Александрит

Александрит представляет собой разновидность минерала хризоберилла, двойной окиси бериллия и алюминия. Следовательно, хризоберилл родствен бериллу и особенно шпинели, хотя он кристаллизуется в ромбической сингонии, а не в кубической, как шпинель. Твердость хризоберилла 8,5, поэтому он является одним из самых твердых минералов. Наиболее обычный цвет хризоберилла—зеленовато-желтый— обусловлен примесями железа. Хризоберилл был популярен в конце ХТХ и начала XX столетий. Александрит — наиболее редкая разновидность этого минерала, для которой характерно замещение некоторого количества алюминия хромом. Его месторождения известны в Бирме, Шри Ланке и, наиболее значительные, на Урале в Советском Союзе. Минерал получил название от имени русского царя Александра II, в день рождения которого он был открыт в 1830 г.

Необычное явление изменения цвета, известное как александрито-вый эффект, до сих пор полностью не объяснено. При дневном освещении александрит обычно имеет серо-зеленый или даже насыщенный зеленый цвет, что зависит от содержания хрома, которое различно у минералов из разных месторождений. Зеленый цвет может иметь слабый красноватый оттенок в зависимости от того, как на камень падает свет. Однако если александрит поместить под искусственный свет, особенно идущий от флуоресцентной лампы, камень кажется красным. Иногда изменение цвета можно наблюдать и при вращении камня, когда свет проходит сквозь него в различных направлениях.

Александритовый эффект связан с необычной ролью, которую играют ионы хрома в кристаллической решетке минерала. Александрит— двупреломляющий минерал, и изменение цвета, которое иногда наблюдается по мере вращения камня, можно понять лучше, если принять во внимание различные спектры поглощения вдоль различных осей кристалла [1]. Этот минерал, как говорилось выше, кристаллизуется в ромбической сингонии, а это значит, что атомы образуют прямоугольную решетку, в которой каждая сторона элементарной ячейки имеет разную длину. Синий свет интенсивно поглощается, когда он проходит сквозь кристалл во всех направлениях, но вдоль так называемой оси а кристалла поглощается только этот свет; следовательно, если александрит наблюдать со светом, проходящим п этом направлении, то виден дополнительный цвет, а именно желтый. Вдоль оси Ь существует дополнительная широкая область поглощения, охватывающая красный и желтый диапазоны, так что проходящий, т. с. видимый наблюдателем, свет — зеленый. Желтый свет также поглощается, когда проходит вдоль оси с, так что в этом направлении кристалл пропускает свет с длиной волны, соответствующей как красному, так и зеленому цвету, с частым преобладанием красного. Свет после прохождения через александрит обычно имеет различные длины волн и образуется из пучков лучей, которые пересекают кристалл   в   различных   направлениях   относительно   осей   а,   в,   с

Человеческий глаз соединяет эти различные составляющие и складывает их в единый сигнал, который посылается в мозг, поэтому александрит кажется окрашенным в один тдеет. Если этот минерал вращать или менять условия его освещения, то при этом будут меняться длины волн света, достигающего глаза, и даже небольшие изменения могут быть достаточными, чтобы повлиять на наблюдаемый цвет камня. Иногда эти изменения длин волн составляющих света настолько малы, что часто не улавливаются спектрометром, который измеряет интенсивность света определенной длины волны, а не усредненный полный свет. Таким образом воспринимаемое наблюдателем изменение цвета александрита связано с природой зрительной системы человека больше, чем с резкими изменениями самого объекта. Однако относительная интенсивность красной или зеленой составляющей достигающего глаза света зависит от характера освещения. Искусственный свет более богат длинными волнами, так что красный свет становится преобладающим. В дневном свете преобладают длины волн, соответствующие зеленому и желтому свету, к которым глаз более чувствителен, поэтому в этих условиях александрит имеет зеленый цвет.

Предпринимались попытки понять главные причины сложного спектра поглощения александрита. Предполагалось, что ионы трехвалентного хрома локализуются в двух различных кристаллографических позициях, причем в одной больше, чем в другой \2\. Александритовый эффект наблюдается и у других драгоценных камней, включая синтетические, которые выращивались как заменители александрита.

Поскольку добыча природного александрита в течение ряда лет была невелика, не было неожиданным, что в продаже появились синтетические камни. Продавалась разновидность корунда с добавками ванадия, для которой также характерно эффектное изменение цвета, но от пурпурно-сине го до розового, а не от зеленого до красного. При искусственном освещении розовый цвет преобладает и усиливается, тогда как на дневном свету сильнее проявляются пурпурные оттенки. Синтетические камни, подобные этим, не продавались в нромышленно развитых странах, но нашли свой рынок в юго-восточной Азии. Многим путешественникам только тогда становилась ясной их ценность, когда они узнавали, что купленные «по дешевке» в Шри Ланке или Таиланде александриты или рубины были произведены фабрикой в Швейцарии, а не матушкой-природой.'

Кроме корунда также выращивалась разновидность шпинели, для которой характерно изменение цвета от зеленого до серого.

Кристаллы хризоберилла и александрита выращивались из раствора в расплаве Е. Фарреллом и Дж. Фангом в Массачусетсом технологическом институте [3]. Кристаллы получали при медленном охлаждении раствора в литий-молибдатовом плавне, но их величина была не более 3 мм и они не отличались хорошей кристаллографической формой. Четыре года спустя В. Боннер и Л. Ван-Эйтерт из лаборатории «Белл», используя очень медленную скорость охлаждения (0,5 °С в час), вырастили кристаллы размером до 4,4 см в поперечнике из сложного плавня, состоящего из окиси свинца, фторида свинца, кремнезема и окиси бора [4]. Можно ожидать, что такие медленные скорости роста должны привести к образованию небольшого количе-

ства,   но   зато  более  крупных кристаллов,  содержащих  к  тому  же меньше включений.

Сообщалось [1], что александрит был также выращен методом Вернейля, т. е. плавлением в пламени, однако не приводилось описания качества и вида кристаллов, полученных этим методом. Кристаллы можно синтезировать и методом вытягивания из расплава [5], но сравнение полученных камней с природными неутешительно, и очевид- I но, что у синтетических кристаллов, выращенных из раствора в | расплаве, пока еще конкурентов нет.

В настоящее время кристаллы александрита для коммерческих I целей производятся фирмой «Криэйтив кристалл» в Дэнвилле (Калифорния) и продаются по цене примерно от 300 до 500 долларов за карат. Это высокая цена для синтетических камней, и она свидетельствует о редкости природных кристаллов хорошего качества. Лучшие александриты из месторождений Советсткого Союза могут продаваться по цене от 6000 до 20 000 долларов за карат. Синтетические александриты появились в продаже в 1972 г., и, как сообщалось [6], они более похожи на природные русские александриты, чем на этот же камень из Шри Ланки.

Основатели фирмы «Криэйтив кристалз» Карл Клайн и Дэвид Паттерсон зарегистрировали патент на получение синтетического александрита, сделав тем самым необычный шаг [7]. Ранее такие известные производители драгоценных камней, как К. Чэтем и П. Жильсон, никогда не патентовали свои процессы, больше полагаясь на секретность и свое умение получать превосходные кристаллы. Стоимость патента в области производства синтетических драгоценных камней зависит главным образом от того, насколько он может быть претворен в жизнь.

В патенте фирмы «Криэйтив кристалз» сообщается, что для успешных экспериментов необходимо определить оптимальные концентрации хрома, который нужно добавлять к хризобериллу для получения лучшего цвета. Установлено, что необходимо добавлять не только хром, но и железо, причем отношение железа к хрому подбирается в соответствии с размером получаемого камня.

Обычный метод производства александрита, описанный в патенте, "включает в себя медленное охлаждение раствора ВеО и АЬОз в плавне 1лгО+МоОз от 1200 °С со скоростью 1 °С/ч. Окись бериллия и глинозем составляют около 4% массы расплава, а окись железа (FeiOj) и окись хрома (Сг2Оз)—около 1%. Фактически содержание железа варьирует от 0,7 до 2,8%, а хрома — от 0,001 до 0,5%. В качестве затравочных кристаллов используются природные или синтетические хризобериллы, которые помещают в платиновую рамку и опускают в расплав перед началом охлаждения. Используют 236 затравок, размещая их в два горизонтальных ряда по 118 штук. Рост продолжается от 7 до 9 недель, затем кристаллы разрезаются для отделения александрита от затравки. В патенте также упоминается о выращивании кристаллов методом вытягивания из расплава. Этим способом получены кристаллы весом до 400 карат, длиной до 7,5 см и размером в поперечнике около 2 см, однако кристаллы, выращенные из раствора в расплаве,— наиболее привлекательные синтетические александриты.

Д. Паттерсон, президент фирмы «Криэйтив кристалз», пытался выявить различия между дешевыми синтетическими камнями, которые производятся плавлением в пламени, и камнями, выращенными из раствора в расплаве, назвав последние «сотворенными» (created) — название, которое сообщество ювелиров хотело бы исключить! Кроме цвета — свойства, которое делает раствор-расплавные кристаллы более близкими к природным камням, характерным для них является и наличие включений растворителя. Камни, получаемые фирмой «Криэйтив кристалз», содержат сноповидные скопления пузырьков растворителя и некоторое количество включений плавня и треугольных частичек металла.

Цены на александриты, полученные из раствора в расплаве, такие, что этот камень обычно вставляется в дорогие оправы и наиболее эффектен в окружении алмазов. Если александрит останется модным камнем, мы вскоре можем достичь ситуации, когда производство искусственных камней превысит добычу природных.