www.srebrnykruk.pl






Abc złotniczo-jubilerskie

strzalka do tyłu strzalka do góry
Właściwości kamieni szlachetnych i ozdobnych


Właściwości optyczne kamieni szlachetnych i ozdobnych


Barwa, blask i połysk


W badaniu kamieni szlachetnych i ozdobnych ich barwa zajmuje poczesne miejsce. Jednakże w przeważającej części przypadków nie może ona stanowić pewnej cechy identyfikacyjnej, ponieważ wiele kamieni ma taką samą barwę.


Za kolor dużej części kamieni szlachetnych odpowiedzialne są defekty sieci krystalicznej i jony domieszkowane. W czystej postaci tlenek glinu, krzemionka i fluoryt z których zbudowane są kamienie szlachetne oraz ozdobne są bezbarwne. Jaskrawe kolory powstają na wskutek wprowadzenia niewielkiej ilości obcych atomów metali do sieci krystalicznej (jony domieszkowane) lub w wyniku obecności pustych przestrzeni które wyłapują elektrony. Zanieczyszczenia i defekty często występują w naturalnych minerałach na wskutek warunków geologicznych i środowiskowych w których powstają.

Jeden rodzaj kamienia szlachetnego może mieć wiele różnych barw, ale daje się wyróżnić z pośród nich tzw. barwę własną będącą właściwą dla kryształu pozbawionego wszelkich domieszek. Jest ona pomocna przy rozpoznawaniu kamieni szlachetnych. Pojawia się po mocnym zarysowaniu minerału, nieszkliwioną płytką porcelanową o twardości w skali Moscha wyższą niż 6. Wynikiem takiego działania jest wyabstrahowanie obcego zabarwienia kamienia i uzyskanie tzw. barwy rysy, właściwej danemu kamieniowi. I tak np. hematyt koloru stalowego ma barwę rysy czerwoną. Kamienie twardsze od płytki porcelanowej zeskrobywane są stalowym pilnikiem. Odrobiny proszku z kamienia rozciera się następnie na płytce. Metoda ta stosowana jednak może być tylko w przypadku surowych kamieni szlachetnych i ozdobnych z uwagi na niebezpieczeństwo pęknięcia badanego okazu.

Barwy kamieni szlachetnych i ozdobnych ulegają czasowym zmianą pod wpływem działania światła dziennego bądź sztucznego. Zjawisko takie z upływem czasu może z rzadka mieć charakter trwały tak jak u ametystów, stających się bezbarwnymi w wyniku oddziaływania promieni słonecznych. Obecnie istnieje cały szereg metod technicznych modyfikacji barwy kamieni.

Do podstawowych cech minerałów zalicza się także blask i połysk będące rezultatem odbijania promieni światła od ich powierzchni. Czym bardziej równa i gładka powierzchnia odbijająca promienie światła, tym większa intensywność blasku. Połysk minerałów określa się na ścianach kryształu, które nie uległy wtórnym przeobrażeniom. Najlepiej zaś na świeżych powierzchniach przełamu i może on przybrać niżej wymienione rodzaje.

  • Metaliczny, jest to najjaśniejszy rodzaj połysku podobny do wypolerowanej warstwy metalu, albo folii metalowej. Charakterystyczny wyłącznie dla nieprzezroczystych kamieni szlachetnych, a także dla wielu minerałów kruszcowych takich jak hematyt, chalkopiryt, galena, magnetyt, antymonit i piryt.
  • Diamentowy, niezwykle intensywny, wyróżniający niektóre z minerałów przezroczystych i przeświecających jak np. diament, siarka oraz wanadynit. Jest to lśniący połysk podobny do oszlifowanego diamentu, albo szkła ołowiowego.
  • Tłusty, jak tłuszczu na papierze. Cechuje on mętne kamienie o małym współczynniku załamania światła. Właściwy jest dla wielu minerałów nieprzezroczystych. Ich przykłady to; nefryt, kordieryt, lapis-lazuli, malachit. Poza powierzchnią przełomu praktycznie niespotykany u kamieni szlachetnych.
  • Szklisty, bardzo rozpowszechniony w świecie minerałów. Przypomina połysk czystej powierzchni szklanej. Może on być bardziej lub mniej żywy. Mają go np. apatyt, fluoryt, kwarc. Jest także charakterystyczny dla praktycznie wszystkich przezroczystych kamieni szlachetnych takich jak; szmaragd, rubin, szafir, topaz, ametyst, cyrkon.
  • Perłowy, spotykany w minerałach o budowie blaszkowej, typowy dla minerałów przezroczystych jak np. gips, muskowit czy talk. Przypomina połysk macicy perłowej25-3. Spotykany jest w kamieniach szlachetnych o bardzo dobrej łupliwości najczęściej na powierzchni przełomu.
  • Jedwabisty, wykazują go minerały o budowie włóknistej, takie jak; azbest, krokidolit oraz korund. Przypomina blask światła na jedwabiu naturalnym.
  • Matowy, czyli brak połysku występujący w minerałach takich jak; jaspis czy chiastolit.

Czasami w mineralogii można spotkać także niżej wymienione określenia rodzaju połysku.

  • Ziemisty (zwyczajny), będący charakterystycznym dla minerałów występujących w skupieniach zbitych, np. limonit.
  • Półmetaliczny, o wiele mniej intensywny od metalicznego, cechujący niektóre rudy.
  • Żywiczny, mało intensywny jak w przypadku bursztynu, u kamieni szlachetnych spotykany niezbyt często. Przypisywany jest minerałom takim jak; aragonit, ortyt czy sfaleryt.
  • Woskowy, matowy połysk, cechujący kamienie szlachetne o dużych nierównościach takie jak; opal czy turkus.

Pośród właściwości optycznych kamieni szlachetnych i ozdobnych można jeszcze wyodrębnić przezroczystość, będącą w dużej liczbie przypadków potwierdzeniem ich wartości. Przepuszczalność światła może być zaburzona przez wrostki substancji obcych, pęcherzyki powietrza, pęknięcia wewnętrzne, albo wynikać z silnej absorpcji kryształu. Gdy światło opuszcza kamień szlachetny mocno osłabione, określa się go jako przeświecający.


Efekty świetlne


Duża część kamieni szlachetnych i ozdobnych bez względu na ich barwę, zanieczyszczenia czy też skład chemiczny, wyróżnia się pasiastymi wrażeniami świetlnymi bądź migotliwością powierzchni.


Zjawisko to powstaje w wyniku odbicia, interferencji, lub załamania światła na cienkich warstwach, niewielkich złożach, pustkach, czy też innych częściach struktury. Do efektów świetlnych zaliczyć można niżej wymienne zjawiska.

  • Adularescencja objawiająca się niebieskawym połyskiem zmieniającym swe położenie wraz z ruchem kamienia. Jest ona efektem interferencji światła na warstewkach w jego wnętrzu. Przykładem może być kamień księżycowy odmiany adular oszlifowany w kaboszon.
  • Asteryzm inaczej efekt gwiazdy. Polega na wytworzeniu przecinających się w jednym miejscu pod określonym kątem zależnym od symetrii kryształu, smug światła. Jest wynikiem odbicia światła do równolegle rozłożonych włókien, igiełek albo kanalików rozmieszczonych wiązkami w różnych kierunkach. Występuje także u syntetycznych kamieni szlachetnych i ozdobnych. Jako przykład posłużyć może rubin i szafir oszlifowany w kaboszon, lub kuliście oszlifowany różowy kwarc.
  • Awenturescencja zjawisko barwnej gry refleksów świetlnych na wrostkach, zazwyczaj na nieprzezroczystym tle.
  • Migotliwość inaczej efekt kociego oka. Zjawisko optycznie podobne do zwężonej źrenicy kota, będące efektem odbicia światła od równolegle rozmieszczonych włókien, igiełek, bądź kanalików. Jest szczególnie wyraziste na kamieniach oszlifowanych w kaboszon, tak by podstawa ułożona była równolegle do włókien albo kanalików. Obracając kamień uzyskuje się wrażenie płynnego przemieszczania się promieni świetlnych po powierzchni. Nazwa kocie oko przypisana jest do chryzoberyli cechujących się najładniejszym efektem. Zjawisko to spotykane w innych kamieniach szlachetnych i ozdobnych wymaga dodania nazwy kamienia szlachetnego np. kwarcowe kocie oko, sokole oko czy tygrysie oko.
  • Iryzacja jest to tęczowa gra barw wybranych kamieni szlachetnych i ozdobnych. Powodowana jest rozszczepieniem światła na występach oraz pęknięciach struktury wewnętrznej kamienia. Przykładem takiego efektu są kryształy górskie, w których celowo powoduje się pęknięcia, by wywołać to zjawisko.
  • Labrodoryzacja, czyli metaliczna gra barw nierzadko o efektach niebieskich oraz zielonych, bądź też we wszystkich kolorach widma. Powodowana jest interferencją światła na najcieńszych płytkach. Przykładem kamienia jest labrador.
  • Orient nazywany także overton charakteryzujący się iryzującym połyskiem oraz subtelną grą barw spotykaną u pereł. Powstaje na wskutek załamania oraz interferencji światła na dachówkowo rozmieszczonych płytkach aragonitu25-4 i konchioliny25-5 zaraz pod powierzchnia pereł.
  • Opalescencja cechuje się mleczno-niebieskawym, albo perłowlśniącym wyglądem będącym wynikiem odbicia światła krótkofalowego, czyli niebieskiego. Efekt ten spotykany jest u opali zwyczajnych.
  • Opalizacja polega na grze barw w formie kolorowych plam, ulegających zmianie zależnie od kąta obserwacji. Powodowana jest odbiciem bądź interferencją światła przez drobniutkie kuleczki krystobalitu25-6, wrośnięte w masę żelu krzemionkowego.
  • Fosforescencja jest cechą niektórych kamieni szlachetnych szczególnie diamentów, topazów i turmalinów. Polega na zdolności do świecenia na bladozielono w ciemności po wystawieniu ich na działanie źródła światła. Własność ta ulega wzmocnieniu po podgrzaniu bądź silnym potarciu.
  • Fluorescencja jest to zdolność do świecenia na wskutek działania niewidocznych promieni ultrafioletowych. Bada się ją w ciemnym pomieszczeniu za pomocą promieni lampy kwarcowej, skierowanym przez szkło Wooda, na sprawdzany kamień. Szkło Wooda składa się z krzemianu baru z dodatkiem 9 % tlenku niklu i powoduje, iż jest ono nieprzepuszczalne dla światła widzialnego, a przepuszcza tylko promieniowanie nadfioletowe. W świetle nadfioletowym większość kamieni szlachetnych cechuję się mniejszą lub większą fluorescencją tj. świeceniem. Natomiast fałszywe kamienie są pozbawione tej właściwości. Barwa fluorescencji jest uzależniona od rodzaju kamienia szlachetnego.

Na fluorescencję w dużym stopniu oddziałują zanieczyszczenia, które zawierają w swoim wnętrzu kamienie. Dlatego też badanie ich w świetle ultrafioletowym musi być wykonywane z uwagą, gdyż można uzyskać wprowadzające w błąd rezultaty. Przykładowo, diamenty zazwyczaj wskutek działania światła ultrafioletowego emitują intensywne niebieskie światło, jednakże niekiedy nieliczne ich odmiany mają inną barwę a z rzadka wręcz nie świecą.

Większość kamieni o żółtej barwie nie wykazuje się zdolnością do fluorescencji.

Badanie pereł metodą fluorescencji jest niezwykle efektywne z uwagi na prostotę przeprowadzania sprawdzania. Dają one niemalże całkowitą gwarancję poprawności rozpoznania kamieni ze względu na nieznaczną odmienność w odcieniach świecenia.

W tabeli poniżej podano barwy fluorescencji dla najczęściej wykorzystywanych w jubilerstwie kamieni.

Tabela nr 25-5
Tabela. Barwy fluorescencji kamieni najczęściej używanych w jubilerstwie.

Własności optyczne kamieni szlachetnych umożliwiają ich identyfikację wykonywaną w oparciu o pomiar współczynnika załamania światła.


Współczynnik załamania światła


Wykorzystuje się tu zasadę, iż promienie światła trafiający na swej drodze na inny ośrodek, na powierzchni granicznej tzw. granicy dwóch ośrodków, częściowo zostają odbite, zaś ich reszta przechodzi do drugiego ośrodka jednocześnie ulegając załamaniu25-7.


Kąt, pod jakim promień świetlny załamuje się, zależy od kąta jego padania na granicę ośrodków  oraz od współczynników załamania substancji przez które przechodzi światło.

Tabela nr 25-6
Tabela. Współczynnik załamania światła kamieni szlachetnych.

Określanie współczynnika załamania światła wykonuje się za pomocą przyrządu nazywanego refraktometrem. W jubilerstwie używa się ich w wersji uproszczonej, umożliwiającej szybki, prosty i zadawalająco precyzyjny pomiar.

Zdjęcie nr 25-12
Zdjęcie. Refraktometr.

Stosuje się także metodę oznaczania współczynnika załamania światła w oparciu o specjalne ciecze o znanym współczynniku załamania światła. Badanie takie polega na zanurzeniu w cieczy kamienia szlachetnego. Gdy współczynniki załamania cieczy i kamienia są takie same, to kontury kamienia rozmywają się i niekiedy wręcz całkowicie zanikają, staje się on niewidoczny. Powodowane jest to tym, że promienie świetlne przenikając przez ciecz do ciała o takiej samej gęstości optycznej nie zmieniają swojego kierunku. Ciecze wykorzystywane do badania przedstawiono w tabeli poniżej.

Tabela nr 25-7
Tabela. Cieczek do badania współczynnika załamania światła kamieni szlachetnych.

Ponieważ światło białe składa się z mieszaniny tzw. barw prostych wykazujących się niewielkimi różnicami w załamaniu, jako podstawę do wyznaczania współczynnik załamania światła przyjęto jednobarwne światło żółte uzyskiwane przez zabarwienie płomienia solami sodu.

Najmocniej załamują się promienia światła czerwonego, najmniej fioletowego. Współczynniki załamania światła dla diamentu przedstawiono w poniższej tabeli. Znaczące różnice we współczynniku załamania światła nazywane dyspersją, występujące w diamentach są powodem bardzo efektownej gry barw, odróżniającej diament z pośród pozostałych kamieni szlachetnych.

Tabela nr 25-8
Tabela. Współczynnik załamania światła diamentów  w zależności od barwy światła.

Podwójne załamanie światła.


Ciała bezpostaciowe25-8 takie jak; szkło albo obsydian oraz ciała o układzie regularnym takie jak; diament, granat czy spinel, załamują światło pojedynczo, zaś pozostałe minerały załamują światło podwójnie (znaczy to, że rozszczepiają światło na dwie wiązki). Zjawisko to nosi nazwę podwójnego załamania światła.


By stwierdzić czy dany minerał podwójnie załamuje światło, wykorzystać można bardzo prosty sposób polegający na oglądaniu przez badany kamień jednostajnego płomienia świecy. Ściany kamienia pojedynczo załamującego światło odbijać będą płomień świecy pojedynczo, a gdy kamień jest dwójłomny, pojawia się podwojony obraz świecy. Przy małej dwójłomności podwojony zarys obrazu jest bardzo słabo widoczny, a przy dużej dwójłomności, podwojony obraz świecy jest dobrze dostrzegalny.

Zdjęcie nr 25-13
Zdjęcie. Dychroskop kieszonkowy.

Dwójłomność występująca w minerałach jest wynikiem zależności prędkości światła od kierunku rozchodzenia się oraz kierunku polaryzacji25-9 światła. W kryształach jednoosiowych (kryształy dwójłomne), jeden ze załamanych promieni nazywany jest promieniem zwyczajnym i poddaje się on prawom załamania. Drugi zwany promieniem nadzwyczajnym, nie stosuje się do praw załamania. Natomiast w kryształach dwuosiowych, oba promienie nie stosują się do praw załamania.

Kryształy dwójłomne barwne w świetle przechodzącym, zależnie od kierunku wykazują zazwyczaj wiele barw. Minerały jednoosiowe w każdym kierunku prostopadłym do osi głównej, mają taką samą barwę, ale inną niż ta obserwowana w kierunku równoległym do osi głównej. Są więc one dwubarwne, ich przykłady to; beryl, kalcyt, kwarc, rubin, szafir, turmalin, czy cyrkon. Ciała optyczne dwuosiowe w trzech prostopadłych kierunkach, przepuszczają trzy różne rodzaje światła białego. Czyli są trójbarwne, zalicza się do nich np. topaz, oliwin czy uleksyt.

Badanie różnobarwności, czyli pleochroizmu wykonuje się przyrządem nazywanym dychroskopem. Zbudowany jest on z romboedru25-10 kalcytu, osadzonego w rurze, zakończonej na jednym końcu skierowanym do oka, otworem i słabą soczewką. Na drugim płytką mosiężna z wyciętym pośrodku małym otworem w kształcie kwadratu lub prostokąta. Wielkość tego małego otworu jest tak dobrana do grubości kryształu kalcytu, by patrząc np. w stronę nieba, wytworzone przez dwójłomność kalcytu dwa obrazy otworu, widzialne były tuż obok siebie, lub stykały się ze sobą. Gdy przed otworem umieścimy kryształy badanego minerału oraz zwrócimy przyrząd na jasną powierzchnię taką jak papier bądź w stronę nieba lub światła sztucznego i następnie obracamy sprawdzanym minerałem, kiedy zaobserwujemy jednakową barwę obrazów w jednym kierunku, a w pozostałych inne barwy, to badany kamień jest jednoosiowy. Zalicza się go wówczas do układu tetragonalnego lub heksagonalnego. Przyrząd ten, zwany jest również od wynalazcy lupą Haidingera. Badanie pleochroizmu jest nieskomplikowanym i dogodnym sposobem rozpoznawania kamieni szlachetnych.


25-3Macica perłowa, mocno iryzująca warstwa wybranych gatunków muszli małżów oraz ślimaków.

25-4Aragonit CaCO3, minerał z gromady węglanów, polimorficzna odmiana węglanu wapnia, stanowi 90 % masy perłowej.

25-5Konchiolina to organiczny biopolimer, występuje w składzie zewnętrznej warstwy ochronnej muszli mięczaków, jest też składnikiem masy perłowej. Nierozpuszczalna w wodzie, alkoholu i eterze.

25-6Krystobalit to rzadki minerał należący do gromady krzemianów.

25-7Zmiana kierunku promienia na granicy dwóch ośrodków spowodowana jest tym, że światło w różnych ośrodkach rozchodzi się z różnymi szybkościami.

25-8Ciała bezpostaciowe inaczej amorficzne są to ciała stałe, tworzone przez cząsteczki ułożone w sposób dość chaotyczny, bardziej zbliżony do spotykanego w cieczach. Zazwyczaj są to substancje, które mają zdolność do krystalizacji, ale ze względu na duży rozmiar cząsteczek, zanieczyszczenia lub szybkie schłodzenie cieczy, nie mają warunków aby w pełni skrystalizować. Najistotniejszą ich cechą jest zachowanie w procesie ogrzewania gdyż w odróżnieniu od kryształów nie mają one temperatury topnienia, lecz w sposób ciągły poprzez stan plastyczny przechodzą w stan ciekły.

25-9Polaryzacja jest to przekształcenie fali niespolaryzowanej w falę spolaryzowaną. Fala niespolaryzowana to taka, której drgania rozchodzą się w „dowolnych”, „przypadkowych” kierunkach, a spolorazywana to taka  w której drgania rozchodzą się w ściśle określony sposób.

25-10Romboedr, inaczej rombościan jest to równoległościan, którego każda ściana jest rombem, czyli bryłą ograniczoną sześcioma przystającymi rombami. Ma osiem wierzchołków i dwanaście krawędzi. Jego oś główna symetrii obrotowej, łączy te dwa wierzchołki, w których zbiegają się po trzy kąty równe.


Właściwości optyczne kamieni szlachetnych i ozdobnych< - www.srebrnykruk.pl