Плътност на скъпоценните камъни

Важен диагностичен признак на минералите е тяхната плътност. Много от разпространените полускъпоценни камъни могат да бъдат различени от техните имитации по външния вид и плътността.

Наскоро ми се случи да гледам заоблени полирани камъчета, които продаваха под името "нефрит от Китай". Направи ми впечатление по-особения вид и блясък на едно от тях. Имаше светло-зелен цвят със синкав оттенък. Изглеждаше много добре, но се оказа че явно не е нефрит.

Под 10-кратна лупа показваше съвсем еднородна структура и се виждаха множество малки пукнатини по повърхността. Под челси-филтър не променяше зеления си цвят, значи беше изключено зеленото му оцветяване да се дължи на примеси от хром.

С хидростатично претегляне установих, че плътността му е около 2.62 g/cm³  - подозрително точно съвпадаща с плътността на халцедона (2.61 ±0.03 g/cm³). От друга страна, нефритът трябва да има значително по-голяма плътност: 2.96  ±0.06 g/cm³, така че, разликата е съществена.

Направих си извода, че най-вероятно това е хризопраз - разновидност на халцедона, оцветена в зелено от примеси на никел.

Как може да е станало объркването на имената ? Нефритът и жадеитът се наричат с общото наименование "жад", а също така има хризопраз, който наричат "австралийски жад". Така че, сред камъчетата е могъл да попадне хризопраз като нескъп заместител на нефрита и жадеита.

Освен това, китайският знак за нефрит 玉 (юй) може да се използва за означаване на скъпоценен [камък] въобще. Съвсем различни от нефрита камъни могат да бъдат наричани различни видове "юй":  玉石.

От минералогична гледна точка, разбира се, хризопразът е съвсем различен от нефрита и жадеита, но също е достоен полускъпоценен камък. Поуката от този случай е, че ако човек търси хризопраз, може да се случи да го намери сред евтиния нефрит.

Друг пример: определяне на материала, от който е направена каменна топка. Налице е малка топка, за която се счита, че е от жълт калцит:

Претегляме топката:

Тегло: M = 39.76 g

Диаметърът на топката е: D = 3.04 cm

По диаметъра изчисляваме обема: V = π D³ / 6 =  14.71 cm³

Намираме плътността  на материала, от който е изработена топката:

P = M / V = 39.76 / 14.71 = 2.70 g/cm³

Плътността на калцита трябва да бъде 2.71 ±0.00 g/cm^3. 
Изводът е, че това наистина може да е топка от калцит. Малко по-ниската плътност вероятно се дължи на това, че материалът е поликристален и може би съдържа някакви включения.

Разпознаване на кварц

Когато кварцовият кристал е в естественото си кристалографско остеняване, той се разпознава лесно по характерните за него форми и щриховка върху стените, а когато е в предмети, може да бъде разпознат по характерните оптични свойства, като например двулома.

Кварцовият кристал има свойството да раздвоява образите на предметите, когато се гледа през него. Това свойство може да се използва за различаване на кристална топка от стъклена топка например. Стъклото е оптически изотропно и по принцип не раздвоява образите.

Методът е следния:

1. Работим на силно осветление.
2. Поставяме блестяща игличка върху тъмен плат.
3. Слагаме кристалната топка върху игличката.
4. Гледаме игличката през кристалната топка.
5. Въртим кристалната топка в различни посоки, докато образът на игличката се раздвои. 

Ако образът наистина се раздвоява, значи топката не е от стъкло, а от кристал.
Този оптичен ефект е видим с невъоръжено око даже при малки кристални топки.

На горната снимка: кварцовата кристална топка, която използвах за наблюдаване на двулома.

На горната снимка: раздвоеният образ на игличката, гледана през кристалната топка. Двата образа на върха на игличката са отдалечени един от друг на разстояние, сравнимо с дебелината на игличката.

Поради анизотропната си структура, кварцовият кристал разделя всеки светлинен лъч на два лъча с различна поляризация на светлината (и различен коефициент на пречупване). На това се дължи раздвояването на образите.
Раздвояването (разстоянето между двата образа) е толкова по-голямо, колкото по-дълъг път изминава светлината в кристала. Значи, това оптично явление ще бъде толкова по-добре забележимо, колкото по-голям е кристалът. Разстоянието между двата светлинни лъча е строго определено, характерно за кварца и може да бъде оценено приблизително, като се сравни с дебелината на иглата.

Поради сферичната си форма, кристалната топка действа и като лупа, значително увеличавайки образите, които се виждат през нея. Това улеснява забелязването на раздвояването.
Кварцовият кристал има определени посоки, в които двуломът (раздвояването на светлинните лъчи) е най-голям. Затова въртим кристалната топка, докато попаднем на такава посока.

Всъщност, природният планински кристал, от който е изработен предметът, едва ли е единичен кварцов кристал. Обикновено това са интимно срастнали кристални индивиди, границите между които понякога могат да се разпознаят по разположението на дефектите вътре в кристала - онези воали и пера на течните включения, както и други особености на строежа.

Твърдост на скъпоценните камъни

Твърдостта е важна характеристика на скъпоценните камъни, която определя тяхната трайност и възможности за използване.

Всеки минерал, когато е във формата на монокристал, има строго определена твърдост, която е характерна за него. Това може да се използва за разпознаване на минерали в практиката - твърдостта на непознатия минерал се сравнява с твърдостта на други, познати минерали и се правят изводи, на кой от тях прилича.

Скалата на Моос

Най-простият начин за измерване твърдостта на минералите е по ска̀лата на Моос, в която относителната твърдост се задава с число от 1 до 10. За всяка степен на твърдост по Моос е даден еталонен минерал, който има точно такава твърдост:

1   Талк
2   Гипс
3   Калцит
4   Флуорит
5   Апатит
6   Ортоклаз
7   Кварц
8   Топаз
9   Корунд
10  Диамант

В тази ска̀ла минералът талк е най-мекият (1), а диамантът - най-твърдият (10). Минералите, които имат по-голяма твърдост по Моос, могат да режат минералите с по-малка твърдост. На практика само диамантът, като най-твърд, може да реже гладко другите минерали. За всички останали минерали се казва, че "драскат" другите, по-меки от тях минерали, оставяйки неравна драскотина, а не гладък срез.

Практическо определяне на твърдостта

Има различни варианти на скалата на Моос, в някои от които има и междинни стойности между точните числа. Преди години аз си направих свой вариант, в който има стойности през 1/2 и освен минерали са включени някои други разпространени материали: 

1     Графит
1,5   Лед, H₂O(1-1,5) 
2     Гипс, Алуминий 
2,5   Кехлибар(2-2,5), човешки нокът 
3     Калцит, Мед, Cu(2,5-3) 
3,5   Мраморен оникс(3-3,5)
4     Флуорит, Желязо, Мрамор(3-4), Малахит(3,5-4)
4,5   Доломит(3,5-4,5)
5     Обсидиан(5-6), прозоречно стъкло(5-6)
5,5   Опал(5-6,5), Тюркоаз(5,5-6,5)
6     Фелдшпати, Нефрит(5,5-6), стоманен нож(5,5-6,5)
6,5   Кремък(6-7), Халцедон(6,5-7), Ахат(6,5-7), Ясписи(6,5-7)
7     Кварц
7,5   Турмалин(7-7,5), Берил(7,5-8)
8     Топаз, Гранат алмандин(до 8)
8,5   Шпинел
9     Корунд
9,5   Муасанит, SiC (8-9,5)
10    Диамант

На практика, ако даден материал може да се драска/реже с остър алуминиев (не дуралуминиев) предмет, значи има твърдост < 2. Ако може да се драска с меко желязо (не стомана) - значи е по-мек от 4. Ако самият материал може да драска/реже прозоречно стъкло, значи е по-твърд от 5. И така нататък.

В тази скала на твърдостта неявно са обхванати повечето от известните скъпоценни камъни:

• Смарагд, Аквамарин, Морганит - разновидности на минерала берил
• Рубин, Сапфир - разновидности на минерала корунд
• Аметист, Цитрин, Морион, Планински кристал - това са разновидности на кварца
• Лунен камък - представлява вид ортоклаз (ортоклазът е един от фелдшпатите)

Силициевият карбид (SiC) е известен като метеоритния минерал муасанит (има и синтетичен муасанит за бижутерията) или като синтетичен абразив, наричан карборунд.

Твърдостта в бижутерията

Разбира се, никой няма да драска или реже скъпоценен камък за да определи твърдостта му. Даже по-непретенциозен кристал е недопустимо да бъде повреден по този начин не правете това вкъщи - ако човек се изкуши да драсне с остър връх на кристал по друг материал, кристалът може просто да се счупи, независимо че теоретически е по-твърд по Моос.

На практика, тъй като кварцът и фелдшпатите са най-разпространените минерали в скалите, прахът съдържа частици от тях, които имат доста голяма твърдост (6-7) и могат постепенно да издраскват (захабяват) повърхността на камък, който има по-малка твърдост.

Затова скъпоценните камъни, особено тези за пръстени, които се търкат интензивно, обикновено имат твърдост по Моос от 7 нагоре. Имах куриозни случаи - когато потърках кварц (7 по Моос) с хартия, по него останаха гладки драскотини - изглежда в тази рециклирана хартия е имало частици твърд абразив (с твърдост от 9 и нагоре).

Арсенови минерали

Главни минерали на арсеновите руди са: арсенопирит, льолингит, реалгар, аурипигмент.

Арсенопирит
FeAsS с примеси Co, Ni, Au. Калаено-бял. Тв. 5,5-6. Плътн. 5,9-6,3.
Хидротермален, пегматитов, контактово-метасоматичен.

Льолингит (левкопирит)
FeAs₂ с примеси Co, Ni, Sb, S. Ромбична система. Хабитус - призматичен, пирамидален. Агрегати - зърнести. Бял, стоманено-сив. Тв. 5-5,5. Плътн. 7,4. В хидротермални находища от всички типове в асоциация с арсенопирит, сулфиди на Fe и Cu и арсениди на Ni и Co. Разновидности - хайерит, глаукопирит, кобалтов льолингит.

Реалгар
As₄S₄. Оранжево-червени кристали, друзи, зърнести маси. Тв.1,5-2. Плътн. 3,6. Хидротермален, вулкански (сублимати).

Аурипигмент
От лат. aurum - злато и pigmentum - боя. As₂S₃. Златисти или лимонено-жълти кристали, впръснатости. Тв.1,5-2. Плътн. 3,5. Хидротермален - нискотемпературен.

Арсен самороден
As с примеси Sb, Fe, Ni. Калаено-бели натеци. Тв. 3,5. Плътн. 5,6-5,8. Хидротермален и хипергенен.

Арсениди природни
Съществено ковалентни, предимно бинарни съединения на метали (Fe, Ni, Co, Pt, Cu) с арсена. Структурите са координационни и островни. Непрозрачни. С метален блясък. Характерен е изоморфизмът на Ni, Co, Fe. Хидротермални.

Арсенови окиси
Арсенистият анхидрид As₂O₃ и арсеновият анхидрит As₂O₅ . As₂O₃ се срещат в природата (минералите арсенолит и клоделит). Безцветни кристали, слабо разтворими във вода.

Арсенолит
As₂O₃. Кубични кристали, октаедрични, нишковидни. Агрегати: гроздовидни, землисти, звездовидни и корички. Бял. Блясък - стъклен до копринен. Тв. 1,5. Плътн. 3,87. В зоната на окисление на находища на арсенопирит, самороден арсен, енаргит, тенантит.

Арсенати природни
Соли на ортоарсеновата киселина H₃AsO₄ с катионите на Ca, Mn, Cu, U, Al, Zn, Pb, по-рядко Mg, Fe, Co, Ni, Bi. Различават се прости и двойни природни арсенати с основа на структурата - тетраедъра [AsO₄]^3-.  Преобладават островни и слоисти структури. Всичко около 120 минерала. Образуват се в зоната на окисление на сулфидните находища, съдържащи арсениди на Ni и Co във вид на корички и налепи.

 ! 
В миналото някои от арсеновите минерали са били използвани от алхимиците в тяхната работа. Между другото, главната цел на алхимията съвсем не е правенето на изкуствено злато. Целта ѝ е създаването на философски камък, елексир на живота. Има сведения, че даже след 1960 година в Европа и в Китай все още са работили алхимици.

Минерали със злато и сребро

В природата минералите често образуват парагенетични асоциации - групи минерали, които се срещат заедно, тъй като са свързани с общи условия на образуване.

В таблицата съм събрал някои минерали, заедно с които вървят златото и среброто.
В първата колона е минерала. Във втората и третата колона - описание в какъв вид се срещат среброто и златото с този минерал.

В разсипите закономерностите са други - там златото върви заедно с тежки и устойчиви минерали като магнетит, рутил, гранати, циркон, илменит, монацит.

Минерал	Сребро, Ag	Злато, Au
Галенит, PbS	често, понякога до 5%	по-рядко, като парагенеза
Пирит, FeS2	има, 4-320g/t	често, като примеси;като парагенеза, 60-100g/t
Сфалерит, ZnS	като парагенеза	като парагенеза, по-рядко
Пиротин, Fe0.85S		като парагенеза
Халкопирит, CuFeS2	понякога, в незначителни количества; като парагенеза	понякога, в незначителни количества; като парагенеза
Арсенопирит, FeAsS	има	понякога, като парагенеза
Кварц, SiO2		като парагенеза, често
Халкозин, Cu2S	обикновено, като примеси
Аргентит, Ag2S	като парагенеза
Антимонит, Sb2S3	почти винаги, като примеси	почти винаги, като примеси
Тетраедрит,Cu12Sb4S13	има	като парагенеза
Пираргирит,Ag3SbS3	като парагенеза
Прустит, Ag3AsS3	като парагенеза
Самородна мед, Cu	понякога, като включения	по-рядко, като твърд разтвор, 2-3%
Самородно сребро, Ag		често, като примеси;като парагенеза
Самородно злато, Au	като твърд разтвор; като парагенеза
Барит, BaSO4	като парагенеза
Церусит, PbCO3	като парагенеза
Флуорит, CaF2	като парагенеза
Шеелит, CaWO4		като парагенеза
Турмалин		като парагенеза

Херкимер или не ?

Безцветният прозрачен кристален кварц се нарича «планински кристал» . Среща се във вид на едновърхи или двувърхи кристали.

На много места се срещат разновидности на планинския кристал, които по своя блясък и форма могат да бъдат оприличени на диаманти, затова носят специални търговски имена, като например:

1. «Мармарошки диаманти» от района Марамуреш в Западните Карпати в Румъния. Кварцови кристалчета с размери 1-12 mm, прозрачни, много чисти, с правилна форма и силен блясък. Използват се в ювелирни изделия без предварителна обработка;
2. «Херкимер диаманти» («хъркимър диамант») от окръг Херкимер в щат Ню Йорк (САЩ). Също представляват кварцови кристали.

Преди време взех този кристал, носещ гордото търговско наименование «херкимер диамант»:

Кристалчето е дълго приблизително 26 мм. Представлява двувърх кварцов кристал с естествени кристалографски форми. Безцветен, много бистър, с малко течни включения.
Но прекалено издължен по едната ос. Типичният «херкимер диамант» обикновено има облик, по-близък до изометричния.

Освен това, малко заоблените ръбове показват, че този кристал е бил леко шлифован.  Така се разкрива бистрата вътрешност на кристала, но вие не правете така, щеше да си е друго, ако това беше напълно необработен кристал в естествения си вид.

Определяща за истинския «херкимер» е формата - трябва да бъдат развити определени стени от кристалографските форми на кварца, характерни за «херкимер диамант».

Галенитът и среброто

В България галенитът е добре познат минерал, най-често от оловно-цинковите находища в Родопите. Обикновенно образува агрегати от кубични кристали.
Често съдържа сребро, което променя формите на кристалите му.
Галенитът със значително съдържание на сребро образува кристали с октаедрични форми (вместо по-обикновенните кубични форми).

Направи ми впечатление една "алхимична" закономерност.
В наше време минералите се изучават с научни методи.
В по-далечното минало обаче се е използвала оценка по различни видими или умозрителни  признаци, вместо научни измервания.
Например скъпоценните камъни са се определяли по цвят, деляли са ги на мъжки и женски и по други, странни за нас признаци.
Все пак, тези старинни възгледи са имали своя смисъл, както се вижда от сравнението между минералите галенит и (самородно) сребро.

ГАЛЕНИТ

Химична формула - PbS.
Твърдост 2,5-2,7 по Моос.
Относително тегло 7,58.
Цвят оловно-сив със силен метален блясък.
Кубична сингония.
Обикновенно с примеси от Ag, Bi, Sb, As, Se, Te, Fe, Zn и др..
Може да съдържа Cu, постоянно съдържа Ag.
Има октаедричен хабитус при наличие на Ag.
Включенията от Bi причиняват отделност по {111}.
В екзогенни условия преминава в англезит(PbSO₄), церусит(PbCO₃) и др. минерали, които са слабо разтворими и образуват коричка, която предпазва галенита от по-нататъшно разлагане.  

СРЕБРО

Химична формула - Ag.
Твърдост 2,5-3 по Моос.
Относително тегло 10,1-11,1.
Цвят сребърнобял с кремав оттенък, бързо потъмнява до сив, сивочерен и черен.
Силен метален блясък.
Кубична сингония. Най-чести форми - куб и октаедър.
Среброто се среща в кварц-калцитови и кварц-баритови жили заедно с аргентит, галенит, сулфосоли, златни и сребърни телуриди и др..
В кварц-доломитови и анкеритови жили: в асоциация с халкопирит, прустит, пираргирит, арсениди на кобалта и никела и др..
Минерална асоциация: злато, галенит, сфалерит, барит, церусит, флуорит.

Естествена алхимия

По основни видими качества, които са могли да бъдат установени в древността, галенитът и среброто си подхождат:

1. Силен метален блясък и при двата минерала, сребърнобял цвят на среброто, който обаче в естествени условия бързо потъмнява, сякаш приближавайки се до сивото на галенита;
2. И среброто и галенитът не са твърди, но са много тежки;
3. Кристализират във форми от кубичната сингония;
4. На въздуха са устойчиви, не се разлагат.

Среброто е благороден метал. "Странно", но галенитът съдържа олово, от което алхимиците са работили да получат благородни метали.
Случайно се оказва, че галенитът в природата обикновенно съдържа сребро, или закономерно се среща заедно със сребро. Разбира се, не се счита, че това сребро се е образувало от оловото.
 

Минералогия

Забелязвам, че минералогията не е много популярна наука, въпреки че така наречените камъни са навсякъде .