L'indice di rifrazione per pietre preziose: a cosa serve?

Ai fini del riconoscimento di una pietra preziosa, il primo passo da compiere in gemmologia è l’utilizzo di un semplice strumento chiamato rifrattometro. Con questo strumento si può leggere l’indice di rifrazione della pietra in esame e capire di che gemma si tratti. 

Leggi ora l’articolo e scopri in che modo un Gemmologo  utilizza l’indice di rifrazione e come lo determina per riconoscere con certezza le differenti tipologie di pietre preziose!

La proprietà della rifrazione di un corpo

La rifrazione è la proprietà di un corpo di rallentare la velocità della luce che lo attraversa. La misurazione di questa capacità è detta “Indice di Rifrazione”. In Gemmologia l’indice di rifrazione, assieme alla durezza  e alla densità relativa è molto usato per determinare la pietra oggetto di esame.  

Cos’è l’indice di rifrazione?

L'indice di rifrazione, indicato con la lettera "n", è una proprietà fisica dei materiali che descrive la velocità di propagazione della luce in un determinato corpo rispetto alla sua velocità nel vuoto.

Da ciò possiamo capire che l'indice di rifrazione è come una sorta di "velocità della luce personalizzata" per ogni materiale. 

Ogni volta che la luce passa attraverso qualcosa, essa può rallentare o accelerare, a seconda di cosa sta attraversando. Questo rallentamento o accelerazione della luce è ciò che definisce l'indice di rifrazione di quello specifico materiale; un concetto applicabile anche alle pietre preziose e fondamentale per il loro riconoscimento!

Quando la luce passa da un materiale all'altro, come quando va dall'aria al vetro, la sua "velocità" cambia in base all'indice di rifrazione di ciascun materiale. 

Questo cambiamento repentino di velocità fa sì che la luce si pieghi o si rifletta quando attraversa il confine tra i due materiali, e questo è ciò che vediamo come rifrazione.

Riassumendo, possiamo affermare che l'indice di rifrazione è una caratteristica unica di ciascun materiale, che ci dice come la luce si comporta quando viaggia attraverso di esso rispetto al vuoto. Questa proprietà è fondamentale per comprendere come la luce interagisce con il mondo che ci circonda.  

Ma qual è la formula per calcolare in maniera corretta l’indice di rifrazione?

n = c/v

Dove: 

• n è l'indice di rifrazione del materiale.
• c è la velocità della luce nel vuoto, che è approssimativamente pari a 299,792,458 metri al secondo.
• v è la velocità della luce nel materiale considerato.

Legge di Snell e rifrazione

Nel XVII secolo il matematico Willebrord Snellius formulò la “legge della rifrazione della luce” chiamata Legge di Snell.

Una relazione che descrive il comportamento della luce nel momento in cui passa da un mezzo a un altro avente un differente indice di rifrazione. 

La legge di Snell afferma che il rapporto tra il seno dell'angolo di incidenza (l'angolo tra la direzione della luce incidente e la normale alla superficie di separazione tra i due mezzi) e il seno dell'angolo di rifrazione (l'angolo tra la direzione della luce rifratta e la normale) è costante quando la luce attraversa la superficie tra i due mezzi. Questa costante è uguale al rapporto degli indici di rifrazione dei due mezzi coinvolti.

In forma matematica, la legge di Snell può essere espressa come:

n1 ⋅ sin(θ1) = n2⋅ sin(θ2)

Dove:

• n1 è l'indice di rifrazione del primo mezzo.
• n2 è l'indice di rifrazione del secondo mezzo.
• θ1  è l'angolo di incidenza.
• θ2  è l'angolo di rifrazione.

Questa legge è fondamentale nella comprensione della rifrazione della luce quando passa attraverso mezzi con diverse proprietà ottiche, come l'aria, il vetro o l'acqua. È ampiamente utilizzata per la progettazione di strumenti ottici come il rifrattometro, uno strumento utilizzato per misurare l’indice di rifrazione delle pietre preziose. 

L’importanza dell’indice di rifrazione

L’indice di rifrazione è un dato molto utile in Gemmologia. Grazie ad esso,infatti, è possibile stabilire la tipologia di gemma che si sta analizzando. Si tratta della prima fase dell’analisi di una pietra a cui segue un esame più approfondito che avviene con l’ausilio di altri strumenti di laboratorio, primo fra tutti il microscopio. 

Rifrattometria nella Gemmologia

 In gemmologia l’indice di rifrazione viene misurato con facilità attraverso l’utilizzo di un piccolo strumento chiamato rifrattometro. Questo strumento è in grado di misurare la capacità di una gemma di rallentare o piegare la luce. La quantità di rallentamento del raggio di luce è chiamata Indice di Rifrazione e corrisponde a un numero su una scala. 

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Tabella degli indici di rifrazione delle più importanti pietre preziose

Come calcolare l’indice di rifrazione

Il rifrattometro è uno strumento utilizzato in gemmologia per identificare le gemme attraverso il loro indice di rifrazione. Il risultato ottenuto porta all’identificazione delle gemme naturali ma non distingue le gemme sintetiche, operazione che può fare solo l'occhio di un gemmologo esperto tramite l’osservazione al microscopio. 

Il rifrattometro viene usato appoggiando la pietra preziosa  su un prisma sotto al quale viene fatta filtrare una luce specifica. La gemma resta a contatto grazie all’utilizzo di un liquido chiamato appunto liquido di contatto. Il gemmologo legge l’indice o gli indici di rifrazione attraverso una lente e un vetro polarizzato.  

Quando le gemme sono birifrangenti, rifrangono la luce in due raggi e si vedranno muovere tutti e due i limiti chiaro-scuro sulla scala numerica del rifrattometro.

Nel caso invece le gemme siano monorifrangenti, ci sarà un solo raggio e si vedrà una sola linea di separazione luce-ombra che resta immobile al ruotare della gemma. 

Con il rifrattometro è possibile misurare indici di rifrazione compresi tra 1,40 e 1,80. Non è possibile quindi utilizzare il rifrattometro per determinare se una gemma sia un diamante, dal momento che il suo indice di rifrazione è maggiore di 1,80.

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Il ruolo del rifrattometro nella misurazione

Ai fini della determinazione di una gemma, sono di grande utilità alcuni caratteri ottici piuttosto facili da rilevare. L’indice di rifrazione è fra questi ed è un dato molto utile e facilmente rilevabile attraverso l’utilizzo di un semplice strumento: il rifrattometro.