珠宝知识239：珠宝考研考证篇：宝石的颜色分类
在昨天的文章中，我们讲到了宝石颜色的成因，颜色是不会凭空产生的，同样也是不会凭空消失的，颜色主要是由于宝石对可见光中选择性吸收的结果，吸收之后，剩余光谱的混合色就成为了宝石的颜色。那么宝石为什么会对可见光有一定的吸收呢？大家记住一定是能级的跃迁。无论是用晶体场理论、能带理论、分子轨道理论，归根结底，其实都是能级的跃迁，有了能级的跃迁，就会伴随着能量的吸收，如果这个能量刚好处在可见光范围内，就会使得宝石产生颜色。
那么能够产生颜色的主要因素其实还是与宝石的元素组成、结构特征密切相关，因此根据引起宝石颜色原因，将宝石的颜色划分为自色、他色和假色三类。
第一、自色
由作为宝石矿物基本化学元素组分中的元素而引起的颜色，这些致色元素多为过渡族金属离子，比如说铁铝榴石、锰铝榴石、绿松石、橄榄石，他们的致色元素都是他们本身的基本化学元素组分引起的，也就是说，宝石的化学式中本身就存在致色元素。
下图为铁铝榴石，化学式为Fe3Al23
下图为绿松石，化学式为CuAl648·5H2O
下图为孔雀石，化学式为Cu22CO3
下图为菱锰矿，化学式为MnCO3
第二、他色
他色是由宝石矿物中所含杂质元素引起的颜色，多数宝石都属于这一类。当宝石的化学成分十分纯净时呈现无色，当含有微量的致色元素时，可产生颜色，并且颜色的深浅与杂质元素的多少有关，例如刚玉的主要化学成分为Al2O3，当化学成分非常纯净时是无色的，当Al元素被其他元素替代的时候，就会产生颜色，不同颜色的绿柱石、不同颜色的尖晶石、不同颜色的碧玺都属于这一类。根据元素在不同宝石中的状态，可以分为以下三种情况：
1、不同的微量元素在同种宝石以及不同宝石中往往会形成不同的颜色。以刚玉为例，当宝石中含Cr时，呈现红色；当宝石中含有Fe、Ti时，呈现蓝色；当同时含有Cr和Ni时，呈现橙黄色等。下表为合成刚玉系列宝石的着色剂与所呈现的颜色。
例如，尖晶石中，Cr元素主要呈现红色、Fe呈现蓝色、Cu呈现粉红色、Mn使得尖晶石呈黄色，下表为合成尖晶石中的着色剂与所呈现的颜色。
2、同种元素的同种价态在不同的宝石中呈现不同的颜色，以Cr元素为例，在红宝石中呈现红色、在祖母绿中呈现绿色、透辉石中呈翠绿色、托帕石中呈现粉色。下图为祖母绿。
另外，需要强调的是，虽然同种元素在不同的宝石有可能会呈现出相近的颜色，但实际上也会不同的。下图为Cr元素致色宝石的光谱，其中Cr元素在红宝石和尖晶石中同样为红色，但是两者的光谱却存在着较大的差异，最终导致两者之间在颜色上会有一定的差异。
3、同种元素的不同价态在同种宝石中也会存在一定的差异。以翡翠为例，当翡翠中的Fe以三价Fe3+的形式替代翡翠中的Al时，翡翠主要呈现灰绿色，比如说油青种的翡翠，当翡翠中的二价Fe2+较多的时候，会形成Fe2+-Fe3+的电子跃迁，形成紫色。下图分别为油青种和紫色翡翠。
第三，假色
假色实际上与宝石的化学成分以及晶体结构没有直接的关系，而是与内部包裹体、解理、双晶等密切相关，都是宝石对光的折射、反射等相关作用引起的，这种颜色并不是宝石本身的颜色，关于宝石的假色，我们在光的干涉、衍射等相关部分以及宝石的特殊光学效应中已经进行了较为详细的讲解，在这里就不再详细描述了，日光石的橙黄色，月光石的蓝色、欧泊的变彩、珍珠的晕彩等等都属于宝石的假色。
对于自色和他色的宝石，致色元素往往与过渡族元素有关，在这里我需要给大家强调一下相关的致色元素。在上学的时候，老师要求大家背诵前20种元素，但是我要求大家再向后背诵十个元素，分别为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，这十个元素中间的八个就是宝石中最为重要的致色元素，大家一定要牢记。
根据个人的经验，这八个元素中的重要性排序分别为Cr、Fe、Cu、Mn、Co、Ti 、V、Ni，下面对这八个元素进行一一的介绍。
1、Cr元素
Cr是宝石中最为重要的一个致色元素之一了，宝石中一些比较贵重的品种往往与Cr元素的致色有关。在传统的四大贵重宝石中，有三个都是Cr致色的，分别为红宝石、祖母绿和变色金绿宝石；传统的贵重玉石中，翠绿色的翡翠也是由Cr元素致色的。下图为翡翠中最为贵重的颜色之一，颜色是由含量适当的Cr元素引起的。
当某一类宝石中含Cr时，也会成为该类宝石中较为贵重的一类品种，例如铬透辉石、沙弗莱、翠榴石、铬碧玺等等，所以Cr元素在宝石界还有一个好听的名字——宝石魔法师。下图为沙弗莱——铬钒钙铝榴石。
2、Fe元素
第二个相对重要的致色元素就是Fe，该元素能够形成不同的价态，并且能够与其他元素成对组成，在宝石中形成类质同象替代，因此该元素能够形成的颜色种类也比较多，也会形成一些较为贵重的品种，比如说蓝宝石的颜色成因，就与Fe元素密切相关，不过是Fe与Ti元素共同致色的结果，当两者的比例为1时，蓝宝石会形成较为漂亮的颜色，Fe与Ti之间的比例较大时，宝石的颜色就会偏深，山东蓝宝石就属于这一类；下图为山东蓝宝石，颜色相对较深。
Fe元素单独致色时主要形成的颜色为蓝色和绿色，其中蓝色系列的宝石包括海蓝宝石、蓝色碧玺、蓝色尖晶石；绿色系列的宝石主要包括橄榄石、绿色蓝宝石、绿色尖晶石、绿色碧玺等；除了蓝色以外，Fe元素还可以形成黄色和红色，不过相对少见一些，例如黄色系列的主要包括黄水晶、金色的绿柱石、金绿宝石、黄色蓝宝石等，红色系列的主要为铁铝榴石、翡翠的次生色等；另外蓝紫色的堇青石，紫色的翡翠。下图为橄榄石，呈色元素为Fe，为自色宝石。
第三、Cu
Cu元素主要形成的颜色为蓝色或绿色，并且以自色宝石为主，例如绿松石、孔雀石、蓝铜矿、黄铜矿、赤铜矿等等。下图为绿松石，化学式为CuAl648·5H2O
第四、Mn
Mn元素能够形成的颜色主要以粉色为主，其次为橙色，其中粉色系列的宝石包括菱锰矿、蔷薇辉石、粉红色绿柱石、芙蓉石、粉色的碧玺等等；橙色的宝石为锰铝榴石。下图为锰铝榴石
第五、Co元素
Co元素最主要形成的颜色为蓝色，并且通常为非常诱人的靛蓝色。比如说钴尖晶石、蓝色的钴玻璃等等，这一类的蓝色在旋转宝石过程中可以看到是那种蓝色中透着一种红色的蓝色色调，并且在滤色镜下呈现非常鲜艳的红色，下图为非常漂亮的钴尖晶石。
除了蓝色以外，Co元素还能够形成比较漂亮的粉色，比如钴方解石、钴菱镁矿等等。下图为钴方解石。
第六、Ti
Ti元素在常见的宝石中很难见到单独致色的，在蓝宝石中与Fe元素成对组合，形成非常漂亮的蓝色，但是在稀少宝石中，常常出现在自色宝石中，比如说或金红石、锐钛矿、板钛矿等等，他们互为同质多像。
对于金红石来讲，在常见宝石中起到非常重要的作用，红蓝宝石的星光效应、金绿宝石的猫眼效应、发晶中的包裹体，常常都是金红石的存在，因此金红石在常见宝石中会起到一个画龙点睛的作用，让宝石更富有生命力。下图为发晶中的金红石。
下图为星光红宝石中的定向排列的金红石针状包裹体。
金红石单独存在的时候，颜色也比较漂亮，能够作为独立的宝石出现，颜色包括暗红色、褐红色、黄色、橙黄色等，当金红石中Fe含量较高时，会呈现黑色。
金红石能够通过焰熔法等方法进行人工合成，金红石具有较高的折射率和色散值，在合成立方氧化锆和人造钛酸锶研制出来之前，一直都是作为钻石的仿制品出现的。由于在合成的过程中Ti元素主要以Ti3+的形式存在，因此合成之后还需要进行进一步的退火处理，在氧化环境中可以得到略带黄色调的透明晶体；真空或缺氧的环境中可以得到淡蓝色的金红石晶体。如果在合成过程中加入一定的着色剂，也会形成不同的色调。
下图分别锐钛矿和板钛矿，属于稀少宝石，当晶体形态发育完整时，会受到很多晶体爱好者或者收藏爱好者的青睐。
第七、V
V能够形成的颜色主要为绿色、蓝色和紫色，其中绿色系列以翠绿色为主，颜色也相对比较鲜艳，例如主要为铬钒钙铝榴石、水钙铝榴石等；蓝色系列的宝石主要为坦桑石；紫色系列的宝石中，主要为变色的蓝宝石日光下呈蓝色、灰蓝色；在白炽灯下呈暗红紫色、褐红色。下图为这几年较为火热的坦桑石。
第八、Ni
Ni在天然宝石中的呈色其实是相对来说较为少见的，比如说绿玉髓；更多的是应用在合成宝石中，例如合成的蓝宝石中，当Ni单独存在的时候，形成黄色，当Ni与Cr相互配合的时候，刚玉呈金黄色或橙黄色，当Ni与Co、V共同作用是，刚玉呈现绿色。
除了这把八种元素以外，N、B、稀土元素、放射性元素U在宝石中也会致色，其中N是使钻石呈现黄色、褐色的主要原因，B则主要使钻石呈现蓝色；稀土元素则主要导致一些富含稀土元素的矿物，例如磷灰石、榍石、萤石等等；U元素主要在锆石中致色，主要颜色为褐色。下图为蓝色钻石，颜色主要与B有关
下面我们通过一张图标来进行一个简单的回顾。
