticolo | colore strutturale, nessun pigmento, nessuna dispersione |
| Contenuto d’acqua | 3–21 %, per lo più 6–10 % | rende la pietra viva e al tempo stesso delicata |
Perché l’opale è così delicato?
Le stesse due proprietà che rendono l’opale così bello lo rendono anche delicato: il suo contenuto d’acqua e la sua bassa durezza. Con molto calore o aria molto secca può seccarsi e sviluppare crepe sottili, e con una durezza da 5,5 a 6,5 è esposto ai graffi.
Come prendertene cura correttamente lo leggi nella nostra guida alla cura dell’opale. Perché proprio questa fisica decida il valore di una pietra lo mostra l’articolo sulla valutazione degli opali. E come un opale si formi nel corso di milioni di anni lo leggi nell’articolo sulla formazione degli opali.
Vero gioco di colori, autenticità certificata
Un vero gioco di colori nasce solo in un opale vero. Ogni gioiello di Liberty Angels è certificato GSB: opale autentico in argento 925 oppure oro 14K. Ogni certificato è associato online al tuo ordine ed è quindi a prova di falsificazione.
Domande frequenti
Perché un opale cangia in colori diversi?
Perché un reticolo ordinato di sfere minuscole diffrange la luce e la sovrappone. La dimensione delle sfere determina il colore, l’angolo di osservazione lo fa spostare.
Il gioco di colori è un colore vero?
No. È un colore strutturale e nasce dalla microstruttura della pietra, non da un pigmento. Lo stesso principio agisce nelle bolle di sapone e nelle ali delle farfalle.
Qual è la differenza tra opalescenza e gioco di colori?
Il gioco di colori sono lampi spettrali nitidi dovuti alla diffrazione su un reticolo ordinato. L’opalescenza è il riflesso lattiginoso e azzurrino dovuto alla diffusione su una struttura disordinata.
Perché l’opale rosso è così raro e costoso?
Un gioco di colori rosso richiede le sfere più grandi e più uniformi. Se ne formano molto di rado, perciò il rosso è il lampo di colore più prezioso.
L’opale ha un indice di rifrazione alto?
No, al contrario. Con 1,37–1,52 l’opale ha l’indice di rifrazione più basso tra le pietre preziose diffuse. Il suo fuoco non viene dalla rifrazione, ma dalla diffrazione.
Il fuoco dell’opale è lo stesso del diamante?
No. Il fuoco del diamante nasce dalla dispersione durante la rifrazione. I colori dell’opale nascono dalla diffrazione sul reticolo di sfere. Due effetti fisici diversi.
