Какова причина красного цвета рубинов и зеленого – изумрудов?
И бывает ли наоборот? Рассказываем.
Вообразите насыщенный красный цвет рубина и яркий зеленый изумруд. Эти оттенки стали образцами для множества других цветов. Но что определяет уникальную окраску этих камней? Как ни странно, причина цвета у них общая, и она связана с миром атомов и принципами квантовой физики.
От чего зависит цвет минералов
И рубины, и изумруды относятся к минералам, то есть характеризуются не только постоянным химическим составом, но и определенной, упорядоченной структурой.
Рубин в своей основе представляет собой минерал корунд, который состоит из алюминия и кислорода. В кристаллической решетке этого минерала каждый атом алюминия находится в окружении шести атомов кислорода.
Изумруд представляет собой разновидность берилла, обладающую более сложной кристаллической структурой, включающей бериллий, кремний, алюминий и кислород. При этом ключевую роль в его составе также играет алюминий, который окружен шестью атомами кислорода.
Идеально чистый корунд и абсолютно прозрачный берилл лишены цвета. Превращение этих минералов в драгоценные камни происходит благодаря проникновению посторонних примесей в кристаллическую структуру во время их формирования под землей, при воздействии значительного давления и высокой температуры. В качестве такой примеси выступает хром, замещающий часть атомов алюминия; даже содержание хрома всего в один процент приводит к появлению характерной окраски.
Почему мы видим цвет
Для понимания природы цвета необходимо представить его как совокупность различных оттенков, спектр от фиолетового до красного. При попадании света на камень, определенная часть этой энергии поглощается.
Ион хрома, взаимодействующий с атомами кислорода, создает эффект своеобразной световой ловушки. В кристаллической структуре рубина, известного как корунд, хром поглощает синие и зеленые лучи. Какие же цвета остаются? Красный свет, который не подвергается поглощению, а отражается обратно в глаз наблюдателя. Именно этот красный цвет мы и воспринимаем, любуясь насыщенным оттенком рубина.
В изумруде, несмотря на то, что хром также окружен шестью атомами кислорода, кристаллическая структура берилла отличается – в ней присутствуют кремний и бериллий. Эти элементы ослабляют связь между хромом и кислородом, изменяя его «параметры». В результате хром в изумруде поглощает синюю и красную части спектра, оставляя свободным зеленый цвет, который и обуславливает насыщенный оттенок изумруда.
В некотором роде можно провести аналогию: хром выступает как исполнитель, а его окружение – как декорации для спектакля. В ролике рубина он играет роль красного цвета, в то время как в изумруде ему отведена зеленая роль. Способность изменять свойства металлов путем изменения их химической среды является ключевым принципом современной неорганической химии.
Все ли рубины красные, а изумруды — зеленые
Вопрос о существовании других вариантов развития событий вполне обоснован, поскольку природа редко ограничивается строгими правилами. Хром – это лишь один из художников, работающих с палитрой драгоценных камней.
Классический красный цвет рубинов обусловлен присутствием хрома. Без него корунд оставался бы бесцветным. Однако в природе можно найти корунды разнообразной окраски – синие, желтые, розовые и фиолетовые. Все эти цвета, за исключением красных, объединены общим названием сапфиры. Синий цвет сапфира возникает благодаря другим элементам – железу или титану, которые при попадании в кристаллическую решетку формируют иную схему поглощения света. Таким образом, не каждый корунд является рубином. Термин «рубин» используется исключительно для обозначения красной разновидности корунда, окрашенного хромом.
Как и изумруды, имеют свою историю. Изумруд представляет собой зеленую разновидность берилла, получающую свой характерный оттенок благодаря хрому, в редких случаях с добавлением ванадия. Однако стоит отметить, что бериллы могут демонстрировать и другие цвета. К примеру, аквамарин приобретает голубой цвет под воздействием железа, а морганит – благодаря марганцу. Таким образом, изумруд способен проявляться в различных оттенках, включая красный. Данный цвет вновь определяется тем, какой элемент, выступая в роли «художника», внес свой вклад в структуру кристаллической решетки.
На самом деле, не все корунды окрашены в красный цвет, и не все бериллы обладают зеленым оттенком. Но когда мы используем термины «рубин» и «изумруд», чаще всего речь идет об их традиционных цветах, которые являются результатом удивительных квантовых переходов одного и того же металла – хрома.
