유색 보석은 형성 과정에서 결정 구조에 포함된 미량 원소로 인해 매혹적인 색조를 띱니다. 이러한 불순물은 종종 백만 분의 일(ppm) 단위로 존재하며, 빛과 상호 작용하여 선명한 색상을 만들어냅니다. 가장 영향력 있는 미량 원소는 다음과 같습니다. 철 (철), 바나듐 (V), 크롬 (크)및 티탄 (티)이 글에서는 지질학적 기원, 색상 형성 메커니즘, 그리고 특정 보석에서의 역할에 대해 살펴봅니다.
목차
1. 크롬(Cr): 빨간색과 녹색의 마스터
지질학적 발생
크롬은 종종 발견되는 전이 금속입니다. 초염기성 바위 (예: 페리도타이트, 사문암) 및 열수 정맥. 대체합니다 알루미늄 (Al)은 이온 반경이 유사하여 결정 격자에 존재합니다.
보석 색상에서의 역할
- 루비(커런덤, Al₂O₃): Cr³⁺는 Al³⁺를 대체하여 강렬한 붉은색을 냅니다. Cr³⁺ 내부의 전자 전이는 황록색 빛을 흡수하여 붉은색을 투과시킵니다.
- 에메랄드 (녹주석, Be₃Al₂Si₆O₁₈): Cr³⁺(그리고 때로는 V³⁺)는 짙은 녹색을 나타냅니다. Fe의 존재는 색조를 변화시킬 수 있습니다.
- 알렉산더 보석 (크리 소 베릴, BeAl₂O₄): Cr³⁺는 선택적 흡수 대역으로 인해 극적인 색상 변화(주광에서는 녹색, 백열등에서는 빨간색)를 일으킵니다.
- 핑크 사파이어 (코런덤): Cr 농도가 낮으면 빨간색 대신 분홍색이 나타납니다.
주목할만한 예금
- 루비: 미얀마(모곡), 마다가스카르, 탄자니아.
- 에메랄드: 콜롬비아(Muzo), 잠비아, 브라질.
2. 철(Fe): 다재다능한 착색제
지질학적 발생
철은 지구 지각에 널리 존재하며 마픽과 변성암. 두 가지 산화 상태로 존재합니다.
- Fe²⁺ (철) – 일반적으로 파란색/녹색을 생성합니다.
- Fe³⁺(철) – 노란색/갈색을 띠는 경향이 있습니다.
보석 색상에서의 역할
- 블루 사파이어(코런덤): Fe²⁺ + Ti⁴⁺ 전하 이동(간격 전이)은 빨간색 빛을 흡수하여 파란색을 생성합니다.
- 아쿠아마린(베릴): 팔면체 부위의 Fe²⁺는 푸른 색조를 냅니다.
- 감람석 (올리 빈, (Mg,Fe)₂SiO₄): Fe²⁺는 올리브색에서 황록색을 생성합니다.
- 황수정 (석영, SiO₂): Fe³⁺ 불순물은 노란색에서 주황색 색조를 띱니다.
주목할만한 예금
- 사파이어: 카슈미르(인도), 스리랑카, 몬타나(USA).
- 남옥: 브라질, 나이지리아, 파키스탄.
3. 바나듐(V): 카멜레온 원소
지질학적 발생
바나듐은 종종 다음과 연관됩니다. 셰일 호스팅 매장 and 페그마타이트. 결정 구조에서 Al³⁺ 또는 Cr³⁺를 대체합니다.
보석 색상에서의 역할
- 녹색 및 청록색 베릴("바나디아 에메랄드"): V³⁺는 순수한 녹색을 생성하며, Cr 기반 에메랄드보다 채도가 더 높은 경우가 많습니다.
- 탄자나이트(Zoisite, Ca₂Al₃(SiO₄)₃(OH)): V³⁺(미량 Fe 함유)는 다색성 청자색 색조를 나타냅니다. 열처리는 청색을 더욱 돋보이게 합니다.
- 일부 합성 알렉산드라이트: V³⁺는 Cr에 의한 색상 변화를 모방할 수 있습니다.
주목할만한 예금
- 탄자나이트: 탄자니아의 메렐라니 힐에서만 볼 수 있습니다.
- 바나디안 베릴: 브라질, 아프리카.
4. 티타늄(Ti): 블루와 스타 효과의 창조자
지질학적 발생
티타늄은 일반적으로 화성암 (예 : 금홍석 페그마타이트에서) 종종 용해 층을 형성합니다.
보석 색상에서의 역할
- 블루 사파이어(Fe²⁺ 함유): Ti⁴⁺는 전하 이동에 참여하며 짙은 파란색을 내는 데 필수적입니다.
- 스타 사파이어/루비: 용존 금홍석(TiO2) 바늘은 광산란을 통해 성좌 현상을 유발합니다.
- 핑크와 퍼플 사파이어: Ti-Fe 상호작용은 Cr과 함께 색상을 수정할 수 있습니다.
주목할만한 예금
- 스타 코런덤: 스리랑카, 태국.
- 블루 사파이어: 마다가스카르, 호주.
결론
미량 원소와 같은 Cr, Fe, V 및 Ti 전자 전이, 전하 이동, 결정장 효과를 통해 보석의 색상을 정의하는 데 필수적입니다. 이들의 통합은 다음에 따라 달라집니다. 지질 학적 조건를 포함한 압력, 온도 및 호스트 암석 화학이러한 과정을 이해하면 보석학자가 천연석과 합성석을 구별하는 데 도움이 되고, 지구의 광물학적 예술성에 대한 인식이 높아집니다.
추가 읽기
- 나소, K. (1983). 색상의 물리학과 화학.
- Giuliani, G. 외 (2019). “보석 형성, 지질학 및 탐사.” 엘리먼트 매거진.
