Почему рубины красные, а изумруды зеленые

Представьте рубин насыщенного красного цвета и зеленый изумруд. Эти цвета стали эталонами для целой палитры оттенков. Но что придает камням их уникальную окраску? Удивительно, но источник цвета у них один и тот же, и кроется он в мире атомов и квантовой физики.

И рубины, и изумруды являются минералами, то есть обладают не просто постоянным химическим составом, а строгой, упорядоченной структурой.

Рубин по своей сути — это минерал корунд, состоящий из алюминия и кислорода. В его кристаллической решетке каждый атом алюминия окружен шестью атомами кислорода.

Изумруд же — это разновидность берилла, чья структура сложнее: в ней присутствуют бериллий, кремний, алюминий и кислород. Однако и здесь ключевую роль играет алюминий, который тоже окружен шестью атомами кислорода.

Чистый корунд и чистый берилл абсолютно бесцветны. Их превращение в сокровища начинается тогда, когда в процессе формирования под землей, в условиях огромного давления и высокой температуры, в кристаллическую решетку просачивается чужак — хром. Он замещает собой часть атомов алюминия, и всего одного процента хрома достаточно, чтобы родился цвет.

Чтобы понять магию цвета, нужно представить, что цвет — это целый набор красок, спектр от фиолетового до красного. Когда свет падает на камень, часть этой энергии поглощается.

Ион хрома, окруженный атомами кислорода, действует как ловушка для определенных цветов. В решетке рубина — корунда — хром поглощает синие и зеленые лучи света. А что же остается? Красный свет, который не поглощается, а отражается обратно к нашему глазу. Именно его мы и видим, восхищаясь кроваво-красным блеском рубина.

В изумруде, хотя хром и окружен теми же шестью атомами кислорода, сама кристаллическая решетка берилла иная — в ней присутствуют кремний и бериллий. Они ослабляют связь между хромом и кислородом, меняя «настройки». В результате хром в изумруде поглощает уже не синий и зеленый, а синий и красный. На свободе остается зеленый цвет, который и дарит изумруду его характерный сочный оттенок.

Можно сказать, что хром — это актер, а его окружение — декорации. В декорациях рубина он играет красную роль, а в декорациях изумруда — зеленую. Эта способность настраивать свойства металлов, меняя их окружение, и есть основа современной неорганической химии.

Этот вопрос закономерен, ведь природа редко укладывается в строгие рамки. Хром — главный, но не единственный художник, работающий с палитрой драгоценных камней.

Рубины обязаны своим классическим красным цветом именно хрому. Если хрома нет, то корунд остается бесцветным. Однако в природе встречаются корунды самых разных оттенков — синие, желтые, розовые, фиолетовые. Все они, кроме красных, называются сапфирами. Так, синий сапфир своим цветом обязан уже другим элементам — железу или титану, которые, попадая в кристаллическую решетку, создают иную схему поглощения света. Таким образом, не каждый корунд — это рубин. Рубином называют только красную разновидность, окрашенную хромом.

С изумрудами история похожая. Изумруд — это всегда зеленая разновидность берилла, обязанная своим цветом либо хрому, иногда с примесью ванадия. Но бериллы бывают и других цветов. Например, голубой аквамарин окрашивает железо, а розовый морганит — марганец. Так что изумруд может быть даже красным. Цвет здесь снова зависит от того, какой именно элемент-художник оставил свой след в кристаллической решетке. 

Строго говоря, не все корунды — красные, и не все бериллы — зеленые. Но когда мы говорим «рубин» и «изумруд», обычно подразумеваем их классические цвета, рожденные удивительными квантовыми переходами одного и того же металла — хрома.

По материалам theconversation.com.

Хакасия: там, где говорят камни

Что такое редкоземельные металлы и где их применяют

Алмазы: как уголь под давлением становится бриллиантом