Corundum

Il corindone è una forma cristallina di ossido di alluminio (Al₂O₃) che di solito contiene tracce di ferro, titanio, vanadio e cromo. Come minerale che forma rocce, è naturalmente trasparente ma assume diversi colori a seconda delle impurità di metalli di transizione presenti nella sua struttura cristallina. Le sue due principali varietà gemmologiche sono il rubino e lo zaffiro. Il rubino deve il suo colore rosso al cromo, mentre lo zaffiro può apparire in molti colori a seconda del metallo di transizione specifico coinvolto; un raro tipo rosa-arancio è noto come zaffiro padparadscha. Il nome "corindone" deriva dalla parola tamil-dravidica kurundam (che significa rubino-zaffiro), che appare anche in sanscrito come kuruvinda. Grazie alla sua durezza—il corindone puro è valutato 9,0 sulla scala di Mohs—può scalfire quasi tutti gli altri minerali. Lo smeriglio, una forma granulare nera di corindone senza valore gemmologico, è mescolato con magnetite, ematite o hercynite ed è ampiamente usato come abrasivo su carta vetrata e grandi utensili per la lavorazione di metalli, plastica e legno. Il corindone ha anche una densità di 4,02 g/cm³ (251 lb/cu ft), che è insolitamente alta per un minerale trasparente composto da elementi a bassa massa atomica come alluminio e ossigeno. Il corindone si forma in ambienti metamorfici come micascisti, gneiss e alcuni marmi. Appare anche in rocce ignee a basso contenuto di silice come sienite e sienite nefelinica, così come in masse adiacenti a intrusioni ultramafiche, insieme a dicchi di lamprofiro, e come grandi cristalli nelle pegmatiti. Poiché è duro e resistente agli agenti atmosferici, si presenta spesso come minerale detritico nelle sabbie di fiumi e spiagge. Il più grande singolo cristallo naturale documentato di corindone misurava circa 65 cm × 40 cm × 40 cm e pesava 152 kg (335 lb), sebbene quel record sia stato successivamente superato da alcune bocce sintetiche. Il corindone abrasivo viene estratto in Zimbabwe, Pakistan, Afghanistan, Russia, Sri Lanka e India. Storicamente, veniva estratto da depositi legati a duniti nella Carolina del Nord, USA, e da una sienite nefelinica a Craigmont, Ontario. Il corindone di grado smeriglio si trova sull'isola greca di Nasso e vicino a Peekskill, New York, USA. Il corindone abrasivo sintetico è prodotto dalla bauxite. Sono state scoperte quattro asce di corindone risalenti al 2500 a.C., provenienti dalla cultura Liangzhu e dalla cultura Sanxingcun della Cina (quest'ultima nel distretto di Jintan). Nel 1837, Marc Antoine Gaudin creò i primi rubini sintetici riscaldando allumina con una piccola quantità di cromo come colorante. Nel 1847, J. J. Ebelmen realizzò zaffiri sintetici bianchi facendo reagire allumina in acido borico. Nel 1877, Frenic e Freil produssero corindone cristallino da cui si potevano tagliare piccole pietre. Frimy e Auguste Verneuil fabbricarono rubino artificiale fondendo BaF₂ e Al₂O₃ con piccole quantità di cromo a temperature superiori a 2.000 °C (3.630 °F). Nel 1903, Verneuil annunciò un processo di fusione a fiamma su scala commerciale per rubini sintetici. Questo metodo di fusione a fiamma consente di produrre gemme di zaffiro e rubino monocristalline perfette molto più grandi di quelle trovate in natura. Il corindone sintetico di qualità gemmologica può anche essere coltivato attraverso la crescita da flusso e la sintesi idrotermale. Poiché i metodi di sintesi sono semplici, grandi quantità di questi cristalli sono ora disponibili sul mercato a una frazione del costo delle pietre naturali. Il corindone sintetico ha un impatto ambientale inferiore rispetto al corindone naturale, poiché evita l'estrazione mineraria distruttiva e conserva le risorse, ma la sua produzione è ad alta intensità energetica—contribuendo alle emissioni di carbonio se vengono utilizzati combustibili fossili—e coinvolge sostanze chimiche che possono comportare rischi. Oltre agli usi ornamentali, il corindone sintetico è impiegato in parti meccaniche (tubi, aste, cuscinetti e componenti lavorati), ottiche resistenti ai graffi, cristalli per orologi resistenti ai graffi, finestre per strumenti di satelliti e veicoli spaziali (grazie alla sua trasparenza dall'ultravioletto all'infrarosso) e componenti laser. Ad esempio, gli specchi principali del rivelatore di onde gravitazionali KAGRA sono zaffiri da 23 kg (50 lb), e Advanced LIGO ha preso in considerazione specchi di zaffiro da 40 kg (88 lb). Il corindone è utilizzato anche nelle armature in ceramica a causa della sua elevata durezza. Il corindone cristallizza con simmetria trigonale nel gruppo spaziale R3c, con parametri reticolari a = 4,75 Å e c = 12,982 Å in condizioni standard. La sua cella unitaria contiene sei unità di formula. La tenacità del corindone dipende dalla rugosità superficiale e dall'orientamento cristallografico, variando da 6–7 MPa·m¹/² per cristalli sintetici a circa 4 MPa·m¹/² per quelli naturali. Nel suo reticolo, gli atomi di ossigeno formano un impaccamento esagonale compatto leggermente distorto, con due terzi dei siti ottaedrici occupati da ioni di alluminio. L'assenza di alluminio da uno dei tre siti rompe la simmetria dell'impaccamento esagonale compatto, riducendo il gruppo spaziale a R3c e la classe cristallina a trigonale, quindi la struttura è talvolta descritta come pseudoesagonale. Il modulo di Young per il corindone (zaffiro) è stato riportato tra 300 e 500 GPa, con un valore comunemente citato di 345 GPa. È dipendente dalla temperatura: nella direzione [0001], è 435 GPa a 323 K e 386 GPa a 1.273 K. Il modulo di taglio è 145 GPa e il modulo di compressibilità è 240 GPa. Le fibre di corindone monocristallino, che hanno potenziale nei compositi ad alta temperatura, mostrano un modulo di Young che varia fortemente con l'orientamento cristallografico lungo l'asse della fibra, raggiungendo un massimo di 461 GPa.