Цвет ювелирных камней

Известно, что видимый свет состоит из семи чистых цветов, отличающихся длинами волн от 380 до 740 нм. Причина многообразной окраски - неодинаковая степень отражения и поглощения различных волн спектра света. Камень, пропускающий весь спектр видимого диапазона, кажется бесцветным, поглощающий весь спектр, - черным. Если камень отражает только красную часть, а остальной спектр поглощает, то он - красный и т. д.

Цвет драгоценных камней зависит от освещения, поскольку спектры солнечного и искусственного освещения имеют некоторые различия. Резче всего перемена цвета при различном освещении выражена у камней-хамелеонов, например, александрита.

Прозрачность

Под прозрачностью понимают способность твердого тела пропускать сквозь себя лучи света в той или иной степени. Прозрачность зависит от степени совершенства структуры кристаллов, наличия или отсутствия трещин, твердых и газово-жидких включений, больших, чем длина волны падающего света, которые искажают ход лучей через камень. Если включения крупные, камень становится непрозрачным.

Прозрачность определяется визуально при их просмотре на просвет или экспериментально. Количественно степень - прозрачности, т. е. величину коэффициента прозрачности и коэффициента поглощения, можно установить при помощи спектрофотометров.

По степени прозрачности ювелирные камни подразделяются на:

- прозрачные - все бесцветные и слабоокрашенные, сквозь пластинки (толщиной 3-5 мм) которых ясно виден предмет;

- полупрозрачные, сквозь пластинки которых предметы видны неясно;

- просвечивающие в тонких слоях;

- непрозрачные.

Блеск

Блеск характеризует отражательную способность поверхности минерала и зависит от показателя преломления и характера поверхности камня.

Для описания блеска используют следующие термины:

- алмазный - при сильном отражении света от поверхности (алмаз, циркон, демантоид);

- стеклянный - стеклоподобный блеск (типичен для большинства прозрачных самоцветов, например, корундов, бериллов, топазов, турмалинов);

- восковой - при практически матовой поверхности (бирюза, жадеит, коралл, яшмы);

- жирный - поверхность талька и нефрита;

- металлический - сильный блеск поверхности непрозрачных минералов (пирит, гематит);

- перламутровый - блеск жемчужных раковин;

- смолистый - блеск янтаря;

- шелковистый - блеск от волокнистой поверхности (селенит, некоторые разновидности кальцита).

Твердость

Твердость - это сопротивление материалов местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела (индентора). Чаще всего для минералов она измеряется по относительной шкале твердости Мооса. В качестве стандартов твердости в этой шкале используется 10 минералов, которые имеют собственную твердость, оцениваемую в баллах (табл.).

Таблица Шкала твердости Мооса

На любом самоцвете может остаться царапина, нанесенная минералом, твердость которого по шкале Мооса больше.

Плотность

Плотность вещества определяется его массой в единице объема и связана с плотностью упаковки атомов или молекул вещества.

Значения твердости и плотности различных минералов представлены в табл.

Таблица Плотность и твердость ювелирных камней

Преломление

Преломление — это изменение направления световых лучей при их прохождении (под углом, отличным от 90°) через границу раздела двух сред (например, воздуха и минерала) с различными оптическими характеристиками. Чем больше разница в оптических плотностях сред, тем сильнее преломляются лучи.

Палка, наполовину опущенная в воду под углом, отличным от 90°, «переламывается» у поверхности воды, т. е. ее нижняя часть получает иное направление. Степень преломления у кристаллов является величиной постоянной, поэтому служит одним из показателей идентификации драгоценных камней. Скорость света в воздухе - 300 ООО км/час. Скорость света в алмазе -124 120 км/час. Показатель преломления алмаза (300 000/ 124 120) = 2,417. Показатели преломления ювелирных камней колеблются от 1,4 до 3,2.

Показатель преломления определяется на рефрактометре. Принцип действия прибора основан на явлении полного внутреннего отражения света при его прохождении из более плотной в менее плотную среду. Зная показатель преломления призмы-столика, на котором располагают исследуемый образец, и, измерив критический угол, при котором начинается полное внутреннее отражение, определяют показатель преломления образца. Обычно рефрактометры имеют прозрачную измерительную шкалу, видимую в окуляр прибора, которая градуирована в величинах показателя преломления. Одна часть шкалы, на которую падают отраженные лучи, выглядит освещенной, остальная затемнена. По положению края тени на шкале считывают показатель преломления.

Однопреломляющие кристаллы называют изотропными. К ним относят алмаз, шпинель, гранаты.

Двупреломление

Двупреломление света - это разложение светового луча, входящего в кристалл, на два преломленных луча с различными показателями преломления. Разница этих показателей характеризует двупреломление - один из показателей диагностики кристаллов.

Наиболее ярко двойное преломление выражено у кальцита, циркона, турмалина, перидота. Если упомянутые выше минералы прозрачны - двупреломление - удвоение граней можно наблюдать невооруженным глазом - при просмотре ребер нижних граней ограненного кристалла через таблицу.

Дисперсия

Цветные составляющие белого луча света (красный, оранжевый и другие) имеют разные длины волн и по-разному преломляются в минералах, так как обладают различными показателями преломления. Мерой дисперсии служит разница между показателями преломления для двух выделенных длин волн, одна из которых соответствует красному (687 нм), а другая - фиолетовому (430,8 нм) цвету.

В практике чаще всего определяют не абсолютное значение дисперсии показателей преломления, а так называемый дисперсионный эффект, т. е. цветовую игру ограненных камней, которая устанавливается визуально.

Сильно выраженная дисперсия характерна для ограниченного числа драгоценных камней (алмаз, демантоид, циркон). Например, алмаз, обладающий сильной дисперсией, создает игру света - «бриллиантовый огонь». Минералы, обладающие так же, как алмаз, высокими показателями дисперсии (циркон) используются как заменители алмаза, так как визуально далеко не каждый может отличить «бриллиантовый огонь» циркона от «бриллиантового огня» алмаза.

Плеохроизм

При прохождении света в двупреломляющих минералах возможно избирательное его поглощение, т. е. наблюдается различие в окраске минерала. Свойство некоторых самоцветов к различному поглощению каждого из двух преломленных лучей называют плеохроизмом. В одноосных кристаллах можно наблюдать два цвета - и тогда говорят о дихроизме, а в двуосных три цвета - трихроизм. Инструментом для наблюдения плеохроизма является дихроскоп.

Так как плеохроизм встречается только в цветных двупреломляющих кристаллах, этот признак позволяет отличить анизотропные кристаллы от изотропных (рубин от пиропа и альмандина). Иногда плеохроизм создает дополнительную привлекательность путем вывода двух- и трехцветия на площадку (таблицу) ограненного кристалла.

Люминесценция

Люминесценция - это способность некоторых минералов испускать свет в результате воздействия тех или иных видов энергии.

После приобретения веществом избытка энергии посредством облучения оно может испускать так называемое «холодное» излучение, которое часто бывает характерной особенностью конкретного вещества. Из многих типов люминесценции наиболее используемой в геммологии является фотолюминесценция, которая возникает при приобретении веществом энергии в виде электромагнитного излучения (например, видимого света, ультрафиолетовых лучей, рентгеновских лучей). Некоторые самоцветы обладают люминесценцией при их облучении коротковолновым или длинноволновым светом.

При облучении ультрафиолетовыми лучами возникает так называемая флюоресценция (название связано с минералом флюоритом, у которого был впервые обнаружен эффект свечения в ультрафиолетовых лучах). Флюоресценция позволяет отличить натуральные камни от синтетических, которые реагируют на лучи ультрафиолета по-другому.

Люминесценция от воздействия рентгеновских лучей позволяет отличить природный жемчуг (не люминесцирует) от жемчужин, выращенных в пресной воде, которые сильно светятся.

Используя эффект люминесценции можно определить место добычи минерала. Один и тот же минерал, добытый в одном месторождении - люминесцирует, добытый в другом - нет.