Kompleksowy przewodnik po optyce, mechanice i właściwościach fizycznych kryształów
charakterystyka, w tym kolory, połysk, przezroczystość, luminescencja, dyspersja, rozszczepienie, twardość, właściwości termiczne
Wprowadzenie:
Ten przewodnik dla miłośników biżuterii opisuje optykę kryształów, właściwości mechaniczne i cechy fizyczne niezbędne dla klejnotów. Jest to pozycja obowiązkowa dla sklepów jubilerskich, marek, sprzedawców detalicznych, projektantów i platform handlu elektronicznego. Dowiedz się więcej o dyspersji kolorów, pleochroizmie i luminescencji w optyce kryształów. Poznaj znaczenie przezroczystości, połysku i współczynnika załamania światła. Zanurz się w twardość, gęstość i wytrzymałość wpływające na trwałość klejnotu. Ten przewodnik wyposaża cię w wiedzę pozwalającą odróżnić prawdziwe klejnoty, co ma kluczowe znaczenie dla niestandardowych jubilerów i celebrytów poszukujących wyjątkowych dzieł. Wzbogać swoją kolekcję dzięki wglądowi we właściwości dyktujące urok i wartość klejnotu.
Spis treści
Sekcja I Definicje terminów optycznych związanych z kryształami
W naturze kolor lub kształt kryształów często natychmiast przyciąga naszą uwagę, prowadząc nas do ich znalezienia. Na przestrzeni długich lat odkryliśmy, że kryształy mogą mieć wiele form i kolorów. Wraz z rozwojem nowoczesnej technologii pojawiła się dyscyplina zwana krystalografią. Jeśli jesteś bardziej zainteresowany kryształami, możesz przeczytać lub przestudiować bardziej specjalistyczne książki.
W tej sekcji pokrótce omówimy zjawiska obserwowane podczas oglądania kryształowych kamieni szlachetnych w warunkach oświetleniowych oraz profesjonalne terminy używane do opisania tych zjawisk.
1. Kolor kryształów
1.1 Definicja koloru
Kolor jest cechą wizualną spowodowaną działaniem światła na ludzkie oko, oprócz właściwości przestrzennych. Ta cecha wizualna zależy od rozpoznawania koloru przez obserwatora i warunków oświetlenia (Rysunek 2-3-1).
Kolor w gemmologii jest zwykle wyrażany jako kolor kamienia po absorpcji światła widzialnego lub może być opisany jako kolor uzupełniający kamienia (Rysunek 2-3-2) po selektywnej absorpcji światła widzialnego w świetle naturalnym (Rysunek 2-3-3).
W praktycznej identyfikacji wizualnej jasne zdefiniowanie odcienia klejnotu może pomóc nam szybko odróżnić klejnoty od ich imitacji, a także pomóc nam odróżnić niektóre naturalne klejnoty od ich ulepszonych wersji.
1.2 Kluczowe punkty obserwacji kolorów
① Obserwacja kolorów przy użyciu światła odbitego. Jeśli dostępne jest sztuczne źródło światła, można to zrobić pod profesjonalną lampą kolorymetryczną o stałej temperaturze barwowej. Jeśli nie ma sztucznego źródła światła, można obserwować w cieniu w słoneczny dzień. Ogólnie zaleca się obserwację rano, ponieważ najlepiej jest nie obserwować kolorów kamieni szlachetnych wieczorem ze względu na słabsze światło.
② Obserwować otoczenie na neutralnym czarnym, białym i szarym tle.
③ Inne niewymienione czynniki nie mają wpływu na wyniki obserwacji kolorów.
1.3 Metody opisywania kolorów
Gemmologia jest przedmiotem interdyscyplinarnym, a opis kolorów klejnotów często opiera się na metodach stosowanych do opisywania kolorów minerałów. Powszechnie stosowane metody obejmują standardowe metody kolorymetryczne, dwumianowe i analogiczne. W przypadku niektórych klejnotów o nierównomiernym rozkładzie kolorów konieczne jest również zwrócenie szczególnej uwagi na zjawisko nierównomierności kolorów, które jest zwykle określane jako pasmowanie kolorów, gdy kolor jest rozłożony w paski lub przeplatany (w niektórych klejnotach zjawisko to jest kierunkowe i wymaga obserwacji klejnotu w świetle przechodzącym) (Rysunek 2-3-4 Rysunek 2-3-6).
Rysunek 2-3-4 Fluoryt z pasmami kolorów
Rysunek 2-3-5 Turmalin z kolorowymi pasmami
Rysunek 2-3-6 Fioletowo-czerwony, z kolorowymi paskami, kolorowe paski znikają po odwróceniu (góra pokazuje kolorowe paski rubinu, dół pokazuje kolorowe paski rubinu po odwróceniu)
(1) Chromatografia standardowa
Używając standardowych kolorów (czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, cyjan, niebieski, fioletowy) oraz białego, szarego, czarnego i bezbarwnego do opisania koloru minerału (Rysunek 2-3-7 ~ Rysunek 2-3-17).
Rysunek 2-3-7 Standardowy czerwony minerał odniesienia - cynober
Rysunek 2-3-8 Standardowy pomarańczowy minerał referencyjny - chromian ołowiu
Rysunek 2-3-9 Standardowy żółty minerał referencyjny orpiment
Rysunek 2-3-10 Standardowy zielony minerał referencyjny malachit
Rysunek 2-3-11 Standardowy niebieski minerał referencyjny azuryt
Rysunek 2-3-12 Standardowy fioletowy minerał odniesienia - ametyst
Rysunek 2-3-13 Standardowy brązowy minerał referencyjny limonit
Rysunek 2-3-14 Standardowy czarny minerał wzorcowy turmalin
Rysunek 2-3-15 Standardowy szary minerał odniesienia - boksyt
Rysunek 2-3-16 Standardowy biały minerał referencyjny plagioklaz
Rysunek 2-3-17 Standardowy bezbarwny minerał odniesienia - kamień lodowy
(2) Metoda dwumianowa
Gdy kolor minerału jest bardziej złożony, do jego opisu można użyć dwóch kolorów. Na przykład fioletowo-czerwony jest przede wszystkim czerwony z fioletowym odcieniem (Rysunek 2-3-18). W przypadku kamieni szlachetnych o nierównomiernych kolorach można również zastosować metodę dwumianową do opisania każdej kategorii kolorów, ale należy zauważyć, że kolory są nierównomiernie rozłożone (rysunek 2-3-19).
Rysunek 2-3-18 Fioletowo-czerwony (Padma Sapphire)
Rysunek 2-3-19 Niebiesko-zielony, różowo-czerwony, nierównomierny rozkład kolorów (turmalin)
(3) Metoda analogiczna
Kamienie szlachetne mogą być porównywane ze zwykłymi przedmiotami, aby opisać kolor minerału, taki jak oliwkowozielony (Rysunek 2-3-20).
Metoda analogii jest powszechnie stosowanym sposobem opisywania kolorów na rynku handlu kamieniami szlachetnymi, takimi jak London Blue Topaz (Rysunek 2-3-21) i Swiss Blue (Rysunek 2-3-22).
Niektóre z tych porównawczych określeń kolorów reprezentują jakość kamieni szlachetnych, takich jak błękit chabrowy dla szafirów (Rysunek 2-3-23) i błękit królewski (Rysunek 2-3-24). Czerwień gołębiej krwi dla rubinów (Rysunek 2-3-25) i czerwień gołębiej krwi itp.
Rysunek 2-3-20 Kolor oliwkowy (po lewej oliwin, po prawej kolor drzew oliwnych i owoców)
Rysunek 2-3-21 London Blue Topaz
Rysunek 2-3-22 Swiss Blue Topaz
Rysunek 2-3-23 Chabrowy niebieski (po lewej chabrowy szafir; po prawej chabrowy)
Rysunek 2-3-24 Niebieski szafir królewski. Royal Blue to drugi najcenniejszy kolor szafirów po chabrowym niebieskim, jest to najlepiej nasycony niebieski, który może być czysto niebieski lub mieć lekki fioletowy odcień.
Rysunek 2-3-25 Rubin o barwie gołębiej krwi. Czerwień gołębiej krwi to najcenniejszy kolor rubinu, odnoszący się do bogatego, nasyconego, jednolitego czystego czerwonego koloru bez oczywistych innych odcieni, takich jak niebieski lub brązowy, ale z bardzo lekką nutą fioletu w dopuszczalnym zakresie. Kolor ciała klejnotu wykazuje silną reakcję fluorescencyjną w świetle ultrafioletowym.
W dniu 120 grudnia 2014 r. GRS (Szwajcarskie Laboratorium Gemmologiczne) ogłosiło nowy kolor "Scarlet" (czerwień cesarska), aby opisać czerwony kolor rubinów mozambickich. Szkarłatne rubiny to niektóre rubiny mozambickie o żywym czerwonym kolorze z pomarańczowym odcieniem, a fluorescencja tego rubinu nie wpływa na kolor samego kamienia (rubiny typu B).
GRS klasyfikuje rubiny na dwa typy: rubiny typu A i rubiny typu B.
Rubiny typu A odnoszą się do tych z Mozambiku, które wykazują znaczną fluorescencję i są podobne w charakterystyce kolorystycznej do rubinów typu B, znanych jako rubiny gołębiej krwi. Nazwa ta wynika z faktu, że rubiny te mają kolor podobny do najwyższej jakości rubinów gołębiej krwi z Myanmaru.
Rubiny typu B to rubiny GRS typu "Scarlet" (Imperial Red), z certyfikatem opisującym rubiny Mozambiku (typ B) jako żywo czerwone na głównym certyfikacie i dodatkowymi opisami podanymi na certyfikatach uzupełniających.
W dniu 5 listopada 2015 r. SSEF i Gubelin Gem Lab ogłosiły konsensus w sprawie profesjonalnych terminów opisujących czerwone i niebieskie szafiry, czerwień gołębiej krwi i błękit królewski. Co więcej, terminy te opisują jedynie kolor i przejrzystość bez jakiejkolwiek obróbki (podgrzewania lub wypełniania), bez widocznych ciemnych inkluzji. Muszą one wykazywać jednolity kolor i żywe wewnętrzne odbicia w czerwonych i niebieskich szafirach.
2. Połysk kryształów
2.1 Definicja połysku
Zdolność powierzchni do odbijania światła i połysku zależy od stopnia wypolerowania powierzchni i współczynnika załamania światła. Terminy takie jak "połysk" lub "jasność" są często używane na rynku w celu zastąpienia technicznego terminu połysk.
W praktycznej identyfikacji wizualnej połysk może pomóc nam szybko odróżnić kamienie szlachetne od ich imitacji, a także pomóc nam odróżnić niektóre naturalne kamienie szlachetne od ich obrobionych odpowiedników.
2.2 Kluczowe punkty obserwacji połysku
① Obserwować połysk przy użyciu światła odbitego.
② Podczas obserwacji kryształów należy zwracać uwagę na wpływ wzorów powierzchni kryształu na połysk.
Ogólnie rzecz biorąc, połysk przetworzonych kamieni szlachetnych jest lepszy niż ich kryształów (Rysunek 2-3-26).
③ Podczas przetwarzania klejnot może być spowodowany różnicą w twardości materiału polerującego lub kierunkiem i różnicą w twardości samego materiału, co powoduje różnicę w połysku tych samych klejnotów.
④ W przypadku krystalicznych kamieni szlachetnych, w tych samych warunkach polerowania, im wyższy współczynnik załamania światła kamienia szlachetnego, tym silniejszy połysk. Zagregowane kamienie szlachetne mogą wykazywać różnice w połysku ze względu na ich skład (rysunek 2-3-27).
⑤ Brak innych czynników nie wpływa na wyniki obserwacji połysku.
2.3 Metody opisywania połysku
Ta książka omawia osiem rodzajów połysku kamieni szlachetnych. Klastry, które można zobaczyć w kryształach, obejmują połysk metaliczny, połysk submetaliczny, połysk adamantynowy, połysk szklisty i tłusty połysk (który jest łatwo widoczny w obszarach, w których kryształ jest uszkodzony). Inne rodzaje połysku są częściej spotykane w agregatach lub organicznych kamieniach szlachetnych, które zostaną omówione w późniejszych rozdziałach.
(1) Metaliczny połysk
Podczas obserwacji krystalicznych kamieni szlachetnych w świetle odbitym, metale lub kilka kamieni szlachetnych może wykazywać bardzo silne odbicia (większość padającego światła ulega odbiciu zwierciadlanemu), takie jak złoto, srebro i piryt (Rysunek 2-3-28). Można to rozumieć jako intensywność odbicia podobną do zwykłych metali.
(2) Diamentowy połysk
Podczas obserwacji krystalicznych kamieni szlachetnych w świetle odbitym, najsilniejszy stan odbicia pojawia się w kamieniach szlachetnych takich jak diamenty (Rysunek 2-3-29). W rzeczywistej analizie identyfikacyjnej kamieni szlachetnych uważamy, że kamienie szlachetne o współczynniku załamania światła (dane obserwowane za pomocą profesjonalnych przyrządów do testowania kamieni szlachetnych, takich jak refraktometry lub reflektometry) większym niż 2,417 mają diamentowy połysk po polerowaniu. Połysk subdiamentowy (rysunki 2-3-30, 2-3-31) znajduje się pomiędzy połyskiem diamentowym a połyskiem szklanym, przy czym kamienie szlachetne o współczynniku załamania światła między 2,417 a 1,780 wykazują połysk subdiamentowy po polerowaniu.
(3) Szklany połysk
Podczas obserwacji kryształowych kamieni szlachetnych w świetle odbitym, większość kryształowych kamieni szlachetnych wykazuje ten rodzaj połysku, takich jak szmaragdy, kryształy, turmaliny itp. (rysunki 2-3-32 i 2-3-34). W rzeczywistej analizie identyfikacji kamieni szlachetnych uważamy, że kamienie szlachetne o współczynniku załamania światła między 1,45 a 1,78 mają szklisty połysk po polerowaniu, co można rozumieć jako intensywność odbicia podobną do powierzchni szkła. W tych samych warunkach polerowania, im niższy współczynnik załamania światła, tym słabszy szklisty połysk, który można opisać jako słaby szklisty połysk; odwrotnie, im wyższy współczynnik załamania światła, tym silniejszy szklisty połysk, który jest czasami określany jako silny szklisty połysk.
(4) Tłusty połysk
Obserwując krystaliczne kamienie szlachetne w świetle odbitym, kilka kamieni może wykazywać to zjawisko na ich kryształowych powierzchniach. W przeciwieństwie do tego, większość kamieni szlachetnych wykazuje ten połysk na nierównych częściach spowodowanych uszkodzeniami zewnętrznymi (zjawisko to można opisać za pomocą fachowych terminów, takich jak pęknięcie lub nierozwinięte rozszczepienie) (rysunki 2-3-35 i 2-3-36). Można to rozumieć jako intensywność odbicia podobną do tłustej powierzchni.
Rysunek 2-3-28 Metaliczny połysk kryształów pirytu w świetle odbitym
Rysunek 2-3-29 Diamentowy połysk diamentu w świetle odbitym
Rysunek 2-3-30 Subdiamentowy połysk cyrkonii sześciennej w świetle odbitym
Rysunek 2-3-31 Sub-adamantynowy połysk sztucznie lutowanego granatu aluminiowego w świetle odbitym
Rysunek 2-3-32 Słaby szklany połysk fluorytu w świetle odbitym
Rysunek 2-3-33 Szklany połysk turmalinu w świetle odbitym
Rysunek 2-3-34 Silny szklany połysk rubinu w świetle odbitym
Rysunek 2-3-35 Porównanie tłustego połysku (na nierównych krawędziach) i szklanego połysku (w prawie trójkątnym obszarze podświetlenia) złamanej powierzchni turmalinu w świetle odbitym
Rysunek 2-3-36 Tłusty połysk pęknięcia kryształu granatu w świetle odbitym
3. Przezroczystość kryształów
3.1 Definicja przejrzystości
Zdolność obiektu do przepuszczania światła widzialnego. Grubość i kolor kryształu wpływają na ocenę przezroczystości klejnotu. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku kolorowych kryształów, im grubszy kryształ, tym gorsza jego przezroczystość.
W rzeczywistej identyfikacji wizualnej przezroczystość nie może być wykorzystywana jako samodzielny czynnik oceny, który pomaga nam szybko odróżnić klejnoty od ich imitacji; częściej pojawia się jako czynnik oceny jakości klejnotu.
3.2 Kluczowe punkty dotyczące przestrzegania przejrzystości
① Użyj światła przechodzącego do obserwacji przezroczystości; w tym momencie ważne jest, aby upewnić się, że natężenie światła przechodzącego jest zbliżone do natężenia światła naturalnego. Błędna ocena często występuje, gdy występuje odchylenie między światłem obserwacyjnym a natężeniem światła naturalnego.
② Jeśli klejnot zawiera oczywiste inkluzje (zanieczyszczenia), zmniejszy to lub spowoduje nierównomierną przezroczystość.
③ W przypadku kamieni o tej samej grubości, im ciemniejszy kolor, tym mniejsza przezroczystość; W przypadku kamieni o tym samym kolorze, im większa grubość, tym mniejsza przezroczystość.
④ Inne niewymienione czynniki nie mają wpływu na wyniki obserwacji przejrzystości.
3.3 Opis metod przejrzystości
W oparciu o stopień przepuszczalności światła, przezroczystość dzieli się na pięć poziomów: przezroczysty, półprzezroczysty, półprzezroczysty, mikroprzezroczysty i nieprzezroczysty.
(1) Przezroczysty
Obserwując klejnot w świetle przechodzącym, klejnot wydaje się ogólnie jasny, a w porównaniu z tłem, jasność centralnej części klejnotu jest zgodna z tłem lub nieco wyższa. Jednocześnie kontury krawędzi są ciemniejsze (Rysunek 2-3-37 do Rysunek 2-3-39).
Obiekty znajdujące się po tej samej stronie co przepuszczane światło mogą być lepiej widoczne przez klejnot.
W przypadku klejnotów fasetowanych znaczenie przezroczystości polega na wyraźnym widzeniu faset i krawędzi pawilonu z największego stołu (rysunek 2-3-40).
Rysunek 2-3-37 Po lewej stronie znajduje się cytryn, a w środku syntetyczny kamień.
Rysunek 2-3-38 Przezroczysty (żółty kryształ, światło przechodzące)
Rysunek 2-3-39 Przezroczysty (granat, światło przechodzące).
Rysunek 2-3-40: Przezroczysty (sztucznie lutowany granat aluminiowy, światło przechodzące). Kluczowym punktem oceny przezroczystości kamieni szlachetnych o wysokim współczynniku załamania światła, takich jak diamenty, jest możliwość zobaczenia faset i powierzchni po drugiej stronie kamienia szlachetnego.
(2) Sub-przezroczysty.
Obserwując kamień szlachetny w świetle przechodzącym, wydaje się on ogólnie jasny. W porównaniu z tłem, jasność kamienia szlachetnego jest spójna z tłem. Obiekty obserwowane po tej samej stronie co przepuszczane światło są bardziej wyraźne, podczas gdy obiekty wydają się nieco zamglone, tak jakby między przezroczystym kamieniem szlachetnym a źródłem światła dodano warstwę gęstej białej gazy (rysunki 2-3-41, 2-3-42).
Rysunek 2-3-41 Kryształ proszkowy (światło odbite)
Rysunek 2-3-42 Subprzeźroczysty (kryształ proszkowy, światło przechodzące)
(3) Przezroczysty
Podczas obserwacji klejnotu w świetle przechodzącym, wydaje się on stosunkowo jasny, ale jego jasność jest słabsza niż tła. Obiekty znajdujące się po tej samej stronie co światło przechodzące są bardziej widoczne, ale nie można określić, czym jest obiekt; można tylko wiedzieć, że istnieje obiekt (rysunki 2-3-43, 2-3-44).
Rysunek 2-3-43 Przezroczystość (skaleń ciągniony, światło przechodzące)
Rysunek 2-3-44 Półprzezroczysty (kamień słoneczny, światło przechodzące)
(4) Półprzezroczysty
Istnieją dwie sytuacje dla półprzejrzystości.
Jedną z sytuacji jest obserwacja kamienia szlachetnego w świetle przechodzącym, gdzie jasność kamienia szlachetnego wydaje się czarna w środku z powodu niskiej przepuszczalności światła, ale krawędzie wydają się jasne z powodu wysokiej przepuszczalności światła.
Inną sytuacją jest obserwacja klejnotu w świetle przechodzącym. Klejnot wydaje się ogólnie czarny ze względu na jego nieprzezroczystość, ale wewnętrzne cechy klejnotu można zobaczyć w świetle odbitym (Rysunek 2-3-45).
(5) Nieprzezroczysty
Obserwując klejnot w świetle przechodzącym, klejnot jest nieprzezroczysty, a w porównaniu do stosunkowo jasnego tła, krawędzie klejnotu są jasne, podczas gdy inne obszary wydają się czarne lub nie przepuszczają światła (rysunki 2-3-46, 2-3-47).
Rysunek 2-3-46 Nieprzezroczysty (kryształ: turmalin)
Rysunek 2-3-47 Nieprzezroczysty (kryształ: rubinowy)
4. Pleochroizm kryształów
4.1 Definicja pleochroizmu
Zjawisko, w którym niektóre półprzezroczyste lub przezroczyste kolorowe kryształy wydają się mieć różne kolory, gdy są obserwowane pod różnymi kątami, nazywa się pleochroizmem.
Różne kolory odnoszą się do różnic w odcieniach, jasności i ciemności.
Należy zauważyć, że nie wszystkie kamienie szlachetne wykazują to zjawisko; tylko niektóre kamienie szlachetne z pośrednich lub niższych rodzin kryształów mogą wykazywać pleochroizm. Zazwyczaj kamienie szlachetne z pośredniej rodziny kryształów mogą wykazywać dwa kolory, dichroizm; kamienie szlachetne z niższej rodziny kryształów mogą wykazywać trzy kolory, znane jako trichroizm, łącznie określane jako pleochroizm.
W praktycznej identyfikacji wizualnej pleochroizm może pomóc nam szybko odróżnić kamienie szlachetne od ich imitacji, takich jak szafir i jego imitacja, iolit (rysunki 2-3-48 do 2-3-50).
4.2 Kluczowe punkty obserwacji pleochroizmu
① Użyj światła przechodzącego do obserwacji pleochroizmu kamieni szlachetnych. Należy zauważyć, że pleochroizm większości kamieni szlachetnych można zaobserwować tylko za pomocą dichroskopu; jest on bardzo trudny do zaobserwowania gołym okiem.
② Gdy wewnątrz kamienia szlachetnego znajdują się oczywiste wtrącenia (zanieczyszczenia), zmniejszenie przezroczystości kamienia szlachetnego może wpłynąć na obserwację pleochroizmu.
③ Inne niewymienione czynniki nie mają wpływu na wyniki obserwacji pleochroizmu.
4.3 Opis metod pleochroizmu
Format opisu pleochroizmu obserwowanego gołym okiem jest obecny i nieobecny.
Format opisu obserwacji zjawiska pleochroizmu kamieni szlachetnych za pomocą dichroskopu obejmuje następujące elementy: Liczbę kolorów pleochroicznych; Siłę pleochroizmu; Opis kolorów pleochroicznych. Na przykład, kamienie szlachetne z dichroizmem można opisać jako dichroizm, silny, czerwony/fioletowo-czerwony; w przypadku kamieni szlachetnych z trichroizmem można go opisać jako trichroizm, silny, głęboki niebiesko-fioletowy/jasnoniebiesko-fioletowy/jasnożółty.
5. Luminescencja kryształów
5.1 Definicja luminescencji
Kamienie szlachetne z luminescencją są jeszcze bardziej czarujące. Oprócz rubinów, które łatwo wykazują asteryzm, i fluorytu, który łatwo wykazuje fosforescencję, fluorescencję lub fosforescencję większości kamieni szlachetnych można zaobserwować tylko w świetle ultrafioletowym. Dlatego w praktycznej identyfikacji wizualnej fluorescencja rubinów może pomóc nam szybko odróżnić rubiny od większości naturalnych imitacji (Rysunek 2-3-51).
(1) Luminescencja
Stymulowana energią zewnętrzną właściwość kryształów emitujących światło widzialne nazywana jest luminescencją. Energia zewnętrzna obejmuje tarcie, światło ultrafioletowe, promieniowanie rentgenowskie i inne promieniowanie o wysokiej energii.
Światło ultrafioletowe jest jednym z najłatwiejszych do uzyskania zewnętrznych źródeł energii; światło słoneczne zawiera światło ultrafioletowe, a w prawdziwym życiu światło ultrafioletowe jest wykorzystywane w maszynach do weryfikacji walut i dezynfekcji oddziałów szpitalnych.
(2) Fluorescencja i fosforescencja
W gemmologii różne długości fal źródeł światła ultrafioletowego są często wykorzystywane do obserwacji luminescencji kamieni szlachetnych, podzielonej na dwa rodzaje: fluorescencję i fosforescencję.
Fluorescencja ma miejsce, gdy kamień szlachetny emituje światło, gdy jest wzbudzony przez światło ultrafioletowe, a emisja ustaje, gdy energia zewnętrzna znika (rysunki 2-3-52, 2-3-53).
Fosforescencja odnosi się do zjawiska, w którym klejnot emituje światło po wzbudzeniu światłem ultrafioletowym i nadal świeci przez pewien czas po rozproszeniu energii zewnętrznej (rysunek 2-3-54).
Rysunek 2-3-51 Fluorescencja kamieni szlachetnych (po lewej turmalin, po prawej rubin) w silnym świetle odbitym; czerwony turmalin po lewej bez fluorescencji wykazuje nierównomierny kolor, podczas gdy czerwony rubin po prawej z silną fluorescencją wykazuje jednolity kolor. Jest to ważna wizualna różnica identyfikacyjna między silnie fluorescencyjnymi rubinami a ich niefluorescencyjnymi imitacjami.
Rysunek 2-3-52 Fluorescencja czerwonego spinelu
Rysunek 2-3-53 Fluorescencja rubinu (w porównaniu do niefluorescencyjnych niebieskich szafirów, fluorescencyjne rubiny są bardziej atrakcyjne)
Rysunek 2-3-54 Tworzywo sztuczne (fosforescencja sztucznego glinianu boru strontu)
(3) Czynniki wpływające
Intensywność fluorescencji jest związana z rodzajem i ilością zanieczyszczeń i defektów w klejnocie, dlatego fluorescencja tego samego rodzaju klejnotu może się różnić. Kiedy klejnot zawiera żelazo, często tłumi ono fluorescencję, dlatego żelazo jest również określane jako wygaszacz fluorescencji (rysunki 2-3-55 do 2-3-57).
Rysunek 2-3-55 Imitacja diamentu pod normalnym źródłem światła.
Rysunek 2-3-56 Fluorescencja syntetycznych diamentów w długofalowym świetle ultrafioletowym, niewidoczna gołym okiem.
5.2 Kluczowe punkty obserwacji luminescencji
① Z wyjątkiem kilku kamieni szlachetnych, takich jak rubiny i czerwone spinele, obserwacja fluorescencji w większości kamieni szlachetnych wymaga światła ultrafioletowego o określonej energii.
② Obserwacja luminescencji kamieni szlachetnych przy użyciu określonej energii, światło ultrafioletowe musi być używane na ciemnym tle.
③ Czas obserwacji to zjawisko kamienia szlachetnego po wzbudzeniu energią zewnętrzną do końca energii zewnętrznej.
④ Luminescencja krystalicznych kamieni szlachetnych charakteryzuje się zmianami ogólnej jasności klejnotu, a nie punktu, linii lub odbicia powierzchni.
⑤ Kolor fluorescencji większości kamieni szlachetnych pod wpływem zewnętrznego wzbudzenia energetycznego różni się od obserwowanego w świetle naturalnym. Kolor fluorescencji tego samego kamienia szlachetnego może się różnić przy różnych intensywnościach wzbudzenia energetycznego, a luminescencja i fluorescencja tego samego kamienia szlachetnego mogą się różnić.
⑥ Brak innych czynników nie wpływa na wyniki obserwacji luminescencji.
5.3 Opis metod luminescencji
Użyj gołego oka, aby zaobserwować luminescencję klejnotu w formacie opisu: obecna, nieobecna.
Użyj specjalnej ultrafioletowej lampy fluorescencyjnej, aby obserwować luminescencję klejnotu. Format opisu: sprawdź rodzaj światła ultrafioletowego, intensywność luminescencji klejnotu i kolor, na przykład światło ultrafioletowe o długiej fali, silne, niebieskie. W przypadku intensywności można użyć następujących terminów: silna, średnia, słaba, brak. Należy zauważyć, że termin "kredowy" jest często używany przy opisywaniu niebiesko-białego koloru fluorescencji.
6. Specjalne zjawisko optyczne kryształów
6.1 Definicja specjalnego zjawiska optycznego
Gdy światło pada na powierzchnię kamienia szlachetnego, kolory lub zjawiska gwiaździstych lub pasmowych jasnych obszarów wyświetlanych przez kamień szlachetny będą migotać, poruszać się i zmieniać, gdy źródło światła lub kamień szlachetny poruszają się względem siebie (rysunek 2-3-58). Specjalne zjawisko optyczne może pokazywać zmiany koloru tylko w dwóch różnych warunkach oświetleniowych.
Rysunek 2-3-94 Kamienie szlachetne zaawansowanego systemu krystalicznego (diament)
Rysunek 2-3-95 Amorficzne ciała stałe (szkło naturalne)
Rysunek 2-3-96 Organiczny kamień szlachetny (żółty, przezroczysty bursztyn)
6.2 Kluczowe punkty obserwacji specjalnych zjawisk optycznych
① Zdecydowana większość specjalnych zjawisk optycznych w kamieniach szlachetnych wymaga do obserwacji światła odbitego i najlepiej jest użyć latarki do oświetlenia kamienia szlachetnego, aby zjawiska były bardziej widoczne.
② Efekt zmiany koloru w specjalnym zjawisku optycznym należy obserwować przy różnych źródłach światła, takich jak naturalne światło w ciągu dnia i sztuczne światło w nocy.
③ Brak innych czynników nie wpływa na wyniki obserwacji specjalnego zjawiska optycznego.
6.3 Opis metod specjalnych zjawisk optycznych
Specjalne zjawisko optyczne kamieni szlachetnych obejmuje efekt kociego oka, efekt gwiazdy, efekt zmiany koloru, efekt piaskowego złota, efekt zmiany koloru, efekt światła księżyca i efekt halo, w sumie siedem typów. W niektórych podręcznikach efekt zmiany koloru, efekt światła księżyca i efekt halo nazywane są łącznie efektem halo.
Spośród powyższych specjalnych zjawisk optycznych, tylko efekt kociego oka, efekt gwiazdy i efekt zmiany koloru są zaangażowane w nazewnictwo kamieni szlachetnych; inne specjalne zjawiska optyczne nie są zaangażowane w nazewnictwo.
Ta książka obejmuje powszechny efekt kociego oka, efekt gwiazdy, efekt zmiany koloru, efekt piaskowego złota, efekt światła księżyca i efekt zmiany koloru w kryształach.
(1) Efekt kociego oka
Definicja: Odnosi się do zjawiska, w którym jasne pasmo pojawia się na powierzchni zakrzywionego kamienia szlachetnego po oświetleniu, a pasmo światła przesuwa się równolegle na powierzchni kamienia szlachetnego, gdy źródło światła i kamień szlachetny są przesuwane (rysunki 2-3-59, 2-3-60).
Rysunek 2-3-59 Źrenice kota wydają się liniowe w silnym świetle.
Rysunek 2-3-60 przedstawia klejnot ze zjawiskiem kociego oka (sillimanit).
Przyczyna: Efekt kociego oka można zaobserwować w kamieniach szlachetnych tylko wtedy, gdy spełnione są trzy warunki: zakrzywiony kształt, kierunkowe cięcie i zestaw kierunkowych gęstych równoległych inkluzji wewnątrz kamienia szlachetnego (Rysunek 2-3-61 ~ Rysunek 2-3-64). Zjawisko to nie ma nic wspólnego z tym, czy klejnot jest grupą kryształów lub systemem kryształów i czy klejnot jest kryształem. Zjawisko to pojawi się również w agregatach i amorficznych ciałach stałych.
Rysunek 2-3-61 pokazuje gęsty równoległy układ inkluzji zaobserwowany w klejnocie z efektem kociego oka po powiększeniu sekcji jasnego pasma.
Rysunek 2-3-62 pokazuje gęsty, równoległy układ inkluzji zaobserwowany w klejnocie z efektem kociego oka po powiększeniu sekcji jasnego pasma.
Rysunek 2-3-63 Zjawisko kociego oka jest powodowane przez pionowe jasne pasma kociego oka z gęstymi równoległymi wtrąceniami.
Rysunek 2-3-64 Dolna płaszczyzna zakrzywionej powierzchni zjawiska kociego oka w krysztale
Metoda identyfikacji: Oświetlając wypukłą część zakrzywionego kamienia szlachetnego odbitym światłem, można zaobserwować jasny pas, który będzie się poruszał wraz ze względnym ruchem źródła światła lub położeniem kamienia szlachetnego (rysunek 2-3-65).
(2) Efekt gwiezdnego światła
Definicja: Zjawisko, w którym zakrzywiony kamień szlachetny wykazuje dwa, trzy lub sześć przecinających się jasnych pasm po oświetleniu. Jeśli przecinają się dwa jasne pasma, nazywa się to czteropromiennym światłem gwiazdy; jeśli przecinają się trzy jasne pasma, nazywa się to sześciopromiennym światłem gwiazdy; a jeśli przecinają się sześć jasnych pasm, nazywa się to dwunastopromiennym światłem gwiazdy. Jasne pasma w efekcie światła gwiazd są również określane jako linie gwiazd.
Przyczyna: Aby kamień szlachetny mógł zaobserwować efekt światła gwiazd, musi być zakrzywiony i kierunkowo przycięty, a wewnątrz kamienia znajdują się dwie, trzy lub sześć grup kierunkowo gęstych równoległych inkluzji (Rysunek 2-3-66). Rysunek 2-3-67). Zjawisko to występuje częściej w krystalicznych kamieniach szlachetnych, zwłaszcza w kamieniach o średniej i niskiej krystaliczności.
Rysunek 2-3-66 Przedstawienie czynników przyczyniających się do efektu światła gwiazd
Rysunek 2-3-67 Trzy grupy kierunkowo gęstych równoległych wtrąceń w szafirze gwiaździstym (30 x, metoda oświetlenia ciemnego pola)
Metoda identyfikacji: Świecenie odbitym światłem na podniesioną część zakrzywionego kamienia ujawni dwa, trzy lub sześć jasnych pasm, które będą się poruszać wraz ze względnym ruchem źródła światła lub pozycją kamienia (Rysunek 2-3-68). Niektóre specjalne kamienie szlachetne wymagają przepuszczenia światła przez zakrzywiony kamień szlachetny, aby zaobserwować efekt światła gwiazdy, zwany również przezroczystym światłem gwiazdy.
Rysunek 2-3-68 Starlight Sapphire przy stałym oświetleniu
Rysunek 2-3-69 Ruch linii gwiazd podczas ruchu źródła światła Starlight Sapphire
Ze względu na obecność wielu zestawów zorientowanych inkluzji, kwarc może wykazywać asteryzm w różnych kierunkach (Rysunek 2-3-70). Rysunek 2-3-66 Wykres współczynnika efektu światła gwiazdowego.
Trzy sytuacje w krystalicznych kamieniach szlachetnych można łatwo pomylić z efektem asteryzmu, a wspólnym punktem tych zjawisk jest to, że "linie gwiazd" są stałe. Pierwszym z nich jest Trapiche, znany również jako martwy asteryzm, który wygląda bardzo podobnie do efektu asteryzmu, ale zamiast przecinających się jasnych pasm, zawiera sześć promieni składających się z białych lub czarnych minerałów rozmieszczonych w odległości 60° od siebie, a te sześć promieni nie porusza się wraz ze źródłem światła. Zjawisko to zwykle występuje w kamieniach szlachetnych z kryształami w kształcie graniastosłupa sześciokątnego, takich jak szmaragdy, rubiny i kwarc (rysunki 2-3-71, 2-3-72). Drugim jest podobne zjawisko podobne do gwiazdy spowodowane przez zorientowane wtrącenia, takie jak kwarc rutylowany (rysunek 2-3-73). Trzeci wynika z włączenia czarnych materiałów węglowych, takich jak węgiel i glina, podczas wzrostu krystalicznych kamieni szlachetnych, co skutkuje specjalnymi wzorami; na przykład cechą charakterystyczną pustego kwarcu w czerwonym berylu jest zorientowany układ czarnych wtrąceń węglowych, wyglądających w przekroju poprzecznym w kształcie krzyża (rysunek 2-3-74).
Rysunek 2-3-71 Trapiche Ruby
Rysunek 2-3-72 Forma Dabbiz (Isabella Pignatelli et al. 2015)
Rysunek 2-3-73 Kwarc rutylowany
Rysunek 2-3-74 Kryształ andaluzytu (ortorombowy kamień szlachetny, przekrój często kwadratowy)
(3) Efekt zmiany koloru
Definicja: Zjawisko, w którym kamienie szlachetne wykazują różne kolory pod wpływem różnych źródeł światła.
Przyczyna: Gdy kamienie szlachetne zawierają odpowiednią ilość chromu (Cr) lub wanadu (V), może wystąpić to zjawisko, które jest niezwiązane z naturalnością kamienia szlachetnego i tym, czy kamień został przycięty lub wypolerowany; efekt zmiany koloru można zaobserwować zarówno w surowych kryształach, jak i syntetycznych kamieniach szlachetnych.
Metoda identyfikacji: Oświetlenie klejnotu dwoma różnymi temperaturami barwowymi światła odbitego (zwykle naturalne światło dzienne i światło świecy w nocy), a klejnot będzie wyświetlał dwa wyraźnie różne kolory (rysunek 2-3-75).
(4) Efekt piaskowego złota
Definicja: Gdy przezroczysty kamień szlachetny zawiera nieprzezroczyste, łuszczące się wtrącenia stałe, tworzy zjawisko odbicia przypominające gwiazdę z powodu odbicia światła przez nieprzezroczyste, łuszczące się wtrącenia stałe (rysunki 2-3-76, 2-3-77).
Rysunek 2-3-76 Kamień słoneczny (pomarańczowo-czerwony, półprzezroczysty).
Rysunek 2-3-77 Kamień słoneczny (jasnopomarańczowo-czerwony, przezroczysty)
Przyczyna: Gdy przezroczysty lub półprzezroczysty klejnot zawiera nieprzezroczyste lub półprzezroczyste łuszczące się wtrącenia stałe (rysunki 2-3-78, 2-3-79), widoczny jest efekt piaskowego złota, powszechnie występujący w kamieniu słonecznym i kordierycie. Zjawisko to nie ma związku z naturalnością klejnotu i tym, czy klejnot został przycięty lub wypolerowany.
Rysunek 2-3-78 Powiększone cechy inkluzji w kamieniu księżycowym (10 x, metoda oświetlenia pionowego)
Rysunek 2-3-78 Powiększone cechy inkluzji w kamieniu księżycowym (10 x, metoda oświetlenia pionowego) Rysunek 2-3-79 Powiększone cechy inkluzji w kamieniu słonecznym (40 x, metoda oświetlenia ciemnego pola)
Metoda identyfikacji: Oświetlić klejnot światłem odbitym, a we wnętrzu klejnotu pojawią się odbicia przypominające gwiazdy. Gwieździste odbicia będą migotać, gdy źródło światła lub pozycja klejnotu będą się względnie poruszać (Rysunek 2-3-80).
(5) Efekt światła księżyca
Definicja: Zjawisko, w którym padające światło rozprasza się wewnątrz kamienia szlachetnego, powodując jasne niebieskie lub mlecznobiałe światło w zlokalizowanych obszarach na powierzchni kamienia szlachetnego. Efekt światła księżycowego może występować jednocześnie z innymi specjalnymi zjawiskami optycznymi, takimi jak kamień księżycowy kocie oko, widmowy kamień księżycowy itp.
Przyczyna: Efekt światła księżycowego jest powszechny w kamieniu księżycowym, minerale szlachetnym z naprzemiennymi warstwami albitu i skalenia potasowego, a grubość równoległych warstw każdego składnika wynosi od 50 do l00nm. Ta warstwowa struktura krzyżowa rozprasza wpadające światło, tworząc wędrujący kolor na powierzchni klejnotu. Im grubsza równoległa warstwa, tym niższe nasycenie wędrującego koloru i bardziej oczywista szarawa biel. Na przykład, efekt niebieskiego księżyca można zaobserwować od przodu w świetle odbitym z powodu silnego rozproszenia światła niebieskiego i fioletowego. Stopień rozproszenia światła innego koloru jest niewielki, a większość światła złożonego przechodzi przez próbkę do koloru uzupełniającego światło niebieskie i fioletowe - światło pomarańczowe i żółte (rysunek 2-3-82).
Metoda identyfikacji: Oświetlenie klejnotu światłem odbitym; zamglony kolor pojawia się w określonym kierunku na powierzchni klejnotu. Zamglony kolor zmienia się wraz ze zmianą względnego położenia źródła światła lub klejnotu. Podczas wykonywania niewielkich obrotów w pobliżu obszaru, w którym występuje efekt światła księżyca, nie nastąpi zmiana odcienia efektu światła księżyca; jednak jeśli obrót jest zbyt duży, efekt światła księżyca nie będzie widoczny (rysunki 2-3-83 do 2-3-86).
(6) Efekt zmiany koloru
Zmiana koloru jest również znana jako gra kolorów.
Definicja: Zmiana koloru wykazywana przez kamienie szlachetne z powodu różnych źródeł światła lub kątów obserwacji nazywana jest efektem zmiany koloru. Kamienie szlachetne, które mogą wywoływać efekt zmiany koloru obejmują labradoryt (Rysunek 2-3-87).
Przyczyna: Kiedy światło odbija się lub przechodzi przez kamienie szlachetne o określonej strukturze, kolory zmieniają się w wyniku dyfrakcji i interferencji, w zależności od kierunku oświetlenia lub kąta obserwacji.
Metoda identyfikacji: Załóżmy, że odbite światło jest używane do oświetlania klejnotu, nawet jeśli kierunek oświetlenia i kąt obserwacji nie zmieniają się, o ile klejnot jest poruszany. W takim przypadku jego kolor będzie stopniowo przechodził w inny kolor.
Na tym samym kamieniu szlachetnym części o różnych kolorach nazywane są plamami barwnymi, które różnią się kształtem i rozmiarem. Ich krawędzie są często nieregularne i przechodzą od jednej plamy koloru do drugiej (plamy koloru opalopodobnego szkła zmieniającego kolor, plastiku lub syntetycznego opalu często mają regularne ząbkowane krawędzie).
Spektrum prezentowane przez zmianę koloru może być pełną zmianą koloru z fioletowego na czerwony lub dichroiczną lub trichroiczną zmianą koloru z fioletowego na zielony.
7. Dyspersja kryształów
7.1 Definicja dyspersji
Dyspersja to zjawisko, w którym białe światło złożone jest rozkładane na widma o różnej długości fali podczas przechodzenia przez materiały o właściwościach pryzmatu. Można to opisać jako zdolność kamieni szlachetnych do rozbijania białego światła na siedem kolorów lub rozumieć jako kolorowe zjawisko widoczne wewnątrz fasetowanych kamieni szlachetnych po potrząśnięciu pod źródłem światła (rysunek 2-3-88). Na rynku jest powszechnie określany jako "ogień" lub "kolor ognia", termin techniczny często omawiany w odniesieniu do diamentów.
Dyspersja jest zjawiskiem unikalnym dla fasetowanych kamieni szlachetnych typu krystalicznego. Dyspersja nie jest związana z naturalnością kamienia szlachetnego; syntetyczne kamienie szlachetne mogą również wykazywać zjawisko dyspersji, takie jak syntetyczny tytanian strontu, syntetyczny rutyl, syntetyczny cyrkon, syntetyczny węglik krzemu i syntetyczny granat aluminiowy (rysunek 2-3-89). Dyspersja nie jest związana z układem krystalicznym kamienia szlachetnego; na przykład dyspersję można zaobserwować w diamentach o izometrycznym układzie krystalicznym i syntetycznym węgliku krzemu o sześciokątnym układzie krystalicznym.
W rzeczywistej identyfikacji kamieni szlachetnych, kolory i obszary rozproszenia prezentowane przez różne kamienie szlachetne w fasetowaniu "całkowitego wewnętrznego odbicia" różnią się, co może pomóc nam szybko odróżnić diamenty od ich imitacji (rysunki 2-3-90, 2-3-91).
Rysunek 2-3-90 Dyspersja diamentu
Rysunek 2-3-91 Dyspersja syntetycznego węglika krzemu (jednego z powszechnych symulatorów diamentu)
7.2 Kluczowe punkty dotyczące obserwacji dyspersji
① Użyj światła przechodzącego, aby obserwować rozproszenie klejnotu w określonym kierunku. Aby zjawisko było bardziej widoczne, zaleca się obserwację od czubka pawilonu w kierunku stolika korony (Rysunek 2-3-92).
② Gdy klejnot zawiera oczywiste wtrącenia (zanieczyszczenia), zmniejszenie przezroczystości klejnotu może wpłynąć na obserwację dyspersji.
③ Klejnoty o tym samym stopniu rozproszenia (które można również opisać jako posiadające ten sam współczynnik rozproszenia) są trudniejsze do zaobserwowania, jeśli mają ciemniejszy kolor w porównaniu do klejnotów o jaśniejszym kolorze w tych samych innych warunkach (Rysunek 2-3-93).
④ Dyspersja jest jednym z powszechnych zjawisk w fasetowanych kamieniach szlachetnych, a jakość cięcia (w szczególności to, czy cięcie może osiągnąć "całkowite wewnętrzne odbicie" światła wpadającego do kamienia szlachetnego) wpłynie na widoczność dyspersji.
⑤ Pominięcie innych czynników nie wpływa na wyniki obserwacji rozproszenia.
7.3 Opis metod dyspersji
Zwykle opisujemy trudność obserwacji zjawiska dyspersji, taką jak oczywista lub nieoczywista.
8. Definicje terminów optycznych związanych z kryształami podczas korzystania z konwencjonalnych laboratoryjnych instrumentów identyfikacyjnych
8.1 Materiały izotropowe i niejednorodne
(1) Ciało izotropowe
Definicja: Rodzaj kamienia szlachetnego o izotropowych właściwościach optycznych. Obejmuje kamienie szlachetne o izometrycznym układzie kryształów oraz niektóre amorficzne i przezroczyste do półprzezroczystych organiczne kamienie szlachetne (rysunki 2-3-94 do 2-3-96).
Metoda identyfikacji: Ciała izotropowe przed obróbką można wstępnie ocenić na podstawie ich kształtu. Większość ciał izotropowych po obróbce można rozróżnić tylko za pomocą instrumentów, takich jak obserwacja, czy kamień wykazuje pojedyncze załamanie w refraktometrze, powiększanie w celu sprawdzenia braku zjawy i czy wydaje się całkowicie ciemny lub wykazuje nienormalne wygaszanie w świetle spolaryzowanym.
Rysunek 2-3-94 Kamienie szlachetne zaawansowanego systemu krystalicznego (diament)
Rysunek 2-3-95 Amorficzne ciała stałe (szkło naturalne)
Rysunek 2-3-96 Organiczny kamień szlachetny (żółty, przezroczysty bursztyn)
Copywrite @ Sobling.Jewelry - Producent biżuterii na zamówienie, fabryka biżuterii OEM i ODM
(2) Nie-ciało jednorodne
Definicja: Rodzaj anizotropii optycznej w kamieniach szlachetnych i minerałach. Obejmuje kamienie szlachetne należące do układu trygonalnego (rysunek 2-3-97), tetragonalnego (rysunek 2-3-98), heksagonalnego (rysunek 23-99), rombowego (rysunek 2-3-100), jednoskośnego (rysunek 2-3-101) i trójskośnego (rysunek 2-3-102).
Metoda identyfikacji: Ciało niejednorodne przed obróbką można dokładnie zidentyfikować na podstawie jego kształtu. Po przetworzeniu niektóre kamienie szlachetne niejednorodnego ciała można dokładnie zidentyfikować, jeśli wykazują widoczny pleochroizm, ale większość niejednorodnych ciał należy rozróżnić za pomocą refraktometru, mikroskopu, polaryzatora lub dichroskopu.
Rysunek 2-3-97 Pośrednia rodzina kryształów turmalinu w układzie trygonalnym
Rysunek 2-3-98 Cyrkon z rodziny kryształów pośrednich w układzie tetragonalnym
Rysunek 2-3-99 Szmaragd z rodziny kryształów pośrednich w układzie heksagonalnym
Rysunek 2-3-100 Topaz z rodziny kryształów niskiego poziomu w układzie ortorombowym
Rysunek 2-3-101 Spodumen z rodziny kryształów niskiego poziomu w układzie jednoskośnym
Rysunek 2-3-102 Kamień amazon o niskim poziomie krystaliczności (triclinic)
8.2 Jednoosiowe załamanie światła, dwójłomność, współczynnik dwójłomności
Załamanie jednoosiowe odnosi się do zjawiska, w którym kąt padania zmienia się, gdy światło wpada do przezroczystego lub półprzezroczystego jednorodnego ośrodka, a światło nie rozszczepia się.
Dwójłomność odnosi się do zjawiska polegającego na tym, że po wejściu światła do przezroczystego lub lekko przezroczystego niejednorodnego ciała zmienia się kąt padania, a światło zostaje podzielone na dwie wiązki (rysunek 2-3-103). Dwie wiązki światła, które są zgodne z prawem załamania światła, nazywane są światłem normalnym, a te, które nie są zgodne z prawem załamania światła, nazywane są światłem nadzwyczajnym.
Dwójłomność jest jednym ze zjawisk niejednorodnych kamieni szlachetnych, a niektóre kamienie szlachetne o szczególnie wysokiej dwójłomności mogą wykazywać podwójne widzenie obserwowalne gołym okiem (Rysunek 2-3-104 do Rysunek 2-3-105)
Rysunek 2-3-104 Zjawisko podwójnego załamania światła w kamieniach szlachetnych
Rysunek 2-3-105 Zjawisko podwójnego załamania światła w kamieniach szlachetnych (współczynnik podwójnego załamania światła syntetycznego węglika krzemu po lewej stronie wynosi 0,043, a współczynnik podwójnego załamania światła syntetycznego rutylu po prawej stronie wynosi 0,287).
8.3 Oś optyczna, wskaźnik optyczny, kryształ jednoosiowy, kryształ dwuosiowy
(1) Optyczny Oś
Kiedy światło wpada do niejednorodnego ośrodka, zwykle ulega podwójnemu załamaniu. Jednak w kryształach jednoosiowych istnieje jeden kierunek, w którym padające światło nie ulega rozszczepieniu; w kryształach dwuosiowych istnieją dwa kierunki, w których padające światło nie ulega rozszczepieniu. Odnosimy się do jednego lub dwóch kierunków, w których padające światło nie rozszczepia się, jako do osi optycznej, reprezentowanej jako OA w optyce kryształów.
(2) Optyczne Wskaźnik
Hipotetyczna zamknięta kula, której promień jest równy współczynnikowi załamania światła mierzonego kamienia szlachetnego we wszystkich kierunkach. Chociaż współczynnik załamania światła mierzonego kamienia szlachetnego jest różny, ogólny kształt ciała o współczynniku odbicia światła ma tylko dwie formy: kulę i szorstką kulę.
Ciałem izotropowym o współczynniku załamania światła jest kula. Każdy przekrój przez środek kuli w dowolnym kierunku jest przekrojem kołowym, a jego promień reprezentuje wartość współczynnika załamania izotropowego kamienia szlachetnego (Rysunek 2-3-106). Ciało o współczynniku załamania światła ciała niejednorodnego jest elipsoidą, gdzie ciało o współczynniku załamania światła pośredniej rodziny kryształów ma przekrój kołowy elipsoidy (rysunek 2-3-107), a ciało o współczynniku załamania światła niższej rodziny kryształów ma przekrój eliptyczny elipsoidy (rysunek 2-3-108).
Rysunek 2-3-106 Jasność ciała jednorodnego
Rysunek 2-3-107 jednoosiowy krystaliczny korpus wskaźnika światła (No to kierunek załamania światła, który jest zgodny z prawami optycznymi, Ne to kierunek załamania światła, który nie jest zgodny z prawami optycznymi, znany również jako kierunek światła nadzwyczajnego, kierunek OA pokrywa się z No, przekrój jest okrągły, OA wskazuje kierunek osi optycznej)
(3) Kryształ jednoosiowy
Niejednorodny kamień szlachetny z jedną osią optyczną nazywany jest kryształem jednoosiowym. Wszystkie kamienie szlachetne z rodziny kryształów pośrednich są kryształami jednoosiowymi (Rysunek 2-3-109). Na przykład wszystkie kamienie szlachetne w układzie trygonalnym, takie jak turmalin, kryształ, rubin i szafir, oraz wszystkie kamienie szlachetne w układzie tetragonalnym, takie jak cyrkonia, a także wszystkie kamienie szlachetne w układzie heksagonalnym, takie jak rodzina beryli i apatyt.
Kamienie szlachetne o stosunkowo doskonałej formie krystalicznej można bezpośrednio zidentyfikować jako kryształy jednoosiowe na podstawie ich kształtu.
Niedoskonały kształt kryształu i przetworzone kamienie szlachetne nie mogą być określone jako kryształy jednoosiowe wyłącznie na podstawie ich wyglądu (Rysunek 2-3-110). Jedynie poprzez obserwację odpowiednich zjawisk pod refraktometrem (Rysunek 2-3-111) lub mikroskopem polaryzacyjnym (Rysunek 2-3-112) można dokonać ustalenia.
Rysunek 2-3-109 Turmalin z pośredniej grupy kryształów, forma kryształu jest stosunkowo doskonała i można ją bezpośrednio ocenić na podstawie kształtu kryształu jednoosiowego.
Rysunek 2-3-110 Przetworzony kamień szlachetny nie może być oceniany na podstawie jego wyglądu (po lewej szmaragd, po prawej turmalin).
Rysunek 2-3-111 Refraktometr
Rysunek 2-3-112 Filtr polaryzacyjny
(4) Kryształy dwuosiowe
Niejednorodne kamienie szlachetne z dwiema osiami optycznymi nazywane są diaksjalnymi. Wszystkie kamienie szlachetne z niższej grupy kryształów są kamieniami dwuosiowymi (Rysunek 2-3-113). Na przykład topaz, oliwin i wszystkie inne kamienie rombowe, diopsyd, kamienie jednoskośne, lapidyt, kamień słoneczny, kamień księżycowy i kamienie trójskośne.
Kamienie szlachetne o stosunkowo doskonałej formie krystalicznej można bezpośrednio zidentyfikować jako kryształy dwuosiowe na podstawie ich kształtu (Rysunek 2-3-114).
Kamienie szlachetne o niedoskonałych formach krystalicznych i te przetworzone nie mogą być zidentyfikowane jako kryształy dwuosiowe na podstawie ich kształtu; można je określić jedynie poprzez obserwację odpowiednich zjawisk pod refraktometrem lub mikroskopem polaryzacyjnym.
Rysunek 2-3-113 Topaz z dolnej grupy kryształów ma stosunkowo doskonały kształt kryształu i można go bezpośrednio ocenić jako kryształ dwuosiowy na podstawie jego kształtu.
Rysunek 2-3-114 Gotowego kamienia nie można oceniać na podstawie jego wyglądu.
8.4 Współczynnik dyspersji, całkowite wewnętrzne odbicie
(1) Współczynnik rozproszenia
Różnica współczynnika załamania światła została zmierzona dla linii B (686,7 nm) i linii G (430,8 nm) w widmie słonecznym. Alternatywnie, można to rozumieć prościej jako różnicę między dwoma określonymi współczynnikami załamania światła tego samego kamienia szlachetnego, przy czym każdy określony współczynnik załamania światła został zmierzony w świetle o określonej energii.
Współczynnik dyspersji kamieni szlachetnych jest rzadko zapamiętywany; jest on używany głównie do celów referencyjnych i porównawczych.
Ogólnie rzecz biorąc, im wyższy współczynnik dyspersji kamienia szlachetnego, tym większe prawdopodobieństwo wystąpienia zjawiska dyspersji wśród fasetowanych kamieni szlachetnych o tym samym stopniu całkowitego wewnętrznego odbicia (Rysunek 2-3-115). Współczynnik dyspersji kamieni szlachetnych jest rzadko zapamiętywany; jest on używany głównie do celów referencyjnych i porównawczych.
(2) Całkowite odbicie wewnętrzne
Załamanie światła występuje, gdy światło przechodzi przez materiały o różnej gęstości optycznej. Gdy światło przechodzi z gęstego ośrodka do ośrodka o mniejszej gęstości, załamany promień odchyla się od kierunku normalnego, a kąt załamania jest większy niż kąt padania. Kąt padania, gdy kąt załamania wynosi 90°, nazywany jest kątem krytycznym; wszystkie padające promienie świetlne większe niż kąt krytyczny nie mogą wejść do mniej gęstego ośrodka i są odbijane w gęstym ośrodku, zgodnie z prawem odbicia (Rysunek 2-3-116).
Podczas stosowania tej zasady w cięciu i szlifowaniu fasetkowym, nadal może występować zauważalne zjawisko dyspersji, nawet jeśli współczynnik dyspersji klejnotu jest bardzo niski (Rysunek 2-3-117).
Rysunek 2-3-116 Schematyczny diagram całkowitego wewnętrznego odbicia
Rysunek 2-3-117 Schemat ścieżki światła standardowego okrągłego diamentu o szlifie brylantowym z całkowitym wewnętrznym odbiciem.
Zasada ta jest również stosowana w identyfikacji diamentów i imitacji diamentów, powszechnie nazywana testem liniowym. Etapy tego eksperymentu i wyniki analizy są następujące: Umieść klejnot największą stroną skierowaną w dół i spiczastym końcem skierowanym w górę na kartce papieru z narysowanymi prostymi liniami. Jeśli linie są widoczne przez klejnot, oznacza to, że klejnot jest imitacją diamentu; w przeciwnym razie jest to diament. Szczególnie ważne jest, aby pamiętać, że ocena eksperymentalna jest nieprawidłowa, jeśli stosunek długości talii do szerokości badanego klejnotu odbiega od 1 1 lub jeśli badany klejnot wykazuje połysk sub-diamentowy lub diamentowy (rysunki 2-3-118 do 2-3-121).
Rysunek 2-3-118 Pod kamieniem szlachetnym przez imitację diamentu widać linię prostą, która jest podzielona na dwie części.
Rysunek 2-3-119 Linie proste nie mogą być widoczne przez romb.
Rysunek 2-3-120 Niektóre imitacje diamentów wykazują zjawiska podobne do diamentów i nie są w stanie pokazać linii przechodzących przez klejnot (dwie imitacje diamentów w środku drugiego rzędu).
Rysunek 2-3-121 W przypadku diamentów, których stosunek długości do szerokości nie jest równy 1:1, linie proste mogą być również widoczne przez klejnot (diament w drugim rzędzie).
8.5 Światło naturalne, światło spolaryzowane
(1) Naturalne światło
Światło emitowane z ogólnego źródła światła zawiera wektory światła we wszystkich kierunkach, o równych amplitudach we wszystkich możliwych kierunkach (osiowo symetryczne). Ten rodzaj światła nazywany jest światłem naturalnym. Światło naturalne jest reprezentowane przez dwie wzajemnie prostopadłe, niezależne (bez określonej zależności fazowej), równe amplitudy drgań światła, z których każda posiada połowę energii drgań (rysunek 2-3-122).
Naturalne światło jest jednym z ważnych źródeł światła do obserwacji kamieni szlachetnych gołym okiem i istnieje wiele sposobów na jego uzyskanie, takich jak światło w cieniu w słoneczny dzień, światło z latarki i światło z lamp o określonej temperaturze barwowej.
(2) Światło spolaryzowane
Światło, które wibruje tylko w ustalonym kierunku, nazywane jest światłem spolaryzowanym. Światło spolaryzowane zostanie specjalnie odnotowane; jeśli nie zostanie odnotowane, zakłada się, że jest naturalne (Rysunek 2-3-123).
Głównym sposobem uzyskania światła spolaryzowanego jest przepuszczenie naturalnego światła przez specjalny polaryzator lub przepuszczenie naturalnego światła przez niekrystaliczne kamienie szlachetne w celu uzyskania światła spolaryzowanego.
Światło spolaryzowane można wykorzystać do wyjaśnienia różnorodności kolorów klejnotów, a zjawisko podwójnego załamania światła w klejnotach jest również zasadą projektowania filtrów polaryzacyjnych.
9. Podsumowanie zależności terminologicznych w optyce kryształów
Z kryształami wiąże się wiele specjalistycznych terminów, a zrozumienie zależności między terminami optycznymi może wymagać czasu dla początkujących. Dlatego w tej książce podsumowano zależności między niektórymi terminami optycznymi związanymi z kryształami (Tabela 1).
Termin optyczny wspomniany jako ostatni istnieje jako odrębne zjawisko i nie ma związku z innymi terminami optycznymi.
Tabela 1: Tabela podsumowująca zależności terminologiczne w optyce krystalicznej.
| Kryształ | Czy można to ocenić gołym okiem? | Popularne instrumenty obserwacyjne | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Klasyfikacja kryształów | Zaawansowana rodzina kryształów | Pośrednia rodzina kryształów | Rodzina kryształów niskiego poziomu | Typowe kształty kryształów można zaobserwować gołym okiem, zwykle wymagające pomocy instrumentów. | Refraktometr, polaryzator, dichroskop, mikroskop |
| Izometryczny system kryształów | System kryształów trygonalnych, system kryształów tetragonalnych, system kryształów heksagonalnych | System kryształów rombowych, system kryształów jednoskośnych, system kryształów trójskośnych | |||
| Właściwości optyczne | Ciało izotropowe | Ciało niejednorodne | |||
| Jednoosiowy kryształ o dodatniej lub ujemnej dwójłomności | Jednoosiowy kryształ o dodatniej lub ujemnej dwójłomności | × | Refraktometr polaryzacyjny | ||
| Załamanie światła | Refrakcja jednoosiowa | Dwójłomność wykazuje jednoosiowe załamanie światła w określonym kierunku | Dwójłomność Wykazująca pojedyncze załamanie światła w określonych dwóch kierunkach | Wysoką dwójłomność można zaobserwować gołym okiem, ale zazwyczaj wymaga to pomocy instrumentów. | Refraktometr, polaryzator, mikroskop. |
| Polichromatyczność | Brak pleochroizmu | Dichroizm od silnego do słabego | Trichroizm od silnego do słabego lub dichroizm od silnego do słabego | Kilka kamieni szlachetnych może, ale większość wymaga użycia instrumentów | Dichroskop |
| Kolor | Nie ma to związku z tym, czy jest to kryształ, ani z klasyfikacją kryształów; kolor kryształu zależy od pierwiastków zanieczyszczeń i defektów sieci krystalicznej w krysztale. | √ | × | ||
| Połysk | Nie ma to związku z tym, czy jest to kryształ i jego klasyfikacją; stopień wypolerowania każdego rodzaju kamienia szlachetnego wpłynie na jego połysk | √ | × | ||
| Przejrzystość | Nie ma to związku z tym, czy jest to kryształ i klasyfikacją kryształów; przezroczystość kryształu często zależy od zawartości wtrąceń w krysztale. | √ | × | ||
| Luminescencja | Nie ma to związku z tym, czy jest to kryształ i klasyfikacją kryształów; zależy to od pierwiastków zanieczyszczeń i defektów sieci krystalicznej w krysztale | Kilka kamieni szlachetnych może, ale większość wymaga użycia instrumentów | Lampa fluorescencyjna ultrafioletowa | ||
| Specjalne zjawisko optyczne | Możliwe efekty zmiany kolorów itp. | Możliwy efekt kociego oka, efekt światła gwiazd, efekt zmiany koloru itp. | Możliwe efekty obejmują efekt kociego oka, efekt światła gwiazd, efekt zmiany koloru, efekt złotego pyłu, efekt światła księżyca. | √ | × |
| Dyspersja | Zjawisko to jest powszechne w kryształowych kamieniach szlachetnych, ale nie jest związane z klasyfikacją kryształów; widoczność dyspersji zależy od współczynnika dyspersji kryształu i stopnia całkowitego wewnętrznego odbicia faset. | √ | × | ||
Sekcja II Dlaczego kamienie szlachetne mają kolor?
1. Tradycyjne przyczyny koloru kamieni szlachetnych
W identyfikacji minerałów w terenie, istnieje bardzo ważny dowód zwany kolorem smugi, który polega na pocieraniu uzyskanego naturalnego materiału na nieszkliwionej białej porcelanowej płytce, aby pozostawić proszek mineralny, wykorzystując kolor proszku mineralnego do identyfikacji niektórych charakterystycznych minerałów (Tabela 2).
Tabela 2: Związek między kolorem minerału, kolorem smugi, przezroczystością i połyskiem
| Kolor | Kolor smugi | Przejrzystość | Połysk |
|---|---|---|---|
| Bezbarwny | Bezbarwny lub biały | Przezroczysty | Szklany połysk |
| Jasny kolor | Bezbarwny lub biały | ||
| Ciemny kolor | Jasne lub kolorowe | Półmetaliczny połysk | |
| Kolor metaliczny | Ciemny lub metaliczny kolor | Nieprzezroczysty | Metaliczny połysk |
Zgodnie z zapisami literaturowymi, już w okresie wschodniego Jin ludzie byli w stanie wykorzystać kolor smugi do rozróżnienia między rudą srebra i złota a naturalnym złotem.
Kolor smugi ma ogromne znaczenie dla identyfikacji minerałów.
① Kolor smugi minerałów eliminuje pseudokolory; w postaci sproszkowanej minerały tracą wszystkie interfejsy, które wpływają na światło, a pseudokolory minerałów znikają.
② Kolor smugi minerału ma osłabiony kolor allochromatyczny.
③ Kolor smugi minerału podkreśla kolor idiochromatyczny.
Proszek nie może odbijać światła i nie jest przezroczysty dla nieprzezroczystych minerałów (głównie tych z metalicznym połyskiem), więc smuga jest szaro-czarna. Półprzezroczyste minerały pochłaniają trochę światła, więc kolor smugi nie różni się zbytnio od koloru minerałów. Ze względu na dobrą przepuszczalność światła i prawie zerową absorpcję światła widzialnego, przezroczyste minerały wydają się białe.
Piryt i bornit należą do minerałów o metalicznym połysku, więc ich smuga jest czarna; krystaliczny hematyt jest ogólnie nazywany hematytem zwierciadlanym, który ma połysk od submetalicznego do metalicznego i pochłania niektóre długości fal światła, prezentując w ten sposób określony kolor, a mianowicie czerwony; Jednocześnie rodochrozyt jest przezroczystym minerałem, więc jego smuga jest biała.
Aby wyjaśnić różnice między kolorem dużych stałych kawałków minerałów a ich kolorem smug, mineralogia klasyfikuje kolory minerałów na trzy typy: kolor idiochromatyczny, kolor allochromatyczny i pseudokolor, w oparciu o hipotezę elementów chromoforowych (Tabela 3). Hipoteza ta odnosi się również do kamieni szlachetnych w minerałach.
Tabela 3: Typowe elementy barwiące w kamieniach szlachetnych
| Elementy do kolorowania | Liczba atomowa | Kolor kamienia szlachetnego | Przykłady kamieni szlachetnych |
|---|---|---|---|
| Żelazo Fe | 26 | Kolory takie jak czerwony, niebieski, zielony, żółty itp. | Niebieski szafir, perydot, akwamaryn, turmalin, niebieski spinel, jadeit, almandyn, oliwin, diopsyd, idokras, kyanit itp. |
| Chrom Cr | 24 | Zielony i czerwony | Rubin, szmaragd, jadeit, aleksandryt, uvarovit, czerwony spinel, demantoid, pirop, turmalin i inne. |
| Mangan Mn | 25 | Różowy, pomarańczowy | Czerwony beryl, rodochrozyt, rodonit, Spessartine-Garnet charoit, niektóre czerwone turmaliny itp. |
| Diamond Co | 27 | Różowy, pomarańczowy, niebieski | Niebieski syntetyczny spinel, syntetyczny aleksandryt itp. |
| Lantan Pr, Neodym Nd | Praseodym 59 Neodym 60 | Prazeodym i neodym często współistnieją, tworząc żółty i zielony kolor. | Apatyt, jasnofioletowy syntetyczny tlenek kobaltu itp. |
| Uran U | 92 | Powoduje oryginalny kolor klejnotu | Cyrkon |
| Klucz V | 23 | Zielony, fioletowy lub niebieski | Essonite, Zoisite, syntetyczny korund (imitacja aleksandrytu) itp. |
| Miedź Cu | 29 | Zielony, niebieski, czerwony itd. | Malachit, malachit krzemowy, turkus, azuryt itp. |
| Selen Se | 34 | Czerwony | Niektóre czerwone szkło itp. |
| Nikiel Ni | 28 | Zielony | Chryzopraz, zielony opal itp. |
| Scandium Ti | 22 | Niebieski | Szafir, benitoit, topaz itp. |
(1) Kolor idiochromatyczny
Kolor jest powodowany przez pierwiastki, które są podstawowymi składnikami chemicznymi minerałów kamieni szlachetnych, z których większość to jony metali przejściowych. Kolor samobarwiących się kamieni szlachetnych jest stabilny (Tabela 4).
Tabela 4: Typowe kamienie szlachetne o własnym kolorze i ich elementy barwiące
| Nazwa kamienia szlachetnego | Skład chemiczny | Kolor kamienia szlachetnego | Elementy do kolorowania |
|---|---|---|---|
| Uvarovite | Ca3Cr2 (SiO4) | Zielony | Chrom |
| Olivine | (Fe,Mg)2SiO4 | Żółto-zielony | Żelazo |
| Malachit | CU2(CO3)(OH)2 | Zielony | Miedź |
| Rodochrozyt | MnCO3 | Różowy | Mn |
| Turkus | CUAl6((PO4)4(OH)8 -4H2O | Niebieski | Miedź |
| Spessartine-Garnet | Mn3Al2(SiO4) | Pomarańczowy | Mn |
| Rodonit | (Mn,Fe,Mg,Ca)SiO3 i SiO3 | Magenta | Mn |
| Almandine | Fe3Al2(SiO4) | Czerwony | Żelazo |
(2) Kolor allochromatyczny
Kolor jest spowodowany pierwiastkami chromoforowymi zawartymi w minerałach kamieni szlachetnych. Kolor innych kamieni szlachetnych jest stabilny.
① Gdy kamienie szlachetne w czystym kolorze są bezbarwne, mogą wytwarzać kolory, gdy zawierają śladowe pierwiastki barwiące, przy czym różne śladowe pierwiastki barwiące wytwarzają różne kolory. Na przykład spinel i turmalin (Tabela 5).
② Różne wartościowości tego samego pierwiastka mogą dawać różne kolory, na przykład te zawierające Fe³⁺ często wydają się brązowe, podczas gdy te zawierające Fe²⁺ często wydają się jasnoniebieskie, takie jak akwamaryn.
③ Ten sam pierwiastek na tym samym stopniu utlenienia może również powodować różne kolory w różnych kamieniach szlachetnych, takich jak Cr³⁺, powodując czerwień w korundzie i zieleń w szmaragdzie.
Tabela 5: Kolory niektórych innych kamieni szlachetnych i ich elementy barwiące
| Nazwa kamienia szlachetnego | Skład chemiczny | Kolor kamienia szlachetnego | Elementy do kolorowania |
|---|---|---|---|
| Spinel | MgAI2O4 | Bezbarwny | - |
| Niebieski | Fe lub Zn | ||
| Brązowy | Fe, Cr | ||
| Zielony | Fe | ||
| Czerwony | Cr | ||
| Turmalin | (Na,Ca)R3Al3Si16O18 (O,OH,F), gdzie R odnosi się głównie do pierwiastków takich jak Mg, Fe, Cr, Li, Al, Mn | Bezbarwny | - |
| Czerwony | Mn | ||
| Niebieski | Fe | ||
| Zielony | Cr, V, Fe | ||
| Brązowy, żółty | Mg |
(3) Pseudokolor
Pseudokolor nie ma bezpośredniego wpływu na skład chemiczny kamieni szlachetnych. Kamienie szlachetne z pseudokolorem często zawierają drobne, równolegle ułożone inkluzje, takie jak rozpuszczone wióry kryształowe i szczeliny. Załamują one, odbijają, zakłócają i rozpraszają światło, tworząc w ten sposób pseudokolor. Niektóre specjalne cięcia kamieni szlachetnych mogą również powodować pseudokolor w kamieniach szlachetnych (Tabela 6).
Pseudokolory nie są nieodłączną cechą kamieni szlachetnych, ale mogą dodawać im uroku.
Tabela 6: Klasyfikacja przyczyn Pseudo Kolors
| Klasyfikacja przyczyn | Definicja | Przykład |
|---|---|---|
| Dyspersja | Zjawisko, w którym białe światło złożone jest rozkładane na widma o różnej długości fali podczas przechodzenia przez materiały o właściwościach pryzmatu. | Diament, cyrkon, syntetyczny tlenek cyrkonu, syntetyczny węglik krzemu, sfaleryt, sztuczny tytanian strontu, syntetyczny rutyl itp. |
| Rozpraszanie | Zjawisko, w którym wiązki światła odbiegają od pierwotnego kierunku i rozpraszają się podczas propagacji w ośrodku z powodu obecności nierównomiernych grudek w materiale. | (1) Zmiany koloru kamieni szlachetnych, które można wytłumaczyć rozproszeniem, obejmują niebieski kamień księżycowy, niebieski kwarc, opal, fioletowy fluoryt i biały kwarc mleczny. (2) Specjalne zjawisko optyczne, które można wyjaśnić rozpraszaniem światła, obejmuje efekt kociego oka, efekt gwiazdy i efekt piaskowego złota. (3) Jednym z rodzajów połysku, który można wytłumaczyć rozproszeniem, jest perłowy połysk. |
| Zakłócenia | Zjawisko superpozycji dwóch monochromatycznych źródeł światła emitujących dwie kolumny fal świetlnych, które są skierowane w tym samym kierunku i mają tę samą długość fali. | (1) Może być stosowany do wyjaśnienia opalizacji spowodowanej obecnością szczelin lub rozszczepień, takich jak opalizujący kwarc (Rysunek 2-3-124). (2) Może być stosowany do wyjaśnienia efektu zmiany koloru w specjalnych zjawiskach optycznych, takich jak opal. (3) Może być stosowany do wyjaśnienia nieprzezroczystej powierzchni bornitu i brązowego koloru wytwarzanego przez utlenianie syntetycznego węglika krzemu. Żaden kamień szlachetny nie ma brązowego koloru (rysunek 2-3-125). |
| Dyfrakcja | Zjawisko polegające na tym, że fale świetlne odbiegają od swojej geometrycznej ścieżki, gdy napotykają przeszkody podczas propagacji. |
Rysunek 2-3-124 Kolorowy kwarc
Rysunek 2-3-125 Kolor rdzy
2. Współczesne przyczyny koloru kamieni szlachetnych
Każda hipoteza ma swoje ograniczenia. W badaniach nad nowoczesnymi minerałami kamieni szlachetnych tradycyjni mineralogowie i gemmolodzy odkryli, że nie można wyjaśnić wyglądu lub zmiany koloru niektórych minerałów kamieni szlachetnych, takich jak przyczyny koloru diamentów i zmiany koloru kamieni szlachetnych przed i po napromieniowaniu.
Rozwój nowoczesnej fizyki i chemii zrekompensował niedociągnięcia tradycyjnych hipotez dotyczących genezy kolorów. Opiera się ona na teorii pola krystalicznego, teorii orbitali molekularnych, teorii pasmowej i teorii optyki fizycznej, w połączeniu z metodami spektroskopowymi w celu wyjaśnienia kolorów kamieni szlachetnych.
Współczesne teorie struktury materiału sugerują, że materia składa się z atomów, które składają się z jądra i elektronów, przy czym elektrony poruszają się poza jądrem. Mechanika kwantowa opisuje ruch elektronów i innych mikroskopijnych cząstek. W 1913 roku Bohr zaproponował hipotezę, że atomy istnieją w stabilnych stanach o określonej energii, znanych jako stany stacjonarne. Każdy typ atomu może mieć wiele stanów stacjonarnych o różnych wartościach energii, a te stany stacjonarne są uporządkowane pod względem energii, tworząc poziomy energetyczne, przy czym stan stacjonarny o najniższej energii nazywany jest stanem podstawowym, a inne stany nazywane są stanami wzbudzonymi. Ogólnie rzecz biorąc, atomy lub jony znajdują się w stanie stabilnym, czyli w stanie podstawowym, w którym nie ma wypromieniowywanej energii. Jeśli atom lub jon zostanie poddany działaniu zewnętrznej energii cieplnej, energii elektrycznej lub innych form energii, zewnętrzne elektrony pochłoną energię i przejdą do stanu wzbudzonego. Jednak elektrony w stanie wzbudzonym są niestabilne i po około 10-⁸ sekundach powracają do stanu podstawowego, jednocześnie wypromieniowując część energii w postaci światła.
Powyższy punkt widzenia może być rozumiany w gemmologii jako pojawienie się koloru w kamieniach szlachetnych z powodu wpływu energii zewnętrznej, takiej jak światło, na elektrony w składzie atomowym kamienia szlachetnego. Powoduje to przejście elektronów ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego, selektywnie pochłaniając określone długości fal światła. Rodzaje przejść elektronowych i różnice w pochłanianej energii podczas tego procesu skutkują różnymi kolorami, które ostatecznie prezentują kamienie szlachetne. Tabela 7 to kompleksowe podsumowanie rosyjskich i amerykańskich naukowców, kategoryzujące kolory kamieni szlachetnych na 12 typów należących do 4 głównych teorii.
Tabela 7: Nowoczesne rodzaje kolorów kamieni szlachetnych
| Przyczyny odpowiadające tradycyjnym kolorom | Nowoczesne modele teorii przyczyn kolorów | Nowoczesny kolor powoduje typy | Typowe kamienie szlachetne |
|---|---|---|---|
| Kolor idiochromatyczny, kolor allochromatyczny | Teoria pola kryształów | Metal przejściowy | Malachit, granat, turkus itp. |
| Zanieczyszczenia metalami przejściowymi | Szmaragd, cytryn, rubin itp. | ||
| Centrum kolorów | Ametyst, kwarc dymny, fluoryt itp. | ||
| Teoria orbitali molekularnych | Transfer opłat | Szafir, Lapis Lazuli itp. | |
| Barwienie organiczne | Bursztyn, koral itp. | ||
| Teoria pasmowa | Dyrygent | Miedź (Cu), srebro (Ag) itp. | |
| Półprzewodnik | Galena, proustyt itp. | ||
| Nieczysty półprzewodnik | Niebieskie diamenty, żółte diamenty itp. | ||
| Pseudokolor | Teoria optyki fizycznej | Dyspersja | "Ogień" fasetowanych diamentów itp. |
| Rozpraszanie | Kamień księżycowy itp. | ||
| Zakłócenia | Barwienie chalkopirytu i innych itp. | ||
| Dyfrakcja | Opal, kolor powierzchni chalkopirytu itp. |
Sekcja III Wyjaśnienie właściwości mechanicznych związanych z kryształami
Właściwości mechaniczne kamieni szlachetnych są podzielone na cztery główne kategorie i siedem zjawisk: rozszczepienie, pęknięcie i złamanie należą do jednej kategorii, podczas gdy pozostałe trzy kategorie to twardość, gęstość i wytrzymałość. Tutaj omówimy rozszczepienie, pęknięcie, złamanie, twardość i gęstość względną związaną z kryształami.
Rozszczepienie, złamanie i pęknięcie to właściwości kryształów, które występują pod wpływem siły zewnętrznej, a ich charakterystyka i przyczyny pękania są różne. Są to jedne z ważnych właściwości fizycznych służących do identyfikacji i przetwarzania kamieni szlachetnych.
1. Rozszczepianie kryształów
1.1 Definicja rozszczepienia
Zjawisko, w którym kryształ pęka wzdłuż pewnych kierunków krystalograficznych na gładkie płaszczyzny pod wpływem siły zewnętrznej, nazywane jest rozszczepieniem, a te gładkie płaszczyzny nazywane są płaszczyznami rozszczepienia (Rysunek 2-4-1).
Rozszczepienie może być używane do rozróżniania różnych kryształów. Stopień integralności płaszczyzny cięcia, kierunek cięcia i kąt cięcia różnych kryształów są różne. Rozszczepienie jest jedną z ważnych cech odzwierciedlających strukturę kryształu (rysunek 2-4-2) i ma bardziej ogólne znaczenie niż morfologia kryształu. Bez względu na to, jak blisko kryształ jest do idealnego poziomu, tak długo, jak struktura kryształu się nie zmienia, charakterystyka rozszczepienia pozostaje niezmieniona, co jest ważną charakterystyczną podstawą do identyfikacji kryształów.
1.2 Kluczowe punkty obserwacji rozszczepienia
Obserwując powierzchnię pęknięcia w krysztale lub kamieniu szlachetnym z określonego kierunku w świetle odbitym, jeśli powierzchnia pęknięcia jest płaska i wykazuje lustrzany błysk podczas wstrząsania, wówczas ta powierzchnia pęknięcia nazywana jest rozszczepieniem.
Powierzchnie dekoltu mogą pojawiać się nie tylko w kryształach, ale także w przetworzonych kamieniach szlachetnych, takich jak pierzasta talia gotowego diamentu i dekolt przypominający stonogę w kamieniu księżycowym.
Podczas obserwacji w świetle odbitym, powierzchnie łupliwe czasami wykazują perłowy połysk (rysunek 2-4-3), a kolory interferencyjne mogą być również widoczne między warstwami łupliwymi (rysunki 2-4-4, 2-4-5).
Rysunek 2-4-3 Mika z doskonałym rozszczepieniem wykazująca perłowy połysk
Rysunek 2-4 Kolory interferencyjne pomiędzy całkowicie rozciętymi warstwami gipsu
Rysunek 2-4-5 Kolory interferencyjne między warstwami gipsu z idealnym rozszczepieniem
1.3 Opis metod rozszczepiania
Opis rozszczepienia jest podzielony na trzy aspekty: kompletność płaszczyzny rozszczepienia, kierunek rozszczepienia i kąt rozszczepienia.
(1) Kompletność powierzchni rozszczepienia
W oparciu o obecność lub brak rozszczepienia oraz stopień gładkości (znany również jako stopień rozwoju), rozszczepienie można podzielić na cztery kategorie: całkowite rozszczepienie, całkowite rozszczepienie, umiarkowane rozszczepienie i niepełne rozszczepienie (Tabela 1).
Tabela 1: Poziomy rozszczepienia i charakterystyka obserwacji
| Poziom rozszczepienia | Poziom trudności | Charakterystyka obserwacji powierzchni rozszczepienia | Przykład |
|---|---|---|---|
| Idealny dekolt | Łatwe dzielenie na cienkie arkusze | Gładkie i płaskie cienkie arkusze | Mika, grafit itp. |
| Całkowite rozszczepienie | Łatwo rozszczepia się na płaszczyzny lub małe kawałki, z trudnymi do złamania powierzchniami. | Gładkie, płaskie i błyszczące powierzchnie, które mogą sprawiać wrażenie stopniowanych. | Diament, topaz, fluoryt, kalcyt itp. |
| Umiarkowane rozszczepienie | Może dzielić się na płaszczyzny, a złamania pojawiają się łatwiej | Stosunkowo płaska powierzchnia, niezbyt ciągła i nieco szorstka. | Chryzoberyl, kamień księżycowy itp. |
| Niekompletne rozszczepienie | Niełatwy do podzielenia na płaszczyzny, z wieloma pęknięciami | Nieciągła, nierówna, tłusta w dotyku | Apatyt, cyrkon, oliwin itp. |
Kryształy z idealnym rozszczepieniem nie nadają się do biżuterii ze względu na ich trwałość i słabą obrabialność. Na przykład mika (rysunek 2-4-6) i grafit.
Kryształy o innych stopniach rozszczepienia niż bardzo idealne rozszczepienie mogą być używane jako kamienie szlachetne, takie jak idealnie rozszczepione diamenty i fluoryt (rysunek 2-4-7). Topaz (rysunek 2-4-8) itp.
Słowo rozwój jest często używane podczas opisywania lub omawiania rozszczepienia i może być rozumiane jako predyspozycja, taka jak rozwój rozszczepienia, co oznacza, że rozszczepienie ma tendencję do występowania.
(2) Kierunek cięcia
Różne minerały mogą mieć jeden lub wiele kierunków łupliwości.
Zwykle występuje jeden kierunek (grafit, mika itp.), dwa kierunki (hornblenda itp.), trzy kierunki (kalcyt itp.), a dodatkowo cztery kierunki (np. fluoryt) i sześć kierunków (np. sfaleryt) rozszczepienia (rysunek 2-4-9).
Ponieważ rozszczepienie jest zjawiskiem kierunkowym, ważne jest, aby upewnić się, że płaszczyzna obrabianego kamienia szlachetnego nie jest równoległa do płaszczyzny rozszczepienia. Musi ona być przesunięta o co najmniej 5 stopni; w przeciwnym razie wystąpi zjawisko, w którym fasety nie będą mogły być gładko i jasno wypolerowane bez względu na wszystko.
(3) Rozszczepienie kąt przecięcia
W przypadku kryształów lub kamieni szlachetnych z dwoma lub więcej kierunkami cięcia, wiele kierunków cięcia znajduje się pod pewnymi kątami, a ta relacja kątowa nazywana jest kątem przecięcia (rysunki 2-4-10, 2-4-11).
Rysunek 2-4-10 Trójkierunkowe rozszczepienie gipsu (czerwone strzałki wskazują trzy różne kierunki stopniowego idealnego rozszczepienia)
Rysunek 2-4-11 Kąt przecięcia szczeliny gipsowej 120°
2. Rozszczepianie kryształów
2.1 Definicja rozszczepienia
Zjawisko, w którym kryształ pęka wzdłuż określonych kierunków krystalograficznych pod wpływem siły zewnętrznej, przypominające rozszczepienie, ale o gładszej powierzchni niż rozszczepienie.
Pęknięcie i rozszczepienie mają różne przyczyny; pęknięcia często występują na granicy bliźniaków, zwłaszcza w niektórych zagregowanych bliźniaczych kamieniach szlachetnych, a w gemmologii pojawiają się tylko w korundzie (rysunek 2-4-12).
2.2 Kluczowe punkty dotyczące obserwacji złamań
① Kryształy przed obróbką można obserwować pod kątem pęknięć za pomocą światła odbitego, ujawniając od jednego do trzech kierunków schodkowych powierzchni pęknięć na kamieniu szlachetnym, podobnych do rozszczepienia (rysunki 2-4-13, 2-4-14).
② Obrobione kamienie szlachetne można obserwować pod kątem pęknięć przy użyciu światła przechodzącego, ujawniając od jednego do trzech kierunków równoległych, gładszych powierzchni pęknięć wewnątrz kamienia szlachetnego (rysunek 2-4-15).
Rysunek 2-4-13 Rozszczepienie korundu (równoległe linie na płaszczyźnie odbijającej światło)
Rysunek 2-4-14 Rozszczepienie korundu w świetle odbitym (po lewej równoległe linie na płaszczyźnie odbicia, po prawej schodkowa powierzchnia pęknięcia)
3. Pękanie kryształów
3.1 Definicja złamania
Zjawisko, w którym minerały nie pękają w określonym kierunku po naprężeniu, co skutkuje pęknięciami o różnych nierównych i nieregularnych kształtach, nazywane jest pęknięciem (rysunek 2-4-16). Występowanie pęknięć nie ma związku z naturalnością kamieni szlachetnych; zjawisko to można zaobserwować w kamieniach naturalnych, syntetycznych i sztucznych. Występowanie pęknięć nie jest również związane z klasyfikacją kamieni szlachetnych; zjawisko to można zaobserwować w kryształach, agregatach, organicznych kamieniach szlachetnych i amorficznych ciałach stałych.
3.2 Kluczowe punkty dotyczące obserwacji złamań
Obserwacja powierzchni pęknięcia kryształu lub kamienia szlachetnego w określonym kierunku przy użyciu lampy odbijającej światło. Jeśli powierzchnia pęknięcia jest nierówna i wykazuje odblaskowe migotanie podczas ruchu, wówczas ta powierzchnia pęknięcia nazywana jest pęknięciem.
Pęknięcia mogą występować w surowych kamieniach krystalicznych i kamieniach szlachetnych o nienaruszonych kształtach po obróbce, zwłaszcza po upadku lub poddaniu siłom zewnętrznym (rysunek 2-4-17). Pęknięcia przypominające muszle często wykazują tłusty połysk.
3.3 Metody opisywania złamań
Złamania różnią się od gładkich i płaskich powierzchni rozszczepienia; są one zazwyczaj nierówne i zakrzywione. Często używamy analogii do opisania morfologii złamań, używając terminów powszechnie spotykanych w życiu codziennym, takich jak muszla i nieregularny.
Powszechnym kształtem pęknięć w kryształach są pęknięcia w kształcie muszli, które można łatwo zaobserwować w wielu kamieniach szlachetnych, w których rozszczepienie jest słabo rozwinięte. Na przykład w kwarcu, turmalinie i syntetycznym granacie itrowo-glinowym (rysunki 2-4-18, 2-4-19).
4. Twardość kryształów
4.1 Definicja twardości
Twardość, termin w fizyce, odnosi się do zdolności materiału do opierania się penetracji twardego obiektu w jego powierzchnię. Wskazuje na porównywalną miękkość lub twardość różnych materiałów w oparciu o ich lokalną odporność na ingerencję z zewnątrz. Ze względu na ustanowienie różnych metod testowania, istnieją różne standardy twardości. Mechaniczne znaczenie tych standardów twardości różni się i są one zwykle porównywane przy użyciu wyników eksperymentalnych; jednak twardość Vickersa i twardość Mohsa można przeliczyć za pomocą wzorów.
Istnieje wiele metod badania twardości, w tym metody wgłębiania, penetracji, szlifowania i odbicia, z których dwie pierwsze są szeroko stosowane.
Metoda wgłębienia wykorzystuje wgłębnik w kształcie stożka wykonany ze stopu lub diamentu, przykładając określone obciążenie (ciężar) do wypolerowanej powierzchni minerału. Zależność między obciążeniem a obszarem (lub głębokością) wgłębienia jest wykorzystywana do określenia twardości minerału. Twardość mierzona za pomocą wgłębnika w kształcie rombu nazywana jest twardością Knoopa. Twardość mierzona za pomocą wgłębnika w kształcie kwadratu nazywana jest twardością Vickersa (HV), znaną również jako twardość bezwzględna (rysunki 2-4-20, 2-4-21). W badaniach mineralogicznych i gemmologicznych zwykle testowana jest twardość Vickersa.
Rysunek 2-4-20 Przyrząd do badania mikrotwardości
Rysunek 2-4-21 Obliczanie twardości bezwzględnej na podstawie średnicy wgłębień powierzchniowych
Metoda drapania ocenia odporność minerału na działanie sił zewnętrznych, takich jak drapanie, prasowanie lub szlifowanie. Metoda ta jest konsekwentnie stosowana w mineralogii wraz ze skalą twardości Mohsa (Friedrich Mohs, 1822) (Rysunek 2-4-22). Skala twardości Mohsa to tabela rankingowa 10 powszechnie występujących w przyrodzie minerałów o wysokiej czystości, ułożonych zgodnie z ich odpornością na zarysowania. Zarejestrowane wyniki tego rankingu nazywane są twardością Mohsa (HM), znaną również jako twardość względna.
Twardość w tabeli parametrów identyfikacji kamieni szlachetnych odnosi się do twardości w skali Mohsa.
Twardość Vickersa i twardość Mohsa można przeliczyć za pomocą wzoru, a wyniki konwersji pokazują, że zależność między twardością Mohsa jest nieliniową zależnością wzrostu (rysunek 2-4-23).
4.2 Obserwacje dotyczące twardości w skali Mohsa
① Twardość zdecydowanej większości minerałów jest testowana w krystalografii poprzez scharakteryzowanie standardowych minerałów w skali twardości Mohsa względem testowanych minerałów. W identyfikacji kamieni szlachetnych surowo zabrania się ich wzajemnego zarysowywania (obecność zadrapań może wpływać na wartość klejnotu).
② W przypadku niektórych kamieni szlachetnych i ich imitacji, które zostały pocięte na fasetowane kształty, możemy odróżnić kamienie szlachetne od ich imitacji, obserwując ostrość krawędzi faset ze względu na ich różną twardość, na przykład rozróżnienie między diamentami a symulantami diamentów (rysunek 2-4-24 do rysunku 2-4-25) oraz rozróżnienie między rubinami a rubinami syntetycznymi (rysunek 2-4-26).
4.3 Metoda opisu twardości Mohsa
Jeśli minerał może zarysować apatyt (tj. jego twardość jest większa niż apatytu), ale może zostać zarysowany przez ortoklaz (tj. jego twardość jest mniejsza niż ortoklazu), wówczas twardość tego minerału wynosi od 5 do 6, co można zapisać jako 5-6. W praktyce zamiast testera twardości można zastosować prostsze metody; na przykład twardość paznokcia wynosi 2,5, a twardość noża wynosi 5,5, więc twardość minerału można z grubsza podzielić na mniejszą niż paznokieć ( 5,5). Można również użyć zwykłej stalowej igły (HM=5,5~6). Tabela popularnych kamieni szlachetnych i przedmiotów codziennego użytku o twardości w skali Mohsa została przedstawiona w tabeli 2.
Tabela 2: Popularne kamienie szlachetne i artykuły gospodarstwa domowego Tabela twardości Mohsa
| Twardość | Reprezentatywny obiekt | Typowe zastosowania |
|---|---|---|
| 1 | Talk, grafit | Talk jest standardowym minerałem w skali twardości Mohsa i jest znany jako najbardziej miękki minerał. Powszechne zastosowania obejmują talk w proszku, ale ze względu na bardzo niską twardość w skali Mohsa, nie może być używany jako kamień szlachetny. |
| 2 | Gips | Standardowy minerał w skali twardości Mohsa; ze względu na bardzo niską twardość Mohsa nie może być stosowany jako kamień szlachetny. Pojawia się na rynku jako kamień do pieczęci i przedmioty kolekcjonerskie |
| 2 ~ 3 | Kostka lodu | Jeden z powszechnych przedmiotów w codziennym życiu |
| 2.5 | Paznokcie, bursztyn, kość słoniowa | Bursztyn i kość słoniowa to popularne organiczne kamienie szlachetne |
| 2.5 ~ 3 | Złoto, srebro, aluminium | Złoto i srebro są powszechnie używane w jubilerstwie, natomiast aluminium często znajduje zastosowanie w przemyśle |
| 3 | Kalcyt, miedź, perły, miedziane igły. | Kalcyt jest standardowym minerałem w skali twardości Mohsa i może być używany jako materiał rzeźbiarski; jest także ważnym składnikiem dichroskopów używanych do identyfikacji kamieni szlachetnych. Miedź została po raz pierwszy użyta do dekoracji i jest powszechnie stosowana w produkcji stopów oraz jako medium transmisyjne w przemyśle elektronicznym. Perły są powszechnymi organicznymi kamieniami szlachetnymi. |
| 3.5 | Powłoki. | Powszechne organiczne kamienie szlachetne; mniejsze muszle mogą być bezpośrednio inkrustowane w celu dekoracji, podczas gdy większe muszle mogą być cięte i polerowane na koraliki i inne materiały dekoracyjne, takie jak tridacna gigas. |
| 4 | Fluoryt | Standardowy minerał w skali twardości Mohsa, znany również jako fluoryt, może być stosowany jako materiał rzeźbiarski i jest jednym z popularnych kamieni szlachetnych. Ze względu na stosunkowo niską twardość, często pojawia się w bardziej unikalnej, ręcznie robionej biżuterii. |
| 4 ~ 4.5 | Platyna | Metale rzadkie, a także najtwardsze wśród metali szlachetnych. Platyna jest często wykorzystywana w przemyśle wojskowym lub jubilerstwie |
| 4 ~ 5 | Żelazo | Powszechnie stosowany w produkcji stali i innych zastosowaniach przemysłowych. |
| 5 | Apatyt | Standardowe minerały w skali twardości Mohsa, jeden z popularnych kamieni szlachetnych |
| 5 ~ 6 | Stal nierdzewna, mały nóż, stalowa igła, szkiełko podstawowe | Jedno z narzędzi powszechnie stosowanych w geologii do charakteryzowania minerałów i skał oraz do wstępnej oceny twardości minerałów i skał w skali Mohsa. |
| 6 | Ortoklaz, tanzanit, czysty tytan | Skaleń jest standardowym minerałem w skali twardości Mohsa, a tanzanit jest jednym z popularnych kamieni szlachetnych. |
| 6 ~ 7 | Zęby (zewnętrzna warstwa korony), elementy porcelanowe. | Głównym składnikiem jest hydroksyapatyt. |
| 6 ~ 6.5 | Nefryt | Jeden z popularnych rodzajów jadeitu. |
| 6.5 | Piryt | Kryształ ma dużą wartość ozdobną i rzadko jest cięty i szlifowany na kamienie szlachetne. |
| 6.5 ~ 7 | Jadeit | Jeden z popularnych rodzajów jadeitu. |
| 7 | Kwarc, ametyst | Standardowy minerał w skali twardości Mohsa, jeden z popularnych kamieni szlachetnych |
| 7.5 | Turmalin, cyrkonia | Jeden z popularnych kamieni szlachetnych |
| 7 ~ 8 | Granat | Jeden z popularnych kamieni szlachetnych |
| 8 | Topaz | Standardowe minerały w skali twardości Mohsa, jeden z popularnych kamieni szlachetnych |
| 8.5 | Heliodor | Jeden z popularnych kamieni szlachetnych |
| 9 | Korund | Standardowe minerały w skali twardości Mohsa, jeden z popularnych kamieni szlachetnych |
| 9.25 | Syntetyczny węglik krzemu | Jeden z popularnych symulatorów diamentów |
| 10 | Diament | Standardowe minerały w skali twardości Mohsa, jeden z popularnych kamieni szlachetnych |
| Więcej niż 10 | Polimerowe nanopręty diamentowe | Niemieccy naukowcy opracowali w 2005 roku materiał twardszy od diamentu, który ma szerokie perspektywy zastosowania w przemyśle |
5. Względna gęstość kryształów
5.1 Definicja gęstości względnej
Gęstość jest jedną z ważnych właściwości kamieni szlachetnych, ponieważ odzwierciedla ich skład chemiczny i strukturę krystaliczną. Gęstość kamienia szlachetnego odnosi się do masy kamienia na jednostkę objętości, zwykle mierzonej w g/cm³.
Gęstość względna i gęstość kamieni szlachetnych są liczbowo takie same, ale ta pierwsza jest łatwiejsza do zmierzenia. Gęstość względna kamienia szlachetnego odnosi się do stosunku jego masy w powietrzu do masy takiej samej objętości wody w temperaturze 4 ℃, gdzie w temperaturze 4 ℃ masa 1 cm³ wody wynosi prawie dokładnie 1 g.
Gęstość względna kamienia szlachetnego zależy od jego składu chemicznego. Gęstość względna tego samego rodzaju kamienia szlachetnego może się różnić ze względu na zmiany w składzie chemicznym, podstawienia izomorficzne, wtrącenia mechaniczne, obecność wtrąceń oraz adsorpcję powietrza w zagłębieniach i pęknięciach. Na przykład średnia gęstość względna diamentów wynosi 3,52 g/cm³, ale gęstość względna diamentów australijskich wynosi 3,54; niektóre żółte diamenty z Afryki mają gęstość względną 3,52, a niektóre brązowe diamenty z Brazylii mają gęstość względną 3,60.
5.2 Metody badania gęstości względnej
Metoda ważenia hydrostatycznego i metoda ciężkiej cieczy są powszechnie stosowanymi metodami określania gęstości względnej kamieni szlachetnych. Pierwsza metoda pozwala dokładniej zmierzyć gęstość względną kamieni szlachetnych, podczas gdy druga pozwala szybko rozróżnić dwa podobne kamienie szlachetne o różnych gęstościach względnych.
Gęstość względna kamieni szlachetnych wynosi zazwyczaj od 1 do 7. Te poniżej 2,5 (takie jak bursztyn) są uważane za niską gęstość względną, te między 2,5 a 4 (takie jak kwarc) mają średnią gęstość względną, a te powyżej czterech są uważane za wysoką gęstość względną. Większość kamieni szlachetnych ma gęstość względną między 2,5 a 4.
(1) Hydrostatyczna metoda ważenia
Zgodnie z zasadą Archimedesa, gdy obiekt jest zanurzony w cieczy, siła wyporu wywierana przez ciecz na obiekt jest równa ciężarowi cieczy wypartej przez obiekt. Mierząc ciężar klejnotu w powietrzu w oparciu o ciężar cieczy wypartej przez obiekt, możemy obliczyć gęstość względną klejnotu (w skrócie SG, znaną również jako ciężar właściwy). (Rysunek 2-4-27 do Rysunek 2-4-29).
Rysunek 2-4-27 Przystawka do ważenia czystej wody
Rysunek 2-4-28 Stan akcesoriów wagowych do oczyszczania wody na wadze po połączeniu (wspornik zawieszenia siatki jest umieszczony na tarczy ważącej wagi, wspornik zlewki znajduje się na obu końcach tarczy ważącej wagi, inne kombinacje mocowań znajdują się na poniższym rysunku)
Metoda obliczeniowa polega na podzieleniu masy klejnotu w powietrzu przez różnicę między masą klejnotu w powietrzu i w wodzie. Obliczona wartość jest zwykle zachowywana do dwóch miejsc po przecinku, czyli gęstość względna = masa klejnotu w powietrzu ÷ (masa klejnotu w powietrzu - masa klejnotu w wodzie) x gęstość wody = masa klejnotu w powietrzu ÷ masa wody o tej samej objętości co klejnot x gęstość wody.
Korzystając z powyższego wzoru, załóżmy, że klejnot waży 5,80 g w powietrzu i 3,50 g w wodzie, przy gęstości wody wynoszącej 1 g/cm³; proces obliczeniowy wygląda następująco:
SG = 5,80 ÷ (5,80 - 3,50) x 1 g/cm³
=5,80 4÷2,30 x 1 g/cm³
=2,50 g/cm³
Obliczamy zatem, że gęstość względna tego klejnotu wynosi 2,50 g/cm³.
Należy zauważyć, że o ile nie określono inaczej, gęstość wody jest zwykle przyjmowana na poziomie 4 ℃ w g/cm³.
(2) Metoda cieczy ciężkich
Zespół akcesoriów do ważenia czystej wody jest umieszczony na wadze (wspornik do zawieszania worka siatkowego jest umieszczony na szalce wagi, a wspornik zlewki znajduje się na obu końcach szalki wagi; pozostałe zespoły akcesoriów odnoszą się do poniższego schematu).
Metoda ciężkiej cieczy jest prostym i skutecznym sposobem pośredniego określenia gęstości względnej kamienia szlachetnego poprzez umieszczenie próbki w znanej ciężkiej cieczy (patrz Tabela 3) i obserwowanie, czy kamień tonie, czy unosi się na powierzchni. Ciężkie ciecze są jednym z organicznych lotnych, lekko toksycznych roztworów i są rzadziej stosowane w nowoczesnych testach kamieni szlachetnych.
Tabela 3: Cztery powszechnie występujące ciężkie ciecze i minerały wskaźnikowe
| Typowe ciecze ciężkie | Gęstość popularnych cieczy ciężkich | Zawieszone minerały wskaźnikowe w popularnych cieczach ciężkich |
|---|---|---|
| Rozcieńczony tribromometan CHBr₃ | 2.65 | Czysty kryształ bez pęknięć |
| Trichlorometan CHBr₃ | 2.89 | Czysty zielony beryl bez pęknięć |
| Rozcieńczony dijodometan CH₂I₂ | 3.05 | Czysty różowy turmalin bez pęknięć (gęstość turmalinu różni się nieznacznie w zależności od koloru, a względna gęstość różowego turmalinu jest stosunkowo stabilna). |
| Dijodometan CH₂I₂ | 3.32 | Czysty jadeit bez pęknięć |
6. Wytrzymałość kryształów
Twardość kryształu obejmuje zarówno elastyczność, jak i kruchość. Zjawisko, w którym kamienie szlachetne mają słabą odporność na pękanie (zużycie, rozciąganie, prasowanie, cięcie) nazywane jest kruchością.
Kruchość nie ma nic wspólnego z właściwościami optycznymi kamienia szlachetnego i innymi właściwościami mechanicznymi, takimi jak rozszczepienie, pęknięcie, twardość, gęstość itp. Kruchość kryształu jest związana ze sposobem połączenia elementów kryształu, czego nie możemy zaobserwować gołym okiem. Można ją wyczuć i zobaczyć tylko podczas obróbki i noszenia kamieni szlachetnych (rysunek 2-4-30). Często we wczesnej sprzedaży gotowych kawałków fasetowanego kamienia stwierdza się, że krawędź fasetowanego kamienia jest uszkodzona z powodu luźnego papieru do pakowania, a uszkodzenia są zmniejszone po zastosowaniu oddzielnego opakowania z miękkiego papieru bawełnianego. Uszkodzenie fasetowanej krawędzi z powodu kruchości jest również powszechne w przypadku klejnotów zbieranych i obserwowanych przez długi czas (Rysunek 2-4-31).
Powszechna kruchość kryształów kamieni szlachetnych od silnej do słabej jest następująca: fluoryt, chryzoberyl, kamień księżycowy, topaz, szmaragd, oliwin, akwamaryn, kwarc, diament, szafir, rubin.
Rysunek 2-4-30 Kruchość diamentów (uszkodzenie krawędzi)
Rysunek 2-4-31 Syntetyczny rutyl (uszkodzenie spowodowane długotrwałą obserwacją)
Sekcja IV Inne właściwości fizyczne kryształów
1. Właściwości elektryczne kryształów
(1) Przewodność
Zdolność minerałów kamieni szlachetnych do przewodzenia elektryczności nazywana jest przewodnictwem. Większość kamieni szlachetnych nie przewodzi prądu, ale kamienie takie jak hematyt, syntetyczny rutyl i naturalne niebieskie diamenty (typ IIb) mogą przewodzić prąd. Właściwości półprzewodnikowe naturalnych niebieskich diamentów są szczególnie ważne, ponieważ są one jedną z cech wyróżniających sztucznie barwione diamenty, podczas gdy sztucznie barwione niebieskie diamenty nie przewodzą prądu.
(2) Efekt termoelektryczny
Kiedy kwarc i turmalin są wielokrotnie podgrzewane i chłodzone, rozszerzają się lub kurczą, generując napięcie lub ładunek na obu końcach kryształu. Zjawisko to nazywane jest efektem termoelektrycznym. Dlatego też turmalin pochłania kurz, gdy jest ogrzewany światłem słonecznym lub sztucznym.
(3) Efekt piezoelektryczny
Zjawisko, w którym równe ilości przeciwnych ładunków pojawiają się na obu końcach materiałów krystalicznych, takich jak kwarc, po ściśnięciu lub rozciągnięciu w określonym kierunku.
2. Właściwości termiczne kryształów - przewodnictwo cieplne
Zdolność materiału do przewodzenia ciepła nazywana jest przewodnością cieplną, a różne kamienie szlachetne mają różną przewodność cieplną. Porównanie przewodności cieplnej pozwala skutecznie rozróżnić kamienie szlachetne. Chociaż właściwości termiczne pomagają w identyfikacji wielu kamieni szlachetnych, najważniejszym i najbardziej oczywistym jest diament, który ma przewodność cieplną znacznie większą niż drugi co do wielkości korund. Jest to również jedna z zasad projektowania przyrządów do badania przewodności cieplnej kamieni szlachetnych.
3. Radioaktywność kryształów
Pierwiastki promieniotwórcze, takie jak U, Th, Ra itp., mogą spontanicznie emitować cząstki lub promienie z jądra, uwalniając energię. Zjawisko to nazywane jest radioaktywnością, a proces ten nazywany jest rozpadem promieniotwórczym. Jeśli naukowcy znają tempo rozpadu radioaktywnego i mają instrumenty zdolne do pomiaru obecności różnych izotopów, mogą bardzo dokładnie obliczyć wiek obiektu. Na przykład, badanie zawartości izotopów promieniotwórczych rzadkich metali osmu (Os) i renu (Re) w diamentach może określić wiek diamentów liczony w miliardach lat.
Radioaktywność w naturalnych minerałach kamieni szlachetnych, takich jak diamenty, zawiera pierwiastki promieniotwórcze. Wpływ radioaktywności na właściwości kamieni szlachetnych przejawia się w dwóch aspektach: powoduje naturalne zabarwienie kamieni szlachetnych i poprawia ich kolor. Należy zauważyć, że nadmierna radioaktywność może zaszkodzić ludzkiemu ciału.
4. Właściwości powierzchni kamieni szlachetnych
Właściwości powierzchniowe minerałów z kamieni szlachetnych są związane ze strukturą krystaliczną powierzchni minerałów z kamieni szlachetnych. Struktura powierzchni minerałów kamieni szlachetnych różni się w zależności od konkretnego rodzaju kamienia szlachetnego, a właściwości powierzchni określone przez strukturę powierzchni będą się nieuchronnie różnić.
Właściwości powierzchniowe minerałów szlachetnych przejawiają się głównie w ich wpływie adsorpcyjnym na substancje zewnętrzne, takie jak hydrofobowość i lipofilowość. Hydrofobowość to termin w chemii, który odnosi się do właściwości fizycznych cząsteczki (substancji hydrofobowej), która odpycha wodę. Hydrofobowość jest często nazywana lipofilowością, ale te dwa terminy nie są całkowicie synonimiczne. Jednocześnie większość substancji hydrofobowych jest zwykle lipofilowa; istnieją wyjątki, takie jak guma silikonowa i związki fluorowane.
Właściwością związaną z gemmologią jest diament, a identyfikacja diamentów i ich imitacji oraz proces selekcji diamentów często wykorzystują tę właściwość.