Прочность и её причины. Корунд и его разновидности. Синие и голубые сапфиры.
Драгоценные камни чрезвычайно разнообразны, общепризнанной их классификации не существует, но большинство специалистов относят к драгоценным минералы, обладающие рядом свойств: красотой, долговечностью (твёрдостью) и ценностью, которая связана с редкостью образца. Именно сочетание этих свойств позволяет назвать камень драгоценным.
С течением времени отношение людей к разным камням менялось. Открытие новых месторождений, минералов, развитие промышленности сделали часть камней доступнее, снизив цену. Технологии огранки позволяют сделать из невзрачной крупинки бриллиант, если ранее огранка придавала только небольшое количество видов форм камням, то сейчас возможности значительно шире и можно показать больше достоинств образца. Некоторые драгоценные камни были ценны всегда и ситуация не поменялась, это рубин, сапфир, изумруд. Их красота, твёрдость и редкость неизменны.
Эта статья расскажет о сапфире. При описании минералов используется ряд свойств. Среди минералов выделяют минеральный вид – химическое соединение или элемент, имеющие определённый состав и структуру взаимного расположения атомов в кристаллической решётке. Один минеральный вид может включать минеральные разновидности, отличающиеся наличием химических примесей, различной окраской. Те, кому покажется сложным читать про химические соединения и кристаллическую структуру, могут пролистать статью немного вниз, до описания минерала. Но, если прочитать кажущееся сложным, оно может стать понятным.
С минералогической точки зрения сапфир относится к минеральному виду корунд. Это оксид алюминия с химической формулой Al2O3.Химическое соединение образовано ковалентной связью, то есть атомы удерживаются рядом благодаря притяжению ядрами электронов внешних электронных оболочек соседних атомов. В виде структурной формулы (не отражающей реальную форму электронных оболочек) это выглядит так.
Химические соединения, самородные элементы имеют определённое взаимное расположение атомов, молекул, находясь в твёрдом состоянии (в отличие от жидкого и газообразного), обозначаемое буквами греческого алфавита и словом модификация. Модификации обозначаются по порядку, в зависимости от распространённости, возникают разные модификации от температуры и давления при образовании твёрдого тела. В природе наиболее широко распространена α- модификация (альфа-модификация) оксида алюминия, имеющая тригональную сингонию (тип кристаллической решётки). На воздухе алюминий быстро покрывается оксидной плёнкой. Если оксид образовался в соответствующих условиях, его достаточно, есть возможность роста кристаллов, то получается корунд. Кристаллическая структура и свойства атомов придают корунду выдающиеся данные: уникальную твёрдость и оптические характеристики, последние зависят, в том числе, от примесей, определяющих окраску. По шкале твёрдости Мооса, имеющей 10 делений, корунд имеет твёрдость 9, уступая только алмазу. Мелкие кристаллы корунда, известные как наждак, применяются для шлифовки. При желании ознакомиться с другими модификациями оксида алюминия можно почитать статьи в Википедии, особенно хорошо написана статья на немецком языке, и в специализированных изданиях, указанных в статьях в качестве подтверждения информации.
Если вам надо в чём-то разобраться, а подходящего источника информации нет, то всегда лучше искать первоисточник, то есть общепризнанные документы, наиболее близкие по времени создания к описываемым событиям, открытиям, однако учитывая критические работы, написанные позже. Авторы источника могут быть заинтересованы в определённом представлении событий, субъективны или просто не разбираться в предмете, повторяя или некритически оценивая данные из других источников. Описанный подход к поиску информации относится к разным областям, к истории, ботанике, физике, химии.
Открыв огромное количество сайтов с рисунками кристаллической структуры корунда, можно найти «очевидные» и «понятные» картинки октаэдрической ячейки, в которой атом алюминия окружён шестью ионами кислорода. Октаэдр – это восьмигранник.
Ячейки соединяются рёбрами друг с другом. Всё бы хорошо, если бы корунд был чисто ионным соединением, но у него есть ковалентная связь и формула содержит 2 атома алюминия на 3 атома кислорода. Возможно, я не смог понять всю широту научной мысли авторов рисунков, если будет желание разъяснить, пишите комментарий, интересно увидеть мнение. Отдельный вопрос представление атомов в моделях, их размер. Кто-то рисует алюминий большим шаром, кислород – маленьким, кто-то иначе. Если вдаваться в подробности, а я это люблю, ковалентный радиус алюминия больше, чем у кислорода. Но в сильно смещённой связи оксида алюминия атомы имеют и электрический заряд, образуя ионную связь. Ионный радиус кислорода больше, чем у алюминия, оттянув частично его электроны, он становится больше. Информацию о радиусах атомов можно прочитать в Википедии в статьях о соответствующих химических элементах. В итоге в изображениях структуры корунда атомы кислорода должны быть больше атомов алюминия.
Поиск достоверной информации привёл меня к работе учёных, которые первыми исследовали и описали кристаллическую структуру корунда. Это были Линус Полинг (Linus Pauling)
и Стерлинг Хендрикс (Sterling B. Hendricks)
В «Journal of the American Chemical Society» от марта 1925 № 47 (3), страницы 781-790, была опубликована статья «The crystal structures of hematite and corundum». Поскольку американские сайты предоставляют доступ к этому журналу за плату или по системе взаимодействия между учебными заведениями, можно воспользоваться бесплатной ссылкой
https://rruff.info/uploads/JACS47_781.pdf
Уже в 1925 году оборудование позволяло производить рентгеноструктурный анализ материалов. Полученные данные были проанализированы и учёные представили своё видение кристаллической структуры исследованных соединений.
Структура гематита, являющегося оксидом железа, корунда и ещё многих окислов металлов идентична, имея ромбоэдрическую форму ячейки, которая создаёт тригональную сингонию кристалла. Как видно, атомы алюминия и кислорода располагаются перемежающимися слоями, из шести атомов кислорода, находящихся рядом с атомом алюминия, три атома в одном слое ближе, чем другой слой. Находящиеся рядом ячейки формируют слои, в которых пустоты верхнего слоя перекрываются при виде в проекции на плоскость атомами следующего слоя. Учитывая прочность ковалентной и ионной связи и плотность перекрывающихся ячеек, получается прочный минерал.
На удивление доходчиво структура корунда показана в издании «Курс минералогии», автор А.Г. Бетехтин, М.: «КДУ», «Добросвет», 2018.
Ссылка на книгу:
Надо сказать, что поиск любой информации в Интернете должен быть критичным, если вы что-то знаете о предмете поиска, сможете сами оценить достоверность данных, если не знаете – смотрите разные источники и проверяйте ссылки, откуда авторы взяли данные. В отношении истории и генеалогии домыслов, недостоверной информации и фальсификаций огромное количество.
В итоге краткого изложения основ химической связи и кристаллографии, перейдём к красивой части статьи, прекрасным минералам.
Корунд, как и любой минерал, имея определённую кристаллическую структуру, образует внешне отличающиеся кристаллы, являющиеся комбинацией роста кристаллов конкретной сингонии в зависимости от условий среды (температуры, давления, скорости остывания раствора, расплава, объёма) и примесей. Примеси влияют на цвет, прозрачность и форму кристалла.
Если минерал вырос непрозрачным, его называют синим или красным корундом. Непрозрачность не мешает делать из него бусы, выглядящие весьма эффектно и недешёвые, довольно тяжёлые, плотность корунда до 4 г на кубический сантиметр. Окраска корунда зависит от примесей, титан и железо вместе придают синий цвет, хром – красный. Прозрачные корунды синего цвета называются сапфирами, красные – рубинами. Многие минералы похожи и даже профессионалы без специальных исследований могут неправильно классифицировать камень. На рубин наиболее похожа шпинель. Тем не менее, при некотором навыке, вы не спутаете рубин и гранат.
Все прозрачные корунды, кроме красных, называются сапфирами. В обиходе под сапфиром подразумевают камни синего и голубого цвета, но развитие рынка и минералогии оставило это наименование и за прозрачными корундами других цветов, только для оранжевого сапфира есть отдельное наименование – падпараджа (в переводе с санскрита «цвет лотоса»).
Каждый камень прекрасен по-своему, многое зависит от профессионализма огранщика и ювелира, которые придают ему наилучшую форму и обрамление. Из синих и голубых сапфиров наиболее ценны камни с менее тёмным цветом, чем более сапфир тёмно-синий, тем меньше игры света и яркости.
Массу драгоценных камней измеряют в каратах (сокращённое обозначение кар или ct). 1 карат равен 0,2 грамма. Происхождение единицы массы связано с тем, что до появления электронных весов взвешивание производилось гиревыми весами. На одну чашу весов кладётся предмет, на другую – груз с известным весом, когда весы уравновешиваются, понятно какому весу груза в виде гирь равен вес взвешиваемого предмета. Когда надо взвесить что-то ценное, имеющее малый вес, трудно подобрать маленькие гири. В качестве них на Востоке использовали семена рожкового дерева, маленькие, лёгкие и очень близкие по весу друг другу. Само рожковое дерево (Ceratonia siliqua) полезно не только своими семенами, растущими в виде стручков.
Считалось, что вес семян очень близок, и хранились они хорошо. В разных регионах были свои системы мер измерения и карат соотносился с другими единицами, у арабов, например, в их произношении кират был равен 5 или 3 хаббам («ячменным зёрнам»). Соответственно, при переводе этих единиц измерения в современную метрическую систему вес карата в разных регионах составлял от 0,19 г до 0,2232 г. В 1907 году был принят международный стандарт, установивший соответствие карата 0,2 г. Более подробно о соответствии карата единицам массы можно почитать в Большой Российской энциклопедии
https://bigenc.ru/c/karat-1faff5https://bigenc.ru/c/karat-1faff5
Корунд может быть окрашен в разные цвета благодаря наличию примесей, которые не только могут кристаллизоваться параллельно с корундом, создавая видимый при огранке эффект астеризма (звёздчатые сапфиры), кошачьего глаза, но и при встраивании ионов металлов примесей в кристаллическую структуру самого корунда придавать ему разнообразные цвета.
Разные примеси и их количество придают разные цвета корунду. Самый распространённый цвет сапфира – синий, определяется наличием примесей титана и железа. Чем больше примесей, тем более тёмно-синий оттенок у минерала, если их мало – цвет голубой.
В США, в штате Монтана, в регионе Yogo (часть Little Belt Montains) добывают Yogo сапфиры, это чистые синие сапфиры, присвоение им отдельного наименования имеет значение торговой марки. Добывающая компания подчёркивает естественную чистоту камня и отсутствие искусственных методов улучшения его свойств.
В продаже камней используются разные способы улучшения свойств. Речь о природных камнях, не выращенных. Самый простой способ – нагрев. При нагревании минералов могут происходить химические процессы, в результате которых меняется состав примесей, придающих окраску. Например, две разновидности кварца, аметист (фиолетовый) и цитрин (жёлтый), имеют разную окраску из-за примесей в одном случае оксида железа, в другом случае – гидроксида железа. При нагревании аметиста происходит изменение его цвета до жёлтого, при дальнейшем нагревании он обесцвечивается, превращаясь в горный хрусталь. Нагрев позволяет изменить не только окраску, но и увеличить блеск. Также блеск увеличивает радиоактивное облучение, что связано с развитием структурных нарушений в кристалле.
Если вы покупаете обычное ювелирное изделие с камнем, узнать, насколько камень природный, непросто. Производители и продавцы, как правило, не огорчают покупателя ненужной и не очень приятной информацией. Многие камни для ювелирных изделий, за исключением алмазов, имеют синтетическое происхождение. То есть это аналог природного минерала, выращенный на специальных заводах. Это дешевле, размер кристалла можно получить большой, камень получается без дефектов, включений. В этом есть плюсы, камни хорошо выглядят, украшения доступнее. Но хотелось бы иметь выбор, купить выращенный камень или природный. Абсолютное большинство украшений среднего ценового диапазона, содержащих аметист, рубин, сапфир, представляют собой искусственно выращенные камни в обрамлении золота средней, 585 пробы, которое в Индии и арабских странах качественным не признают, или серебра, которое имеет пробу 925, её редко делают меньше.
Часть минералов, в основном топаз, подвергают воздействию ионизирующего излучения, что из-за нарушения кристаллической структуры повышает блеск камня.
Если вы покупаете камни отдельно от украшений, то продавец должен предоставить сертификат, содержащий исчерпывающую информацию о камне, его происхождении, характеристиках, наличии искусственного воздействия, например, нагрева, ионизирующей обработке. Речь, конечно, о продавцах, имеющих репутацию, в Индии и Африке вы легко можете купить на городском рынке широкий ассортимент камней без сертификатов, в том числе окрашенных смываемыми красителями и пластмассовых.
При покупке драгоценных камней, если есть возможность, всегда лучше лично смотреть образец, возможно, приглашать специалиста. Насколько знаю, в России интернет-продажа драгоценных камней запрещена, поэтому интернет-магазины позволяют вам ознакомиться с товаром, рассмотреть его благодаря фотографиям, и купить в помещении магазина. Речь о камнях, относимых российским законодательством к драгоценным. Торговля ювелирными изделиями – отдельный вопрос.
При указании в тексте цен на камни, если нет указания отдельного периода, цены приводятся по состоянию на 2023 год или февраль- март 2025 года, источник информации:
https://gemstock.org/collection/gems/
Указанные сайты, будучи магазинами, являются прекрасным иллюстрированным справочником камней, где можно почерпнуть массу положительных эмоций и посмотреть, как выглядят самые разные минералы в огранённом виде. И при желании и наличии финансовых возможностей можно купить хорошие экземпляры.
Синие и голубые сапфиры в англоязычной литературе по цвету делятся на несколько видов.
Самые ценные синие сапфиры имеют оттенок royal blue (королевский синий) и имеют ярко-синюю окраску, будучи прозрачными.
Бирманский royal blue массой 1,51 ct показан выше.
Голубые сапфиры самого светлого оттенка имеют обозначение pastel blue. Слово pastel имеет итальянское происхождение, производное от слова «тесто», подразумевая светлые оттенки и мягкость цвета.
Часто камни оттенка pastel blue при сильном увеличении и ярком дневном свете выглядят голубыми, при некотором отдалении – почти бесцветными.
Мадагаскарский голубой сапфир массой 3 ct оттенка pastel blue огранки в форме сердца показан выше.
Некоторые голубые сапфиры имеют фиолетовый оттенок. Фиолетовый цвет сапфиру придаёт ванадий, металл, химический элемент с атомным номером 23.
Оттенок cornflower blue (васильковый синий) можно описать в виде яркого синего, переходного к голубому.
Украшения с синими сапфирами являются показателем вкуса. Изысканности.
Представленный комплект из серёг и ожерелья создан дизайнером Ella Gafter и сделан в Италии из синих сапфиров (cornflower blue и royal blue) общей массой 174,55 ct, золота 750 пробы и бриллиантов общей массой 10,9 ct. Стоимость изделия 482000 долларов США.
Оттенок peacock blue синонимично используется с electric blue, хотя это должны быть всё-таки разные цвета. Peacock blue, как следует из названия, peacock – самец павлина, представляет собой тёмно-зелёный цвет, переходящий в синеву. Electric blue – цвет синего разряда молнии.
Чтобы понять, что обозначает оттенок peacock blue, давайте посмотрим на перо павлина.
Цвет от тёмно-синего до тёмно-зелёно-голубого.
Поэтому к нему относят довольно разные камни.
Один из самых крупных огранённых сапфиров в мире Blue Belle of Asia (Синяя Красавица Азии) массой 392,52 карата, найденный в 1926 году в Ратнапуре на Шри-Ланке относится к этому оттенку. Камень в составе бриллиантового колье был продан за примерно 17,56 миллиона долларов США.
К этому же оттенку относят этот образец.
Я бы к нему отнёс и этот образец.
В синем оттенке royal blue выделяют более тёмно-синий вариант velvet blue (вельветовый синий). Это менее яркий из-за цвета вариант.
Далее в цветовой гамме идёт оттенок indigo, названный из-за сходства по цвету с красителем индиго. Краситель добывали до 19 века из растений, в которых содержится бесцветный гликозид индикан.
Под воздействием ферментов или слабых кислот индикан расщепляется на бесцветные глюкозу и индоксил.
На воздухе индоксил окисляется и превращается в синий индиготин.
Растения, из которых его получали: Indigofera tinctoria
Isatis tinctoria (вайда красильная)
Persicaria tinctoria
Из этих прекрасных растений, обитающих в разных регионах мира, добывали насыщенный и прочный краситель индиго, химически состоящий из индиготина. Вайду использовали в России, Германии, Persicaria tinctoria – в Японии и Корее.
С 19 века индиго получают также путём синтеза.
Отвлечение от темы вызвано желанием расширить знания читателей о химии и ботанике и необходимостью соотнести цвет оттенка сапфира с его обозначением. Окрашенные индиго ткани выглядят менее насыщенно.
Порошок красителя индиго.
Итак, сапфир оттенка indigo.
Более интенсивно окрашенные и менее прозрачные камни относят к оттенку twilight. В переводе с английского twilight – сумерки. Соответственно оттенок по цвету напоминает синеву сумеречного неба.
Ожидаемо, что следующим оттенком синего сапфира является midnight blue, midnight в переводе с английского полночь, середина ночи. Это цвет синего ночного неба.
Оттенок navy blue (военно-морской синий) вызван ассоциацией с цветом окраски самолётов авиации флота США и униформы во флотах США и Канады.
Как это не удивительно, это все общепринятые оттенки голубых и синих сапфиров. Многие оттенки весьма близки друг к другу и при классификации камней возможно указание разных оттенков для довольно похожих внешне образцов, но при некотором навыке и внимательном рассмотрении можно довольно точно определить оттенок.
В следующей части рассказа информация о звёздчатых сапфирах.