Оптические и физические свойства минералов

К оптическим свойствам драгоценных камней относятся дисперсия, люминесценция, или свечение, плеохроизм и астеризм. Физические свойства минералов – такие как прочность, спайность и твердость – обусловлены не только химическим составом, но и кристаллографической структурой. Каждый из кристаллических минералов относится к одной из шести сингоний.

Дисперсия

Дисперсия — такое явление, когда свет, проходя через кристалл, «расщепляется» на все цвета радуги.

Если опустить в воду палочку, у вас создастся впечатление, что палочка поломана в том месте, где она соприкасается с водой: две половинки не соединяются. Каждый драгоценный камень обладает определенным коэффициентом преломления. Величина, показывающая изменение скорости света при переходе светового луча из воздуха в камень, называется показателем преломления. Показатель преломления измеряется при помощи рефрактометра. Этот прибор оказывает существенную помощь геммологам при идентификации минералов. Величина показателя преломления является специфическим признаком каждого минерала, что позволяет его правильно идентифицировать. Знание показателя преломления играет важную роль при рассмотрении драгоценных камней. Чем этот показатель выше, тем больше возможности получения максимального блеска при правильной огранке камня. Самые высокие показатели преломления у алмаза и циркона, именно поэтому эти камни характеризуются самым ярким блеском.

Когда белый свет проходит через кристалл, то он не только преломляется, но и «расщепляется» на все цвета радуги. Такое явление называется «игрой» камня, «огнем», или дисперсией. У некоторых минералов значения показателей преломления световых лучей разного цвета могут существенно различаться. Алмаз и циркон обладают достаточно высокими показателями дисперсии. Однако у алмаза величина дисперсии примерно такая же, как у демантоида или титанита, но его «огонь» кажется гораздо ярче, так как у бесцветных камней «игра» заметнее.

Правильно ограненный кристалл алмаза (лучше всего бриллиантовая огранка) усиливает его световую дисперсию, в то время как простейшая огранка не позволяет раскрыть весь потенциал этого драгоценного камня.

Один поворот бриллианта вызывает целый сноп радужных искр. Все прозрачные минералы (за исключением минералов кубической сингонии и аморфных) разделяют свет на два по-разному отклоняющихся луча. Такое явление называется двойным лучепреломлением, или двупреломлением. При этом, если смотреть сквозь ограненный камень, видно, что ребра задних фасетов (грань шлифованного камня) как бы раздваиваются. У титанита двупреломление выражено столь сильно, что его можно наблюдать невооруженным глазом. Высокие показатели двупреломления таких минералов, как перидот и циркон, создают впечатление бархатистой поверхности этих драгоценных камней.

Под воздействием ультрафиолета свечение камня чаще всего бывает синего цвета.

Люминесценция, или свечение

Люминесценция означает способность вещества светиться под воздействием ультрафиолетового излучения, причем совсем другим цветом, нежели при дневном свете. Драгоценные камни поглощают ультрафиолетовые лучи и взамен излучают световые. Если свечение происходит только в течение того времени, когда драгоценный камень освещен ультрафиолетовыми лучами, это явление называется флуоресценцией; если же он продолжает светиться в течение некоторого времени после прекращения воздействия ультрафиолетового излучения — фосфоресценцией.

Из 30 % случаев облучения источником ультрафиолетового излучения свечение камня, как правило, синего цвета, иногда оно бывает желтым, зеленым и крайне редко — розовым. Если свечение алмаза слишком сильное, кажется, что камень обладает «масляным» блеском. Естественно, это снижает привлекательность камня. Умеренное синее свечение алмаза с незначительным желтым оттенком при естественном освещении придает ему дополнительную красоту. Разглядывая бриллиант с разных сторон, можно заметить множество радужных искр.

Явление люминесценции свойственно и рубинам, причем степень свечения камня зависит от его месторождения. Рубинам из Бирмы характерно наиболее яркое свечение, и цена на них, как правило, является одной из самых высоких. Уникальная особенность жада заключается в том, что сразу после обработки он флуоресцирует значительно ярче, чем старые изделия.

Плеохроизм

Плеохроизм — свойство камней, обнаруживать различную окраску при рассматривании их в белом свете в разных направлениях. Явление плеохроизма обусловлено различным поглощением света кристаллом в зависимости от направления световых колебаний. Камни, которым свойственно явление плеохроизма, могут иметь различную окраску при рассматривании их в различных направлениях. Плеохроизм обусловлен химическим составом минерала, его кристаллической структурой и наличием примесей. Это явление можно наблюдать на прямоугольном кристалле темно-зеленого турмалина: если смотреть на одну плоскость, то отчетливо виден один цвет — зеленый; если смотреть на другие плоскости, то можно увидеть коричневый цвет. Иолиту также присуще это явление: синий цвет виден только тогда, когда мы смотрим на камень сверху, а если смотреть со стороны, то камень кажется абсолютно прозрачным.

Для определения плеохроизма, или многоцветности, камней геммологи используют прибор дихроскоп. Камни, демонстрирующие два цвета, называются дихроичными. Примерами дихроичных камней являются турмалин, аметист, рубин и сапфир. При их рассмотрении которого можно увидеть два цвета. Для некоторых камней наличие дихроизма — один из наиболее наглядных методов диагностики. Например, рубин сразу выделяется среди других красных камней, так как имеет два четко выраженных оттенка красного цвета.

Камень, демонстрирующий три цвета, называется трихроитом. К трихроитам относятся танзанит и андалузит.

Астеризм

Эффект звездчатости, свойственный лишь немногим драгоценным камням, называется астеризмом. Отражение света от присутствующих внутри минерала полых каналов, игольчатых включений и создает эффект звездчатости. Астеризм характерен рубинам и сапфирам, иногда это явление можно наблюдать у шпинели. Весьма редко четырехлучевые звезды встречаются у граната. У кварца иногда можно наблюдать несколько звезд в одном камне.

В минералах волокнистого строения, таких, как кошачий глаз, наблюдается полоска света, меняющая свое положение при повороте камня (переливчатость). Данный эффект наиболее ярко прослеживается у лунного камня, хризоберилла, кварца, берилла.

Далее рассмотрено, какие признаки определяют свойства минералов .

Прочность, или долговечность

Долговечность, или прочность, драгоценных камней зависит от нескольких факторов. Сочетание твердости и вязкости обуславливает его прочность, которая зависит от сил сцепления, т. е. взаимного электрического притяжения ионов в кристаллической структуре. Хорошим примером, явно демонстрирующим эту зависимость, является жадеит. Его твердость по шкале Мооса, равная 6,5, считается умеренной, но прочность жадеита очень велика.

Тончайшие кристаллические волокна жадеита придают этому минералу особую прочность и устойчивость к разломам и трещинам. Некоторые относительно твердые камни (например, циркон) царапаются с трудом, но очень хрупки и легко растрескиваются или крошатся.

Спайность

Некоторые минералы обладают способностью расщепляться или раскалываться вдоль одного или нескольких направлений, соответствующих наиболее слабым межатомным связям в структуре. Это явление называется спайностью. Плоскости спайности обычно параллельны возможным граням кристалла и часто распознаются по ступенчатым сколам на поверхности или по параллельным трещинам внутри кристалла. Спайность необходимо учитывать при огранке драгоценного камня. Например, алмаз и топаз имеют совершенную спайность, что значительно облегчает их огранку.

Твердость

Твердость является одним из основных физических свойств камня. Этот параметр нужно знать для того, чтобы определить, как в дальнейшем будет использоваться камень. Твердость определяется по сопротивлению минерала царапанию.

Таблица «Шкала Мооса»:

Степень твердости	Минерал	Определение относительной твердости методом царапания
1	Тальк	Можно поцарапать ногтем и любым камнем с твердостью 2+
2	Гипс, висмут, лепидолит, хлорит	Можно поцарапать ногтем и любым камнем с твердостью 3 +
3	Кальцит, целестин, барит	Можно поцарапать ножом и любым камнем с твердостью 4+
4	Флюорит, малахит, платина	Можно поцарапать ножом и любым камнем с твердостью 5+ Поцарапает любой камень с твердостью 3-
5	Апатит, диоптаз	Можно поцарапать ножом и любым камнем с твердостью 6- Поцарапает любой камень с твердостью 4-
6	Полевой шпат, пирит, амазонит, гематит	Можно поцарапать ножом и любым камнем с твердостью 7+ Поцарапает любой камень с твердостью 5-
7	Кварц, турмалин	Поцарапает стекло и любой камень с твердостью 6- Можно поцарапать камнями с твердостью 8+
8	Топаз, шпинель	Поцарапает стекло и любой камень с твердостью 7- Можно поцарапать камнями с твердостью 9-10
9	Корунд (рубин, сапфир)	Поцарапает стекло и любой камень с твердостью 8- Можно поцарапать алмазом
10	Алмаз	Поцарапает стекло и любые камни с твердостью 1—9

Кристаллографические сингонии

Знакомство с кристаллографической структурой поможет понять особенности каждого камня. Большинство драгоценных минералов имеет кристаллическую структуру с упорядоченным расположением атомов в виде правильной симметричной решетки. Некоторые минералы представляют собой хорошо сформированные кристаллы. Ориентация их граней определяет внешнюю форму кристалла.

Каждый из кристаллических минералов относится к одной из шести кристаллографических систем (сингоний):

1. Изометрическая (кубическая) сингония определяется тремя векторами равной длины, перпендикулярными друг другу. К драгоценным камням с кристаллами кубической сингонии относятся алмаз, гранат, шпинель и флюорит, отличающиеся высокой симметрией.
2. В тетрагональной сингонии два из трех базовых векторов имеют одинаковую длину, а третий отличается от них. Все три вектора перпендикулярны друг другу. Примером тетрагональной сингонии является ювелирный циркон.
3. В гексагональной сингонии три вектора, два из которых равны и угол между ними 60°, а третий им перпендикулярен. Три ячейки здесь образуют правильную призму на шестигранном основании. В гексагональной сингонии кристаллизуются бериллы (изумруд, аквамарин, гелиодор), кварц.
4. Ромбическая сингония определяется тремя базовыми векторами, которые перпендикулярны друг к другу, но не равны между собой. Примерами драгоценных камней с ромбической сингонией являются топаз, перидот, андалузит, хризоберилл.
5. Ячейка моноклинной сингонии характеризуется ребрами разной длины, два вектора прямоугольны друг к другу, а третий — нет. В моноклинной сингонии кристаллизуются жадеит, нефрит, малахит, азурит.
6. Триклинная сингония определяется тремя базовыми векторами разной длины, ни один из углов между которыми не является прямым. Драгоценные камни с триклинной сингонией — бирюза, лабрадорит.
7. В тригональной сингонии три базовых вектора одинаковой длины, с равными, но не прямыми углами между векторами. Драгоценные камни с тригональной сингонией — турмалин и корунд.

Виды кристаллографических сингоний:

а) кубическая; б) тетрагональная; в) ромбическая;

г) моноклинная;

д) триклинная;

е) тригональная;

ж) гексагональная.