晶格缺陷导致宝石产生颜色

晶格缺陷导致宝石产生颜色

二、晶格缺陷导致宝石产生颜色

宝石晶体中产生的晶格缺陷是某些宝石种的主要致色原因，如萤石、紫晶、烟晶、蓝色托帕石、彩色锆石、天河石、钻石等;宝石晶体中的晶格缺陷也是某些宝石品种辐射改色的原因，如钻石、蓝宝石、马克西西(MaXiXe)型绿柱石的改色。

通常宝石晶体在生长过程中，由于种种物理－化学因素，在晶体局部范围内，质点的排列偏离了晶格的周期性重复规律，形成晶格缺陷。晶体中能够选择性吸收可见光的点缺陷，称为“色心”。宝石学中常见色心分为电子色心和空穴色心两种。

表5-2-1　自色宝石和他色宝石一览表

1.电子色心

电子色心使宝石产生颜色的原因是由于电子占据了阴离子空位时所产生的色心。也可认为电子被俘获并占据了通常情况下本不应有电子存在的位置时，就形成了电子色心。产生颜色的原因是当阴离子空穴俘获一个电子后，该电子便处于其周围离子所形成的晶体场中，能级发生变化，当可见光照射宝石时，该电子产生由基态到激发态的跃迁，并在跃迁中对可见光产生选择性吸收，进而使宝石呈色。如萤石的紫色是由电子色心所致色。

如萤石为等轴晶系，化学成分CaF2，在立方体晶胞中每个Ca²⁺与F^－联结(相联);当物理化学条件改变时，部分位置F^－缺失而形成空穴，为保持电价平衡，F^－留下的空穴可俘获一个电子。俘获电子受周围所有的离子包括F^－和Ca²⁺所成的晶体场影响，当可见光照射到萤石上时，便俘获电子发生从基态到激发态的跃迁，在跃迁的过程中，吸收了可见光中的大部分光即红、黄、绿、蓝等光，仅透过紫光，使萤石呈现紫色。

2.空穴色心

空穴色心使宝石产生颜色的原因是由于阳离子缺失而相应产生的电子空位。也可认为一个本该存在电子的位置上缺少一个电子，留下一个“空穴”和一个能吸收光的未配对的电子，这种缺陷称为“空穴”色心。

当宝石晶体中阳离子“空穴”形成后，为了达到电价平衡，阳离子在外来能的作用下抛出电子，同时剩下未成对电子，吸收可见光，便产生了颜色。如烟晶和紫晶的颜色是由空穴色心所致色。如烟晶的颜色取决于铝离子对晶格中某些硅离子的置换作用和由此发展而成伴生的晶格缺陷。SiO2由Si⁴⁺→2O^2－达到平衡，而当Al³⁺→Si⁴⁺时缺少一个电子，结构的电中性必须靠存在具有一个正电荷并能占据附近某处间隙位置的另一个离子来保持。其结果靠近铝离子的一个氧的某个电子所受到的吸引力减弱，若有足够的能量，它就会被移位，留下一个空穴来致色。另有紫晶的颜色是由少量Fe³⁺以类质同像的形式替代了少量的Si⁴⁺，辐射作用将Fe³⁺周围的氧原子电离，氧中一个电子转移，与Fe³⁺形成FeO4 4－团，此团即为色心，它对可见光选择性吸收使紫晶呈现出紫色。