宝玉石的呈色机理 pdf

宝玉石的呈色机理 pdf 化学教育年第期戮勰灞黥缀宝玉石的呈色机理涂华民河北师范大学化学学院石家庄摘要通过对宝玉石化学组成与吸收光谱的分析阐述了宝玉石的呈色机理。红宝石、蓝宝石、翡翠的呈色是过渡金属离子如铬、铁、钛等电子跃迁和电荷转移跃迁等因素共同作用的结果。红宝石和蓝宝石的颜色并不简单取决于铬或和链的台量而更多取决于铣、铽间抖和引一的比值。翡翠的呈色是铁、铬、钒等过渡金属离子共同作用的结果。宝玉石的颜色也可能起因于其他过渡金属离子、色心等从而使其色彩更加美丽。关键词呈色机理宝玉石吸收光谱窄玉石常常具有艳丽的色彩这是其对不同波长可见光选择厦收的结果。颜色是决定宝玉石珍贵价值的最要凼素之一。数千年来华贵珍稀、晶莹艳丽的窄石被视为吉祥的信物天地间自然精华的浓缩拥有名贵而稀世的宝石则被看作是一种权力和财富的象征。中阔人自远占以来就对玉石有着一种极为独特的情愫形成玉石文化”并有“乐、石之美有五德者润泽以温仁之方也理自外町以知中义之方也其声舒扬专以远闻智之方也不挠不折勇之方也锐廉而不技洁之方也”之说。玉的英文戒示是含有“腰痛宝石”之意。真正能够称为宝石的矿物需具备硬度大、透明晶莹、化学性质稳定、颜色鲜艳美丽或具有特殊光学效应。玉石则是指自然界产出的细腻、坚韧、光泽强、颜色美丽、适于琢磨或雕刻的单矿物或多种矿物组成的岩石。宝玉石之所以呈现颜色是由于宝玉石的组成中含有呈色的过渡金属离子和或宝玉石晶体中有杂质缺陷或本征缺陷或结构畸变所敛。光与宝玉石作用产生的反射、衍射、漫射、十涉等效应亦可造成旱色现象。另外色素离子在晶体内部结构中配位数不同所呈颜色也可能不同如在六配位时呈红色四曲己位则使矿物呈现特殊的蓝色。当然宝石的色渊是町见光的定反射、吸收、折射、干涉等联合构成的各种现象的总干。不同的地质环境条什形成的具有不同组成与结构的矿石由于存在裂隙、包裹体、双晶纹等因此造成矿物颜色的多样性。本文主要介绍红宝石、蓝宝石、翡翠等的化学组成吸收光谱呈色机理等。红宝石众所刷知纯净的刚玉。是无色透明的当少量的 以类质同象的形式置换刚玉晶格中的”时产生鲜艳的红色称为红宝石。红宝石的主要化学成分为。。一般含量为蹦一除含有少量的常量元素、、、 、以外还有微量的杂质过渡兀素它们是造成红宝石颜色的主要致色元素。为含量最多的过渡元素其氧化物含量可达以上在红宝石的边部和核部含最较高含量较高的过渡元素还有在红宝石的边部含量偏低而在核部含量偏高足造成红宝石蓝紫色调及黑心的丰要致色元素。红宝石中还含有、、、等元素但含量极微它们对红宝石颜色的影响不大“。红宝石的吸收光谱可见光吸收光谱研究是宝石学中的重要手段吸收光谱的许多特征是南各种过渡金属离子的电子构州和配位体结构中的几何要素所决定的。通常矿物的吸收光谱所反映的信息町以探索宝玉石的呈色机理宝石的颜色质量。罔为红宝石可见光吸收谱从幽 町以看出在红色边部的吸收谱中最大吸收峰出现在处此处波长对应的颜色为紫色强度较大的吸收峰出现在和处刘应的颜色分别为绿色和黄绿色在 范围内吸收强度相对最大此波段对应于蓝色和绿蓝色区域。、处的吸收峰是由造成在反射谱巾冉现处的反射峰荧光光谱中仍然出现由造成的荧光峰。综所述红宝石呈现的颜色为紫、监、绿色的补色的混和色即主要为红色。红宝石紫黑色核心的可见光谱中最强吸收峰冉现在 和处对应的颜色分别为蓝色和绿色。在范围内几乎没有吸收全部 透过对应颜色大部分为紫色。在处吸收强度为零对应颜色为红色部分。 万方数据年第期化学教育因此这部分吸收最强的为蓝色和绿色大部分紫色和部分红色透过所以实际颜色为略带红色的紫色。由于红宝石中色带发育各处的吸收谱会有所差异但核心部分几乎为紫色至蓝紫色当宝石厚的时候便显现出不透明的黑紫色。鲁 扩扩一、执、牲纠、。。?。、。掣。…、一、静。粕长蛊瑚被长『脚所测样品厚采用显微光摩计测量。红色边部紫黑色核心图仰红宝石可见光吸收谱红宝石的呈色机理红宝石的红色是由如。致色的而猥—鳙か毂淖仙骷袄蹲仙诵牡纳梢话闳衔呛歇鹾酮瑾脑又室鸬摹,鹾酮瑾涞牡绾勺圃斐扇锷牒焐嗷旌笾率购毂凶仙鳌,瑾弊陨淼牡缱釉厩鹌浜焐凶仙骷袄蹲仙谛牡男纬伞:毂歇蟆埠焐怼～瑾??，～东濉,华崾恳华椤灰猾せ乒馄咔忧荧联蝗罩毂歇笠坏捏骷丁?缬谘睾脱丈 兆饔煤毂碛捎谝坏陌刖丢笥诘陌刖东——螳～薄袄嘀释笾没唤胂饔窬Ц袷蛊渲芪У亩猿菩越档酮笠凰肪澄槌傻幕浒嗣嫣濉,湮怀?虼霜螳～钡莫艄斓婪?至选,笨杉庹丈涞胶毂系缱游展饽艽踊,厩ǖ郊し?琛:酮柩?穸刹辉市淼缱哟踊,苯釉惊傻健,荧华琛,摘醌У墓饽芟嗟庇诠馄灼擢幕坡躺獯印,华栉斋—酹旯饽芟嗟庇诠馄咨溪淖瞎獾墓饽艿奔し?牡缱哟营杌颡璜氐交,氖焙虮匦胧紫韧?头拍芰俊,营琛,皇头弄酹甏营娑肥头奴—醌缓笤俅印;氐交樗娣?庀窒蠓?龊焐獯右弧,头弄酹昴荟尽,谡飧龉讨械缱游盏墓饽芟嗟庇讵和 的可见光的能量所以在光谱形成一个与之相对应的紫色和黄绿色光的吸收带。白光通过红宝石时紫色到黄绿色一段色谱的光子被吸收而几乎所有的红光和部分蓝光透过使红宝石呈现出深红略带??筵紫色的特征的鸽血红色。保持很短时间的级吸收以红色荧光形式现出来。这种产生红色荧光的级吸收增强了宝石的红色发光性使红宝石的颜色更鲜艳。红宝石中一致蓝紫色机理红宝石中还含有相对较多的以类质同象置换进入刚玉晶格的当光照射到红宝石时的电子吸收光能产生。一。跃迁。由于自旋轨道分裂和分裂电子跃迁需要的能量与中从。一。所需的能量有所差异在光吸收谱中就表现为吸收带的位移。代替”越多电子产生。。一。跃迁的机会就越多产生的蓝紫色就越浓。在红宝石的吸收菪中之间都有很强的吸收并且出现吸收峰这个吸收带便是由造成的。加上一„在附近对光的吸收使 红宝孑刘黄绿色光的吸收增强监色调增加。红窄石同时含有较高含量的一和‖它们同时作廿于红宝石使红宝石的颜色成为由一产生的红色与由川产生的蓝紫色混合『成的紫红色。由于核心部分“含量较高所以产生的蓝色调也深便造成了红宝石的蓝紫色核心。红宝石中的影响红宝石中含有檄微量的它对宗石颜色也有些影响。以极少量代替”进人品格与相连这时、均存在种价态即抖和两种结合方式。存光照的情况下和之问会产生电荷转移即—计卜 什产生了从黄色到红色宽阔的吸收带从而引起蓝色色彩。这种、之间的电荷 万方数据化学教育年第期转移是蓝色蓝宝石的最普遍的呈色机理。在 红宝石中虽然存在这种机理但它并不是产生红宝石蓝紫 色核心和紫色涮的主要原因。因为在红宝石的核部和边部的含量都极少几乎无差别。如果产生蓝紫色核心的主要原因是、之间的电荷转移那么边部和核部应机会相同不会有颜色的差异而且在吸收谱中从黄色至红色的吸收比其他波段强度要小说明、之间电荷转移产生的吸收并不占优势。因此、之间冈电荷转移而产生的蓝色不是主要的致色原因。红宝石的呈色机理是多种过渡离子的共同作用。红色致色离子为蓝紫色调主要由自身的电子跃迁产生同时伴有少量的引一引产生的蓝色调。红宝石的颜色由这种形式的呈色机理共同作用而成紫红色边部以产生的红色占绝对优势而蓝紫色核心以产生的蓝紫色占绝对优势。蓝宝石„—构成蓝宝石的主要成分是。一般占“次要成分为。。表示全铁氧化物含量其中的变化范围为。的含量在之间、。。、、、及的量非常低。在蓝宝石的晶体中可能存在的顺磁离子有卜、抖、、。世界上蓝宝石的成因主要有种一种为变质所致其铁含量较低如克什米尔、缅甸的蓝宝石另一种为碱性玄武岩成困的蓝宝石含铁量较高如澳大利亚、东南亚及中国的蓝宝石。吸收光谱菠敷—一吏测光谱一分解的吸收带一吸收基线圈蓝宝石的光吸收谱图为蓝宝石的光吸收潜示意图吸收带出现在、、、、和 附近图中分别川、。、。、、和表示、。和。吸收带存在于各色的蓝宝石中形成原因为抖或抖一什特点是吸收带较窄强度较大且 。。。具有弱的偏振性吸收强度。和。分别表示垂直和平行轴的吸收光谱和吸收带基本无偏振性。附近的吸收带归因于什附近的带为抖、附近的乩、吸收为引所敛但、。带强度太弱常常被掩盖。低铁蓝宝石的带较强无带。吸收带较弱甚至缺失且。的强度一般小于高铁蓝宝石。带较强且。。蓝色者具有较强的和吸收带。蓝宝石呈色机理、等元素足蓝宝石的主要致色元素“铁离子进入。。晶格时一般以类质同象替代卜的位置并以和抖形式存在。由于类质同象替代需产生晶格缺陷等来平衡电价如形成氧卒位或形成阳离子心、进入位于相邻的之间的晶格间隙、捕获一定数量的离子以满足电价补偿要求故一般的浓度远远大于的浓度。钛单独进入—。。晶格时以和存在类质同象替代需形成铝空位、氧离子心、同时形成氧和铝空位、捕获一定数量的离子形成电价补偿。蓝宝石的呈色机理为铁和钛间的电荷转移跃迁所涉及反应为抖一一计刊—。随着外十和含量的增高蓝宝石颜色加深而、、杂质含量相对增加町使蓝宝石透明度变差灰色调加深。对图进行分析等提出、和带均为蓝宝石晶格中的—电子跃迁引起的等认为交换耦合离子对 —。对和带的产生有重要的影响。源于的跃迁引起的、带的强度非常弱对颜色的贡献可以忽略不计吸收基线包括蓝宝石的本征吸收、散射、内反射及荷移引起的紫外吸收边等町吸收少部分紫光透过部分黄光其在不同颜色样品中的吸收基本恒定且很弱对颜色的影响可视为常数。。带是由的自旋禁戒晶体场引起的。带较强时引起黄偏绿颜色较弱时由于吸收基线的影响引起黄色。由引起的。带最大吸收波长位于左 万方数据年第期化学教育右由于有较大的吸收宽度该吸收可覆盖 范围较强的带引起绿色强度减小时引起绿偏黄的颜色。离子对引起的带的最大吸收波长位于附近近红外区域也有人将带的产生归属于的一能级之问的电子跃迁但等将它归属于之间的电荷转移。大部分样品中均町见到带但强度变化较大该带的半高宽比较宽偏振性明显。》。。带虽然位于近红外区在可见光区有少部分吸收但很强的带引进黄绿、黄偏绿颜色它向可见光区的延伸部分也会使宝石产生蓝色较弱时对蓝定石的颜色无影响从而裘现出吸收基线引进的黄色。之间电荷转移引起的带最大吸收波长位于 左右该吸收带很宽峰型呈舒缓状偏振性强。》?这一吸收带仅见于蓝色和蓝绿色的蓝宝石中单独存在时引起紫色、紫偏蓝色。和分别取代而处于相邻畸变氧八面体中这两种相邻杂质离子相距和间的电荷转移吸收能量所形成的宽吸收带中心位于左右为黄色光而由激发态返回基态的过程是快速的且产生一些热。等提出在含、、的蓝宝石中吸收带是由缺陷团 产生的带的强度较大时。带和带即使与带同时存在也只能表现出由带引起的颜色不太强的带和。带同时存在时显示蓝色不太强的带和带同时存在时基本仁仍表现为带所引起的颜色。当带和。带同时存在时随着它们之间相对强度的不同可引起除红色以外的各种颜色。当带较强时引起紫蓝色随着带相对强度的减小可引起蓝、蓝绿、绿、绿偏黄等颜色。如果带和。带同时存在基本上仍表现为带引起的颜色只是使颜色的主波长有稍微减小的趋势。带和。带同时存在可引起较纯的绿色但基本上有表现为。带所引起的颜色。蓝宝石可见光吸收谱中普遍是。、、。和几条吸收带同时存在通过分析可知带是控制蓝宝石颜色的主要因素而带颜色的贡献较小。翡翠翡翠是以硬玉矿物为主的单矿物或多矿物集合体常以硬玉或绿辉石为主要成分。传说翡为赤鸟翠为绿鸟。由于硬玉矿物含铁多时为红色故称为“翡”含、 多时为翠绿色称为“翠”。翡翠质地坚韧细腻矿物中存在类质同象结构因此呈现出千变万化的颜色主要有绿色、翠绿色、黄绿色、紫色、紫红色、红色、淡褐色、粉色、白色、黄色及灰色、黑色等。其中多以绿色为主也以绿色最为珍贵绿色的变化也最多样。硬玉矿物的化学组成式为。。理论值为占。。占占。除了主要组成成分外可能含有的微量或痕量成分有、、、、 、、、、、、、、等的氧化物。红色、黄色硬玉矿物的。。。含量较高大多为含量为不含或含有微量。。一般为祖母绿巾的。。含量一般为深绿色可达。吸收光谱图是云南祖母绿样品的吸收光谱在的紫区和的橙红区均有两个强而宽的吸收。据和对含祖母绿和无、由致色的祖母绿的吸收光谱的测定图说明仅由或外层电子跃迁的吸收带的位置接近都有橙红区和紫区的个吸收带但各自在个吸收带吸收的强度和位置有差异一引起的吸收在垂直于光学轴向的偏振光。光照射下位于和在平行轴向的光照射下位于、和引起的吸收光下位于和光下位于和。相比而言引起的吸收比引起的吸收在位置上向短波方向偏移了。同时引起的吸收在橙红区略强在紫区的吸收较强因此单由致色的祖母绿的绿色与单由一致色的祖母绿的绿色相比偏向黄色调。撼瞪馨斟囤云南祖母绿的暇收光潞绿色翡翠一般都具有典型的、、铬吸收线且在以下全吸收。 随着翡 万方数据化学教育】年第期翠中离子含量升高绿色加深它的条铬吸收线变宽且更加清晰。随着含量的减少翡翠颜色变浅其铬吸收线变窄变得模糊直至咀绿色翡翠的吸收光谱中缺失了铬吸收线并且它的、铬吸收线很细很模糊。翡翠中铁吸收线很难观察得到在个别含铁量较高的翡翠中?见处模糊的铁吸收线。“。羟长嵩。””。圉一或件致色的祖母绿的吸收光谱翡翠的呈色机理翡翠中均含有一定量的的存在才使得翡翠显示出纯正的绿色也可以说含量的高低决定了翡翠绿色的深浅。在祖母绿中杂质离子一取代”后所处环境红宝石巾的情况极为相似但显色箍异很大。原因是由于在祖母绿中配位场较弱的能级位于能级位于红宝石中分别刘应于和因此电子跃迁吸收黄红波长的光产生强的蓝绿投射导致祖母绿显示其特有的绿色。由于自身也可产生绿色而在各种绿色翡翠中又都含有一定量的因此对翡翠的色调有影响。如富含使祖母绿偏蓝可使其色泽更加艳丽漂亮而含一导致的偏黄或深暗蓝色的出现则将大大降低其拈位及价格。红色翡翠中的含量一般在左右 含量右不含其他致色离子说明红色翡翠不是矿物呈色而是矿物颗粒问外来物质呈色。紫色翡翠中含量高达呈色原因有可能是其含有的铬离子所敏也可能是 、电子跃迁致色亦可能是含锰离子所致。淡紫色硬玉应该是由或、臼共同致色的。云南祖母绿的颜色多为绿色偏黄或黄绿色是一?、、一共同作用的结果。这三种离子都可以以类质同象替代的形式进入到祖母绿晶体结构中。、 等微龟元素在绿色翡翠巾的含量相对偏高。对于绿柱石这个大家族中的多个亚种而言不司的产地、小同种类的呈色元素或离子使得其呈现出不同的颜色。表足对部分情况的可以看出祖母绿只是绿柱石的一个绿色变种而已其绿色是由口有时是或与共同作用的结果。表绿柱石各亚种的颜色殛呈色元素或离子海蓝宝石的颜嘁员汤丁?道丁?罾丁?忱丁?趁鹄兜穆躺颓陈躺婺嘎檀嬖谝灿刑车牡渡坪丁:,侗蚝酢倍迪掷渡,庥氇浇酢豹酢奔涞牡绾勺朴泄匾部赡苁仟酢痹诰宓牧交房椎乐杏胨纬伤ɡ胱踊蛉〈四车匚恢玫拇贾卵丈牟,苤浯涞穆躺痈钌辖彩怯瑟螳～薄?酢薄?酢钡裙尚屠胱右鸬牟?要蠛吭礁唪浯涞难丈铰酞蟆:吭礁唪浯涞难丈桨氮酢暗拇嬖谠蚧崾刽浯浯嵘鳌,瘾 ?猹鞯榷杂灿竦难丈灿幸欢ㄓ跋臁:吞镉癃怼豹詈吞镉裰饕槌煽笪镂干潦浠煞滞ㄊ轿螵癃猹鳘醌お慝?