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          絢麗寶石的顏色從何而來?
          來源: 實驗中心 | 作者:馮娟 艾昊 李華 馬怡飛 薛智鳳 | 時間:2023-12-25 11:26:12 | 人氣:

            世界的美在于它的色彩繽紛,大自然神奇的造物能力讓美麗的顏色環繞在我們的身邊,彩色寶石更是大自然賦予我們的天然“調色盤”。我們所看到的寶石都是經過幾千年的錘煉,無數次的蛻變,成就了今天的光華……那么寶石顏色形成的原因是什么呢?今天我們就來揭開絢麗寶石顏色背后的秘密,其實寶石顏色的來源可以分為三個方面:自色、假色、他色。

            自色
            “自色”顧名思義就是“自己的顏色”,如果致色元素是寶石材料中原子結構的重要組分,那么這樣的寶石材料就被稱為“自色寶石”。例如橄欖石,它的化學成分為(Mg, Fe)2SiO4,鐵元素作為橄欖石的主要化學成分,是使橄欖石呈現綠色的主要原因;朱砂、孔雀石等即為HgS、Cu(Ⅱ)等主要化學組成成分所產的自色。
            自色又可分為離子內部的電子躍遷和晶格結構缺陷致色等原因。離子內部的電子躍遷是指當礦物內部含有過渡性離子時,通過吸收特定能級的光,獲得能量,然后就會呈現出這種顏色的補色,最終導致寶石呈現出不同顏色。例如:藍寶石中鐵離子和鈦離子之間存在電荷轉移而產生藍色。
            晶格結構缺陷致色是指寶石生長過程中晶格中的某些位置離子缺失或者不規則排列能產生顏色。這些晶體結構中吸收光的缺陷部位稱為色心,色心也可以由輻照導致,既可以是天然的也可以是人為的。例如螢石本來沒有顏色,如果丟失了一個氟離子,為了保持晶體結構的電中性,丟失氟離子的空隙位置會捕獲一個電子,從而導致螢石常見的紫色。
            他色
            化學元素是大部分寶石體色的形成原因,如果致色元素并非主要組分,而僅作為雜質形式存在,那么這樣的寶石稱為“他色寶石”。他色寶石在純凈時是無色的,當其他致色的微量元素混入時,就可以產生不同的顏色。例如:紅寶石、藍寶石等主要成分是三氧化二鋁(Al2O3),本身屬于剛玉,純凈時為無色透明,因為摻雜離子而產生的他色。紅寶石因其成分中含鉻而呈紅到粉紅色,所以紅寶石紅色來自鉻(Cr),主要為Cr2O3,含量一般0.1%~3%,最高者達4%,含量越高顏色越鮮艷。而藍寶石的藍則是由于其中混有少量鈦和鐵雜質所致。
            假色
            部分寶石的顏色成因與光學效應有關,并非寶石固有的顏色。其中常見的有光的反射、折射、衍射和散射等。較為典型的假色寶石為歐泊,在一塊歐泊上幾乎可以看到光譜色中所有的顏色,其顏色的產生是由于組成歐泊的SiO2小球在三維空間呈立體分布,形成立體光柵,光對其作用產生變彩,從而呈現出豐富的色彩。例如:亞歷山大石中,鉻離子周圍的氧原子數量與紅寶石及祖母綠中的鉻離子周圍的氧原子數量相同,但是它在日光下呈綠色,而在燈光下呈紅色。
            當然,寶石之所以能產生顏色,很多時候并非單純由于寶石的化學組分、晶體結構和物理光學某一個原因單獨作用形成,實際顏色的成因可能是這些因素相互制約、互相影響。近代科學寶石學認為,寶石的顏色不僅僅取決于其化學組成,更重要的是取決于其內部結構,從分子離子等角度,提出了晶體場理論、分子軌道理論和能帶理論等來解釋顏色成因的本質。隨著科學的不斷發展和更精密儀器的出現,越來越多的理論被提出,顏色成因的謎團也將會被更深層次地解開。