宝石致色机理

铬的致色机理种贵重宝玉石的颜色均是由微量元素铬所致。6个未配对的电子，其中3个为价电子。它在红宝石、祖母绿和变石的原子构造中与其它原3个电子能自由的转变能级，从而导致宝玉石的颜色。⑴红宝石2 红宝石的矿物名称为刚玉，其化学成分是AlO。纯洁的刚玉是无色透亮的，当有微量的CrO参加时，刚玉才会呈红色。这是由于Cr3+以类质同象置换局部Al3+。d2 2 3分裂形成不同的能级。⑵祖母绿3 2 6 祖母绿的矿物名称为绿柱石，分子式为BeAlSiO 。其原子构造与刚玉相像，Cr3+类质同象代替Al3+后在四周六个氧离子组成的八面体的作用下d轨道发生分裂，形成不同的能级，与刚玉不同的是多了Be2+和Si4+3 2 6 ⑶变石变石被称为“白昼里的祖母绿，黑夜里的红宝石BeAl2O4，当Cr3+类质同象代替Al3+后，与红宝石和祖母绿一样，在d轨道分裂后形成不同的能级，而与红宝石和祖母绿不同的是受Be2.41eV，高于祖母绿的2.05eV，低于红宝石的2.23eV，即介于绿光和红光波段之间，二者到达临界平衡态。宝玉石的颜色主要取决于光源中单色光的百分含量，在钨丝灯光或烛光下，与红光相当的能量多，故宝石显红色。在日光或日光灯下，较低的能量占优势，故宝石显绿色。三．色心致色在日常生活中，常常无意中长期处于阳光暴晒的玻璃瓶会渐渐变成悦目的淡紫色，当假60r射线中辐射，几分钟内会呈现更深的紫色，这种紫色是来自于色心。在宝玉石中，紫晶、萤石等均是色心呈色所致。在优化处理工艺中，一些自然和人工宝玉石也都可以由辐射产生色心，如辐射改色的蓝、黄、红、绿钻石、蓝托帕石等，其中一些颜色较稳定，只有在加热时才消逝；一些颜色不稳法进展争论。宝玉石中常见的两类色心是“电子色心”和“空穴色心⑴电子色心电子色心是指电子存在于晶体缺陷的空位时，所形成的色心。使宝玉石产生颜色的缘由是阴离子空穴俘获一个电子后性吸取而呈色，如萤石。萤石晶体为等轴晶系，在萤石的晶体构造中，正常状况下，一个钙形成的晶体场定位。在晶体场中，电子从基态向激发态跃迁时吸取可见光的红、黄、绿、蓝大局部光，仅透过紫光，使萤石呈紫色。⑵空穴色心空穴色心是指由于阳离子缺失而产生的电子空位。产生颜色的缘由是当宝玉石晶体中阳子，形成未成对电子，这些未成对电子吸取可见光产生颜色，如水晶族中的烟晶与紫晶。水晶晶体构造是硅氧四周体。当水晶中有杂质Al3+存在时，Al3+Si4+。为保(H+)Al3+有肯定距离。假设外能辐射从接近Al3+的氧中释放出一个电子，这个电子会被氢离子俘获而形成氢离子。O2-→O-+e-H++e-→H而氧离子剩下一个未成对电子。这个电子吸取可见光而产生颜色，形成烟水晶。假设水晶中存在的是Fe3+而不是Al3+，则往往消灭浅黄色，辐射时可得到紫色，加热后回到黄色，这是人工合成有色水晶常用的方法。⑶产生色心的辐照源目前人们用多种多样的辐照源来产生色心，从能量较小3eV的可见紫光，可用于产生某些极浅陷阱的不稳定的色心，到各种高能X、r射线、高能粒子、中子反响堆等均常用来做同时，还能产生外表的局部过热，因而会使热敏材料裂开。用于产生色心的各类辐射源及粒子类型电磁波可见光典型能量3eV着色的均匀性变化的紫外线SW10KeV变化的X射线1MeV差，只在外表r射线1MeV好，很均韵粒子 电子1MeV差，只在外表〔引起外表的局部过热〕a粒子等〔正的〕1MeV差，只在外表中子〔中性〕1MeV好，很均韵〔能引发放射性〕四．电荷转移致色据分子轨道理论，当原子形成分子后，电子可以从一个原子的轨道上跃迁到另一个原子色。电荷转移可以发生在金属与金属、金属与非金属、非金属与非金属原子之间。⑴金属与金属原子间的电荷转移金属与金属原子之间电荷转移分为两种类型：①同核原子价态之间的电荷转移。如Fe2+→Fe3+Fe3+→Fe2+；Ti3+→Ti4+或Ti4+→Ti3+；Mn2+→Mn4+或Mn4+→Mn2+等。同核电荷转移是发生在同一过渡元素不同价态的两个原子之Fe2+和Fe3+FeAB A 2++Fe3+→Fe3++Fe2+B A Fe2+→Ti4+Fe3+→Ti3+。是由两种过渡元素的两个原子间的相互作用，最典型的例子是蓝宝石、蓝晶石、红柱石。在蓝宝石晶体中，Fe和Ti以类质同象代替Al3+进入相连接的八面体中。FeTi均存在着两种价态，这两种价态有两种结合方式，即Fe2++Ti4+Fe3++Ti3+。当电荷通过吸取光能从Fe2+Ti4+时，Fe2+转换Fe3+,Ti4+转换为Ti3+,Fe3++Ti3+Fe2++Ti4+的能量高，能级差为2.11eV现蓝色的颜色。蓝晶石、红柱石的呈色缘由也属这类。⑵金属与非金属之间的电荷转移金属与非金属原子之间电荷转移常发生在金属离子与氧离子之间，如O2-→Fe3+,O2-→Cr6+等。如黄色的蓝宝石、黄色的绿柱石等，均是通过这种氧离子到铁离子电荷转移吸取可见光而产生的颜色。在金黄色绿柱石的构造中，仅靠Fe3+d电子跃迁产生的吸取很弱，颜色极淡。而O2-→Fe3+电荷转移吸取可以由紫外延长到蓝光波段，吸取了蓝紫光，呈现金黄色。而配位不同的黄色蓝宝石也是O2-→Fe3+电荷转移所致。金属与非金属原子之间电荷转移致色的宝玉石还有：赤铁矿、黄铁矿、铬铁矿等。⑶非金属与非金属原子之间电荷转移(CNa)(ASiO46(SOS2)(S3-)所组3s23p4S3-19些轨道中跃迁，吸取了2.1eV，即强吸取600nm黄光波段，而形成紫蓝色。一些有机宝玉石如琥珀、珍宝、珊瑚，均为阴离子-阴离子间的电荷跃迁所致。五．能带致色能带理论认为，固体中的原子不是束缚于某个原子，而是在整个晶体中运动，运到的范理论，固体物质中可以有不同的能带，由已布满电子的原子轨道能级所形成低能量的价带，差或间隙称为禁带或带隙。取决于带隙的宽度。当带隙能量大于可见光的能量(3.1eV紫端)时，电子无法被可见光激发而跃迁到导带，可见光全部通过，宝玉石为宽带隙无色透亮。如金刚石，带隙能为5.5eV；当带隙能量小于可见光能量时(＜1.77eV窄带隙)，全部可见光都用于电子从价带至导带的激发和透过可见光，使宝玉石产生各种颜色。金刚石的呈色用能带理论解释较为完善。金刚石的带隙能为5.5eV，氮原子在金刚石构造中取代碳原子。氮的最外层电子排布(2s22p3)比四价碳的最外层电子排布(2s22p2)多一个电子。这个多余的电子在钻石带隙内形成一个杂质能级，称为施主能级，氮原子为“施主钻石呈黄色。当含有少量硼时，由于硼比碳少一个电子，最外层电子排布为2s22p1,在带隙中形成能级。由于这个空穴能承受从填满的价带激发来的电子，这种能级称为受主能级。硼受主的能量为0.4eV，可使钻石呈蓝色。此外，辰砂的红色、雄黄的橙色均属这一类型。六．物理光学致色(干预、衍射、散射、色散、包裹体)物理光学致色是指宝玉石的晶体构造及内含物对光线的色散、干预、衍射和散射等作用形成的颜色。⑴干预40光的干预是指波长一样、传播方向近乎一样的两束光会相互作用而产生相长增加或相消为常见，且绿、黄、橙红和青色也会发生。典型的拉长石成分Na2Ca3Al8Si12O，通常还会40效应所产生的。⑵衍射衍射是干预的一种特别类型。产生衍射的宝玉石构造中最重要的因素是，应具有规章的产生连续的光谱色，如虹、日晕、日冕及欧洲泊的变彩等。⑶散射散射一般发生在材料内部构造不规章或组分的大小超出衍射条件界限范围的情形下，其颜色特征与构成材料的颗粒大小和外形有关颗粒相互作用产生散射时，所散射的高能光波比低能光波强得多，即红橙光一般不被散射，只能看到紫和蓝色散射光。月光石能产生蓝色闪光