宝石颜色的秘密（上）

或许你认识很多宝石，也买过宝石，但你是否仔细研究过宝石的颜色？

琳琅满目的宝石家族中为何会五彩缤纷、颜色各异？

这背后究竟有什么样的秘密？

本文有些长 分为上、下

（此部分为上）

我们在搞明白宝石颜色的秘密之前，首先需要明白一个简单的物理原理：当白色的可见光（波长为390~770纳米）进入到宝石之后，这其中的红橙黄绿蓝靛紫七种不同波长的色光会被选择性吸收，透射和反射的各种波长的混合色才是我们看到的宝石的颜色。如果某种宝石将入射光全部吸收，那它就会呈现出黑色；如果它对所有波长的色光都均匀吸收一部分，那它就会呈现出不同程度的灰色；如果它对各种色光基本上都不吸收，则为无色或者白色；而大多数情况是，宝石会选择吸收某些特定波段的色光，从而呈现出吸收光的互补色。

三菱镜色散

但是，宝石对不同色光的吸收受到多种因素的影响，既有本身物质成分和结构的内因，也有光源、观察者的位置和角度的外因，总结起来就是宝石的颜色分为三大类：自色、他色和假色。举个例子：有人说我黑，原因可能与我本身的肤色、所穿的衣服、外界的光线甚至观察者的位置与角度有关，如果我确实皮肤黑，那这个就是“自色”；如果是因为我穿了一身浅色的衣服而衬托出我很黑，那就是“他色”；如果是因为在晚上观察我而觉得我黑，那就是“假色”。对于宝石而言，它们究竟有什么样的具体表现呢？

自色：

我本如此

如果我问你，孔雀石是什么颜色的？绝大多数的人都能毫不犹豫地正确回答：绿色。这是因为绿色是孔雀石的基本色，尽管不同产地的孔雀石会略有差异，但基本色不会变，这就是自色。它是由于矿物本身内在的原因所引起的颜色，基本上固定，取决于矿物本身的化学成分及内部结构，是鉴定矿物的重要特征之一。

孔雀石之所以是绿色的，主要原因在于它含铜。铜离子能使很多矿物和宝石产生蓝色或绿色，这样的离子被称为色素离子，这样的元素被称为致色元素。这些元素必须是宝石本身的固有组分，而不是外来的机械混入物，这才算是宝石的自色。

再比如绿松石，它是一种由水和铜、铝组成的磷酸盐矿物，通常还会含有铁、锌等，其中的铜离子决定了它的蓝色基调，三价铁离子的存在会使得绿松石颜色发红、发黄，二价铁离子则会导致绿松石产生绿色色调。这也意味着，随着绿松石中铁含量的增加，其颜色会逐渐由灰蓝变成天蓝，然后变成蓝绿、绿、土黄色。正是由于绿松石中的铜和铁的含量变化，才使得绿松石产生颜色上的变化。

颜色相对比较单一的橄榄石，常为橄榄绿色，只是在颜色深浅上有所变化，它是一种镁铁硅酸盐矿物。也就是说，橄榄石晶体是由镁离子和铁离子共同形成均匀的﹑单一相的混合晶体。随着镁、铁离子含量的变化，橄榄石的颜色会变化，其成分中铁含量越多，则颜色就越深，从而显现出黄色、橄榄绿色甚至褐色。

这个道理很简单，也很好理解。黄铁矿的浅铜黄色、方铅矿的铅灰色、雌黄的黄色等颜色相对固定的矿物和宝石均是如此。

橄榄石

他色：

是别人让我变得如此

然而，还有很多意外的情况发生，当某种宝石在形成过程中，一些其它“杂质”成分乘机而入，混入到宝石当中，结果造成宝石的颜色发生了变化。

他色可以因矿物中含有染色杂质的细微机械混入物而产生，最典型的例子莫过于红宝石。红宝石是刚玉矿物，其主要成分是氧化铝（Al2O3）。但是，在合适的外界环境条件下，外来的铬原子（Cr3+）就以类质同象的形式代替了部分铝原子（Al3+）。有学者对红宝石进行光谱分析的结果显示，它对可见光强度最大的吸收峰出现在420纳米处（对应于紫色光的波长）和550纳米、570纳米处（对应于绿色和黄绿色光的波长），虽然对其他波段颜色也有吸收，但强度都较小。因此，红宝石呈现的颜色为紫、绿、黄色的补色的混和色，即主要为红色。

刚玉是无色透明的，随着铬的掺杂，颜色逐渐由红变绿

他色也可以是由于微量的杂质元素进入矿物晶格中，造成矿物晶格缺陷，从而引起颜色变化。水晶的不同颜色就是由于存在晶格缺陷所导致的。

有人发现，紫晶被加热到450～500℃时，紫色会消退并变为黄色，如果对烟晶进行加热，当其达到一定温度时，烟晶居然可以褪至无色。这是为什么呢？

我们知道，矿物晶体的结构是在空间范围内周期性的重复排列，但有时候，某种杂质的出现会在某一个或几个结点上将这种重复性排列的晶体结构破坏掉，比如，石英晶体中原本是二氧化硅SiO2，但有时候其中的硅Si4+会被铝Al3+所代替，此时，正电荷较少的阳离子进入晶格中代替了正电荷较多的阳离子，从而会导致局部电中性遭到破坏，在受到外界X射线、γ射线、中子轰击时，晶体损伤形成晶格缺陷，这些微观的缺陷就可以束缚电子或形成可见光的吸收中心，从而在晶体中引起颜色的变化。所以，烟晶之所以呈现出烟黄色或暗褐色，既与其内部结构有关，又与外界辐射有关。

后来，人们学会了制造彩色玻璃，其实就是在利用宝石中有关他色的原理，也就是想方设法在玻璃熔体中加入一定的致色剂，主要是一些粉末状的金属氧化物、硫化物或其他化合物，使其产生美丽的颜色，甚至还可以在玻璃熔体中加入另外一些脱色剂，用以中和玻璃中的杂质所带来的颜色，从而去除某些颜色(表1)。

现代彩色玻璃工业中常用的致色化合物

常见化合物 形成的颜色

硫化镉 黄

氯化金 红

氧化钴 蓝紫色

二氧化锰 紫

氧化镍 紫罗兰色

硫磺 黄琥珀

氧化铬 翠绿色

铀氧化物 荧光黄，绿色

氧化铁 绿色，棕色

氧化硒 红

碳氧化物 琥珀色

氧化锑 白

铜的化合物 蓝色，绿色，红色

锡的化合物 白

铅的化合物 黄

二氧化锰 脱色剂

硝酸钠 脱色剂