天然钻石是怎样形成的，有高人指教。

钻石的准确由来至今仍是个谜。数亿年前钻石成形于地球深处的高温高压中，直到2400 多年前，印度首次发现和开采钻石。 随着时间的推移，钻石在世界许多其他地区被发现。如今，非洲、俄罗斯、澳大利亚和加拿大生产的钻石最多，现如今俄罗斯已是世界上最大的钻石原石出口国。

钻石的颜色钻石的颜色,主要为无色、白色、淡**。**是钻石的大忌,其色凋的深浅直接影响钻石的质量和价值。因此,钻石的颜色是其经济评价中首要因素。目前对钻石颜色分级的评价,大多采用对比法,即在标准白色钻石灯下,把所需要分级的钻石,与"标准钻石样"进行对比划分。

　　很多人喜欢钻石是因为钻石那摄人心魄的光彩，璀璨夺目，散发出冷艳高贵的魅力。那么这样如此美丽的光芒是如何形成的呢？大部分的人都认为是因为钻石切工的好坏而影响了钻石“火彩”的成因，究竟是不是这样呢？让我们一起来探讨一下吧！

　　钻石这些光芒的出现是与钻石最强的折射率和色散分不开的。对宝石来说，宝石的磨光表面是越光亮越好，这表明对光的反射能力强。反射能力又与折光率有关，折光率越大，反射力就越大，磨光表面也就越亮。仅有几种矿物的折光率能达到2以上，而金刚石即钻石的折光率高达24，再加上在琢磨钻石时采用现代科学设计的标准磨型，使钻石表面及射入内部的光全部反射击去，整个钻石就会闪烁出耀眼夺目的光芒，使其在众宝石中独具魅力。

　　钻石的光彩也叫“火彩”，它能反射出五光十色、光怪陆离的彩光，尤其以柔和冷艳的蓝光为主，这种现象是钻石色散作用的结果。所谓色散就是折射率的大小随着光颜色的不同而变化。在所有的天然宝石中钻石的色散度是最强的。因此，钻石会出现火焰般冷艳、璀璨夺目的美丽光彩。如果转动钻石，就会发现钻石上的奇彩光芒能迅速改变、闪烁不定、异常驻迷人，这种现象又叫钻石的“闪烁”度。

　　正因为钻石对光线产生的这种独特效果，在众宝石中这种特有的物理性质而使其成为当之无愧的宝石之王，散发无尽而神秘的魅力。

彩钻的独特魅力

有颜色的钻石，又称为彩钻，主要成因是无色钻石内的微粒起变化而产生的颜色，不同的变化产生不同的颜色，因此颜色越罕有，价值亦愈高。

彩钻的颜色，较常见的有金**、棕色、绿色，其它如粉红、红色、蓝色就较为罕有， 往往可遇而不可求，如蓝色的霍普钻石，堪称稀世珍宝，价值当然也不菲。

彩钻在悄然无息中已占据了一定市场，因为消费者在观念外的颜色有了更多选择，但应注意的是，现在有人将天然钻石经放射处理制为彩钻，颜色虽然较浓，但看起不是很滑透，有点油闷；不够亮丽，其闪耀性也差，无法与天然品相比。若分辨其优劣，则较着重色调，色调愈纯，愈浓，就愈珍贵。

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决定购买钻石的品质与价值的特点『4C』

1颜色

颜色是评定钻石的品质与价值的重要因素，虽然各国有不同的分级制度，但都是从无色开始，售价则随**色泽的增加而向下调整。美国宝石学院的颜色分级是从D开始到Z结束，D为最高的等级价格也较高，而颜色大概可以如此形容，D、E、F超级白，G、H、I罕白， J、K、L白，再下去的等级我就不太建议购买，因为颜色稍黄(我个人较推荐购买G、H、I这三个等级的颜色，因为一般消费者其实无法清楚的分辨钻石的等级，而且这三个等级的颜色还算白，也是一般民众较能接受的价位。)。特别的颜色(Fancy Colours)如：红、粉红、绿、蓝等除外。

一般消费者可能以为钻石是没有颜色的，因为市面上销售的钻石大多是无色的、浅**的或棕色的。事实上，钻石，可以是彩虹色系中的任何任一种颜色。一些特别的颜色如红、粉红、蓝的钻石，其售价甚至比无色的钻石为高，当你在高价选购一粒特别颜色的钻石前，请先询问及了解该钻石是否经人工方法处理过，因为差价甚高。

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钻石是一种碳的单质形态，纯净的钻石是无色透明的。天然状态下，纯碳在高温高压下形成钻石，就是所谓天然钻石。虽然钻石不可再生，但是在自然界的存在还是比较多的。并不是某些垄断财团所谓的“极其稀有”。其价值都是炒作造成的。除了作为装饰物，工业上也可以用于加强切削刀头的硬度，手表的轴承等。

在人们的珠宝奢侈品中，钻石是指抛光钻石，也是爱情和忠诚的象征。人们对钻石形成的原因很好奇。我来给你详细解释一下钻石是怎么形成的。钻石形成的原因钻石的结构特征:钻石由碳元素组成，是碳元素的一种晶体，硬度为10。它是自然界中最坚硬的天然矿物，密度为3。53(001)克/立方厘米，折射率为2。417，离散度为0。044它是钻石经过切割、研磨后的产物，在钻石矿物中约有五分之一可以达到宝石级，被称为宝石级钻石，在国外被称为“毛坯钻石”或“钻坯”。毛坯切割打磨成切割形状后，称为裸钻，国外称为成品钻或抛光钻。英文名Diamond来源于希腊语amount，意思是“坚硬、不可侵犯、不可战胜”。金刚石和石墨都是由碳组成的。金刚石和石墨是在不同的温度和压力条件下形成的，它们在温度和压力条件的变化下可以相互转化。钻石属于立方晶体，硬度为10，石墨属于六方晶体，硬度为1。它们具有不同的晶体结构，并且是结晶碳的两种同质多晶型物。只有在一定的压力和温度下，碳才能结晶成金刚石。钻石的形成:最早的天然钻石形成于地球内部，温度为900-1600℃，压力为(45-6)×109Pa，相当于地下130-200km的深度。理论上，只要满足条件，钻石随时都可以形成。目前开采的钻石大多形成于33亿年前和12-17亿年前。形成钻石的碳来自地幔中熔化的岩浆，或者是因为地壳的运动。地壳中的碳带聚集在地球深处，在合适的条件下结晶成钻石。还有一种外在的方式产生钻石。陨石撞击大陆时，瞬间产生的高温高压也可能产生钻石。但这种方式生产的钻石往往比较小，质量差，一般没有经济价值，不能作为珠宝加工的钻石。钻石的发现:钻石首先在印度被发现。随着人们对钻石的渴望，钻石的勘探和开采越来越受欢迎。金刚石矿床分为原生矿和次生矿。原生矿石是由地球的地质运动产生的。地震和火山活动将富含金刚石的矿物带到地表或地表附近的区域，其中大部分是富含金刚石的金伯利岩和煌斑岩，以及火山口附近的填充物和岩壁和基岩中的根部沉积物。在自然的作用下，次生矿石由原生矿石搬运沉积而成。大部分经风化和雨水冲刷，残留在山坡、河流和海岸形成矿床，多为砂矿。钻石的形成和发现过程大致是这样的，不像黄金等贵金属。21世纪以来，钻石价格一直保持稳定增长的趋势，逐渐成为投资者的首选。钻石的鉴定方法简单识别钻石的简单鉴别方法:需要10-20倍的放大镜辅助，做几个简单的观察。观察钻石的腰部。腰部用沙子磨的话最好用这个方法。因为钻石比任何仿制品都硬，不会有仿制品那样的细线。钻石的腰部是颗粒状的。钻石比仿制品坚硬，仿制品的刻面往往比钻石钝，但钻石的刻面一定要锋利。因为钻石比仿制品坚硬，仿制品的刻面边缘经常磨损。如果钻石有自然表面，就有机会在自然表面找到钻石独特的“三角形生长线”。如果一颗钻石破碎，它的外观通常是阶梯状的，而仿制品是弯曲的或贝壳状的。硬度检查钻石是已知最坚硬的天然物质，没有任何东西可以标记它们。如果可以，那就不是钻石了。热传导试验呼吸的同时对钻石和其他类似的项目进行辩论。如果是钻石，其表面凝结的水雾应该比其他物品上的水雾蒸发得快。这是因为钻石的导热性很高。观察法反射光用放大镜可以观察到钻石的腰部呈现非常精细的磨砂状，反射光闪闪发光。钻石的这一特性是独一无二的。看生长点在放大镜下观察，真钻的晶面上往往有凹槽和三角形生长点，而假货有三种:①普通玻璃加氧化铝，因折射率和色散增加，容易误入，但硬度较低。②由化学合成的蓝宝石和无色尖晶石仿制，硬度相近，但折射率低且有双折射现象，放大镜下可见重影。铅笔标识铅笔的化学成分是碳，就像钻石一样，只是物理结构不同，所以很多人用一支铅笔来检测钻石的真伪，这是比较实用有效的方法。鉴定时，他们要先用水打湿钻石，然后用铅笔轻轻划线。在真钻石的晶面上，铅笔划到的地方是没有痕迹的，而如果不是钻石，而是玻璃、水晶等材料，就会在表面留下痕迹。一般会用铅笔标注，以鉴别钻石的真伪。这个它硬度高，折射性好，但是旋转时会反射更多的彩色光，和正品旋转时只反射微弱的**和蓝色光有明显区别。钻石切割程序一颗钻石毛坯看起来不起眼，必须经过精心的切割、打磨、加工，才能成为我们习以为常的闪亮钻石。所以钻石的车削直接影响钻石的价值，下面详细介绍。当然，理想的切割效果是保持钻石的最大重量，最大限度减少瑕疵，充分展示钻石的美，使其熠熠生辉。一般切割过程包括以下步骤:1划线(Marking):这是钻石切工的第一步。首先，检查钻坯，在钻石表面做标记。做这项工作的人经验丰富，精通加工技术。最终目标是生产出最大、最干净、最完美的钻石，从而尽可能高的体现钻石的价值。抄写员必须注意两点:保持最大重量，尽量减少夹杂物。划线员用放大镜研究钻坯的结构。如果是大钻石，这个工作可能需要几个月，而对于普通钻坯，则需要几分钟。但是，再小的钻石毛坯，每颗钻石都必须经过详细的检验，才能做出正确的判断。抄写员用印度墨水在钻坯上做了记号，表示钻坯要沿着这条线分。通常情况下，线尽可能沿着钻石的自然纹理方向画。裂开切割者将画好线的钻坯放在夹持器上，然后用另一颗钻石沿分割线切割出一个凹痕，再在凹痕上放一把方形刀，用手适当用力敲击。钻石会沿着纹理方向分裂成两块或更多块。锯切大部分钻石不适合劈开，需要用锯子切割。由于只有钻石才能切割钻石，所以锯片是磷青铜圆片，边缘涂有金刚石粉和润滑剂。钻石固定在夹具上，锯盘高速旋转切割钻石。将现代激光技术引入金刚石切割，大大提高了钻坯的加工效率。采取想要的形状锯好或劈好的钻石送到磨圆部进行磨圆整形，即根据设计要求，将钻石做成圆形、心形、椭圆形、尖形、祖母绿形等常见的切花形状，或其他特殊形状。由于钻石是迄今为止人类公认的最坚硬的天然物质，只有钻石才能打磨钻石，钻石的硬度在各个方向都略有不同。所以打磨的时候要靠经验来把握钻石的基本形态:三面体、八面体、十二面体和晶体特征。一般方法是在车床上高速转动钻坯，然后用另一只手臂上的金刚石把转动的钻坯磨圆。擦亮在涂有钻石粉和润滑油的铸铁圆盘上，所有的刻面(刻面)都被转动，使钻石闪闪发光。打磨工艺通常是，先在底层做8个大面，再做16个小面。有尖底，有25个刻面，从这些刻面延伸出三角刻面、风筝刻面、腰刻面，共33个刻面。这样的圆形钻石一共有58个刻面，如果没有尖底刻面，则有57个刻面。并不是每个钻坯都要经历以上所有的工序，这取决于钻坯的特性和要达到的目标。例如，上述“扁平”钻坯可能不需要分割，或者祖母绿钻石可能不需要倒圆。然而，对于任何一颗毛坯钻石来说，都有两个必不可少的过程，即“划线”、“削片”和抛光。一颗精雕细琢的钻石所产生的花瓣表面的位置和角度都是经过精确计算的，这使得钻石最闪耀。随着科技的进步，激光技术和计算机技术的引入，可以使钻坯的设计和切割更加精确。钻石的化学成分钻石的化学成分是碳，碳是宝石中唯一的单一元素，属于等轴晶系。它往往含有005%-02%的杂质元素，其中最重要的是N和B，它们的存在与钻石的种类和性质有关。大多数晶体是八面体、菱形十二面体、四面体及其集合体。纯钻无色透明，因微量元素的混合而呈现不同的颜色。强烈的钻石光泽。折射率为2417，色散适中，为0044。各向同性物体。热导率为035卡/厘米/秒/度。用热导仪测试，反应最灵敏。硬度为10，是目前已知最硬的矿物。其绝对硬度是应时的1000倍，刚玉的150倍。它害怕重重的一击，重重的一击之后就会被劈碎。一组完全裂开。密度为352克/立方厘米。钻石是会发光的，当暴露在阳光下时，它们在夜间会发出淡淡的青色磷光。x射线照射会发出天蓝色的荧光。钻石的化学性质非常稳定，在常温下不容易溶于酸和碱，酸碱也不会对其产生作用。钻石与同类宝石和人造钻石的区别。宝石市场常见的替代品或赝品有无色宝石、无色尖晶石、立方氧化锆、钛酸锶、钇铝石榴石、钇镓石榴石、人造金红石等。人造钻石最早由日本在1955年研制成功，但没有批量生产。因为合成钻石比天然钻石贵，所以合成钻石在市场上很少见。钻石可以通过其独特的硬度、密度、色散和折射率来区别于类似的宝石。如类金刚石立方氧化锆无色，分散性强(0060)，光泽强，密度高，为58g/cm3，手感厚重。钇石榴石的分散性较软，肉眼很难与钻石区分。看看钻石是如何形成的，看看:1金矿是怎么形成的？2月光石是如何形成的？3雷电是如何形成的？4泻湖是如何形成的？5贝壳的珍珠是如何形成的？

天然红色钻石十分罕见。目前世界上最大的红色钻石－亮三角切工的穆塞耶夫（Moussaieff）红色钻石，重511ct。据报道，这颗红色钻石是由一位巴西的农民在20世纪90年代中期发现，原石重约11ct。穆塞耶夫红色钻石曾在美国华盛顿特区的史密森尼博物院展出过。另外一颗非常著名的红色钻石是那颗以88万美元成交的095ct的偏紫红的红色钻石。一般误传为红色，这颗钻石的真实颜色是偏紫红的红色（Purplish Red），而不是纯红色调。正是那颗095ct的红色钻石激起了珠宝界和大众对彩色钻石的极大兴趣。根据文献和拍卖记载，迄今全世界只有四颗真正的红色钻石，其余还有十几颗偏紫红色调红色钻石。因为红色钻石的颜色评定十分苛刻，至今天然钻石中没有被评定为暗红色、棕红色或橙红色等红色调颜色的钻石，也没有偏红色调颜色的彩色钻石，例如偏红橙、偏红紫和偏红棕等颜色。

天然红色钻石的颜色可能是由塑性变形和搀杂氮元素共同造成的。塑性变形有可能产生饱和度较高带紫红色调的粉红色。如果具有塑性变形的钻石含有一定量的氮元素，无论是离散氮还是聚合氮都会吸收短波蓝紫光。因为短波蓝紫光被氮原子部分吸收，中波段的绿黄橙被塑性变形部分吸收，红色成了主导颜色，因而钻石会呈现红色。虽然理论上可以产生红色钻石，但是在自然界产生的概率几乎为零。其主要原因是塑性变形的选择性吸收相对很弱，所产生的颜色几乎都是饱和度很低的紫红色调的粉红色和棕色，几乎不可能产生红色。

那颗以88万美元成交的095ct的红色钻石在显微镜下可以观察到明显的由塑性变形所形成的条状结构。它的吸收光谱中具有415nm 锐吸收峰，一个在495～510nm 之间的弱吸收带，一个在530～590nm 之间的吸收带。位于415nm的吸收峰是N 3色心的零声子线，495～510nm 之间的弱吸收带可能由位于5032nm的H 3色心和496nm的H 4色心组成，530～590nm 之间的吸收带是中心位于550nm的塑性变形吸收峰。这颗红色钻石的颜色可能是由塑性变形、N3色心、H3和H4色心共同产生的。其中塑性变形主要吸收中波段可见光，N3色心、H3和H4色心主要吸收短波可见光，剩余的长波可见光使钻石呈现红色。此红色钻石的N3色心、H3和H4色心吸收强度并不是十分强，使剩余可见光中还有少量短波可见光，因而呈现偏紫红的红色。

这颗095ct的红色钻石的紫外荧光呈带状蓝色和粉红色。蓝色荧光应为N 3色心辐射所致，粉红色荧光应主要为塑性变形色心辐射所致。它的荧光较弱，可能因为A型氮聚合体的含量较高，抑制了荧光辐射。造成紫外荧光呈带状分布的原因是塑性变形呈带状分布。具有塑性变形的带状区域辐射粉红色荧光，其余的区域辐射蓝色荧光。

近几十年来，人工合成钻石的技术发展很快。合成钻石经处理后会意外地获得“红色”钻石。到目前为止，这些合成红色钻石几乎都呈偏紫红色调的棕红色或红棕色，经切磨后，在棕色背景下呈现红色闪烁区域，而被称为红色人造钻石。图2-13所示的合成红色钻石在日光和标准D65光源下的色调为偏紫红的红色（Purplish Red），是典型具有N—V色心的合成红色钻石的色调。据著者的测量和研究也证实，到目前为止所有的合成红色钻石的色调都是偏紫红的红色，而不是纯正的红色，主要原因是具有很强的可以产生紫红色调的N—V色心。

当合成钻石的氮含量很高时，会产生很深的**，甚至是偏橄榄色。**是由游离氮原子吸收波长短于561nm的可见光造成的，光的吸收强度随波长减小而增强。这种**钻石经辐射处理后，会产生晶体损伤空穴；再经高温高压处理后，空穴与离散的氮原子结合成新的N—V、H3和H4色心。N—V色心会吸收可见光的中波段，N3色心、H3和H4色心吸收短波可见光，最后，只有长波的红色光没有被吸收，所以这种经处理的合成钻石呈现红色。这种红色合成钻石的N—V 色心的吸收性很强，使得中波段的可见光吸收强度大于短波可见光的，造成钻石的色调为偏紫红的红色而不是纯红色。

当高饱和度的**合成钻石经辐射和热处理后主要产生N—V色心，极少或不产生H3和H4色心，钻石也呈现偏紫红的红色。因热处理的温度压力较低，不能或不能较快生成氮的聚合体，因而也不能进一步生成H3和H4色心，因此，合成钻石的颜色更为偏紫红色。

钻石的台面颜色与切工有关，红色合成钻石的台面颜色也不例外，通过改变切工式样和切工角度可以得到最佳的颜色。理想亮圆形能够获得最佳的颜色，红色合成钻石的切工式样一般是理想亮圆形，而不考虑保留最大重量切工式样。

已知的天然红色钻石少之又少。1987年10月在纽约拍卖的那颗095ct的带紫红色调的红色钻石以88万美元成交，创造了有史以来钻石的最高克拉价格。根据记载，在1956年时这颗红色钻石由一位美国蒙大拿州的收藏家以13500美元购买，其原产地不详，可能是巴西。这颗红色钻石的价格在短短的时间内升值到88万美元。由此可见，彩色钻石具非常大的收藏价值和升值空间。穆塞耶夫钻石的克拉价格应远远超过那颗095ct的红色钻石的克拉价格。

天然红色钻石对于大众来讲价格太高只供欣赏，但是经处理的红色合成钻石在国际珠宝市场渐渐增加。根据著者对图2-13所示的那颗偏紫红色调的红色合成钻石以及对其他红色合成钻石的观察以及红外－可见－紫外光谱学测量和研究，它们的类型均属于含游离氮元素的Ⅰb型，经过辐射和热处理，具有N—V 色心。图2-13所示的钻石是典型的经辐射和热处理的Ⅰb型红色合成钻石，其他红色合成钻石的颜色与它的颜色相似。

相对与天然红色钻石，合成红色钻石的价格相当低廉，但作为日常首饰，合成红色钻石不失为上选。

一、传统宝石学颜色成因

传统宝石学主要基于宝石的化学成分和外部构造特点，将宝石颜色划分为自色、他色和假色。

1自色

由作为宝石矿物基本化学组分中的元素而引起的颜色，这些致色元素多为过渡金属离子，如铁铝榴石、绿松石、孔雀石、蓝铜矿等。

2他色

由宝石矿物中所含杂质元素引起的颜色。他色宝石在十分纯净时呈无色，当其含有微量致色元素时，可产生颜色，不同的微量元素可以产生不同的颜色。如尖晶石，其化学成分主要是Mg Al2O4，纯净时无色，含微量的Co元素时呈现蓝色，含微量Fe元素时呈现褐色，而含微量Cr元素时呈现红色。另外同一种元素的不同价态可产生不同的颜色，如含Fe3＋常呈棕色，含Fe2＋则呈现浅蓝色。同一元素的同一价态在不同的宝石中也可引起不同的颜色，如Cr3+在刚玉中产生红色，在绿柱石中产生绿色。

3假色

假色与宝石的化学成分和内部结构没有直接关系，而与光的物理作用相关。宝石内常存在一些细小的平行排列的包裹体、出溶片晶、平行解理等。它们对光的折射、反射等光学作用产生的颜色就是假色。假色不是宝石本身所固有的，但假色能为宝石增添许多魅力，这一方面的具体内容已在宝石的特殊光学效应一节里进行了较详细的叙述。

二、近代科学宝石颜色的成因

随着科学的发展，人们发现宝石的颜色不仅仅取决于其化学组成，更重要的是取决于其内部结构。近代科学颜色成因理论打破了传统颜色成因理论中的自色、他色的界限，从晶体场理论、分子轨道理论和能带理论等的角度揭示了宝石颜色成因的本质。

（一）离子内部的电子跃迁呈色（晶体场理论）

晶体场理论研究的对象是处于宝石晶体结构中的过渡金属元素和某些镧系、锕系元素。它把晶体场看成一种正负离子间的静电作用，将带有正电荷的阳离子称为中心离子，把带有负电荷的阴离子和络阴离子统称为配位离子，或简称配位体。晶体场理论与其他理论的区别在于，它把配位体处理为一个点电荷，点电荷作用的实质是产生静电势场力，这种静电势电场又被称之为晶体场。晶体场跃迁包括d-d跃迁和f－f跃迁。元素周期表中第四、五周期的过渡金属元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系元素分别含有4f和5f轨道。在配位体的存在下，过渡元素五个能量相等的d轨道和镧系元素七个能量相等的f轨道分别分裂成几组能量不等的d轨道和f轨道。当它们的离子吸收光能后，低能态的d电子或f电子可以分别跃迁至高能态的d或f轨道，这两类跃迁分别称为d-d跃迁和f－f跃迁。由于这两类跃迁必须在配位体的配位场作用下才可能发生，因此又称为配位场跃迁。

过渡金属元素的d-d电子跃迁引起宝石颜色变化的最好例子是红宝石、祖母绿及变石，图1-4-11为三者的紫外可见吸收光谱。

图1-4-11 红宝石、祖母绿及变石的UV吸收光谱

A——红宝石；B——变石C——祖母绿

红宝石中致色离子为Cr3＋，从Cr3+的3d3电子组态导出的自由离子谱项为：基谱项为4F，激发谱项为4P、2G、2D等。八面体场中，由基谱项4F分裂为三个能级，即4A2、4T2、4T1。红宝石的吸收光谱特征表明，在可见光区域内，出现两个强而宽的吸收带，分别由4A2→4T2、4A2→4T1能级之间的跃迁所致。d电子在4A2→4T2、4A2→4T1能级间跃迁的过程中，分别吸收225和302e V能量，其余吸收后的残余能量组合成红宝石的颜色（见图1-4-12）。

祖母绿吸收光谱特征表明（见图1-4-13），在可见光区域内，出现两个强而宽的吸收带，分别由4A2→4T2、4A2→4T1能级之间的跃迁所致。d电子在4A2→4T2、4A2→4T1能级间跃迁的过程中，分别吸收204和292e V能量，其余吸收后的残余能量组合成祖母绿的颜色。

图1-4-12 红宝石的UV吸收光谱

图1-4-13 祖母绿的UV吸收光谱

变石的化学式组成（BeAl2O4）介于红宝石和祖母绿之间，影响铝氧八面体的金属离子只有Be一种，因此Cr3＋离子与周围配位体电场强度低于红宝石而高于祖母绿，它的金属氧离子之间化学键的性质也介于红宝石和祖母绿之间。变石中Cr3＋离子4A2→4T2跃迁吸收的能量为216eV，介于红宝石（225eV）和祖母绿（204eV）之间，而4A2→4T1跃迁所吸收的能量（298eV）与红宝石和祖母绿相差不大。在可见光区域内，变石中红光和蓝绿光透过的几率近于相等，于是外部环境的光源条件（色温）就决定了变石的颜色。例如，色温较高的日光灯中蓝绿色成分偏多，导致变石中蓝绿色成分的叠加，而呈现蓝绿色。反之，白炽灯光源中色温偏低，导致变石中红色成分的叠加，而呈现红色（见图1-4-14）。

图1-4-14 变石的UV吸收光谱

（二）离子间的电荷迁移呈色（分子轨道理论）

分子中单个电子的状态函数称为分子轨道。根据分子轨道模型，认为一个分子中所有的轨道都扩展至整个分子上。占据这些轨道的电子不是定域在某个原子上，而是存在于整个分子之中。根据分子轨道理论，电子可以从这一个原子轨道上跃迁到另一个原子轨道上去，这种电子跃迁称为电荷迁移。

某些分子既是电子给体，又是电子受体，当电子受辐射能激发从给体外层轨道向受体跃迁时，就会产生较强的吸收，这种光谱称为电荷迁移光谱。伴随电荷转移，在吸收光谱中产生强吸收带，如果电荷转移带出现在可见光范围内，则产生相应的颜色。电荷迁移有多种形式，它可以发生在同核原子价态之间，也发生在异核原子价态之间。

1金属—金属原子间的电荷迁移

金属—金属原子间的电荷迁移可分为同核原子价态之间的电荷迁移和异核原子价态之间的电荷迁移。

（1）同核原子价态之间的电荷迁移

同核原子价态之间的电荷迁移来自不同价态的同一过渡元素的两个原子之间的相互作用，当两个不同价态的同核原子分布在不同类型的格点中，且两者之间有能量差时，电子可发生转移，并产生光谱吸收带，从而使宝石呈现颜色。堇青石的蓝紫色的产生是这种情况的典型实例。在堇青石中，Fe3+和Fe2+分别处于四面体和八面体位置中，两个配位体以共棱相接，当可见光照射到堇青石时，其Fe2+的一个d电子吸收一定能量的光跃迁到Fe3+上，此过程的吸收带位于17000cm-1（相当于黄光），使堇青石呈现蓝色。蓝色、绿色电气石和海蓝宝石也是由于Fe2+-Fe3+间的电荷迁移而呈的色。

（2）异核原子价态之间的电荷迁移

图1-4-15 蓝宝石的UV吸收光谱

异核原子价态之间的电荷迁移的典型实例是蓝宝石（见图1-4-15），在蓝宝石中Fe2+与Ti4+分别位于相邻的以面相连接的八面体中，Fe、Ti离子的距离为0265nm，二者的d轨道沿结晶轴重叠，当电子从Fe2+中跑到Ti4+中时，Fe2+转变为Fe3+，而Ti4+转变为Ti3+，即Fe2++Ti4+→Fe3++Ti3+。电荷迁移的这一过程，伴随着的光谱吸收能为211eV，吸收带的中心位于588nm，其结果是在蓝宝石的c轴方向只透过蓝色，呈现蓝色。当两个八面体在垂直c轴方向上以棱相连接时，这时电荷转移吸收带略向长波方向位移，使蓝宝石在非常光方向上呈现蓝绿色。异核原子价态之间的电荷迁移，也是蓝色黝帘石、褐色红柱石呈色的原因。

2其他类型的电荷迁移

除了上述两种类型的电荷迁移外，还有非金属与金属原子之间的电荷迁移和非金属与非金属原子之间的电荷迁移。

宝石中常见的非金属与金属原子之间的电荷迁移为O2-→Fe3+。02-与Fe3+之间的电荷迁移对可见光光谱中紫色、蓝色光强烈吸收，导致宝石呈金**。金**绿柱石、金**蓝宝石的颜色均由02-→Fe3+之间的电荷迁移引起。

（三）能带间的电子跃迁呈色（能带理论）

能带理论是研究宝石材料的一种量子力学模式，是分子轨道理论的进一步发展。它较好地解释了天然彩色钻石的呈色机理及其金刚光泽的产生原因。能带理论认为：固体中电子并非束缚于某个原子上，而为整个晶体所共有，并在晶体内部三维空间的周期性势场中运动。电子运动时的能量具一定的上下限值，这些电子运动所允许的能量区域就称之为能带。它与晶体场理论和分子轨道理论的区别是：晶体场理论和分子轨道理论主要适用于局部离子和原子团上的电子，电子是定域的，是局部态之间的跃迁；能带理论则与之相反，它认为电子是不定域的，是非局部态之间的电子跃迁。能带又可分为：①导带（又称空带），由未填充电子的能级所形成的一种高能量带。②带隙（又称禁带），价带最上部的面（又称为费米面）与导带最下部面之间的距离，禁带的宽度随矿物键性的不同而不同；③价带（又称满带），由已充满电子的原子轨道能级所构成的低能量带，当自然光通过宝石时，宝石将吸收能量使电子从价带跃迁至导带，所需的能量取决于带隙的宽度，即价带顶部与导带底部间的能量差，又称能量间隔，一般用ΔEg表示。不同的宝石由于能量间隔不同而呈现不同的颜色。与晶体场理论一样，电子从导带返回至价带的过程中，其吸收的能量仍以光的形式发射出来。例如，Ⅱa型钻石带隙的能量间隔（ΔEg=54e V）大于可见光的能量，即电子从价带跃迁至导带时吸收的能量为54e V，故吸收主要发生在紫外光区，对可见光能量无任何吸收，故理论上，IIa钻石为无色（见图1-4-16）；由于Ⅰb型钻石中含有微量的孤氮原子，氮原子外层电子（1s22s22p3）比碳原子（1s22s22p2）多一个，额外的电子则在禁带中生成一个杂质能级（氮施主能级），由此缩小了带隙的能量间隔，电子从杂质能级跃迁至导带所吸收的能量为22e V（564nm），故该类钻石显橙**（见图1-4-17）。

（四）晶格缺陷呈色

宝石晶体结构中的局部范围内，质点的排列偏离其格子状构造规律（质点在三维空间作周期性的平移重复）的现象，称为晶格缺陷。其产生原因与宝石晶体内部质点的热振动、外界的应力作用、高温高压、辐照、扩散、离子注入等有关。

例如，在上地幔的高温高压环境中结晶出的金刚石晶体，被寄主岩浆（金伯利岩岩浆或钾镁煌斑岩岩浆）快速携带到近地表时，温压条件的迅速改变和晶体与围岩物质的相互碰撞，则易导致侵位金刚石晶体的结构局部发生改变，并诱发晶格缺陷，使一部分原本无色的金刚石的颜色发生改变，从而形成褐黄、棕**及粉红色金刚石。

图1-4-16 Ⅱa型钻石中电子跃迁图示

图1-4-17 Ⅰb型钻石中电子跃迁图示

色心作为晶格缺陷的一种特例，泛指宝石中能选择性吸收可见光能量并产生颜色的晶格缺陷。属典型的结构呈色类型。色心的种类十分复杂，但最常见的为电子心（F心）、空穴心（V心）及杂质离子心。

1电子心（F心）

电子心（F心）是由宝石晶体结构中阴离子空位引起的。就整个宝石晶体而言，当阴离子缺位时，空位就成为一个带正电的电子陷阱，它能捕获电子。如果一个空位捕获一个电子，并将其束缚于该空位，这种电子呈激发态，并选择性吸收了某种波长的能量而呈色。因此，电子心是由一个阴离子空位和一个受此空位电场束缚的电子所组成的。例如，紫色萤石晶体中的氟离子离开正常格位，而形成一个阴离子空位（缺少负电荷），该结构位显示正电性，形成一个带正电的电子陷阱。为了维持晶体的电中性，阴离子空位必须捕获一个负电子，由此产生了颜色。

2空穴心（V心）

空穴心（V心）是由晶体结构中阳离子缺位引起的。从静电作用考虑，缺少一个阳离子，等于附近增加了一个负电荷，则附近一个阴离子必须成为“空穴”才能保持静电平衡。因此，空穴心是由一个阳离子空位捕获一个“空穴”所组成的。例如，烟晶中以类质同象形式替代Si4+的Al3+杂质，在晶格位中形成正电荷不足的位置（正电荷陷阱），为了维持暂时的电中性，Al3+离子周围必须有相应的正一价阳离子存在。当水晶受到辐照后，与最近邻的O2-将失去一个多余的电子，而残留下一个空穴，形成空穴心（V心）。利用辐照源的带电粒子（加速电子、质子）、中子或射线辐照宝石，通过带电粒子、中子或Y射线与宝石中离子、原子或电子的相互作用，最终在宝石中形成电子－空穴心或离子缺陷心。如辐照处理钻石、蓝黄玉等，辐照的本质是提供激活电子、格位离子或原子发生位移的能量，从而形成辐照损伤心。