Драгоценные камни, изменяющие свой цвет

Лекция 7

ОПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ (цвет, блеск и др.)

Цвет и избирательное поглощение

Белый свет состоит из смеси цветов, или длин волн, видимого спектра, взятых приблизительно в равных количествах. Когда мы смотрим на цветной драгоценный камень, освещенный белым светом, цвет его, который мы видим, является результатом поглощения камнем различных длин волн исходного белого света. В прозрачных минералах свет этих длин волн будет поглощаться из света, проходящего через камень; в непрозрачных — из света отраженного от поверхности камня. В обоих случаях наблюдаемый цвет камня создается комбинацией цветов непоглощенной части белого света и результирующий цвет будет дополнительным к поглощенной части спектра.

Если, например, камень поглощает фиолетовый конец спектра, цвета оставшейся части белого света в совокупности дадут дополнительный желтый цвет (рис. 8.). Если будут поглощаться все длины волн от желтых до фиолетового то камень будет выглядеть красным.

 

 

Рис. 8. Если камень имеет полосу погаси ния в фиолетовой час спектра, то оставите красная и зеленая сти падающего бело!¹ света, отражаясь от i ня, дадут наблюдаем! желтый цвет.

Такое поглощение отдельных длин волн, или цветов, из падающего на объект белого света называется избирательным поглощением. Визуально его можно исследовать с помощью прибора, называемого спектроскопом. Свет, прошедший через драгоценный камень или отразившийся от его поверхности, направляется в спектроскоп, где происходит его разложение на спектральные цвета с помощью комбинации призм (или дифракционной решетки). Длины волн света, поглощенные камнем, видны в спектроскопе как темные полосы м ni серии темных линий. Таким образом, в спектроскопе наблюдается так называемый спектр поглощения, который иногда очень помогает в идентификации камня.

Аллохроматическая и идиохроматическая окраска драгоценных камней

Избирательное поглощение света драгоценными камнями вызывается либо наличием в них примесей (таких, как оксид хрома в рубине или оксид железа в аквамарине), либо химическим составом камня (например, медь в бирюзе ини марганец в гранате спессартине). Окраска драгоценных камней, обуслов­ленная наличием примесей, называется аллохроматической (т. е. «окрашен другим»), а вызванная собственным химическим составом — идиохроматическ ой («самоокрашенный»).

Большинство окрашенных драгоценных камней имеют аллохроматическую окраску и в отсутствие примесей являются бесцветными. Примерами драгоценных камней с аллохроматической окраской, но бесцветных при отсутствии в них окрашивающих примесей являются горный хрусталь, бесцвет­ные сапфир и топаз и гошенит (разновидность берилла).

Переходные элементы

Избирательное поглощение света в камнях и с аллохроматической, и с идиохроматической окраской вызывается присутствием одного или более из вось­ми металлов, называемых переходными элементами. В камнях с аллохромати­ческой окраской эти элементы действуют как окрашивающие примеси, а в камнях с идиохроматической окраской они входят в химическую формулу минерала.

Восемь элементов вызывающих появление окраски камней:

1. Титан - синий сапфир (с железом), синий цоизит

2. Ванадий - гранат гроссуляр (тсаворит), зеленый ванадиевый берилл, синтетический корунд (имитация александрита), некоторые синтетические изумруды, синий и фиолетовый сапфир.

3. Хром - Рубин, изумруд, красная шпинель, гранаты пироп, хромовый гроссуляр, дематоид, уваровит, хромдиопсид, зеленый жадеит, розовый топаз, александрит.

4. Марганец - Родохрозит, родонит, гранат спессартин, розовый кварц, андалузит

5. Железо - Сапфир, аквамарин, синий и зеленый турмалин, аметист, гранат альмандин

6. Кобальт -Синтетическая синяя и зеленая шпинель, синтетический синий кварц (за исключением редкой синей шпинели, кобальт не обнаружен ни в одном из природных прозрачных драгоценных камней), кобальтовое стекло

7. Никель - Хризопраз, синтетический зеленый и желтый сапфир

8. Медь - Диопсид, малахит, бирюза, синтетический зеленый сапфир

В Великобритании и Европе изумрудом считается только берилл, окрашенный хромом.

Циркон и некоторые окрашенные разновидности топаза, кварца и флюорита не содержат переходных элементов в определяемых количествах. В отличие от других минералов их цвет легко изменить с помощью нагрева или облучения.

Драгоценные камни, изменяющие свой цвет

В некоторых веществах положение полос поглощения, связанных с присутствием переходных элементов, может вызывать изменение окраски камня при смене источника света. Эффект изменения цвета называется метамеризмом и наиболее ярко проявляется в редкой разновидности хризоберилла - александрите. В желтой области спектра этого драгоценного камня есть широкая полоса поглощения с максимумом на длине волны около 580 нм. Вследствие этого камень выглядит красным при освещении лампой накаливания, в спектре которой слабо выражена синяя часть, и зеленым при дневном свете или освещении флюоресцентной лампой дневного света (свет этих источников характеризуется более сбалансированным спектром).

Поскольку александрит — редкий камень и вследствие этого его цена очень высока, на рынке имеется несколько имитаций, воспроизводящих эффект изменения цвета александрита. Один из них синтетический корунд, содержащий ванадий. Цвет этой имитации изменяется от аметистово-фиолетового в свете лампы накаливания до синего при дневном свете, что позволяет четко отличить ее от натурального александрита. В качестве имитации этого камня используется также зеленая синтетическая шпинель.

В1973 г. появился синтетический аналог хризоберилла с таким же изменением цвета, как у лучших сибирских* александритов. С тех пор синтетические александриты появились на рынке. Несмотря на то что они намного до­роже имитации из синтетического корунда, их цена — лишь часть стоимости
природного драгоценного камня.

Хотя александрит и является главным примером драгоценного камня, обладающего эффектом изменения цвета, этот эффект иногда встречается и у другиx драгоценных камней, таких, как корунд, шпинель и гранат.

Интерференционная окраска

Помимо химического состава цвет драгоценного камня может быть обусловлен оптическими эффектами. Один из таких эффектов вызывается интерференцией лучей, отраженных от поверхностных слоев драгоценного камня.. Если луч белого света (I) встречает на своем пути очень тонкий прозрачный слой, он будет отражаться как от верхней, так и от нижней поверхности: этого слоя. Оба отраженных луча (R₁ и R₂) будут параллельны друг другу, но путь одного из них, прошедшего через слой, длиннее, и поэтому он не будет совпадать по фазе с другим лучом.

В зависимости от толщины слоя при некоторой длине волны (цвете) разность хода двух отраженных лучей будет составлять в точности половину длины волны этого цвета, и тогда последний исчезнет. Оставшиеся составные части отраженного света затем суммируются, давая дополнительный цвет (как в случае избирательного поглощения). При другой длине волны оба луча могут оказываться в одной фазе и этот цвет будет доминировать в отраженном свете.

Дисперсия

Дисперсия — еще одно оптическое свойство, которое может в различной степени обусловливать цвет драгоценных камней. Белый свет, проходя через материал, преломляется, или изгибается. Этот эффект легче всего увидеть на стеклянной призме, котор;п расщепляет белый свет на спектральные цвета (рис. 9). Свет, соответствующий и фиолетовому концу спектра, преломляется наиболее сильно, а красный свет — меньше всего. В драгоценных камнях с высокой дисперсией это приводит к появлению цветных вспышек (называемых «игрой») при поворот драгоценного камня под источником света.

Величина дисперсии драгоценного камня зависит от его показателя пpеломления.

в геммологии ее обычно определяют как разность показателей преломления на длинах волн 686,7 и 430,8 нм фраунгоферовых линий В и G. Исключение в соотношении показателя преломления и дисперсии составляет алмаз, у которого высокий показатель преломления сопровождается весьма невысоким значением дисперсии. Хотя разложение света особенно хорошо видно в бесцветных камнях, оно наблюдается и в окрашенных, таких, как гранат демантоид и сфен, хотя их величина дисперсии частично маскируется окраской камня.

 

Центры окраски

У некоторых драгоценных камней цвет возникает или изменяется из-за наличия[ дефектов кристаллической решетки. Дефект, который может образоваться при естественном или искусственном облучении, создается дополнительным электроном, захваченным кристаллической решеткой в том месте, где обычно он не должен находиться, или отсутствием электрона там, где он обычно находится («дырка»). Дополнительный электрон создает электронный центр окраски, а отсутствие электрона — «дырочный» центр окраски.

Примерами драгоценных камней, оттенки цвета которых связаны с наличием центров окраски, являются флюорит, кварц и те алмазы, цвет которых был искусственно изменен облучением. Возможно также, что окраска многих из редких «фантазийно-окрашенных» алмазов обусловлена их природным облучением в недрах земной коры. Цвета природного циркона могут быть связаны с нарушениями решетки в результате облучения примесными атомами урана и тория.

Природная желтая окраска большинства алмазов серии Кейн вызвана присутствием атомов азота, которые замещают атомы углерода в кристаллической решетке. Цвет необработанных зеленых алмазов обычно обусловлен наличием в них окрашенной тонкой поверхностной зоны. Причина окраски ко­ричневых, розовых и розово-лиловых алмазов — пластическая деформация кристаллов в период их формирования в недрах Земли. Она привела к образованию слоев, параллельных плоскостям спайности алмаза. Цвет природных голубых алмазов обусловлен присутствием атомов бора, замещающих атомы углерода.

 

БЛЕСК

Блеск драгоценного камня – это оптический эффект, возникающий в результате отражения света от поверхности камня. Он непосредственно связан с показателем преломления камня. В полной мере он проявляется, только когда камень огранен и отполирован. Поскольку показатели преломления драго ценных камней изменяются в диапазоне 1,43—3,32, их блеск также меняется в широких пределах. Термины, которые повсеместно применяются для характеристики блеска, приведены в табл. 3.

Эти определения используются лишь для общего описания внешнего вида драгоценного камня. Недавно был создан прибор, названный рефлектометром и дающий возможность проводить сравнительные измерения блеска и использовать результаты как средство идентификации.

Таблица 3.

Металлический Очень сильный блеск, ассоциирующийся с металлами (золото, серебро, платина) и проявляющийся в некоторых минералах, в состав которых входят ме­таллы (например, пирит, галенит)

Алмазный Проявляется при высоком качестве полировки поверхности алмаза (блеск циркона и демантоида определяется как алмазоподобный)

Стеклянный Похожий на блеск стекла; характерен для большинства драгоценных камней

(корунд, топаз, кварц)

Смолистый Более приглушенный блеск, характерный для полированной поверхности

янтаря

Восковой Почти матовая поверхность, типичная для бирюзы и жадеита

Жирный Проявляется у мыльного камня и нефрита

Перламутровый Как у перламутрового слоя раковин моллюсков

Шелковистый Волокнистый отлив, типичный для атласного шпата

Игра света

В то время как блеск связан исключительно с отражательной способностью поверхности камня, оптические эффекты, описанные ниже, создаются световыми лучами, отраженными от неоднородностей внутри камня. Как и случае блеска, существует несколько терминов, которые используют дл я описания игры света в драгоценных камнях.

Эффект кошачьего глаза

Так называемый эффект «кошачьего глаза» создается световой полоской вызванной отражением от параллельных волокон, кристаллов или каналов внутри камня. В случае псевдокрокидолита, или — как его чаще называют тигрового глаза, эти каналы являются остатками волокон асбеста, замененных кварцем. Чем тоньше волокна или каналы и чем выше их отражающая способность, тем ярче светлая полоска. Камни с эффектом кошачьего глаза обычно обрабатывают в виде кабошонов (основание их должно быть параллельно плоскости волокон), что позволяет лучше выявить этот эффект. Переливчатость свойственна многим минералам (например кварц, турмалин), но самым лучшим кошачьим глазом является цимофан- разновидность хризоберилла.

 

Астеризм

Эффект «звезды» лучше всего заметен в некоторых рубинах и сапфирах, обработанных в форме кабошона. Как и в случае кошачьего глаза, появление этого эффекта связано с наличием внутри кристалла тонких параллельных волокон, но в данном случае волокна образуют три группы, расположенные боковых осей кристалла и пересекающиеся под углом 60°.

В черных звездчатых сапфирах волокна образованы иголочкам и гематита паллельными граням призмы второго порядка. Во всех остальных звезчатых корундах игольчатые включения представлены рутилом и параллельны граням призмы первого порядка. Некоторые тайские звездчатые- сапфиры могут содержать игольчатые кристаллы как рутила, так и гематита, образуя | 12-лучевую звезду.

Хотя наиболее ярко выраженный астеризм наблюдается в корундах в виде шестилучевой звезды, иногда его можно увидеть в розовом кварце, в котором он проявляется не в отраженном, а в проходящем свете (этот эффект называется ). В диопсиде и некоторых гранатах астеризм проявляется в виде четырехлучевой звезды. В этих камнях существуют две группы волокон пересекающиеся под углом 90° в гранате и 73° в диопсиде. Производятся синтетические звездчатые рубины и сапфиры, но в них астеризм проявляется на много резче и более явно приурочен к поверхности, чем у натуральных камней.

Иризация

Радужная окраска ювелирного камня обусловлена очень тонкими слоями или правильными структурами, существующими под его поверхностью. Как и тонкие пленки масла на воде, эти слои вызывают интерференцию отраженных лучей, которая приводит к усилению одних цветов и подавлению других.

Этот эффект лучше всего проявляется в благородном опале. До 1960-х 11 природа окраски опала была предметом дискуссий. Игра цвета опала вызвана миллионами субмикроскопических сфер кристобалита (геля кремнезема), которые составляют основную массу камня. Сферические частицы имеют одинаковый размер (в благородном опале) и расположены правильными рядами и столбиками. Вследствие их малого размера и симметричного расположения цвет камня в отраженном от них свете обр а зуется в результате комбинации интерференции и дифракции. Последняя происходит тогда, когда белый свет разлагается на спектральные цвета, проходя через узкое отверстие.

Цвета, возникающие в благородном опале, зависят отчасти от угла зрения, но в большей мере от размера сфер. У опала, состоящего из сфер диаметром 300 нм, будут присутствовать цвета с длинами волн от этого значения и вдвое большего (т. е. от красного до фиолетового), тогда как в опале с размером сфер только 200 нм можно будет увидеть цвета только сине-фиолетовой части спектра. В обыкновенном опале содержатся сферические части разного размера и поэтому дифракция невелика. Результатом является молочная опалесценция, которая полностью лишена цвета.

 

Лабрадоресценция

Это частный случай иризации можно видеть в лабрадоре (минерал из группы полевых шпатов) и спектролите, красивой разновидности финского лабрадора. В обоих случаях цветовой эффект связан с тонкими вростками полевого шпата в поверхностном слое, действующих как пластинчатые двойники.

Адуляресценция

Голубоватое мерцание, называемое также «шиллеризацией», наблюдается в лунном камне - разновидности полевого шпата. Это еще одна форма иризации вызвана пластинчатым двойникованием.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: