Al gruppo dei granati appartengono minerali diversi per proprietà chimiche, fisiche e per genesi.  Queste differenze dipendono in parte dalla capacità della struttura di accettare cationi con raggi ionici e stati di valenza diversi. La varieta’ chimica si manifesta in una gamma di colori: dal bianco al rosso, al marrone, giallo e verde, fino al nero. Anche la resistenza alla scalfitura (è improprio parlare di durezza, come hanno dimostrato Broz et al., 2006) e il peso specifico sono variabili. Nonostante le variazioni nelle proprietà fisiche, la morfologia è piuttosto costante, infatti i granati presentano comunemente abito rombododecaedrico {110} o trapezoedrico {211} (fig. 1 ).

I granati sono stabili in un ampio intervallo di pressione, temperatura e ambiente chimico. Sebbene siano più frequenti in rocce metamorfiche (metamorfismo di contatto e regionale), si trovano anche in rocce ignee intrusive (dal granito alla peridotite) e vulcaniche. A causa della loro resistenza al degrado chimico e meccanico, si trovano anche come granuli detritici in rocce sedimentarie.

Origine dei nomi

Il nome del gruppo si fa derivare dal latino granatum, melograno, per il colore che ne ricorda quello della polpa del frutto. Almandino sembra che derivi dalla località Alabanda, in Asia Minore da cui provenivano i granati tagliati a cabochon menzionati da Plinio. Andradite fu dato in onore del mineralista brasiliano J.B. d’Andrada e Silva che descrisse una varietà di granato, mentre uvarovite in onore di S.S. Uvarov, allora presidente dell’Accademia di San Pietroburgo. Il nome spessartina deriva dalla località Spessart in Baviera, mentre grossularia deriva dal colore del ribes grossularia. Il nome piropo deriva dal greco “occhi di fuoco” con riferimento al suo colore.

Composizione chimica e struttura

La formula generale dei minerali del gruppo dei granati è X₃Y₂[ZO₄]₃ ( Tab. 2). La struttura, risolta da Menzer (1928),  si descrive tramite la simmetria del gruppo spaziale Ia3d. In essa si possono individuare tre tipi di poliedri di coordinazione: il piùgrande a coordinazione 8, che si può descrivere come un cubo distorto, è centrato dai cationi X. I cationi Y sono circondati da 6 ossigeni che formano un ottaedro leggermente distorto, mentre i cationi Z si trovano al centro di un tetraedro distorto che non condivide vertici con altri tetraedri (fig. 2). Il fatto che i tetraedri siano isolati fa classificare i granati fra i nesosilicati (fig. 3).

Fig. 2. Porzione della struttura del granato vista lungo uno degli assi quaternariche mostra il collegamento tra i vari poliedripresenti: quelli a coordinazione 8 sono dodecaedri (verdi), che ospitano i cationi X, gli ottaedri (arancioni) ospitano i cationi Y e i tetraedri (ciano) che sono occupati da cationi Z. Disegni realizzati con il programma ATOMS	Fig. 3. Porzione della struttura del granato che illustra le connessioni tra l’ottaedro, occupato dai cationi Y, e i tetraedri [SiO4]4- ad esso collegati per i vertici. Come si puo’ notare non ci sono contatti tra i vari tetraedri, percio’ i granati sono classificati come nesosilicati. Disegni realizzati con il programma ATOMS

Nei poliedri a coordinazione 8 si trovano i cationi bivalenti a raggio ionico maggiore (Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺), mentre negli ottaedri i trivalenti Al³⁺, Fe³⁺ o Cr³⁺.

I minerali del gruppo dei granati si dividono in due serie: la ugrandite e la piralspite, acronimi che derivano dalle abbreviazioni dei termini uvarovite, grossularia, andradite e piropo, almandino, spessartina che rappresentano le specie più comuni, ma al gruppo appartengono anche altri minerali elencati in Tabella 1.

La vasta gamma di colori dei granati deriva dalla varietà di elementi di transizione presenti sia come impurezzesia come elementi maggiori (Tab. 2). Così, accanto alle specie riconosciute, ci sono molte varietà di colore, ben note ai collezionisti, come hessonite (var. arancione di grossularia), demantoide (var. verde di andradite), melanite (var. nera di andradite), ecc.

Variabilità cromatica e relativa costanza dell’abito rendono difficile la classificazione di un granato senza effettuare un’analisi chimica, ma essendo il gruppo costituito da serie in cui è presente il fenomeno della sostituzione cationica (o diadochia), vari studiosi hanno cercato di dedurre la composizione chimica tramite la determinazione di proprietà fisiche, come ad es. il peso specifico, l’indice di rifrazione, o il parametro di cella, che dipendono dalla natura degli atomi presenti.

E’ stata riportata anche una variazione dell’abito in funzione della composizione, espressa come rapporto fra ioni bivalenti e trivalenti, e parametro di cella (Kostov, 1968) (vedi fig. 4).

Il peso specifico è il più difficile da determinare accuratamente perché il granato è generalmente ricco di inclusioni di quarzo o altri minerali, ma anche la misura dell’indice di rifrazione può presentare incertezze nella determinazione del tipo di granato; il parametro di cella invece è una caratteristica diagnostica che si può facilmente ricavare e confrontare con i parametri di materiali di sintesi di cui è perfettamente determinata sia la struttura che la composizione chimica (vedi Tab.1), perciò abbiamo deciso di focalizzare l’attenzione sui diffrattogrammi delle polveri delle serie piralspite (fig. 5) e ugrandite (fig. 6).

Come si può notare i picchi sono vicini e parzialmente sovrapposti nel piropo e almandino fino a circa 40° 2θ, poi cominciano a separarsi; analogo andamento si riscontra in andradite e uvarovite. In Tabella 3 sono riportati i riflessi presenti in ciascuno dei granati delle due serie presenti nel database del J.C.P.D.S.

Dal punto di vista teorico con la sola determinazione del parametro di cella sarebbe possibile identificare univocamente un granato, vediamo cosa succede in pratica.

Granato grossularia, Stracciacappe, Campagnano (RM). Cristallo di 2,5 mm; coll. e foto S. Fiori.	Granato andradite var. melanite, Onano (VT). Cristallo di 2 mm; coll. e foto S. Fiori.

Dati sperimentali

Abbiamo sottoposto a indagine diffrattometrica con il metodo delle polveri tre campioni (fig. 7): uno nero proveniente dalla zona del Divino Amore, Via Ardeatina (Roma) che visivamente classifichiamo come melanite, uno verde proveniente dalla Svezia e uno di color giallo-arancio pallido di Pitigliano. Le condizioni operative sono state le seguenti: Seifert Mk IV, Cu Kα (λ=1,54056), passo di scansione 0,02° 2θ, tempo di conteggio: 4 sec.

Il parametro di cella è stato raffinato (Tab. 4), a partire dai dati delle schede P.D.F. 39-368, 10-288 e 11-696con il programma LSUCRI di Garvey (1986).

La grossularia ha un parametro leggermente superiore a quello del termine sintetico, essendo colorata, supponiamo che ci sia stata una piccola sostituzione dell’Al con elementi cromofori (vedi Tab. 2) che giustificherebbe sia il colore che l’incremento di a_o.

L’uvarovite esaminata è molto vicina al termine puro, ma essendo naturale probabilmente avrà una piccola sostituzione del Cr con elementi a raggio ionico inferiore.

La melanite è una varietà di andradite e il suo parametro è del tutto paragonabile con il sintetico preso come riferimento.

Per avere dettagli sulla composizione chimica sarebbe opportuno effettuare analisi microchimiche tramite la microsonda elettronica, ma ciò significherebbe sacrificare altro materiale.

Si potrebbero ugualmente ricavare informazioni sulla composizione con lo spettroscopio, un piccolo strumento utilizzato normalmente in gemmologia, che consente di osservare lo spettro di assorbimento nel visibile anche di granati su matrice, purché sia possibile illuminarli opportunamente con guide di luce.

Ringraziamenti

Gli autori desiderano esprimere il loro ringraziamento al Dr. Michele Macrì per la cortese collaborazione.

BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE

Broz M. E., Cook R. F. e Whitney D. L.,(2006) - Microhardness, toughness, and modulus of Mohs scale minerals - American Mineralogist, 91, 135-142.

Garvey R.G., (1986) - LSUCRIPC, Least squares unit-cell refinement with indexing on the personal computer, - Powder Diffraction, 1, 89.

KostovI., (1968) – Mineralogy - Oliver and Boyd, Edinburgh and London, 587 pp.

Menzer G., (1928) – Die Kristallstruktur der Granate - Zeitschrift fur Kristallographie, 69, 300-396.