文章轉載自“晶彩收藏”
礦物顔色形成
大
揭秘
秘
01
五彩缤紛的礦物
自然界的礦物寶石五彩缤紛，正是因為這豐富多彩的顔色而吸引大家的目光，也成為礦物愛好者們關注的焦點。
很多珍貴的的礦物寶石都有自己獨有的顔色特征，如鴿血紅、矢車菊藍、祖母綠等，還有一些同一種礦物呈現出不同的顔色，那這些顔色究竟是怎麼形成的呢？
綠柱石
今天我們一起來一探究竟吧！
02
顔色的形成
1.顔色的本質
一定的物體包括發光體具有固定的光譜特征，具有特定的顔色，是以顔色是客觀存在的。但是，另一方面，顔色又受到人眼和大腦對物體輻射的接收和判斷，接收和判斷的正确度影響到不同人對顔色的表達。形成顔色要具備三個條件：
（1）（白）光源；
（2）反射或者折射時改變這種光的物體；
（3）接受光的人眼和解釋它的大腦。
------三個條件缺一不可，否則就沒有顔色-----
2.光輻射的特征
太陽的光輻射包括了從紅外光到宇宙射線的各種電磁輻射，人的眼睛能夠感覺到的光線僅局限于波長為400到800nm（或者頻率在12500-25000波數）的一小段。當這個波段的電磁輻射（或者說光線）的強度大緻一樣時，我們看到的是白光。
3.寶石對光的吸收
白光照射到寶石上，會被寶石吸收，如果均勻地吸收所有的可見光，寶石将呈現灰色到黑色，如果隻是吸收了可見光中的某些波長的光線，對光線不均衡地吸收，寶石将呈現出顔色，這種性質稱為選擇性吸收。
4.寶石的顔色
寶石不均衡地吸收（選擇性吸收）白光，導緻被吸收的較弱波長的光線和未被吸收的較強的波長的光線混合在一起透射（或者反射）出寶石，形成顔色。這種由殘餘光 線的形成的顔色稱為剩餘色，由剩餘色性形成的顔色稱為寶石的體色。
與寶石體色對應的是寶石的輝光和暈彩，例如黑歐泊的體色是深藍色，它的變彩有紅、黃、綠等多種顔色。
03
寶石顔色的描述方法
1.顔色的互補和加和律
寶石對白光中各色光波不等量吸收，選擇性吸收後所呈現的顔色遵從色光的混合—互補原理。當兩種色光混合後呈現白色，則稱這兩種色光為互補色光。紅光與青光、綠光與品紅光、藍光與黃光等都是互補色光。如寶石對白光中的黃光吸收較多，對其他色光吸收程度相近，則呈現出藍色。
寶石礦物顔色的深淺，取決于寶石對各色光波吸收的總強度。吸收的總強度大，顔色就深，反之顔色則淺。
2.顔色要素
寶石的顔色特征可以用色度學規定的色調、明度、飽和度三要素來描述：
（1）色調（色彩）
指顔色的種類，彩色寶石的色調取決于光源的光譜組成和寶石對光的選擇性吸收，也是彩色間互相區分的特性，如紅色、綠色和藍色。
（2）明度（亮度）
指人眼對顔色明暗度的感覺。彩色寶石的明度的大小取決于寶石對光的反射或透射能力，即寶石本身顔色的深淺和加工的光學效果。
（3）飽和度（純度）
指顔色的純淨度和鮮豔度。彩色寶石的飽和度取決于寶石對可見光光譜選擇性吸收的程度。可見光光譜中各種單色光的飽和度最高，飽和度值為1，白光的飽和度最小，值為0。
3.顔色的定性描述
通常對顔色的命名方法是将主色調放在後面，用顔色修飾詞描述次要的色調，如綠黃色、紫紅色等，把顔色濃度的修飾詞放在最前面，如淺黃綠色，淡藍紫色等。
4.顔色的定量描述
顔色的定量描述可以采用色度學的三要素的數值，但是，數值不夠直覺，現在常用的一種方法是孟塞爾表色系統，在孟塞爾表色系統中将色調分為10種，分别用英文名稱的字頭表示：紅（R）、黃（Y）、綠（G）、藍（B）、黃紅（YR）、綠黃（GY）、藍綠（BG）、紫藍（PB）、紅紫（RP）。每種色調又細分為 10個等級，分别從1-10；再對顔色的明度從暗到明亮分為0到10共11個等級，透明的有色寶石的明度級别都在2-8級之間。
04
寶石顔色的呈色機理
1.緻色元素
化學元素中有些元素的氧化物和水合物帶有顔色，這些元素主要屬于元素周期表的過渡元素和镧系元素，被稱為緻色元素，主要有Ti、V、Cr、Mn、Fe、 Co、Ni、Cu和稀土等。在寶石中，這些元素對寶石的顔色也起着重要的作用。但是，物體具有顔色的機制非常複雜，有些非緻色元素在特定的分子結構中會産生顔色，同樣，緻色元素在不同的分子結構，具有不同的緻色作用，例如紅寶石中的Cr3+導緻紅色，祖母綠中的Cr3+導緻綠色。當緻色元素的化合價不同時，産生的顔色不一樣。例如鈣鐵榴石中的Fe3+導緻淺黃色，鐵鋁榴石中的Fe2+深紅色。過渡元素緻色作用的機制可用各種物質結構的理論來解釋。
2.色心
色心是一種能導緻物體産生顔色的晶格缺陷，可以分為電子色心和空穴色心兩類：
電子色心：電子占據了陰離子空位時所産生的色心。也可認為電子被捕獲并占據了通常情況下本不應有電子存在的位置時，就形成了電子色心。
空穴色心：由于陽離子缺失而相應産生的電子空位。也可認為一個本該存在電子的位置上缺少一個電子，留下一個“空穴”和一個能吸收光的未配對的電子，這種缺陷稱為“空穴”色心。
色心是某些寶石種的主要緻色原因，如螢石、紫晶、煙晶、藍色托帕石和鑽石等。
色心和緻色元素的最大差別是，色心形成的顔色在一定條件下（如高溫），會由于晶格缺陷的變化或者消失，而改變色心的性質，緻使顔色發生改變或者褪色，稱為色心轉移和漂白。這種機制在寶石的顔色改性進行中發揮很大的作用。
3.實體呈色
由于光的幹涉、衍射、色散、散射和反射等實體現象導緻的顔色，它常常疊加在寶石因選擇性吸收而呈現的體色上，進一步增加寶石顔色的美麗和神秘。如歐泊的變彩、日光石的褐紅色反光、鑽石的火彩等。
4.寶石顔色的成因分類
（1）自色寶石：緻色元素以寶石的主要成分出現的稱為自色寶石，如菱錳礦（MnCO3）的粉紅色是由成分中的Mn元素緻色；橄榄石（(Mg,Fe)2SiO4）綠色由成分中Fe元素緻色。
（2）它色寶石：緻色元素以微量元素的形式出現的稱為它色寶石，如剛玉(Al2O3),當成分純淨時無色，當含微量元素Cr3+時形成紅色，稱為紅寶石；當含微量Fe和Ti元素時形成藍色，稱為藍寶石。。
（3）色心緻色寶石：由電子色心或者空穴色心緻色的寶石。如紫晶為電子色心緻色，受到加熱後會轉變為黃色，成為黃水晶，進一步加熱，會退色成無色。
（4）實體色：由于光的實體現象造成的顔色，有些人也稱之為假色，表示不是選擇性吸收造成的顔色。
表1 自色寶石和它色寶石一覽表
05
解釋寶石緻色機制的理論
除了實體呈色，寶石顔色的形成機制可以用各種物質結構的理論來解釋，目前常用的、對顔色現象的解釋具有成效的理論有：晶體場理論、配位場理論、分子軌道理論、能帶理論等。
大自然賜予了我們如此之多的美好，
讓我們靜靜的徜徉在礦晶的海洋中，
慢慢的欣賞這靜谧的美好吧！
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END