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.

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).

Диамант

Най-често срещаните диаманти са безцветни или оцветени с бледи оттенъци на жълто, кафяво, сиво, зелено, розово, крайно рядко черни. Със силен диамантен блясък и прозрачност на чиста вода при използваните в бижутерията. Съществуват диаманти с примеси на бор, които имат полупроводникови свойства и често са сини. Ярко оцветените прозрачни кристали се считат за уникални и получават индивидуални наименования.  На диамантите с маса повече от 10 карата се дават собствени имена.

Още около 3000 години пр.Хр. диамантите са били известни в Индия  и до средата на XVIII век тя е била основния доставчик. През VI век диаманти са били открити на о.Калимантан. През 1726 година са открити диамантените разсипи в Бразилия.

  В Европа са известни само отделни находки на диаманти. Диаманта са намирани в Испания, а също и в Чехия (първият от които през 1869 г).

  Промишлените диамантоносни райони имат ясни географски граници и са привързани към определени геологически провинции. В продължение на много години се е считало, че единственият източник на диаманти са кимберлитовите тръби, разположени на древните платформи. Но по-късно диаманти са открити и в други геологически структури, където няма диамантоносни взривни тръби и кимберлити.

Установено е, че практически повсеместно се срещат дребни диаманти, които по своите свойства рязко се отличават от диамантите на промишлените находища.

Тези диаманти могат да се открият в пясъците, чакълите, пясъчниците, но предимно в тази им част, която е обогатена с тежки минерали, т.е. в разсипите. Обикновено за да се намери поне едно кристалче, е необходимо да се обогати не по-малко от 10 - 15 куб.м. пясъци или чакъли. Но в разсипите, например в прибрежно-морските пясъци на Украйна в един кубичен метър са намирани хиляди дребни диаманти. Дребни диаманти са открити почти по цяла  Южна Украйна в теригенни отложения на възраст от карбонова до кватернерна, в делтовите и плажните пясъци на западното крайбрежие на Черно море.  Част от тези дребни диаманти имат космически произход. Размерите им са от  0,1 - 0,3 mm до 1,5 mm .

  За първи път диаманти в метеорит са били открити през 1898 г. От минералога М.В.Ерофеев и химика П.А.Лачинов в метеорита Новый Урей  (Novyi Urei)

  На дъното на метеоритни кратери, получени от падането на гигантски  метеорити понякога се намират диаманти с размери до 1,2 mm във вид на  безформени мътновати зърна или пластинки с разтопени краища. Те се  образуват под въздействие на удара и се наричат импактни диаманти.

За първи път дребни диаманти в метеоритен кратер били намерени през 1891 г. в кратера Canyon Diablo. Той е образуван преди 50000 години от падането на железен метеорит с диаметър 60 - 70 m .

Френският минералог Н.Муасан разтворил в солна киселина 53 kg вещество от кратера Canyon Diablo . Останало около 800 g въглеродно вещество в  което се съдържали дребни черни закръглени диамантени зърна. В този  кратер са намирани и светлооцветени кристали (даже бели) което е рядкост  при импактните диаманти. Отделните зърна диамант и неговата хексагонална  разновидност лонсдейлит в този случай са много малки - агрегатите им с графит и силикати са не по-големи от 3 x 3 x 5 mm.