寶石中神奇的鉻元素

□ TEXT 劉蘇君 魏薇（新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院）

目前自然界中發現的礦物已超過3000種，但具有美觀、稀少、耐久特性的能作為寶石原料的僅有200多種，而國際珠寶市場上主要的中高檔寶石只有30種左右，尚不及礦物種類的百分之一，由此可見能稱為寶石的礦物是多么稀少。

而具有美麗外表的寶石，顏色是衡量其品質的重要指標，如五大寶石中的祖母綠、紅寶石、藍寶石都是以其顏色的純正、濃郁、均勻而取勝。現有的寶石學理論對于寶石顏色的成因是根據寶石的化學成分和外部構造特點，分為自色寶石和他色寶石。

自色寶石，是由作為寶石礦物基本化學組分中的元素而引起的顏色，如綠松石、孔雀石等。

他色寶石，是由寶石礦物中含有的微量雜質元素引起的顏色，這類寶石在十分純凈時是無色的。如純凈的剛玉是無色的，其化學分子式為Al2O3，當Al元素被微量Cr元素替代時，會呈現玫瑰紅--紅色，稱為紅寶石；當Al元素被微量Ti和Fe元素替代時，則呈現深淺不一的藍色，稱為藍寶石。

寶石的致色元素主要為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等過渡金屬元素、某些稀土元素（如釹、鐠）和某些放射性元素（如鈾）。眾多的致色元素中有一個神奇的存在，它在不同的寶石中可以使寶石呈現最鮮亮的綠色或最濃郁的紅色，或者使同一塊寶石中在不同光源下呈現綠色或紅色，呈現變色效應，它就是微量元素Cr。

祖母綠耳飾

祖母綠原料

翠榴石

一、Cr元素致色形成的綠色寶石

祖母綠被世人稱為綠色寶石之王，它與鉆石、紅寶石、藍寶石、貓眼被視為寶石中的五大珍寶，是綠柱石族寶石中最為重要和名貴的品種。祖母綠是鈹鋁硅酸鹽礦物，化學式為Be3Al2(Si2O6)3，一般含有Cr、Fe、Ti、V等微量元素，Cr的質量分數在0.3%～1.0%左右。祖母綠的綠色柔和而鮮亮，為特征的Cr致色的翠綠色，且具有絲絨質感，和“矢車菊”藍寶石給人以天鵝絨般的感覺很近似，備受歐洲地區的歡迎。祖母綠是寶石級的綠色綠柱石，其綠色要達到中等、濃艷的綠色調，就是色的濃度要比較飽和，而淺淡綠色的綠柱石通常是由Fe元素致色的，只能稱之為綠色綠柱石。祖母綠是很古老的寶石，在古埃及時代就被應用在首飾中，中國人對祖母綠也十分喜愛，明、清兩代帝王尤喜祖母綠，明朝皇帝把它視為同金綠貓眼一樣珍貴，有“禮冠需貓睛、祖母綠”之說。

翠榴石中特征的馬尾狀包體

近些年石榴石中的綠色品種很受人們關注，其中鈣鐵榴石中的翠榴石是最受歡迎的種類。鈣鐵榴石的主要化學成分為Ca3Fe2(SiO4)3，其中Fe3+被Cr3+替換時即為翠榴石。翠榴石的色散值為0.057，高于鉆石的0.044，因此也被稱為世界上最為閃耀的寶石。翠榴石的產量很小，而且大部分質量都小于1克拉，達到2克拉的優質翠榴石非常罕見，而5克拉以上的則是世界級的寶石了。這也是為什么優質的翠榴石與祖母綠價格相當的原因了。

翡翠從古至今經歷了時間長河的積累和篩選，形成了深刻的文化內涵，如今成為了東方審美的凝練及美好愿望的載體，是最受歡迎的玉石品種，在國人心中有著特殊的地位。翡翠中主要礦物硬玉的化學成分為NaAlSi2O6，可含有Cr、Fe、Ca、Mg、Mn、V等元素，當Cr3+替代了Fe3+，就會產生綠色，而Cr的替換幅度很大，可以從萬分之幾到百分之幾，直至形成鈉鉻輝石。翡翠的綠色品種有一種通靈欲滴，給人極具生命力的感覺，我們常用“千種翡翠萬種色”來形容翡翠神秘而充滿魅力的綠色王國，即便同為綠色，也有深淺濃淡、嫩老明暗之分。在剛剛結束的保利香港2017秋拍中，就有數件高檔翡翠首飾成交，其中一套由十二顆頂級“帝王綠”翡翠蛋面及鉆石鑲嵌而成的項鏈及耳環套裝，就拍出了7千多萬港幣的高價。

和田玉和綠松石、獨山玉、岫玉并稱為中國四大名玉，是中華民族文化寶庫中的珍貴遺產和藝術瑰寶，具有極其深厚的文化底蘊。根據顏色分類，和田玉可分為白玉、黃玉、墨玉、青玉、青白玉、糖玉、碧玉等幾大類，而市場上受歡迎程度最高的除了白玉中的羊脂玉，就是碧玉了。和田玉的主要礦物透閃石的化學通式是Ca2(Mg，Fe)5Si8O22(OH)2，當Fe元素被Cr元素替代后，就產生綠色，形成碧玉。碧玉是中國玉文化歷史上最早被使用和知道的玉種，新石器中晚期紅山文化的典型器物碧玉龍被稱為“中華第一玉雕龍”，有著6000多年的歷史。碧玉鮮艷翠綠美麗的顏色，質地細膩的玉質，柔和滋潤的光澤，長久以來都深受國人喜愛。

2017年保利秋拍翡翠套飾

和田玉國家標準實物樣本

和田玉國家標準實物樣本

二、Cr元素致色形成的紅色寶石

紅寶石是彩色寶石中最受歡迎的品種，在圣經中紅寶石被譽為最珍貴的寶石，而其熾熱的紅色使人總是把它與堅貞、永恒聯系在一起，所以紅寶石也被稱為寶石之王。紅寶石的化學成分是鋁的氧化物Al2O3，常含有微量的雜質元素Fe、Ti、Cr、Mn、V等，當Al元素被Cr元素替代時就形成以紅寶石，Cr含量一般在0.1～3%之間，最高者可達4%。值得注意的是粉色剛玉不能定名為紅寶石，而是被定名為粉紅色藍寶石，因為只有由Cr致色的紅色剛玉才能夠叫做紅寶石，如斯里蘭卡產出的帕德瑪藍寶石就是具有柔和粉橙色的藍寶石。在國際珠寶市場有著重要地位的緬甸紅寶石，就因含有豐富的Cr2O3，而具有鮮艷的玫紅色-紅色，其顏色品質最好者被稱為鴿血紅，是國際珠寶市場上可遇而不可求的珍品。

尖晶石是具有悠久歷史的寶石品種，但在古代人們對寶石的鑒別是依靠肉眼對顏色的區別來定義的，而尖晶石和紅寶石的顏色如此接近，所以紅色尖晶石常被誤認為紅寶石，到了現代，隨著物理、化學、光學、寶石學的發展，人們發現尖晶石和紅寶石其實是兩種完全不同的寶石。尖晶石的化學成分是MgAl2O4，當Al3+被Cr3+替代時，尖晶石會顯現鮮艷的紅色。目前世界上最具有傳奇色彩、最迷人的重361克拉的“鐵木爾紅寶石”(TimurRuby)和1660年被鑲在英帝國國王王冠上重約170克拉的“黑色王子紅寶石”(BlackPrince'sRuby)，直到近代才鑒定出它們都是紅色尖晶石。

鴿血紅紅寶石

鴿血紅紅寶石戒指

英帝國皇冠

尖晶石

變石

變石貓眼

三、Cr元素致色形成的具有變色效應的寶石

變色效應是指寶石的顏色隨著入射光光譜能量分布或入射光波長的改變而改變的現象。而具有最明顯變色效應的寶石就是金綠寶石，微量的鉻元素使得其在日光或日光燈下呈現以綠色色調為主的顏色，而在白熾燈下或燭光下則呈現以紅色色調為主的顏色，因此具有變色效應的金綠寶石可以直接命名為變石，而其它具有變色效應的寶石只能在其基本名稱前加“變色”二字，如“變色石榴石”。變石為鈹鋁氧化物，化學式為BeAl2O4，常含有微量Fe、Cr、Ti等成分，而使金綠寶石具有變色效應的就是鉻元素。因其顯著的變色效應，變石被譽為白晝里的祖母綠，黑夜里的紅寶石，同時變石又被稱為亞歷山大石，據說發現變石的這一天恰好是俄國沙皇亞歷山大二世的生日，由此可見變石在寶石界特殊的地位。

具有變色效應的寶石還有石榴石、藍寶石、尖晶石等，使這些寶石具有變色效應的原因都是因為寶石中含有微量的Cr元素。

彩色寶石的種類多種多樣，是大自然賜予我們的珍寶，由于人類喜愛彩色的天性，而且寶石中所蘊含色彩之美麗，是其它任何物質和人工方法都無法比擬的，使得彩色寶石正在國際范圍內日趨流行。而且，由于彩色寶石種類繁多且價格分布廣泛，因此彩色寶石能夠為不同階層和喜好的人們帶來更多選擇的空間，中國珠寶消費的下一個熱潮將會是彩色寶石。

（注：部分圖片選自網絡）