ИСКУССТВЕННЫЕ ЮВЕЛИРНЫЕ КАМНИ

ОБРАБОТКА ЮВЕЛИРНЫХ КАМНЕЙ

ДРАГОЦЕННЫЕ КАМНИ,природные минералы и их искусственные аналоги, используемые для изготовления украшений и художественных изделий. Эти камни характеризуются красивой окраской, высокой твердостью и долговечностью, ярким блеском и игрой. Фактическая цена камня определяется его индивидуальными особенностями, массой, стоимостью огранки, а также меняющейся конъюнктурой рынка, которая зависит от моды, рекламы и ряда других факторов. После огранки, полировки и закрепления в оправе драгоценный камень становится главной частью ювелирного изделия.

Драгоценные (ювелирные) камни изучает наука геммология. Наряду с ювелирными существуют т.н. ювелирно-поделочные и поделочные камни, из которых помимо ювелирных украшений изготавливают и более крупные камнерезные изделия. В число этих камней помимо минералов входят и некоторые горные породы (например, яшма, родонит, лазурит и др.). С доисторических времен человека привлекали необычные камни, во многих древних культурах им приписывали сверхъестественные свойства, использовали как амулеты, охраняющие от злых духов и способствующие исцелению, или как талисманы, приносящие удачу, успех в делах, победу в войне. Например, в Древнем Египте вырезанный из лазурита или сердолика жук скарабей считался символом бессмертия души. На драгоценных камнях гравировались молитвы, заклинания, они играли важную роль в религиозных ритуалах. Печати, вырезанные на камне, в древности заменяли личную подпись. Искусно гравированные на драгоценных камнях сцены из жизни и быта народов Древней Греции и Рима позволяют узнать интересные детали, касающиеся истории и культуры античного Средиземноморья. Ранняя форма искусства резьбы по драгоценному камню (глиптика) представлена инталией (резной камень с углубленным изображением). Около 300 до н.э. появились камеи – резные камни с выпуклым, рельефным изображением. Материалом для камей обыкновенно служили многослойный оникс или агат, иногда раковины. Некоторые драгоценные камни стоили столь дорого, что являлись признанным средством обмена, ценными дипломатическими подарками, скреплявшими мир, или служили причиной раздоров и войн (особенно если речь шла об обладании копями, где добывались камни). Нередко могущество правящих династий зиждилось на их сокровищах. Финикийцы отправлялись на кораблях в страны Балтии в поисках янтаря. Рубин, альмандин, аметист, берилл стали известны в Европе после походов Александра Македонского в страны Азии. Индейцы доколумбовой Америки добывали изумруды, в изобилии появившиеся в Испании, Португалии, Германии вслед за колонизацией Колумбии, Перу, Мексики.

Природа драгоценных камней.Большинство драгоценных камней представляют собой минералы, т.е. однородные природные химические соединения, имеющие определенный состав и кристаллическую структуру, от которой зависят форма кристаллов и их свойства. Среди почти 4000 минеральных видов к драгоценным камням относится только около 100. В качестве ювелирно-поделочных камней используются природные вулканические стекла (например, обсидиан), относящиеся к горным породам. Четыре ювелирных камня – жемчуг, коралл, янтарь и гагат – имеют органическое происхождение, они образованы живыми организмами – растениями или животными. Наконец, ювелирные камни могут быть искусственными, созданными человеком. Деление ювелирных камней на драгоценные и полудрагоценные ныне устарело и вышло из употребления.

В соответствии с кристаллической структурой и химическим составом ювелирные камни группируются в несколько семейств. Такое свойство минералов, как окраска, часто зависит от примесей элементов-хромофоров (Cr, Fe, Ti, V, Mn и др.), поэтому даже незначительное изменение химического состава приводит к появлению разных окрасок у минералов одного и того же вида. Например, к разновидностям корунда относят и рубин и сапфир, которые идентичны по всем свойствам, кроме цвета, – рубин густо-красный, а классический сапфир васильково-синий. Ныне к сапфирам помимо синих относят прозрачные корунды любого цвета, кроме красного, т.е. зеленые, желтые, фиолетовые, оранжевые, розовые. Весьма обширна группа кварца, включающая прозрачные кристаллические разновидности (горный хрусталь, аметист, цитрин, розовый и дымчатый кварц) и тонкокристаллические (халцедон, сердолик, хризопраз, агат и оникс), а также такие необычайные разновидности кварца с включениями посторонних минералов, как авантюрин, тигровый глаз, волосатик и др.

Ювелирные камни классифицируются по химическому составу, от которого в сочетании с кристаллической структурой зависят их свойства. Ювелирные камни диагностируются по цвету, форме кристаллов, плотности, твердости, оптическим и другим физическом свойствам и по химическому составу. Для облегчения диагностики и сокращения времени используют справочники, содержащие перечни ювелирных камней с характеристикой их свойств и наглядные таблицы. Одни свойства, например цвет, устанавливаются легко, для определения других – требуются специальные физические приборы, при помощи которых измеряются оптические характеристики камней. Свойства некоторых ювелирных камней наиболее ярко проявляются лишь после их огранки. Многим традиционным ювелирным камням присущи великолепные природные кристаллы, т.н. «цветы мира минералов». В реальной практике в наши дни к ювелирным относят прозрачные хорошо образованные кристаллы очень многих минералов, ранее не относившихся к этим «аристократам» мира камней. См. также КРИСТАЛЛЫ И КРИСТАЛЛОГРАФИЯ; МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ.

За небольшим исключением все ювелирные камни – кристаллические вещества, в которых атомы образуют регулярную кристаллическую решетку. Кристаллы минералов часто настолько индивидуальны и четко выражены, что их можно быстро определить, имея элементарные знания в области кристаллографии. У некристаллических, или аморфных, ювелирных камней, таких, например, как янтарь или гагат, атомы слагающих их элементов располагаются беспорядочно.

Каждый из кристаллических минералов, в том числе и драгоценных камней, относится к одной из семи кристаллографических систем (сингоний). К кубической сингонии относятся кристаллы алмаза, шпинели, граната и лазурита, отличающиеся высокой симметрией. Важнейший представитель тетрагональной сингонии – ювелирный циркон. В гексагональной сингонии кристаллизуются бериллы (изумруд, аквамарин, гелиодор), в тригональной – корунды (рубин и сапфир), турмалин, ювелирные разновидности кварца (горный хрусталь, аметист, цитрин и др.), в ромбической – топаз, хризоберилл (александрит и цимофан) и хризолит, в моноклинной – кунцит, ставролит, бразилианит, лабрадорит и родонит, в триклинной – дистен. Ювелирные камни любой сингонии могут образовывать двойники срастания и прорастания.

Химический состав.Большинство ювелирных камней представлены минералами, которые классифицируются главным образом в соответствии с входящими в их состав химическими элементами или их соединениями, например, алмаз состоит из одного элемента – углерода, а турмалин представлен сложным соединением многих элементов. Главный химический элемент драгоценных камней – кислород, на следующем месте по распространенности стоят кремний, алюминий и кальций. Самую многочисленную группу образуют силикаты, включающие топаз, циркон, гранат, берилл, полевые шпаты, турмалин, жад, оливин (хризолит) и многие другие минералы. Некоторые ювелирные камни, такие, как корунд и кварц, являются простыми оксидами; шпинель и хризоберилл – сложные оксиды. Пирит относится к сульфидам, бирюза – к фосфатам, флюорит – к галогенидам, смитсонит, кальцит и арагонит – к карбонатам. Жемчуг и коралл сложены также в основном карбонатами; гагат и янтарь состоят из углеводородов или смол.

Цвет многих драгоценных камней обусловлен химическими примесями – незначительными количествами некоторых металлов-хромофоров, которые не находят отражения в химических формулах, но тем не менее определяют ценность и красоту драгоценных камней в бóльшей мере, чем другие факторы. Элементы-примеси, окрашивающие минералы, лучше всего определяются оптическими методами.

Большинство подлинных драгоценных камней весьма устойчивы к химическому воздействию, и поэтому их красота долговечна и надежна. Такие драгоценные камни, как жемчуг, гранат и бирюза, требуют специального ухода, так как масла и жиры, некоторые кислоты и едкие щелочи оказывают на них вредное воздействие.

Химические методы для проверки ограненных драгоценных камней применяются редко, они используются только для диагностики необработанных камней и их обломков. Капля соляной кислоты, от которой вскипает и шипит природный карбонат, позволяет распознать обычный кальцит, проданный под торговым названием «мексиканский оникс». Бирюза может быть идентифицирована смачиванием соляной кислотой нижней поверхности камня: если кислота оставляет тусклое пятно, которое становится ярко-синим при добавлении нашатырного спирта, то испытуемый образец представляет собой настоящую бирюзу, а не ее имитацию.

Содержание химических элементов в драгоценных камнях одной и той же группы может варьировать, вследствие чего между ними часто существуют постепенные переходы без изменения кристаллической структуры. Например, отдельные минеральные виды группы граната связаны взаимными переходами. Различие в содержании и природе агента, отвечающего за окраску, обусловливает отнесение драгоценного камня к той или иной его разновидности. Например, рубин может постепенно переходить в розовый сапфир. Некоторые драгоценные камни, такие, как благородные корунды и шпинель, ювелирный топаз и хризолит, связаны переходами с их недрагоценными разновидностями. При полном замещении первоначального природного вещества новообразованным возникает псевдоморфоза и происходит полное изменение состава при сохранении первоначальной внешней формы. Ярким примером псевдоморфозы служит окаменелое дерево, в котором халцедон (разновидность кварца) или опал замещают древесину с сохранением ее волокнистого строения и даже годичных колец.

Физические свойстваобусловлены кристаллической структурой и химическим составом драгоценных камней. Наиболее важное значение имеют оптические свойства драгоценных камней.

Ощущение. При прикосновении некоторые минералы создают определенное «ощущение». Например, очень мягкий агрегат талька – стеатит (мыльный камень) кажется на ощупь мыльным, поверхность полированного топаза – скользкой.

Плотность. Различия в плотности драгоценных камней обусловлены разными атомными массами слагающих их элементов, величиной частиц (атомов, ионов) и различной плотностью их упаковки. Например, циркон тяжелее равновеликого алмаза, т.е. имеет бóльшую плотность. Один из самых тяжелых ювелирных минералов – оксид олова касситерит (7,0–6,8), а самый легкий – янтарь (1,05–1,09). Плотность минералов определяется их взвешиванием сначала в воздухе, а затем в воде; масса в воздухе, деленная на потерю массы в воде, представляет собой плотность.

Удобнее плотность минералов определять при помощи тяжелых жидкостей различной плотности, в которых драгоценный камень плавает на поверхности, если он легче жидкости, остается во взвешенном состоянии, если у него такая же плотность, или погружается, если тяжелее ее. Несколько таких жидкостей можно поместить в одну диффузную колонку, в которой самая тяжелая жидкость образует придонный слой. Драгоценные камни задерживаются в сосуде на разных уровнях соответственно своей плотности. Для сравнения используются эталонные минералы с известной плотностью.

Стандартной единицей массы на рынке драгоценных камней служит метрический карат. Первоначально он соответствовал стандартной массе семени рожкового дерева (200 мг), распространенного в Средиземноморье. Карат подразделяется на 100 долей. Масса более ценных ювелирных камней при коммерческих операциях определяется в каратах, менее ценных – в граммах, пеннивейтах (1 пеннивейт = 24 грана = 1,5552 г) и унциях (28,3 г). Некоторые ограненные камни оцениваются по величине, измеряемой в миллиметрах. Жемчужина массой в четверть карата служит единицей измерения для оценки товарного жемчуга.

Твердость определяется по сопротивлению минерала царапанию. Чем тверже драгоценный камень, тем выше качество его полировки и тем он красивее и долговечнее. У твердых камней электронные связи между атомами более прочные. Твердость – весьма постоянный и надежный показатель, широко используемый для диагностики минералов (но он не всегда применим к драгоценным камням, так как их грани могут быть повреждены при царапании).

Обычно твердость драгоценных камней и прочих минералов оценивают по шкале Мооса (см. МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ). Твердость алмаза, самого твердого из всех веществ, оценивается в 10 баллов. Каждый минерал этой шкалы царапает предыдущий минерал и в свою очередь царапается следующим. Кварц с твердостью 7 по шкале Мооса служит границей между твердыми и мягкими ювелирными камнями. Поскольку песок и частицы взвешенной в воздухе пыли состоят преимущественно из кварца, то поверхность найденных камней с меньшей твердостью, так же, как и старинных обработанных камней с твердостью меньшей, чем у него, обычно бывает исцарапана и затерта. Соответственно мягкие камни лучше подходят для изготовления ожерелий и брошей, чем для изготовления перстней и браслетов. Блеск потускневших со временем драгоценных камней можно восстановить повторной полировкой.

Прочность. В отличие от твердости, вязкость минерала определяется сопротивлением раскалыванию. Сочетание твердости и вязкости обусловливает его прочность, которая зависит от сил сцепления, т.е. взаимного электрического притяжения ионов в кристаллической структуре драгоценного камня. Некоторые относительно твердые камни (например, циркон) царапаются с трудом, но очень хрупки и легко растрескиваются или крошатся. Другие, такие, как жад, который не тверже кварца, весьма прочны, и их очень трудно расколоть или разрезать из-за высокой вязкости. Долговечность камня определяется его прочностью и устойчивостью к химическому воздействию.

Спайность. Способность минерала расщепляться или раскалываться вдоль одного или нескольких направлений, соответствующих наиболее слабым межатомным связям в структуре, называется спайностью. Плоскости спайности обычно параллельны возможным граням кристалла и часто распознаются по ступенчатым сколам на поверхности или по параллельным трещинам внутри кристалла. Выявление этого свойства облегчает диагностику, и его необходимо учитывать при огранке драгоценного камня.

Существует несколько степеней совершенства спайности соответственно характеру ее проявления в кристалле. Например, алмаз и флюорит имеют совершенную спайность по октаэдру. Это означает, что раскалывание происходит параллельно граням октаэдра с образованием спайных выколков октаэдрической формы, ограниченных гладкими ровными плоскостями. Совершенная спайность облегчает огранку алмазов и некоторых других драгоценных камней, которые легко раскалываются по плоскостям спайности. В других случаях (топаз, кунцит) она сильно затрудняет обработку.

Отдельностью (или ложной спайностью) называют способность некоторых кристаллов раскалываться в определенных направлениях, часто совпадающих с плоскостями срастания двойников. Поверхности отдельности в кристалле менее совершенны, и интервалы между ними обычно больше.

Поверхность раскола, произошедшего не по спайности или отдельности (т.е. не согласно с кристаллической структурой камня), называется изломом. Этот термин применяется при описании поверхности раскалывания всех аморфных драгоценных камней, хотя кристаллические минералы также могут быть охарактеризованы определенным изломом в дополнение к указанию на наличие спайности. В зависимости от внешнего вида поверхности излома различают несколько его типов: раковистый, ступенчатый, неровный, занозистый, крючковатый и др.

Электризация и полярность. Некоторые драгоценные камни проявляют электрическую полярность. Она обнаруживается по их способности притягивать или отталкивать легкие предметы (например, кусочки бумаги) после того, как эти камни нагреваются трением или на солнечном свету. Уже в 600 до н.э. было замечено, что янтарь, если его энергично потереть, начинает притягивать тонкие волокна шерсти. Топаз и некоторые другие драгоценные камни также проявляют это свойство в процессе полировки. Турмалин при сжатии или нагревании приобретает положительный или отрицательный заряды, которые возникают одновременно на противоположных концах его кристаллов. Это явление называется прямым пьезоэлектрическим эффектом.

Обратным пьезоэлектрическим эффектом называют изменение объема кристалла под воздействием электрического поля. Кристаллы некоторых минералов, например турмалина и кварца, настолько чувствительны к изменению электрического напряжения, что в электрическом поле начинают вибрировать с высокой и постоянной частотой. На этом основано их использование в радиоэлектронике и в кварцевых часах.