化學常識

★與天然寶石媲美

寶石,它質地飩淨,光燦燦,亮晶晶,性能優異,價值連城。過去幾乎隻屬貴人、富人所有,而今它越來越多地進人人們的日常生活。在雷達表裏,在戒指、耳墜、胸花上,都閃爍著它們的光芒。

寶石之所以珍貴,一是因為它奇——硬度極高、耐磨性極好、光潔晶瑩、不怕腐蝕。把它鑲嵌在金項鏈、金戒指等裝飾品上麵,光彩奪目,熠熠生輝,使人顯得格外高貴、華麗。此外,它是支座、軸承、軸墊的最好材料,廣泛用在鍾表、精密天平、高檔測量儀器、立體聲收錄機等許多方麵。二是因為它稀——天然寶石相當稀少,而且分布不均。例如:紅寶石和藍寶石主要產在緬甸、泰國和澳大利亞,金剛石則主要產在剛果。現在,全世界的天然寶石產量遠遠不能滿足人類的需要,於是,促使化學家們向合成寶石進軍。

最初探索用人工方法合成寶石的是法國的化學家。1837年,高丁用硫化鉀和氧化鋁在高溫下得到一些很細的透明晶體。1848年,耶貝爾曼用氧化鋁和氧化鉻一起熔化,首次製得了紅寶石。1885年,傅列米來到瑞士日內瓦,同烏澤一道,將天然的紅寶石碎屑用氫氧焰熔化後,加入少量鉻酸鉀,得到一種深紅色的寶石,他們取名為“日內瓦寶石”。後來,科學家們把這種方法稱“焰熔術”。

1900年,法國著名化學家維納爾,在傅列米的基礎上作了改進,不用天然的紅寶石碎屑,而用純淨的氧化鋁,結果培育出了紅寶石大晶體。從此,合成寶石便開始進入工業生產。他的方法流傳至今,因而,維納爾是合成寶石的奠基人。

現在,在所有的合成寶石中,主要有三大類:剛玉係寶石、尖晶石係寶石和金紅石係寶石。上麵所說的日內瓦紅寶石就是剛玉係寶石中的一種。因為剛玉係寶石主要是由氧化鋁製造的,天然的氧化鋁在礦物學上叫剛玉,故此而得名。剛玉係寶石的顏色最豐富、最鮮豔,因而也特別受到年輕人的喜愛。

但是,並不是把天然的氧化鋁放人由氫氣和氧氣混合燃燒的熔爐中就能得到紅寶石。因為天然的氧化鋁有許多種變體,在每一種變體中,原子的排列次序是不同的。因而他們的性質也有差別。現已查明,隻有一種變體,其原子排列最緊密,才是真正的紅寶石,其餘各種變體同它都是貌合神離。化學家們把這種變體命名為a(阿魯華)變體,因此,用天然的氧化鋁作合成紅寶石原料時,一定要經過加熱處理。有趣的是,當加熱到1240℃時,氧化鋁中的各種變體都會轉變成a型。因而,這一溫度又叫氧化鋁“統一點”或叫“臨界點”。用這種經過加熱處理的氧化鋁粉末,從頂部均勻地落在焰熔爐中,一般經過2.5~3小時,就可生長出一個20~30克重的梨形寶石。

這樣得到的寶石是白色的,故名為白寶石。那麽,怎樣才能得到如雲似霞的彩色寶石?這倒不太難。隻要在氧化鋁中加入著色劑就成了。例如:加入氧化鉻時,就是紅色寶石;加入氧化鈷時,則是綠寶石;而當加入氧化鐵時,便是藍寶石;在每一種顏色的寶石中。因加入該種著色劑的數量不同又有深淺的變化。例如,在紅色的寶石中,隨著著色劑氧化鉻由少到多的變化,則依次可得到橙紅、桃紅、紫紅、雞血紅和深紅的寶石。同樣的道理,亦可得到金黃、米黃、草綠、墨綠、海藍、玫瑰紫等等五彩繽紛的各式寶石。更奇妙的是,在氧化鋁中若隻加入氧化釩時,得到的卻是變色寶石,即在太陽光下顯藍紫色,在燈光下卻是紅紫色。