تغییرات رنگ در انواع کانی‌ها

به استثنای الماس، رنگ در گوهرها از مهمترین و قابل رؤیت‌ترین ‌فاکتورهاست. دامنه و گستره‌ی رنگ‌ها در کانی‌ها و مخصوصا در گوهرها بسیار وسیع است همین امر سبب شد رنگ کانی‌ها و گوهرها یک فاکتور مطلقا مطمئن به شمار نیاید. یکی از مشکلاتی که می‌توان در مورد رنگ‌ها در کانی‌ها به آن اشاره کرد، تنوع رنگ‌های متفاوت در یک نوع کانی است. منظور این است که یک سنگ می‌تواند به رنگ‌های مختلفی در طبیعت یافت شود. در مورد غنی‌ترین ‌کانی از لحاظ تنوع رنگ می‌توان به تورمالین اشاره کرد زیرا کلیه رنگ‌هایی که در تمام کانی‌ها موجود است، به تنهایی در این کانی مشاهده می‌شود.

همانطور که در مبحث نور گفته شد، رنگ همان اثر طول موج نور است یعنی این که هر طول موج معین نوری دارای یک رنگ خاص و منحصر به فرد است. چشم انسان دارای خصوصیات خاصی است که فقط طول موج خاصی را قادر به دیدن است. طول موجی که چشم قادر به دیدن آن است ۳۹۰ تا ۷۷۰ میلیونیم میلیمتر می‌باشد. یعنی حدود رنگ‌های بین قرمز و بنفش مورد نظر است و رنگ‌های مادون قرمز و ماوراء بنفش را نمی‌توان با چشم غیر مسلح دید.

رنگ گوهرها تابع قابلیت عبور تک تک طول موج‌های مرئی چشم انسان می‌باشد. چون رنگ یکی از اثرات مهم زیبایی در قلمرو گوهرهاست پس بنابراین بایستی حتی‌المقدور سعی کرد که سنگ را به شکلی در آورد که در حد امکان بتواند رنگ اصلی خودش را نشان دهد. این برش به فرمی انجام می‌شود که مسیر عبور نور را جهت نتایج عمل جذب حتی‌الامکان مناسب سازد.

 در میان سنگ‌های رنگی سنگ‌هایی یافت می‌شوند که قابلیت دید ندارند ولی با وجود این رنگی به نظر می‌آیند مانند فیروزه و لاجورد که رنگ‌های حاصل از آنها را رنگ‌های روی سطحی می‌نامند. در این گونه سنگ‌ها ‌جریان جذب در سطح بالایی قشرها انجام می‌پذیرد و با نور انعکاسی ادغام شده، رنگ روی سطحی را ایجاد می‌کند.

رنگی که یک گوهر از خود نشان می‌دهد فقط به تنهایی تابع نسبت عمل جذب نیست بلکه ترکیب نوری که آن را رنگی می‌نماید در اینجا نقش دارد. حتی اگر به صورت فرعی هم

باشد، نور در روز بیشتر دارای رنگ‌های آبی و سبز و نور چراغ (لامپ) بیشتر دارای نورهای زرد و قرمزاند. این امر به خصوص در الکساندریت جلوه می‌کند که این کانی در نور خورشید (سبز و آبی) سبز و در نور چراغ قرمز به نظر می‌رسد. یاقوت و زمرد در عصر و هنگام شب به نظر دارای جلای بیشتری‌اند ‌و درخشش خاصی دارند. پس در علم گوهر شناسی و یا معاملات گوهرها، این امر یعنی نور محیط و هنگام معامله (از نظر زمانی در طی روز) و حتی نور منعکس شده از دیوارها البسه و ... بسیار مهم و با اهمیت است.

مهمترین و اولین فاکتوری که انسان را به سوی گوهرها جذب می‌کند رنگ آنهاست و به طور کلی ارزش یک سنگ در درجه اول تابع رنگ آن است. در حال حاضر فلزاتی موجودند که اثر رنگ کنندگی دارند و به همین جهت آنها را حمل کننده و ناقل رنگ‌ها می‌نامند. اگر عناصر شیمیایی تشکیل دهنده گوهرها را با دقت بیشتری تحت نظر داشته باشیم، ملاحظه خواهیم کرد که عناصری که بیشتر از همه در ترکیب آنها شرکت دارند هیچ‌گونه اثرات رنگ کنندگی را در خود بروز نمی‌دهند.

ولی در برابر این عناصر، عناصری همچون آهن، کروم، منگنز، نیکل، مس و تیتان وجود دارد که در گوهرها، نقش یک عامل رنگ کننده را بازی می‌کنند. البته عناصر کبالت و وانادیم در کانی‌ها و گوهرهای مصنوعی به جمع عناصر شش‌گانه فوق اضافه می‌شوند، لذا انتظار ما از عناصر مذکور، ایجاد رنگی خاص در گوهرهاست.

اگر حضور عناصر فوق در یک کانی، چنان باشد که نام و علامت آن در فرمول شیمیایی کانی ذکر شده باشد، رنگ آن کانی را وابسته به حضور آن عنصر یا عناصر فلزی ذکر شده در فرمول می‌دانند. این حالت ایجاد رنگ را ایدیوکروماتیک (Idiochromatic) می‌گویند. به عنوان مثال در پریدوت (زبرجد) که از لحاظ شیمیایی یک سیلیکات آهن و منیزیم است، آهن (Fe)  به عنوان عنصر رنگ کننده می‌باشد و یا در فیروزه با فرمول شیمیایی CuO. 3Al2O3. 2P2O5.9H2O و مالاكیت با فرمول شیمیایی 2CuO. CO2. H2O، عنصر مس (Cu) عامل رنگ کننده است.

حال اگر مقدار عناصر رنگ کننده به حدی نباشد که در فرمول ذکر گردد (به صورت عنصر بیگانه با کانی مخلوط شده باشد) در این صورت به آن آلوكروماتیک (Allochromatic) می‌گویند. به عنوان مثال در یاقوت با فرمول Al2O3، رنگ قرمز به خاطر وجود کروم (Cr) است ولی می‌بینیم که در فرمول شیمیایی هیچ نامی از آن ذکر نشده است. رنگ آبی کبود در یاقوت کبود (سافیر) نیز به دلیل حضور عناصر آهن و تیتان می‌باشد در حالی که اگر به کرندوم نگاه کنیم، می‌بینیم که به دلیل عدم حضور عناصر فلزی، بی‌رنگ است.

در آلوكروماتیک‌ها، حالت رنگ کنندگی به این صورت است که در یک گروه معین و مشخص از سنگ یا گوهر، تمام رنگ‌های ممکنه ظاهر می‌گردند. به عنوان مثال در کانی‌های گروه بريل هیچ یک از عناصر موجود در فرمول، خاصیت رنگ کنندگی نداشته و عنصر کروم (Cr) است که رنگ سبز و قرمز (زمرّد) را باعث می‌گردد و یا در آکوآمارین که یکی از کانی‌های همین گروه است، حضور عنصر آهن(Fe) سبب ایجاد رنگ آبی در آن شده است.

اگر کمی در عناصر فلزی رنگ کننده گوهرها دقت کنیم به نکته جالب و مهمی پی می‌بریم. با نگاه به جدول تناوبی عناصر می‌بینیم که عناصر رنگ کننده فلزی، همگی در تناوب چهارم جدول قرار دارند و از تیتان (22 =Z) شروع و به مس (22 =Z) ختم می‌شوند. این عناصر همگی دارای آرایش الکترونی 4p 4s , 3d بوده و از چپ به راست با افزایش عدد اتمی، تعداد پروتون‌های هسته زیادتر شده و در نتیجه جاذبه هسته بر لایه‌های الکترونی بیشتر می‌گردد و شعاع اتمی کاهش می‌یابد. این علت به همراه دیگر موارد از جمله الكترونگاتیوی، خاصیت مغناطیسی و غیره سبب ایجاد خواص منحصر به فرد در این عناصر شده است.

از دیگر عوامل رنگ کننده، می‌توان ذرات آلی کلوئیدی فلزات را نام برد که به ظریف‌ترین ‌حد و حالت ایجاد شده و بر روی نور عمل پراکندگی و اثرات جذبی را اعمال می‌کنند. علاوه بر این موارد، گوهرهایی نیز وجود دارند که به طریقی کاملا متفاوت با موارد فوق، رنگ می‌شوند. در این گوهرها، نفوذ پرتوی با طول موج کم عامل ایجاد رنگ می‌باشد. به عنوان مثال در کانی زیرکن، پرتو رادیم عامل ایجاد رنگ می‌باشد. انرژی پرتو تابیده شده، سبب انباشته شدن اتم‌ها در شبکه فضایی بلور شده و دگرشکلی موضعی را سبب می‌گردد. به این حالت، نقصان فرانكل می‌گویند. در چنین موضع و مکانی که مرکز رنگ نامیده می‌شود، جذب انتخابی در محیط نور مرئی صورت می‌گیرد و یک چنین رنگ‌هایی را می‌توان در هر دو نوع کانی‌ها (ایدیوکروماتیک و الوكروماتیک) ایجاد کرد. نوعی دیگر از ایجاد رنگ در لاجورد وجود دارد. در این کانی، رنگ آبی به خاطر وجود گوگرد (S) می‌باشد و حالت دگرشکلی شبکه، احتمالا به خاطر بزرگی یون گوگرد که مرکز رنگ آن است، می‌باشد.

تا به حال در گوهرشناسی، فتومتری دقیقی صورت نگرفته است ولی ابداع روش اسپکتروسکوپی سبب شده که از روی ترکیب طيف، بتوان بر روی ترکیب یک رنگ تحقیق کرد. دستگاه اسپکتروسکوپی، رنگ کانی که همواره مخلوطی از طول موج‌های مختلف است را، تفکیک کرده و روی یک نوار رنگی به صورت رنگین کمان منتقل می‌کند لذا جذب، اندازه‌گیری نمی‌شود بلکه اختلاف درجات هر یک از رنگ‌ها را از نظر کیفی، با چشم مورد بررسی و قضاوت قرار می‌دهد.

روشی دیگر که توسط آن می‌توان تناسب جذبی را بررسی کرد، به کار بردن فیلترهای نوری است. این فیلترها، پرتوهای خارج شده از سنگ را به صورت انتخابی عبور می‌دهند و طیف حاصل، نماینده اپتیکی رنگ گوهر است و می‌توان برای هر سنگ یا کانی مشخصی، فیلتر خاصی را نیز به کار برد.

تغییرات رنگ‌ها

از بین خواص فیزیکی گوهرها، رنگ خاصیتی است که به سهولت می‌توان آن را تحت تأثیر قرار داد و در این بین مناسب‌ترین ‌روش، حرارت دادن و پرتو افکندن می‌باشد که حتی اصلاح رنگ را نیز با آن انجام می‌دهند. از این که در هنگام حرارت دادن یا پرتو افکندن، در کانی تغییر رنگ صورت می‌گیرد جای هیچ‌گونه تعجبی نیست چرا که حرارت، عمدتا روی طرز قرار گرفتن اتم‌ها در شبکه کریستالوگرافی اثر گذاشته و نظم ثانویه‌ای را سبب خواهد شد که با ترتیب اولیه متفاوت است. در روش پرتوافکنی نیز، طول موج پرتو تابیده شده به صورت غیر مستقیم روی اتم‌ها اثر گذاشته و ساختمان آن را دگرگون می‌سازد. البته لازم به ذکر است که هر چه طول موج پرتو تابیده شده کوتاه‌تر باشد تأثیر عمل نیز کمتر خواهد بود و بیشترین تأثیر مربوط به پرتوهای رادیم است که شامل سه نوع پرتو تابشی , β, αγ می‌باشد:

پرتو آلفا (a): از جنس He بوده و قدرت یونیزه کنندگی زیاد و نفوذ کم دارد.

پرتو بتا (β): از جنس الكترون بوده و قدرت یونیزه کنندگی کم و نفوذ بالا دارد.

پرتو گاما (γ): این پرتو خنثی بوده و توسط میدان الکتریکی و مغناطیسی منحرف نمی‌گردد. همچنین دارای قدرت نفوذ بسیار زیادی است.

کانی زیرکن در مقابل پرتو رادیم (Ra) حساسیت ویژه‌ای داشته و هر تغییر رنگی را می‌توان در آن ایجاد کرد. همچنین در انواعی از الماس که در طبیعت به رنگ‌های سبز و زرد می‌باشند می‌توان با این پرتو، تغییر رنگ ایجاد کرد. در برابر این پرتو، می‌توان رنگ درّ کوهی را به رنگ کوارتز دودی و توپاز بی‌رنگ را به توپاز قهوه‌ای رنگ تغییر داد. البته باید متذکر شد که غالبا رنگ‌هایی که توسط پرتو رادیم ایجاد می‌شود، ثبات کمی داشته و پس از مدتی ممکن است تغییر کند و یا این که کمرنگ شود. جالب اینجاست که پرتوهای رادیومی، تنها در آزمایشگاه‌ها وجود ندارند بلکه در طبیعت نیز شاید بهتر از آنچه که در آزمایشگاه وجود دارد، جلوه کند. بنابراین بسیاری از گوهرها در معادن و نهشته‌ها با کانی‌های رادیواکتیو همراه بوده و همین امر، خود سبب تغییر رنگ در آنها می‌شود. نمونه بارز در این خصوص، کانی زیرکن است که رنگ‌های طبیعی خود را مدیون پرتوهای رادیومی می‌باشد که توسط عناصر رادیواکتیو ایجاد شده است. برخی از زیرکن‌ها، آنچنان تحت تأثیر این پرتوها قرار گرفته‌اند ‌که ساختمان داخلی‌شان تحت تأثیر قرار گرفته و رنگ سبز سیر پیدا کرده‌اند. این زیرکن‌ها که به سیلان معروف هستند، فاقد پدیده شکست مضاعف بوده و نسبت به سایر زیرکن‌ها، وزن مخصوص و ضریب شکست کمتری دارند.

حالت خاص دیگر، مربوط به تغییر رنگ در کوهی به کوارتز دودی می‌باشد. پرتو ایکس نیز می‌تواند چنین تغییر رنگی را ایجاد کند. البته از پرتوهای مافوق بنفش و ایکس به ندرت استفاده می‌شود به این دلیل که اولا زمان پرتوافکنی نسبتاً طولانی است ثانياً رنگ‌های ایجاد شده، نسبتاً ناپایدار می‌باشند. با توجه به این که روش حرارت دادن یا گرم کردن با وسایل ساده و در کمترین زمان صورت می‌گیرد لذا در مقابل روش پرتوافکنی، مناسبتر خواهد بود. مثال مهم و معروف آن، سوزاندن آمتیست می‌باشد که اصطلاحا به آن سنگ سوخته می‌گویند. در این مورد، ابتدا آمتیست بی‌رنگ شده و سپس به رنگ قهوه‌ای مایل به زرد نزدیک به رنگ توپاز، در می‌آید. پس از حرارت دادن، كانی را سرد کرده و رنگ بوجود آمده ثابت می‌گردد. چنانچه این عمل را بر روی تورمالین تیره رنگ برزیلی انجام دهیم، رنگ آن روشن می‌شود و چنانچه تورمالین آبی رنگ آفریقایی را تحت این عمل قرار دهیم به رنگ زمردی در می‌آید. اگر عمل سوزاندن همراه با پرتوافکنی باشد، رنگ‌های زیبایی را می‌توان ایجاد کرد. البته سنگ‌هایی همچون یاقوت، سافیر و زمرد در برابر حرارت غیر حساسند و برخی از سنگ‌ها ‌هم هستند که با حرارت دادن متلاشی می‌شوند مثل فیروزه، لاجورد و مالاکیت.

اغلب گوهرها به دلیل داشتن حباب، کمتر قادر به جذب مواد رنگی بوده و در نتیجه از چنین روش‌هایی نیز کمتر برای رنگ کردن آنها استفاده می‌شود مثلا در مورد گروه آگات باید گفت که کسی در خصوص رنگ کردن مصنوعی آنها ادعایی ندارد. رنگ آگات طبیعی معمولا طوری است که کمتر جلب توجه می‌کند و فقط آگات‌های ایدور ابرشتين  ldor-)       Obrstein)  کشور آلمان، از رنگ زیبایی برخوردار است. حباب‌های آگات که از انباشته شدن موازی و کنار هم رشته‌های ظریف کوارتز بوجود آمده این امکان را به وجود می‌آورد که محلول‌های رنگی در آنها نفوذ کند. در بسیاری از موارد، این نوع رنگ کنندگی توسط محلول‌های فلزی انجام می‌گیرد. به عنوان مثال محلول نمک کروم، رنگ زیبای سبز را به وجود می‌آورد و یا محلول آهن، رنگ قرمز و یا قهوه‌ای را ایجاد می‌کند و همچنین در انیکس(Onyx)  یا عقیق سلیمانی که طرفداران زیادی دارد، رنگ سیاه حاصل غوطه‌ور شدن آگات در محلول شکری است که شکر آن توسط اسید سولفوریک به زغال تبدیل شده است. رنگ کردن آگات‌ها مدت‌هاست که در کشور آلمان انجام می‌شود ولی روش این عمل همچنان نزد کارخانجات مسئول، همچنان مخفی و پوشیده مانده است.