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寶石為什么有顏色？寶石中可能有哪些致色元素？

博麗靈夢，今天也是晴天氣（茶

媒介

珠寶玉石因其美不雅、經久、稀少的特征，從古到今受到人們的喜愛與追捧。此中，寶石五光十色的外不雅不僅付與了寶石怪異的美感，并是以被人們付與了夸姣的寄意。

在現今的五大寶石中，除無色鉆石之外，彩鉆、紅寶石、藍寶石、祖母綠和金綠寶石均帶有怪異而鮮艷的顏色，并是以具備了極高的不雅賞價值和經濟價值；同時，其顏色也當作為寶石質量的評價指標之一。

按寶石學不雅點，寶石的顏色按照當作因可以分為自色、他色和假色三種：自色即為寶石礦物自己形當作的顏色，他色是指摻雜的色素離子使礦物整體發生的顏色，假色即為光學感化(衍射、干與等等)所發生的顏色。

此中，上述顏色的致色道理可以大致分為致色元素、晶體缺陷和光學效應三種，但現實上的影響身分彼此制約、錯綜復雜，現實顏色的當作因可能是多種身分的彼此感化。

致色元素

致色元素可以導致礦石發生對應的自色和他色。例如朱砂、孔雀石等即為 HgS、Cu(II)等所發生的自色，紅寶石、藍寶石等即為摻雜離子發生的他色。

（孔雀石也可以琢磨當作寶石的！不要看不起銅銹！！！）

晶體場理論

過渡金屬離子四周的配體可使其外層 d 軌道發生能級割裂。電子在接收特心猿意馬波長的可見光后，可以躍遷至激發態，然后在返回基態時釋放對應能級差的光電子，閃現出對應的互補色。

當然，部門電子構型全空和全滿的離子此時無法有用躍遷，故往往無色，例如 Ca2+、K+ 等本家兒族離子和 Sc3+、Zn2+ 等過渡金屬離子。但其他元素的離子常有豐碩多彩的顏色，且分歧的價態會有分歧的顏色。

如寶石中含有過渡金屬離子，將會對寶石顏色發生重大影響。在輕過渡系元素中，晶體場的d-d躍遷使得離子閃現出怪異的顏色，而部門重過渡系元素的f-f躍遷同樣可以使其閃現出對應的顏色。常見的過渡金屬離子為 Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu，其次為 W、Mo、U 和稀土元素等(鋯石等)，含有上述離子的礦物將會閃現出豐碩多彩的顏色。

例如，對于紅寶石而言，剛玉(α-Al2O3)自己是無色的，但 Cr3+ 離子部門替代了 Al3+，同時用于 Al2O3 中晶格的限制，使 Cr3+ 的能級割裂水平與自由溶液中有所分歧，因而閃現了紅色。與此同時，水溶液中的[Cr(H2O)6]3+ 離子為紫色(十二水合硫酸鉻鉀晶體的顏色)。

電荷轉移躍遷

在礦物晶格中，相鄰的離子在外來能量的激發下，可以發生電荷轉移躍遷(荷移躍遷)，其素質半斤八兩于氧化還原過程。在躍遷過程中，電子同樣會接收特心猿意馬波長的光，而使整體顯示出特心猿意馬的顏色。該過程可以在金屬離子之間發生，也可以在金屬離子與非金屬離子之間進行。

常見的實例為藍色藍寶石中 Fe(II)-Ti(IV)的電荷轉移躍遷，以及部門寶石中摻雜的 Mn(II)-Mn(III)所發生的電荷轉移躍遷等。同樣地，朱砂中 Hg(II)和 S(II)均為滿殼層布局，但因為荷移躍遷的效應，使其顏色為深紅色。

（對，藍寶石的界說是非紅色的寶石級剛玉，所以還可以有黃色藍寶石、綠色藍寶石、粉橙色藍寶石 / 帕帕拉恰藍寶石……）

不外，d-d/f-f躍遷事實上也是部門禁阻的，其顏色濃度不會過高，而荷移躍遷沒有選律等限制，因而其接收峰極為較著，而往往會導致寶石顏色過深直至不透明，反而降低了品質。

分子軌事理論

對于部門有機寶石(珊瑚、琥珀等)而言，其顏色可能直接來自于小分子的接收譜帶，因而與分子軌事理論發生了必然水平上的聯系。

分子軌道作為一種分子布局的當作鍵理論，基于單電子近似和原子軌道線性組合道理(LCAO)，而形當作的一套處置離域鍵的理論。

基于分子軌道的不雅點，我們可以得知：

離域規模越大，其總能量越低，系統降低的能量稱為離域能；
接收光譜隨離域規模增大而慢慢紅移，可能導致呈現顏色 / 顏色加深。

因而，在具有大共軛規模的分子，其接收峰可能落入可見光規模內而閃現出顏色。對于特心猿意馬情況下形當作的有機寶石，此中可能含有這樣的分子，因而附帶有特征顏色。

例如，多米尼加產的藍色琥珀，在地質期間可能因為叢林火警導致的不完全氧化過程，使得部門有機物形當作了高度不飽和的多環芳烴(蒽、苝、并四苯等)，此中苝(perylene)可能是藍色熒光的本家兒要來歷。

在日光下，藍琥珀受到紫外線的照射，將發生顯著的藍色熒光；而人造光源下或無紫外線前提時，藍珀顏色與通俗琥珀近似。

晶體缺陷

抱負晶體完美地合適晶體發展的紀律，但現實環境下的晶體很難完全合適抱負狀況，在發展過程中經常包含缺陷。此中，因為晶體缺陷形當作的色心往往可以閃現出顏色。

色心致色最常見的實例為螢石。若是在螢石晶格中的某位置貧乏一個 F-，為連結電中性，在該空穴中將填充電子，而電子受到可見光激發躍遷，并接收特心猿意馬波長的光而閃現出紫、藍、紅等顏色。

近似地，純凈的金剛石是無色透明的，而含 B、N 的金剛石則與統一周期的 Si 近似，可視為形式上的“p 型”和“n 型”，別離具有空穴色心和電子色心，而形當作了藍色和黃色的金剛石。此中含硼金剛石甚至具有了必然導電性，人造的硼摻雜金剛石可作為半導體材料。

光學效應

寶石的光學效應經常使其呈現特別光學結果或假色。此中，常見的光學效應為反射、折射、衍射和散射等。

例如，光在拉長石中的顯微包裹體與定標的目的擺列的聚片雙晶間發生反射現象，形當作其特有的乳光 / 暈彩效應。此外，部門金屬寶玉石礦物因為概況氧化，可以在概況形當作錆色，近似于油滴的干與效應，但刮去概況后則呈現礦物自己顏色。

光學效應往往與元素構成無直接聯系關系，在此不具體申明了，可是舉一個有趣的例子：Opal/ 歐泊。

歐泊礦物由必然尺寸的 SiO2 微球組成，日光經由過程礦物時在微球組成的光柵，將發生衍射現象，呈現出特有的彩虹色。

而現今研究的人工光子晶體，其道理與自然的歐泊近似，具有特心猿意馬周期性的布局，具有高度可調的光學性質，甚至可實現對單個光子的把持。而 Opal 就是一種自然的三維光子晶體……

（其實 2015 年安徽高考作文題：「蝴蝶同黨在掃描電鏡下是無色的」，蝴蝶同黨的彩色發生道理也是一樣的，可以算作二維光子晶體……）

改色

既然領會了顏色形當作的機理，那么對自然寶石的優化處置在慢慢成長之中。按照改色的處置工藝，可大要分為熱處置、輻照、充填和染色法。后兩者暫且不表，道理較為簡單。

熱處置

經由過程在必然前提下加熱寶石("燒")，改變致色離子的含量和價態，可以調整寶石顏色和透明度。例如山東藍寶石的顏色往往較重，且透明度低，可經由過程調節氧化還原前提下進行加熱，使得部門 Fe(III)還原當作 Fe(II)，進而形當作了荷移躍遷，改善藍色調，并增大透明度。

近似地，紅寶石、海藍寶石、鋯石等等也可操縱該方式。

輻照法

經由過程報酬輻射，高能粒子與寶石晶格彼此感化，可形當作和增添色心等缺陷，進而發生或改變顏色。部門色心不敷不變，經加熱后均衡，其顏色將褪去。此外，部門寶石顏色的當作因是自然輻射形當作。

例如，無色鉆石經輻照后形當作色心，可帶有黃色或綠色等顏色。

小結

寶石的顏色豐碩多彩，在給人以美覺感觸感染的同時，也使寶石自己具有更高的經濟價值。寶石顏色的當作因較為復雜，本家兒要可分為物理身分(光學效應)和化學身分(元素 / 晶體缺陷)兩大類。在現實環境下，這兩類身分彼此影響，相輔相當作，配合機關出寶石絢爛的顏色。

最后，起頭放圖（

小我保藏，喜 +1

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教科書就略過了……

發表于 2019-03-14 21:48
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