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Piropo

minerale

Il piropo (dal greco 'pyropos', ardente - simbolo IMA: Prp[5]) è un minerale appartenente al supergruppo del granato, oltre che al gruppo del granato; è un nesosilicato con l'estremo Mg3Al2[SiO4]3.

Piropo
Classificazione Strunz (ed. 10)9.AD.25[1]
Formula chimicaMg3Al2(SiO4)3
Proprietà cristallografiche
Sistema cristallinocubico[2]
Parametri di cellaa = 11,459 Å, V = 1504,67 ų, Z = 8[1]
Gruppo puntuale4/m 3 2/m[3]
Gruppo spazialeIa3d (nº 230)[2]
Proprietà fisiche
Densità misurata3,582[1] g/cm³
Densità calcolata3,563[1] g/cm³
Durezza (Mohs)7 - 7,5[1]
Fratturaconcoidale[4]
ColoreRosso sangue, rosso arancio, rosso porpora, rosa, rosso nero[2]
Lucentezzavitrea[3]
Opacitàda trasparente a traslucida[4]
Strisciobianco[2]
Si invita a seguire lo schema di Modello di voce – Minerale

Etimologia e storia

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Cristallo di piropo

Una delle prime menzioni dei granati come pietre preziose si trova nella Bibbia nel libro dell'Esodo 28,15-18[6] come una pietra sul pettorale del sommo sacerdote Aronne. Plinio il Vecchio, nel libro 35, capitolo 25 della sua opera Naturalis historia,[7] riassunse un certo numero di minerali rossi sotto il termine carbunculus, compresi i granati. Un'ulteriore differenziazione di questo gruppo in tre sottogruppi – balagius (spinello rosso), granatus e rubinus – fu fatta da Alberto Magno intorno al 1250 nella sua opera De mineralibus et rebus metallicis.[8] Il nome attuale piropo deriva dal greco pyropos "di aspetto infuocato", che allude al colore rosso.

Ancora nel XVIII secolo, un'ampia varietà di minerali veniva chiamata granato in base alle loro caratteristiche esterne (in particolare la forma cristallina), tra cui la leucite. La situazione è cambiata quando sono iniziate le analisi chimiche sistematiche dei minerali; nel corso di queste indagini, Martin Heinrich Klaproth fu il primo a determinare la composizione di un piropo nel 1797, che allora veniva chiamato "granato di Boemia".[9]

La struttura cristallina del granato fu chiarita da Georg Menzer nel 1929[10] e la prima sintesi del piropo puro fu raggiunta da Loring Coes junior a 30 000 bar e 900 °C a metà degli anni '50 con presse ad alta pressione di nuova concezione.[11] Il piropo sintetico del laboratorio di Coes fu utilizzato da Skinner nel 1956 per determinare le proprietà fisiche (costante di reticolo, indice di rifrazione, densità) del piropo puro[12] e da Anna e J. Zemann cinque anni dopo per il primo raffinamento strutturale del piropo.[13]

Classificazione

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La classificazione strutturale dell'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA) classifica il piropo come un minerale del supergruppo del granato, dove è elencato insieme ad almandino, andradite, calderite, eringaite, goldmanite, grossularia, knorringite, morimotoite, majorite, menzerite-(Y), momoiite, rubinite, spessartina e uvarovite. Forma il gruppo del granato con 12 cariche positive sulla posizione reticolare coordinata tetraedrica.[14]

Nell'ormai obsoleta, ma ancora comune, 8ª edizione della sistematica minerale secondo Strunz, il piropo apparteneva alla classe dei "nesosilicati", dove veniva elencato insieme ad almandino, andradite, calderite, goldmanite, grossularia, henritermierite, hibschite, holtstamite, hydrougrandite, katoite, kimzeyite, knorringite, majorite, morimotoite, schorlomite, spessartina, uvarovite, wadalite e yamatoite (minerale non più riconosciuto dall'IMA in quanto identico alla momoiite[15]) e con i quali forma il "gruppo del granato" con il sistema nº VIII/A.08.

Anche la 9ª edizione della sistematica minerale di Strunz, valida dal 2001 e utilizzata dall'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA), classifica il piropo nella classe "9. Silicati (germanati)" e da lì nella sottoclasse "9.A Nesosilicati"; questa viene ulteriormente suddivisa in base all'eventuale presenza di ulteriori anioni e alla coordinazione dei cationi coinvolti, in modo che il minerale venga classificato in base alla sua composizione nella suddivisione "9.AD Nesosilicati senza anioni aggiuntivi; cationi in coordinazione [6] e/o maggiore", dove è elencata insieme ad almandino, andradite, calderite, goldmanite, grossularia, henritermierite, holtstamite, katoite, kimzeyite, knorringite, majorite, momoiite, morimotoite, schorlomite, spessartina e uvarovite, esiste il "gruppo granato" con il sistema nº 9.25 d.C. Inclusi in questo gruppo erano inclusi anche i composti di granato blythite, hibschite, idroandradite e skiagite, che non sono più considerati minerali.[16] La wadalite, a quel tempo ancora raggruppata tra i granati, si è dimostrata strutturalmente diversa ed è ora assegnata a un gruppo separato insieme a clormayenite e fluormayenite.[14] I granati irinarassite, hutcheonite, kerimasite, toturite, menzerite-(Y) ed eringaite approvati dopo il 2001 risultarebbero anche loro ordinati nel gruppo del granato.[2]

Infine anche la sistematica dei minerali secondo Dana, utilizzata principalmente nel mondo anglosassone, classifica il piropo nella categoria dei "minerali nesosilicati". Qui si trova insieme ad almandino, spessartina, knorringite, majorite e calderite nel "gruppo del granato (serie della pyralspite)" con il sistema nº 51.04.03a all'interno della suddivisione "nesosilicati: gruppi SiO4 solo con cationi in coordinazione [6] e >[6]".[2]

Chimica

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Il piropo con l'estremo [X]Mg2+3 [Y]Al3+ [Z]Si3O12 è l'analogo del magnesio dell'almandino ([X]Fe2+3 [Y]Al [Z]Si3O12) e forma cristalli misti con gli altri granati di alluminio almandino, spessartina e grossularia, secondo le seguenti reazioni di scambio:

  •   (almandino)[17][18]
  •   (spessartina)[19][20]
  •   (grossularia)[21][22][23]

Con un'eccezione, almeno a temperature geologicamente rilevanti, c'è una miscibilità illimitata con tutte le maglie terminali del granato di alluminio. Nella serie dei composti piropo - grossularia, c'è un gap di miscelazione a temperature inferiori a circa 600 °C e 25-30 mol% di grossularia.[22][23]

Nella posizione   coordinata ottaedrica, Al3+ può essere sostituito da Cr3+ secondo la reazione di scambio:

  •   (knorringite)[24][25][26]

Sotto le alte pressioni e temperature del mantello terrestre, l'Al3+ viene sostituito da magnesio e silicio in posizione  , secondo la reazione di scambio:

  •   (majorite)[27]

I piropi di questa serie con più di ~25 mol-% di majorite sono tetragonali.[28]

Abito cristallino

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Il piropo cristallizza nel sistema cubico nel gruppo spaziale Ia3d (gruppo nº 230) oltre a 8 unità di formula per cella unitaria. Ci sono numerose determinazioni per la lunghezza del bordo della cella unitaria cubica sia di cristalli misti naturali, che di piropi sintetici. Ad esempio, per l'elemento piropo puro, il parametro reticolare è dato come a = 11,459 Å[12][29] o a = 11,452 Å.[17]

La struttura è quella del granato. Il magnesio (Mg2+) occupa la posizione  , che è dodecaedrica circondata da 8 ioni ossigeno. Questa posizione è abbastanza grande per il piccolo ione magnesio, che esegue un'oscillazione distinta e asimmetrica attorno al centro della posizione.[30] L'alluminio (Al3+) occupa la posizione  , che è ottaedrica circondata da 6 ioni ossigeno, e la posizione  , che è tetraedrica circondata da 4 ioni ossigeno, è occupata esclusivamente dal silicio (Si4+).[31][32]

Proprietà

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Cristalli di piropo su matrice

Rispetto ad altri silicati di magnesio, la durezza Mohs relativamente elevata (7 – 7,5)[1] e l'elevato peso specifico di 3,5 – 3,6 g/cm³ sono inusuali. Per fare un confronto: la forsterite (Mg2SiO4), anch'essa con durezza 7, ha una densità di 3,3 g/cm³ e l'enstatite (MgSiO3) ha una durezza di soli 5-6 e una densità di 3,2 g/cm³.

I piropi naturali mostrano spesso una birifrangenza torbida, debole e irregolare, attribuita alle deformazioni del reticolo.[33]

Il piropo chimicamente puro è incolore. I piropi naturali hanno colorazione solitamente da rosso-arancio a rosso porpora e rosso-viola, o da verde a blu a causa del basso contenuto di ferro (Fe2+) e manganese (Mn2+), così come cromo (Cr3+) e vanadio (V3+).

Il colore prodotto dal cromo dipende essenzialmente dal contenuto di cromo nel granato. Un basso contenuto di cromo porta a un colore rosso vino, che cambia da grigio a verde scuro all'aumentare del contenuto di cromo.[34] Ciò è causato da un cambiamento nel carattere legante dei legami cromo-ossigeno. La frazione covalente dei legami diminuisce con l'aumentare del contenuto di cromo, determinando uno spostamento delle lunghezze d'onda della luce assorbita e, in ultima analisi, un cambiamento di colore.[35] Inoltre, il piropo tinto di cromo o vanadio mostra altri effetti di colore insoliti.

Effetto termocromatico

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Il piropo di colore rosso-violaceo ricco di cromo proveniente da Koherab, in Namibia, cambia colore in verde quando riscaldato a ≈ 400 °C.[36]

Effetto alessandrite

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  Lo stesso argomento in dettaglio: Effetto alessandrite.

I piropi con più del 3% in peso di triossido di dicromo (Cr2O3) mostrano un cambiamento di colore per l'occhio umano dal blu-verde alla luce del giorno al rosso bordeaux sotto la luce di una lampadina a incandescenza o a lume di candela.[37]

I cristalli misti piropo-spessartina possono mostrare un cambiamento di colore anche a livelli molto bassi di cromo o vanadio. I piropi ricchi di spessartina della Tanzania mostrano un cambiamento di colore dal blu-verde al rosso. Bassi livelli di almandino o grossularia portano a una maggiore varianza nei colori osservati.[37] I piropi blu-verdi provenienti da un deposito vicino a Bekily, in Madagascar, appaiono tali alla luce del giorno e rosa sotto la luce di una lampadina o a lume di candela.[20]

Origine e giacitura

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Piropo tagliato a smeraldo

Il piropo si trova nelle rocce ultramafiche come serpentinite, peridotite o kimberlite e anche secondariamente nelle sabbie e nelle ghiaie.

I giacimenti più importanti di piropi si trovano in Europa nella Repubblica Ceca (nelle catene montuose della Boemia), in Sud Africa principalmente vicino a Kimberley, e in Tanzania, in Australia e negli Stati Uniti (Arizona). Un altro sito importante si trova nel villaggio di Martiniana Po in Italia, dove è presente un museo del Piropo[38].

Forma in cui si presenta in natura

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Il minerale cristallizza spesso in grani (arrotondati), ma si presenta anche in aggregati. Il piropo puro, ad esempio proveniente dagli scisti bianchi del massiccio della Dora Maira, è incolore. A causa dell'incorporazione di ferro (Fe2+) al posto del magnesio (Mg2+), la colorazione del piropo varia dal rosa al rosso sangue e al rosso-nero, spesso con una sfumatura brunastra.

Note

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  1. ^ a b c d e f (EN) Pyrope, su mindat.org. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  2. ^ a b c d e f (DE) Pyrope, su mineralienatlas.de. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  3. ^ a b (EN) Pyrope Mineral Data, su webmineral.com. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  4. ^ a b (EN) Pyrope (PDF), in Handbook of Mineralogy. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  5. ^ (EN) Laurence N. Warr, IMA–CNMNC approved mineral symbols (PDF), in Mineralogical Magazine, vol. 85, 2021, pp. 291–320, DOI:10.1180/mgm.2021.43. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  6. ^ Es 28,15-18, su La Parola - La Sacra Bibbia in italiano in Internet.
  7. ^ (EN) Plinius der Ältere, Naturalis historia. Buch 35, 25, su perseus.tufts.edu, Perseus Digital Library. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  8. ^ (LA) Albertus Magnus, De mineralibus et rebus metallicis, Köln, Birckmann, 1569. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  9. ^ (EN) Martin Heinrich Klaproth, Chemische Untersuchung des böhmischen Granats (PDF), in Beiträge zur Chemischen Kenntniss der Mineralkörper, vol. 2, 1797, pp. 16–21. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  10. ^ (DE) G. Menzer, Die Kristallstruktur der Granate, in Zeitschrift für Kristallographie – Crystalline Materials, vol. 69, 1929, pp. 300–396, DOI:10.1524/zkri.1929.69.1.300.
  11. ^ (EN) Loring Coes Jr., High‐pressure Minerals, in Journal of the American Ceramic Society, vol. 38, 1955, p. 298, DOI:10.1111/j.1151-2916.1955.tb14949.x.
  12. ^ a b (EN) B.J. Skinner, Physical properties of end-members of the garnet group (PDF), in American Mineralogist, vol. 41, 1956, pp. 428–436. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  13. ^ (DE) Anna Zemann e J. Zemann, Verfeinerung der Kristallstruktur von synthetischem Pyrop, Mg3Al2(SiO4)3, in Acta Crystallographica, vol. 14, 1961, pp. 835–837, DOI:10.1107/S0365110X61002436.
  14. ^ a b (EN) Edward S. Grew et al., IMA Report Nomenclature of the garnet supergroup (PDF), in American Mineralogist, vol. 98, n. 4, 2013, pp. 785–811, DOI:10.2138/am.2013.4201. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  15. ^ (EN) Yamatoite, su mindat.org. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  16. ^ (EN) Ernest Henry Nickel e Monte C. Nichols, IMA/CNMNC List of Minerals 2009 (PDF), su cnmnc.units.it, IMA/CNMNC, gennaio 2009. URL consultato il 4 ottobre 2024 (archiviato dall'url originale il 29 luglio 2024).
  17. ^ a b (EN) Thomas Armbruster, Charles A. Geiger e George A. Lager, Single-crystal X-ray structure study of synthetic pyrope almandine garnets at 100 and 293 K (PDF), in American Mineralogist, vol. 77, 1992, pp. 512–521. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  18. ^ (EN) Charles Geiger e Anne Feenstra, Molar volumes of mixing of almandine-pyrope and almandine-spessartine garnets and the crystal chemistry and thermodynamic-mixing properties of the aluminosilicate garnets (PDF), in American Mineralogist, vol. 82, 1997, pp. 571–581. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  19. ^ (EN) Charles A. Geiger, A powder infrared spectroscopic investigation of garnet binaries in the system Mg3Al2Si3012 – Fe3Al2Si3012 – Mn3Al2Si3012 – Ca3Al2Si3012, in European Journal of Mineralogy, vol. 10, 1998, pp. 407–422. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  20. ^ a b (EN) Karl Schmetzer e Heinz-Jürgen Bernhardt, Garnets from Madagascar with a color change of blue-green to purple (PDF), in GEMS & GEMOLOGY, 1999, pp. 196–201. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  21. ^ (EN) Jibamitra Ganguly, Weiji Cheng e Hugh St. C. O’Neill, Syntheses, volume, and structural changes of garnets in the pyrope-grossular join: Implications for stability and mixing properties (PDF), in American Mineralogist, vol. 78, 1993, pp. 583–593. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  22. ^ a b (EN) Jibamitra Ganguly, Weiji Cheng e Massimiliano Tirone, Thermodynamics of alimosilicate garnet solid solution: new experimental data, an optimized model, and thermodynamic applications, in Contributions to Mineralogy and Petrology, vol. 126, 1996, pp. 137–151. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  23. ^ a b (EN) Liping Wang, Eric J. Essene e Youxue Zhang, Direct observation of immiscibility in pyrope-almandine-grossular garnet, in American Mineralogist, vol. 85, 2000, pp. 41–46. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  24. ^ (EN) Peter H. Nixon, Oleg von Knorring e Joan M. Rooke, Kimberlites and associated inclusions of Basutoland: A mineralogical and geochemical study (PDF), in American Mineralogist, vol. 48, 1963, pp. 1090–1132. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  25. ^ (EN) Peter H. Nixon e George Hornung, A new chromium garnet end member, knorringite, from Kimberlite (PDF), in American Mineralogist, vol. 53, 11–12, 1968, pp. 1833–1840. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  26. ^ (EN) A.E. Ringwood, Synthesis Of Pyrope-Knorringite Solid Solution Series (PDF), in Earth and Planetary Science Letters, vol. 36, 1977, pp. 443–448. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  27. ^ (EN) S. Heinemann, T G. Sharp, F. Seifert e D.C. Rubie, The cubic-tetragonal phase transition in the system majorite (Mg4Si4O12) – pyrope (Mg3Al2Si3O12), and garnet symmetry in the Earth's transition zone, in Physics and Chemistry of Minerals, vol. 24, 1997, pp. 206–221, DOI:10.1007/s002690050034.
  28. ^ (EN) Akihiko Nakatsuka et al., Symmetry change of majorite solid-solution in the system Mg3Al2Si3O12-MgSiO3 (PDF), in American Mineralogist, vol. 84, 1999, pp. 1135–1143. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  29. ^ (EN) David K. Teertstra, Index-of-refraction and unit-cell constraints on cation valence and pattern of order in garnet-group minerals (PDF), in The Canadian Mineralogist, vol. 44, 2006, pp. 341–346. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  30. ^ (EN) Gilberto Artioli, Alessandro Pavese, Kenny Stahl e Richard K. McMullan, Single-crystal neutron-diffraction study of pyrope in the temperature range 30–1173 K (PDF), in The Canadian Mineralogist, vol. 35, 1997, pp. 1009–1019. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  31. ^ (EN) G.V. Gibbs e J.V. Smith, Refinement of the crystal structure of synthetic pyrope (PDF), in American Mineralogist, vol. 50, 1965, pp. 2023–2039. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  32. ^ (EN) G.A. Novak e G.V. Gibbs, The crystal chemistry of the silicate garnets (PDF), in The American Mineralogist, vol. 56, 1971, pp. 791–825. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  33. ^ (EN) Anne M. Hofmeister et al., Prevalence and origin of birefringence in 48 garnets from the pyrope-almandine-grossularite-spessartine quaternary (PDF), in American Mineralogist, vol. 83, 1998, pp. 1293–1301. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  34. ^ (EN) Tetsuo Irifune e Yu Hariya, Phase relationships in the system Mg3Al2Si3O12 – Mg3Cr2Si3O12 at high pressure and some mineralogical properties of synthetic garnet solid solutions, in Mineralogical Journal, vol. 11, n. 6, 1983, pp. 269–281. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  35. ^ (EN) M.N. Taran, K. Langer, Irmgard Abs-Wurmbach, D.J. Frost e A.N. Platonov, Local relaxation around [6]Cr3+ in synthetic pyrope–knorringite garnets, [8]Mg3[6](Al1−X Crx3+)2[4]Si3O12, from electronic absorption spectra, in Physics and Chemistry of Minerals, vol. 31, n. 9, 2004, pp. 650–657, DOI:10.1007/s00269-004-0424-9.
  36. ^ (EN) Thermochromic Cr-rich Pyrope Garnet Animations, su minerals.gps.caltech.edu, California Institute of Technology. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  37. ^ a b (EN) E. Gübelin e K. Schmetzer, Gemstones with alexandrite effect (PDF), in GEMS & GEMOLOGY, 1982, pp. 197–203. URL consultato il 4 ottobre 2024.
  38. ^ Parco del Po. Sito Ufficiale, su parcodelpocn.it. URL consultato il 22 maggio 2015 (archiviato dall'url originale il 22 maggio 2015).

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