Оптические свойства драгоценных камней

4.5.1. Цвет

Цвет – первое, что бросается в глаза при взгляде на всякий драгоценный камень. Однако цвет наименее надёжная характеристика для определения вида камня, так как существуют родственные виды, имеющие совершенно различную окраску, и очень далёкие друг от друга виды, мало отличающиеся по цвету. Так, кварц весьма по цвету разнообразен, а рубин и альмандин могут показаться на первый взгляд очень похожими. Однако некоторые камни имеют специфическую окраску, например изумруд. Цвет является самой наглядной из физических характеристик, и по нему можно проводить грубую классификацию различных камней. В таблице, помещённой в Приложении 1, драгоценные камни расположены в соответствии с их обычной окраской.

Причиной различных окрасок является свет, то есть электромагнитные колебания, лежащие в определённом интервале длин волн. Человеческий глаз воспринимает волны только оптического диапазона – от 400 до 700 нм. Эта область видимого света делится на семь главных частей: красную, оранжевую, жёлтую, зелёную, голубую, синюю и фиолетовую. При смешении всех спектральных цветов получается белый цвет. Все твёрдые и жидкие вещества в той или иной мере поглощают свет. Если такое поглощение невелико и одинаково по всему видимому спектру, камень кажется бесцветным; если поглощение сильное, но одинаковое во всех частях спектра, то камень по-прежнему бесцветен и кажется серым. Если весь свет поглощается, то Камень будет чёрным. Но если различные части спектра поглощаются с разной интенсивностью, камень приобретает окраску, которая зависит не только от того, какие части спектра проходят через камень, но и от их интенсивности.

Главные носители цвета, так называемые хромофоры, обусловливающие окраску камней, – это ионы тяжёлых металлов: Fe, Co, Ni, Mn, Cu, Cr, V, Ti, способные поглощать определённые длины волн в видимой области. Эти ионы часто присутствуют в столь малых количествах, что даже не находят отражения в химических формулах.

Окраска циркона и некоторых других минералов вызывается деформациями кристаллической решётки, точнее, возникновением в ней радиационных дефектов под воздействием радиоактивного излучения, что вызывает селективное поглощение света.

Цвет некоторых камней приведён в Приложении 3.

В связи с тем, что наш глаз не способен анализировать цвет, камни могут казаться очень близкими по окраске, хотя образующий эту окраску свет составлен из разных частей спектра. В этом можно убедиться, наблюдая камни через подходящий фильтр: эффект будет различным. Один из двухцветных фильтров – фильтр Челси, пропускающий узкую полосу в красной части спектра и такую же полосу в жёлто-зелёной части. Изумруд, в отличие от других зелёных камней пропускает значительное количество красного света, и поэтому при наблюдении через фильтр Челси он кажется красным или розовым. Этот фильтр был впервые изготовлен в начале 30-х годов XX века для распознавания естественных изумрудов среди других зелёных камней (корунда, турмалина, оливина (хризолита), которые кажутся через фильтр зеленоватыми). Такое испытание надо применять с осторожностью: ряд других естественных зелёных камней (демантоид и некоторые виды зеленых цирконов) через фильтр выглядят красноватыми в противоположность некоторым естественным изумрудам, содержащим железо. Синтетические изумруды всегда кажутся красными, и сама интенсивность этого цвета может быть иногда их отличительным признаком.

Фильтр Челси имеет и другое употребление. Синтетическая голубая шпинель кажется через него красной, а драгоценные камни, на которые она похожа по цвету (сапфир, голубой циркон и аквамарин), – зеленоватыми или сероватыми; поддельный «сапфир» из кобальтового стекла через фильтр выглядит красноватым. Рубин, как натуральный, так и синтетический, имеет при взгляде через фильтр характерный флюоресцирующий ярко-красный цвет.

На поглощение света и тем самым на окраску кристалла влияет также длина пути, проходимого в нём световыми лучами. Естественно, при огранке это необходимо учитывать. Светлоокрашенные камни делаются при обработке более толстыми, а грани наносятся таким образом, чтобы удлинить путь прохождения лучей сквозь камень, то есть усилить поглощение. Слишком тёмные камни, наоборот, делаются более тонкими, чтобы несколько их высветлить. К примеру, тёмно-красный гранат-альмандин при обработке кабошоном высверливается с обратной стороны, чтобы сделать его полым.

Цвет драгоценных камней зависит также от освещения, поскольку спектры искусственного (электрического от лампы накаливания) и дневного (солнечного) света различны. Существуют камни (так называемые «дневные»), на окраску которых искусственный свет оказывает неблагоприятное влияние (сапфир), и такие (так называемые «вечерние»), которые при вечернем (искусственном) свете только выигрывают, усиливая своё сияние (рубин, изумруд). Но резче всего перемена цвета выражена у александрита: днём он выглядит зелёным, вечером – красным. Среднюю часть спектра (жёлто-зелёную) александрит не пропускает, и проходящий свет сформирован сочетанием крайних цветов спектра – красного и фиолетового. Это явление перемены цвета осложнено дополнительно сильным дихроизмом камня. Подобные свойства обнаруживают также и некоторые сапфиры.

Цвет в камне часто распределён неравномерно. Эта неоднородность может принимать вид полос или пятен неопределённой формы, иногда нескольких цветов одновременно. Лучше всего применять для обработки равномерно окрашенное сырьё. Однако существуют камни, которые редко встречаются равномерно окрашенными. И задача огранщика состоит в том, чтобы обыграть это явление с максимальным эффектом. В том случае, когда присутствуют два цвета, они, смешиваясь, могут создать третий. Так, австралийские сапфиры с чередующимися полосами жёлтого и тёмно-синего цвета создают общий зелёный оттенок.

4.5.2. Цвет черты

Цветовой облик драгоценных камней, относящихся к одной и той же группе минералов, может широко варьироваться. Бериллы бывают как всех цветов спектра, так и бесцветными. Именно эта бесцветность и есть истинная, исходная, собственная окраска берилла, отвечающая его химической формуле. Все другие цвета обусловлены присутствием посторонних примесных элементов-хромофоров. Собственные окраски, будучи постоянными, могут служить диагностическими признаками драгоценных камней. Если с нажимом провести камнем по пластинке неглазурированного шершавого фарфора – бисквита, то цвет оставленной на фарфоре черты выявит эту собственную окраску, так как тонкорастёртый порошок ведёт себя в отношении оптических свойств подобно тончайшей просвечивающей пластинке минерала. При определении более твёрдых минералов рекомендуется сначала стальным напильником соскоблить немного порошка, а затем растереть его на бисквитной пластинке. Этот способ диагностики представляет особый интерес у коллекционеров. У огранённых камней во избежание их повреждения цвет черты определять не следует. В Приложении 2 представлена сводная таблица цвета черты самоцветов, поделочных камней и некоторых коллекционных минералов.

При отсутствии специальной бисквитной пластинки для определения цвета черты (порошка) минералов можно с успехом использовать фарфоровое блюдце или тарелку, при этом образцом чертят по ободку на обратной стороне донышка. Особенно удобен для тех же целей бой крупных фарфоровых изоляторов: поверхность их излома по существу представляет настоящий бисквит.

Цвет черты самоцветов, поделочных камней и коллекционных минералов приведён в Приложении 4.