minerály, drahé kameny, databáze minerálů, učebnice, gem

Učebnice: Fyzikální a chemické vlastnosti drahých kamenů

Fyzikální a chemické vlastnosti drahých kamenů

V následujícím textu jsou stručně charakterizovány základní fyzikální vlastnosti drahých kamenů, k nimž patří zejména vlastnosti optické (transparence, barva a barevné efekty, index světelného lomu, dvojlom, disperze, pleochroismus a lesk), tvrdost, štěpnost a lom, hustota a také tepelná odolnost. Z chemických vlastností je zmíněna pouze chemická odolnost.


1. Transparence (průhlednost)
Různé drahé kameny mají rozdílnou schopnost propouštět světelné paprsky. Podle transparence (průhlednosti) je lze dělit do pěti skupin:
Průhledné drahé kameny propouštějí světlo tak dokonale, že světelné paprsky mohou procházet i velmi silnou vrstvou drahého kamene. Položíme-li destičku vyříznutou nebo vyštípnutou z průhledného drahého kamene například na text, jsme schopni jej bez problémů přečíst. Příklady: diamant, křišťál, achroit.
Poloprůhledné drahé kameny propouštějí světlo o něco hůře než drahé kameny průhledné, písmo pod nimi se stává nejasné. Příklady: ametyst, růženín, záhněda, fluorit, smaragd, akvamarín, topaz.
Průsvitné drahé kameny propouštějí světlo podstatně hůře - pohledem přes některé z této skupiny drahých kamenů lze spatřit jen hrubé obrysy okolních předmětů (dobře lze rozlišit např. sluncem zalitá okna ve stěně nebo svítící lampu v potemnělé místnosti). Průsvitný drahý kámen prosvítá i v silnější vrstvě. Příklady: opál, achát, chalcedon, jantar, obsidián.
Neprůhledné drahé kameny nepropouštějí světlo ani v tenké vrstvě, výbrus však prosvítá. Příklady: jaspis, tyrkys
Opakní drahé kameny neprosvítají ani ve výbrusu. Příklady: pyrit, markazit.


2. Barva a barevné efekty
Barva drahých kamenů je většinou způsobena pohlcením určitých vlnových délek světla dopadajícího na jejich povrch. Podle příčin barevnosti lze minerály rozdělit do čtyř skupin:

Achromatické (bezbarvé) drahé kameny
Při průchodu světelných paprsků achromatickým drahým kamenem nedochází ve viditelné části spektra (tj. v oblasti vlnových délek 400 až 760 nm) k selektivní absorpci určitých vlnových délek. Příklady: křišťál, diamant, achroit, goshenit.
Idiochromatické (barevné) drahé kameny
Barva idiochromatických drahých kamenů vzniká v atomech prvků, které jsou podstatnou součástí těchto drahých kamenů (jde o prvky vyjádřené v chemickém vzorci těchto minerálů). Ke vzniku barvy často dochází v tzv. chromoforech, jimiž jsou atomy přechodných kovů (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu). V závislosti na krystalové struktuře může stejný chromofor tvořit v různých minerálech rozmanité barvy - např. Cu způsobuje modrou barvu azuritu, zelenou barvu malachitu nebo červenou barvu kupritu, Fe vyvolává zelenou barvu olivínu a červenou barvu almandinu.
Alochromatické (zbarvené) drahé kameny
Barva alochromatických drahých kamenů může vznikat v atomech přechodných kovů, které jsou (na rozdíl od idiochromatických) jen stopovou, v idealizovaném chemickém vzorci minerálu nevyjádřenou příměsí. Například Cr způsobuje zelené zbarvení smaragdu nebo červené zbarvení rubínu, Fe vyvolává modrozelenou barvu akvamarínu nebo žlutou barvu citrínu. Různé příměsi způsobují u mnoha drahých kamenů existenci různě zbarvených odrůd (jde například o barevně odlišné variety křemene, berylu, korundu a spinelu). Zbarvení některých drahých kamenů má svůj původ v tzv. „barevných centrech“, přičemž těmito barevnými centry bývají defekty v krystalové struktuře. Některé drahé kameny jsou zbarveny drobnými uzavřeninami (inkluzemi) jiných minerálů (např. uzavřeniny chloritu nebo hematitu v křemeni způsobují jeho zelené nebo červené zbarvení).
Pseudochromatické (zdánlivě barevné) drahé kameny
V pseudochromatických drahých kamenech vznikají barevné efekty lomem, ohybem nebo interferencí světelných paprsků.
K anomálním barevným efektům patří např. iridiscence (irizace), labradorescence, efekt kočičího oka, asterismus, opalizace, opalescence, aventurizace a alexandritový efekt.
Iridiscence (irizace) se projevuje duhovými barvami na trhlinkách nebo štěpných plochách se skelným leskem. Jde o zcela běžný pseudochromatický efekt.
 
Další pojmy:
Labradorescence (labradoritizace) je pestrá hra barev vznikající rozkladem světla a interferencí na dvojčatných lamelách živců. Lze ji považovat za druh irizace.
Efekt kočičího oka vzniká rozptylem (odrazem) světla např. na hustě nahloučených jehličkách minerálu uzavřených v drahém kameni, přičemž tyto jehličky musí být orientovány paralelně - např. uzavřeniny goethitu v apatitu, rutilu v růženínu. Efekt kočičího oka může vznikat i na paralelně uspořádaných šupinkách - např. šupinky slíd ve smaragdu. V řadě případů k tomuto jevu dochází na paralelně orientovaných „jemných paralelních kanálcích“ ve struktuře - např. u akvamarinu, elbaitů, chryzoberylu. Tento jev vytváří po vybroušení kamene do oválného nebo kulatého kabošonu dojem oka šelmy.
Asterismus (hvězdný třpyt) je podmíněn odrazem světla na mikroskopických uzavřeninách, které jsou v hostitelském krystalu orientovány ve dvou nebo třech směrech (v závislosti na krystalové struktuře hostitele). Často je asterismus pozorovatelný u korundu - díky orientovaně uspořádaným uzavřeninám jehličkovitého rutilu vzniká šestiramenná hvězda (nejlépe pozorovatelna na kulatých kabošonech, jejichž osa je totožná s krystalografickou osou Z korundu). Asterismus někdy vykazuje diopsid (čtyřramenná hvězda) nebo růženín.
Opalizace („barvohra“) je charakteristická pro drahý opál. Je způsobena pravidelným uspořádáním tzv. globul, mezi nimiž jsou stejně uspořádané dutinky. Tato stavba opálu vyvolává lom a rozklad světla. Výsledným efektem je výrazná hra barev při pohledu pod různými úhly.
Opalescence je charakteristická pro opály. Jde o rozptyl světla, vyvolávající mléčně modravý nebo perleťový vzhled opálů v důsledku reflexních jevů, při nichž se odráží především krátkovlnné, tj. modré světlo.
Aventurizace se projevuje třpytem a blýskavými efekty při různých směrech dopadu světla na plochu kamene. Je vyvolána inkluzemi v drahém kameni. V případě tzv. aventurinu jde šupinky slídy (např. fuchsitu) nebo hematitu v křemeni. Živce vykazující aventurizaci obsahují uzavřeniny hematitu, lepidokrokitu nebo goethitu.
Alexandritový efekt je změna barvy kamene v závislosti na spektrálním složení světla. Je nazván podle alexandritu, na němž se projevuje velmi výrazně: při denním světle je trávově až smaragdově zelený, při umělém fialově červený až červenofialový. Někdy je alexandritový efekt pozorovatelný u fluoritu, pyropu a spessartinu.


3. Index světelného lomu
Světlo se skládá z elektromagnetických vln určitých vlnových délek. Šíří-li se vlna z jednoho prostředí do druhého, obvykle dochází ke změně rychlosti a může dojít také ke změně směru světelného paprsku. Při přechodu z prostředí opticky řidšího (např. vzduch) do prostředí opticky hustšího (např. drahý kámen) se rychlost světla sníží a může dojít k lomu ke kolmici.
Platí, že poměr sinu úhlu dopadu k sinu úhlu lomu je konstanta pro daná dvě prostředí. Touto konstantou je relativní index světelného lomu (zkráceně „index lomu“), jenž je roven podílu rychlostí světla v prvním a druhém prostředí (Snelliův zákon). Např. vzduchem se světlo šíří rychlostí téměř 300 000 km/s, diamantem rychlostí 124 000 km/s. Index světelného lomu diamantu je tedy 300 000 : 124 000 = 2,42.
Index světelného lomu převážné části drahých kamenů spadá do intervalu 1,2 - 2,6.
Velikost úhlu lomu závisí i na vlnové délce (tedy barvě) světla. Obecně platí, že světlo s menší vlnovou délkou má větší úhel lomu. Proto se indexy lomu drahých kamenů (a minerálů obecně) uvádějí vždy pro určitou vlnovou délku (v praxi pro monochromatické žluté světlo s vlnovou délkou 589,3 nm).
Index světelného lomu zásadním způsobem ovlivňuje tvar fasetového brusu užívaného pro daný drahý kámen.


4. Dvojlom
Látky se obecně dělí na opticky izotropní a opticky anizotropní. Látky opticky izotropní jsou buď amorfní (např. opál) nebo krystalují v soustavě kubické (např. diamant, spinel, granáty, fluorit). Látky krystalující ve zbývajících soustavách jsou opticky anizotropní (většina drahých kamenů). U opticky anizotropních látek dochází ke dvojlomu: paprsek světla se v nich rozkládá na dva paprsky, které jsou polarizované, šíří se různou rychlostí a mohou se šířit různými směry. Velmi vysoký dvojlom vykazuje kalcit a také zirkon a titanit, relativně vysoký dvojlom má olivín.


5. Disperze
Denní (bílé) světlo je polychromatické (vlnové délky 400 až 760 nm). Při průniku světelného paprsku drahým kamenem dochází vedle jeho lomu (příp. dvojlomu) též k jeho rozkladu na jednotlivé barvy spektra. Tento rozklad světla se nazývá disperze. Zpravidla je disperze tím větší, čím vyšší jsou hodnoty indexu lomu. Vysokou disperzi vykazuje např. diamant, zirkon, démantoid (odrůda andraditu) a rutil. Vysokou disperzi mají syntetické materiály používané k imitaci diamantu (např. fianit, YAG). S výraznou disperzí je spjata hra duhových barev v kameni.
Diamanty jsou zpravidla broušeny do tvaru briliantu, jenž nejlépe umožňuje vyniknout barevným efektům, jejichž vznik souvisí s disperzí.


6. Pleochroismus
Pleochroismus se projevuje rozdílnou intenzitou zbarvení drahého kamene při prohlížení v různých směrech. Jeho podstatou je rozdílná absorpce světla pronikajícího opticky anizotropními krystaly. Pleochroismus může být výrazný např. u tanzanitu, turmalínu, cordieritu nebo i u rubínu (při pohledu z různých směrů je takový rubín jednou žlutavě červený, jindy sytě karmínový).


7. Lesk
Lesk vzniká reflexí a rozptylem světla na povrchu drahého kamene (resp. v tenké vrstvičce při jeho povrchu). Lze rozlišit tři hlavní typy lesku:
Kovový lesk je typický pro opakní nebo téměř opakní minerály, které odrážejí značnou část světla na ně dopadajícího. Kovový lesk mají např. ryzí kovy a většina sulfidů (pyrit, markazit).
Polokovový lesk je typický pro některé opakní nebo téměř opakní minerály (např. hematit, někdy kassiterit a sfalerit).
Nekovový lesk je velmi rozmanitý a podle jakosti se blíže označuje jako diamantový, skelný, mastný, perleťový, hedvábný nebo matný.
Diamantový lesk je charakteristický pro průhledné minerály s vysokým indexem světelného lomu (např. diamant, zirkon).
Skelný lesk je velmi častý u průhledných drahých kamenů - většina z nich má skelný lesk (jde např. o křišťál, záhněda, citrín, ametyst, spinel, rubín, safír, smaragd, akvamarín, elbait, pyrop, fluorit).
Mastný lesk je zpravidla způsoben drobnými plynokapalnými uzavřeninami v jinak průhledných nerostech (např. někdy apatit, opál, jadeit, chryzolit).
Perleťový lesk je podmíněn totálním odrazem světla na jemných trhlinkách ve výborně štěpných nerostech (např. některé živce a perly).
Hedvábný lesk je vyvolán vláknitou stavbou některých nerostných agregátů (je charakteristický např. pro malachit, tygří oko, sokolí oko a býčí oko, někdy jej má nefrit).
Matný lesk je velmi slabý nekovový lesk (někdy jej má např. opál).
Nerosty bez lesku se často označují jako mdlé nerosty, příp. nerosty s mdlým leskem (např. howlit).
Je běžné, že jeden a týž nerost může vykazovat několik typů lesku (v závislosti na zbarvení, přítomnosti uzavřenin, agregátním stavu apod.).


8. Tvrdost
Tvrdostí v mineralogii rozumíme odpor nerostu vůči vnikání cizího tělesa bez vzniku lomu. Tvrdost minerálu závisí zejména na jeho struktuře - na povaze vazeb, velikosti meziatomových vzdáleností, valenci a těsnosti směstnání iontů nebo atomů. Tvrdost je výrazně ovlivňována poruchami v krystalové struktuře, přítomností pevných a fluidních inkluzí.
K určení tvrdosti minerálů (včetně drahých kamenů) se tradičně používá Mohsova stupnice tvrdosti. Je sestavena z těchto minerálů:
  1.  mastek
  2.  halit
  3.  kalcit
  4. fluorit
  5. apatit
  6. ortoklas
  7.  křemen
  8.  topaz
  9.  korund
10. diamant

Tvrdost nerostu zjišťujeme pokud možno na hladké ploše, do níž škrábeme (rýpeme) minerály ze stupnice. Jestliže lze například do plochy zkoumaného nerostu rýpat ortoklasem (a samozřejmě za ním následujícími členy Mohsovy stupnice), avšak apatit na jeho ploše rýhy nezanechává, je tvrdost tohoto nerostu zhruba 5,5. Vzhledem k tomu, že tvrdost nerostu závisí na směru, lze v některých případech zjistit v různých směrech výrazně rozdílné hodnoty - např. na ploše (100) krystalu kyanitu lze ve směru krystalografické osy y zjistit tvrdost 6, avšak ve směru krystalografické osy z pouze tvrdost 4. Tvrdost označujeme písmenem T.
Pokud nemáme k dispozici Mohsovu stupnici tvrdosti, lze tvrdost minerálu přibližně určit pomocí jiných prostředků. Například nehtem lze rýpat nerosty s tvrdostí přibližně do 2. stupně, měděným drátem do 3. stupně, hřebíkem nebo nožem do 5. stupně, ocelovým pilníkem do 6. stupně; nerosty s tvrdostí nad 6 rýpou do skla.
 
 
9. Štěpnost
Štěpnost je definována jako krystalograficky orientované minimum soudržnosti. Je to schopnost krystalické látky štípat se (praskat) podél určitých rovin. Na krystalech lze pozorovat, že plochy štěpnosti jsou často rovnoběžné s určitými krystalovými plochami přičemž jde zpravidla o krystalové plochy s nejjednoduššími Millerovými symboly. Podobně jako krystalové plochy jsou i plochy štěpnosti odrazem struktury krystalické látky. Kvalita štěpnosti se v mineralogii obvykle charakterizuje adjektivy:
-  výborná (výtečná, dokonalá)
-  velmi dobrá
-  dobrá (střední)
-  nedokonalá (zřetelná)
-  velmi nedokonalá (nezřetelná)
Terminologie používaná k vyjadřování kvality štěpnosti je velmi rozkolísaná (a to nejen v češtině). Určování stupně štěpnosti je velmi subjektivní a z toho plynou značné rozdíly v hodnocení této fyzikální vlastnosti u jednotlivých minerálů.
Poznámka: Pokud je součástí Millerova symbolu znaménko „mínus“, mělo by být uváděno nad příslušnou číslicí. Systém drahých kamenů je v této publikaci zpracován ve formátu PowerPoint, a proto je „mínus“ z důvodů technických uváděno před příslušnou číslicí (tedy např. štěpnost podle základního klence je vyjádřena symbolem10-11).


10. Lom
Při porušení soudržnosti krystalické látky, v jejíž struktuře nejsou žádná výrazná minima soudržnosti, nevznikají plochy štěpnosti, ale tvoří se lomné plochy. K lomu dochází i u štěpných minerálů, ale čím je štěpnost minerálu lepší a čím je počet různě orientovaných ploch štěpnosti větší, tím jsou lomné plochy vzácnější (např. u kalcitu, který je dokonale štěpný podle klence, se lomné plochy objevují jen zcela výjimečně). Porušení soudržnosti lomem je charakteristické pro amorfní minerály.
Podle tvaru lomných ploch lze rozlišit tři hlavní druhy lomu:
-  lasturnatý lom, jenž je v typické podobě vyvinut u opálu a obsidiánu
-  rovný lom mají např. některé odrůdy chalcedonu
-  nerovný lom má např. pyrit (lomné plochy jsou pokryty četnými hrbolky a jamkami)


11. Hustota
Hustotu minerálu (či drahého kamene) lze definovat jako číslo, které udává kolikrát je určitý objem minerálu těžší než stejný objem destilované vody při 4 °C (tj. při teplotě, kdy má voda maximální hustotu, která odpovídá 1 g/cm3). V mineralogii (a gemologii) hustotu nejčastěji označujeme písmenem h. Většina horninotvorných minerálů má hustoty v rozpětí 2,5 - 3,5; rudní minerály mají hustoty většinou v intervalu 4 - 7,5.
Hustota minerálů závisí na jejich chemickém složení a struktuře. Hustota minerálů obecně vzrůstá s obsahem prvků o vysoké atomové hmotnosti (obzvláště olova, rtuti, stříbra apod.); relativně velmi nízkou hustotu mají minerály obsahující vodu. U polymorfních nebo alotropických modifikací bývá hustota různá, což je způsobeno jejich rozdílnou strukturou (např. hustota grafitu je 2,1 - 2,3, hustota diamantu je 3,5). Minerály, jejichž chemické složení je v podstatě konstantní (např. diamant, křemen), mají v podstatě konstantní hustotu; hustota minerálů, jejichž chemické složení je díky izomorfnímu zastupování velmi variabilní, se mění podle kvantitativního poměru zastupujících se prvků (např. v souvislé řadě forsterit Mg2[SiO4] - fayalit Fe2[SiO4] hustota plynule roste od 3,2 do 4,4).
Podle hustoty se minerály velmi často dělí do dvou skupin: na lehké minerály ( h ? 2,95 ) a těžké minerály ( h ? 2,95 ). Většina hlavních drahých kamenů patří mezi těžké minerály (diamant, rubín, safír, chryzoberyl a alexandrit, granáty, spinel, topaz, zirkon, thulit, tanzanit), jen některé jsou lehké (smaragd, akvamarin a další odrůdy berylu a také opál). Minerály skupiny turmalínu patří v závislosti na jejich složení mezi těžké minerály nebo minerály lehké.


12. Tepelná odolnost
Tepelná odolnost má u drahých kamenů značný význam. Nízká tepelná odolnost může komplikovat jejich zpracování (řezání, broušení a leštění) i vlastní šperkařskou práci (fixaci kamene do šperku), může omezit způsob využití šperků a je nutno k ní přihlédnout při výběru vhodné metody údržby šperku.
U mnoha drahých kamenů může působením tepla dojít ke změně jejich barvy.


13. Chemická odolnost drahých kamenů
Při zpracování (např. broušení), nošení či údržbě drahých kamenů dochází k jejich styku s chemickými látkami, které na ně více či méně působí. Může při tom docházet k narušení drahých kamenů, ke ztrátě lesku, příp. k jejich úplné destrukci.
Převážná část drahých kamenů hlavních je chemicky odolná. Řadu vedlejších, obecných i raritních drahých kamenů však narušují nejen různé kyseliny a louhy, ale také saponáty, pot nebo i ovzduší.

Způsob uvádění hmotnosti drahých kamenů

Hmotnost drahých kamenů lze uvádět gramech, ale častěji používanou jednotkou hmotnosti je karát.

Dříve:    1 karát = asi 0,2 g

Nyní:     1 ct = 0,2 g  (ct = metrický karát) tedy: 5 ct = 1 g

 Karát byl odvozen od váhy jednoho semínka rohovníku obecného ( Ceratonia siliqua ), který je u nás znám též jako „svatojánský chléb“. Jeho semínka se používala při jemném vážení už ve starověku.



Reklama Ranky:
D
Nový český výrobce sportovní výživy Survival