Цветовете на рубините и изумрудите са толкова поразителни, че определят нюанси на червеното и зеленото – рубинено червено и изумрудено зелено. Но чудили ли сте се някога как се получават тези цветове?
В статия за The Conversation Daniel Freedman – неорганичен химик дава обяснение на причината за получаването на тези изключителни нюанси. Изследователите в неговата област работят, за да разберат химията на всички елементи, които съставляват периодичната таблица.
Много неорганични химици се фокусират върху преходните метали – елементите в средата на периодичната таблица. Преходните метали включват повечето метали, с които сте запознати, като желязо (Fe) и злато (Au).
Една от характеристиките на съединенията, направени с преходни метали, е техният интензивен цвят. В природата има много примери за това, включително скъпоценни камъни и пигменти за бои. Дори цветът на кръвта идва от протеина хемоглобин, който съдържа желязо.
Изследването на цветовете на съединения, съдържащи преходни метали, ни отвежда към наистина невероятни научни открития. Рубините и изумрудите са чудесен пример за това как малко количество преходен метал – в този случай хром – може да създаде красив цвят в това, което иначе би било доста скучно изглеждащ минерал.
Минерали и кристали
Както рубините, така и изумрудите са минерали, които са вид скала с постоянен химичен състав и силно подредена структура на атомно ниво. Когато тази силно подредена структура се разпростира във всичките три измерения, минералът се превръща в кристал.
С теория, разработена от физици през 20-те години на миналия век, наречена теория на кристалното поле, учените могат да обяснят защо рубините и изумрудите имат цветовете, които имат. Теорията на кристалното поле прави прогнози за това как структурата на йона на преходния метал е повлияна от другите атоми около него.
Рубините са съставени главно от минерала корунд, който е съставен от елементите алуминий и кислород, разположени в правилна, повтаряща се редица. Всеки алуминиев йон е заобиколен от шест кислородни йона.
Изумрудите са съставени главно от минерала берил, който е съставен от елементите берилий, алуминий, силиций и кислород. Кристалната структура на берила е по-сложна от тази на корунда поради допълнителните елементи във формулата, но всеки алуминиев йон отново е заобиколен от шест кислородни йона.
Чистият корунд и берил са безцветни. Ярките цветове на рубините и изумрудите идват от наличието на много малки количества хром. Хромът замества около 1% от алуминия в корундовия или бериловия кристал, когато рубин или изумруд се образува под земята при висока температура и налягане.
Но как може един елемент – хром – да създаде червения цвят на рубин и зеления цвят на изумруд?
Цветознание
Рубините и изумрудите имат цветовете си, защото, подобно на много вещества, те абсорбират някои цветове светлина. Повечето видима светлина, като слънчевата светлина, е съставена от всички цветове на дъгата: червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, индиго и виолетово. Тези цветове съставляват спектъра на видимата светлина.
Една от основните причини, поради които обектите имат цвят, е, че те абсорбират един или повече от тези видими цветове светлина. Ако дадено вещество абсорбира например червена светлина, това означава, че червената светлина се задържа във веществото, а другите цветове се отразяват обратно към очите ви.
Цветът, който виждате, е сумата от останалата светлина, която ще бъде в диапазона от зелено до синьо. Ако дадено вещество абсорбира синьо, то ще ви изглежда червено или оранжево.
За разлика от безцветния алуминиев йон, хромовият йон абсорбира синя и зелена светлина, когато е заобиколен от кислородни йони. Червената светлина се отразява обратно, така че вие виждате рубините червени.
В един изумруд, въпреки че хромът е заобиколен от шест кислородни йона, има по-слабо взаимодействие между хрома и околните кислородни йони. Това се дължи на наличието на силиций и берилий в кристала на берила. Те карат изумрудът да абсорбира синя и червена светлина, оставяйки зелената, която можете да видите.
Можете да се насладите на невероятните цветове на скъпоценните камъни, но чрез химията можете да видите и как природата създава тези цветове, използвайки безкрайно разнообразие от сложни структури, направени с елементите от периодичната таблица.
