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17 Novembre 2021
8:37

Diamanti sintetici: come si creano, quanto valgono e come si riconoscono

I diamanti sintetici sono minerali ottenuti tramite speciali tecniche di laboratorio. Nonostante abbiano una composizione chimica e proprietà fisiche uguali a quelle naturali, hanno come grande vantaggio un costo minore. Ma è possibile distinguere un diamante naturale da uno sintetico? E quanto possono valere i diamanti sintetici? Ne parliamo in questo articolo.

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Diamanti sintetici: come si creano, quanto valgono e come si riconoscono
Diamanti_sintetici

I diamanti sintetici non sono altro che diamanti prodotti in laboratorio. Nonostante abbiano una diversa origine, hanno la stessa composizione chimica, la stessa struttura e le stesse proprietà fisiche di quelli naturali.
Produrre diamanti sintetici è vantaggioso sotto molti punti di vista, in primis per la velocità di produzione, il costo relativamente basso e l'ampio impiego di questo materiale in ambito industriale (specialmente come abrasivo). Ma come si producono questi cristalli? E quanto costano rispetto ad un diamante naturale? Vamos!

Come si creano i diamanti sintetici?

Come riportato dal Gemmological Institute of America (GIA), esistono principalmente due metodi per produrre diamanti sintetici in laboratorio: High Pressure – High Temperature (HPHT) e Chemical Vapor Deposition (CVD).

Il metodo HPHT

I diamanti naturali si ottengono in contesti di alta pressione e temperatura, quindi il metodo storicamente utilizzato è quello che cerca di replicare con degli speciali macchinari le condizioni che si hanno nel pianeta tra i 100 e i 300 km di profondità. Le temperature che si raggiungono in questi strumenti sono comprese tra i 1000 e i 1400°C mentre la pressione esercitata è compresa tra le 50 mila e le 80 mila atmosfere circa. Considerate che la pressione in superficie, dove viviamo noi, è pari ad una sola atmosfera!

Questi speciali macchinari sono composti da un sistema di incudini metalliche che spingono le une contro le altre, riuscendo a raggiungere condizioni estreme nel loro punto di contatto. Proprio in mezzo a queste incudini viene inserita solitamente un seme, cioè un piccolo cristallo di diamante che farà da base per la crescita del cristallo. Assieme a questo seme viene messa anche della polvere di grafite o di diamante che, dopo essere stata sottoposta a grandi valori di pressione o temperatura, si trasformerà in diamante, crescendo attorno al seme.
Per far avvenire la reazione di crescita si utilizzano solitamente dei catalizzatori, cioè degli elementi che "accelerano" la reazione chimica, permettendo la formazione del diamante. Nell'HPHT si utilizzano alcuni metalli come ferro, nichel e cobalto che vengono mescolati alla polvere di partenza. Come vedremo in seguito, questi elementi possono rimanere sotto forma di traccia all'interno del diamante, favorendone il riconoscimento rispetto a uno naturale.

sistema incudini
Sistema ad incudini utilizzato per l’HPHT (credit: Heribero Arribas Abato).

Il metodo CVD

La CVD è una tecnica più innovativa che, rispetto all’HPHT, sfrutta un range di pressioni e temperature decisamente inferiori. Per la temperatura siamo attorno ai 700-1300 gradi mentre la pressione utilizzata è addirittura pari a circa un decimo di quella atmosferica! La CVD funziona mettendo un piccolo diamante sintetico – solitamente ottenuto tramite HPHT – all’interno di un macchinario con del gas. Questo gas deve essere contenere carbonio, come il metano. L’idea è quella di rompere i legami del metano, così da far depositare livelli di carbonio sul seme di diamante. Questo viene fatto utilizzando delle microonde che permettono di ottenere un plasma ad alta temperatura.

Ma come mai se ci sono pressioni così basse si forma diamante e non grafite? La spiegazione è piuttosto complessa ma, cercando di riassumerla al massimo, possiamo dire che la formazione di grafite è impedita dalla presenza di idrogeno, pompato sotto forma di gas all’interno della camera con i diamanti.

diamante cvd
Diamante sintetico ottenuto con la CVD (credit: Steve Jurvetson).

Come distinguere un diamante sintetico da uno naturale

Nonostante le proprietà fisiche e chimiche di diamanti sintetici e naturali siano le stesse, la crescita sintetica comporta necessariamente delle piccole differenze legate al metodo produttivo utilizzato. Di solito per riuscire a distinguere l'origine di un diamante è possibile eseguire dei particolari test di laboratorio. Attenzione: questi test servono per distinguere un diamante naturale da uno sintetico, non un diamante naturale da un diamante falso! I diamanti falsi, per l’appunto, non sono diamanti ma si tratta di altri minerali simili solo nell’aspetto esteriore ma con proprietà chimico-fisiche completamente differenti (come la zirconia cubica o la moissanite).

Vediamo ora quali sono i principali test condotti per distinguere i diamanti sintetici rispetto a quelli naturali.

Test di Tipo IIa

Esiste in natura una tipologia di diamanti definiti “Tipo IIa”, cioè composti quasi unicamente da carbonio puro. Avendo un grado di purezza così elevato solitamente non contengono altri elementi, come l’azoto o il boro, e sono per questo motivo trasparenti. In natura il Tipo IIa è molto raro, stimato a meno del 2% dei diamanti totali estratti; al contrario, quelli sintetici rientrano quasi tutti all’interno di questa categoria.

Vengono quindi utilizzati dai gemmologi degli appositi strumenti che sono in grado di rilevare il tipo di diamante: se si tratta di un Tipo IIa, molto probabilmente è sintetico. Certo, esiste comunque un piccolo margine di probabilità che si tratti di un diamante naturale e per questo motivo il testi di Tipo IIa viene sempre accompagnato ad altre prove, necessarie per accertare l'origine del minerale.

Inclusioni

La stragrande maggioranza dei diamanti contiene delle inclusioni al suo interno.
Nel caso dei diamanti naturali, ad esempio, possono esserci dei piccoli difetti strutturali, oppure grani di altri minerali – se non addirittura mini-diamanti racchiusi all'interno di un diamante più grande. Insomma, come spesso accade in natura nulla è perfetto.
Anche i diamanti sintetici, però, possono contenere delle inclusioni che permettono di riconoscerli e distinguerli rispetto a quelli naturali.

Nel caso degli HPHT, ad esempio, sono frequenti le inclusioni metalliche di ferro, cobalto e nichel, utilizzati come catalizzatori per dare il via alla reazione di cristallizzazione. Queste inclusioni hanno un aspetto grigio/nerastro con la tipica lucentezza metallica e le inclusioni possono presentarsi isolate oppure raggruppate tra loro.

Per quanto riguarda i CVD invece le inclusioni più tipiche sono quelle di grafite. Anche in questo caso la spiegazione è legata al processo produttivo e, a differenza delle inclusioni metalliche viste in precedenza, queste si riconoscono per il tipico colore nero opaco della grafite.

inclusioni diamanti
Esempi di inclusioni all’interno di diamanti naturali (Carvalho et al., 2018).

Fluorescenza

La fluorescenza è un fenomeno che prevede la ri-emissione di onde da parte di un corpo, dopo che questo è stato esposto a una certa quantità di onde elettromagnetiche. Per dirla in modo più semplice, se punto dei raggi su un diamante (di solito raggi UV), questo ri-emetterà a sua volta una luce colorata. Normalmente i diamanti naturali sotto luce UV presentano una fluorescenza di colore blu, nonostante sia possibile avere anche altri colori come verde o giallo a seconda della presenza di altri elementi (come ad esempio azoto oppure boro).

Anche alcuni diamanti sintetici, però, sono in grado di emettere luce se sottoposti a lampade UV. Per questo motivo è compito di un bravo gemmologo quello di interpretare in modo corretto i pattern di colore e intensità della fluorescenza, così da riuscire a capire se si tratta di di un diamante naturale o di uno sintetico.

fluorescenza diamanti
Esempio di fluorescenza dei diamanti (credit: James St. John).

Storia dei diamanti sintetici

La storia dei diamanti sintetici ha inizio negli anni ‘50 del Novecento con l’invenzione della tecnica HPHT. Questo metodo permetteva di creare diamanti a livello industriale, da utilizzare soprattutto nel campo delle telecomunicazioni, come ottiche per i laser e come abrasivi. Negli anni ‘70 la tecnica venne perfezionata dalla General Electric, che riuscì a produrre diamanti sufficientemente grandi da essere validi per la “qualità gemma”, utilizzabili cioè in gioielleria.

Con il passare del tempo la qualità gemma venne perfezionata sempre più, fino ad arrivare alle porte del 2000 con l’utilizzo della tecnica CVD. Al giorno d’oggi la produzione di diamanti sintetici per uso gemmologico è in continua crescita, anche grazie a prezzi sempre più competitivi.

Il prezzo dei diamanti

Rispetto ad un diamante naturale, un sintetico costa meno? La risposta è sì. Come riportato dal portale The Diamond Pro, se consideriamo due pietre con proprietà e aspetto quasi identici i diamanti sintetici costano mediamente il 40% in meno di quelli naturali…quasi la metà! Questo è legato ad un processo produttivo molto veloce e relativamente semplice, soprattutto se comparato con quello naturale.

Una scelta più sostenibile?

Per quale motivo una persona dovrebbe preferire un gioiello con un diamante sintetico rispetto ad uno naturale? Sicuramente il prezzo è un ottimo motivo, ma non basta.
Uno dei principali motivi che spinge le nuove generazioni a comprare diamanti sintetici è una visione negativa dell’estrazione dei diamanti naturali. La storia ci insegna che i cosiddetti "blood diamonds", i diamanti insanguinati, hanno finanziato per anni governi militari in Paesi già fragili come quelli centroafricani, e sono stati estratti da persone ridotte al limite della schiavitù. Tutto questo ovviamente scompare se si parla di pietre sintetiche, prodotte all’interno di fabbriche come qualsiasi altro bene di consumo.

E dal punto di vista ambientale?
Qui la questione è più spinosa. Come riportato dalla BBC, non c’è al momento sufficiente chiarezza sulle effettive quantità di CO2 rilasciate in atmosfera durante la produzione dei diamanti sintetici. Secondo un report della Diamond Producers Association quelli sintetici emettono tre volte più anidride carbonica rispetto a quelli naturali.
Conflitto di interessi? Possibile, dal momento che l’ente realizzatore del report rappresenta sette dei dieci più grandi produttori di diamanti naturali al mondo.
Ad ogni modo, le aziende di diamanti sintetici che si proclamano apertamente eco-friendly sono obbligate dalla Federal Trade Commission of US a dimostrare la loro effettiva sostenibilità. Questo è sicuramente un primo passo verso una più ampia consapevolezza in merito all’effettivo impatto ambientale di questo tipo di industria.

Bibliografia
Balmer, R. S., et al. "Chemical vapour deposition synthetic diamond: materials, technology and applications." Journal of Physics: Condensed Matter 21.36 (2009): 364221.
Carvalho, Luísa Diniz Vilela de, Jurgen Schnellrath, and Silvia Regina de Medeiros. "Mineral inclusions in diamonds from Chapada Diamantina, Bahia, Brazil: a Raman spectroscopic characterization." REM-International Engineering Journal 71 (2018): 27-35.

Eaton-Magaña, Sally, James E. Shigley, and Christopher M. Breeding. "OBSERVATIONS ON HPHT-GROWN SYNTHETIC DIAMONDS: A REVIEW." Gems & Gemology 53.3 (2017).

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Stefano Gandelli
Redattore
Sono un geologo appassionato di scrittura e, in particolare, mi piace raccontare il funzionamento delle cose e tutte quelle storie assurde (ma vere) che accadono nel mondo ogni giorno. Credo che uno degli elementi chiave per creare un buon contenuto sia mescolare scienza e cultura “pop”: proprio per questo motivo amo guardare film, andare ai concerti e collezionare dischi in vinile.
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