Zakaj so rubini rdeči in smaragdi zeleni?
Rubini in smaragdi slovijo po svojih osupljivih barvah, ki so postale celo sinonim za rdeče in zelene odtenke. Rubini so rubinasto rdeči, smaragdi pa smaragdno zeleni. Vendar pa se zastavlja vprašanje: kako te dragocene kamne narava obarva v tako žive barve? Odgovor leži v zapletenih kemijskih procesih, ki se odvijajo na atomski ravni, pri čemer ključno vlogo igra prisotnost kroma.
Razumevanje kemije elementov v periodnem sistemu je ključno za razlago pojava barv v naravi, poroča The Conversation. Posebno zanimanje vzbujajo prehodne kovine, skupina elementov, ki zavzemajo osrednji del periodnega sistema. Mednje sodijo znane kovine, kot sta železo (Fe) in zlato (Au), pa tudi manj znani elementi, kot je krom (Cr). Spojine, ki jih tvorijo prehodne kovine, pogosto izkazujejo intenzivne barve, kar je mogoče opaziti pri dragih kamnih, pigmentih in celo pri krvi, katere rdeča barva izvira iz prisotnosti železa v hemoglobinu.
Prehodne kovine imajo edinstvene lastnosti zaradi razporeditve elektronov v svojih atomih. Ko so te kovine del mineralov, lahko vplivajo na način, kako ti minerali absorbirajo in odbijajo svetlobo, kar določa njihovo končno barvo.
Struktura in sestava rubinov in smaragdov
Rubini in smaragdi so kristalni minerali, kar pomeni, da imajo urejeno atomsko strukturo. Rubini so pretežno sestavljeni iz minerala korunda, ki je kristalna oblika aluminijevega oksida (Al₂O₃). Kristalna struktura korunda je izredno urejena, vsak aluminijev ion (Al⁺³) je obdan s šestimi kisikovimi ioni (O⁻²).
Po drugi strani so smaragdi oblikovani iz minerala berila, ki poleg aluminija in kisika vsebuje tudi berilij (Be) in silicij (Si). Berilova kristalna mreža je nekoliko bolj zapletena, vendar prav tako ohranja osnovno strukturo, v kateri je aluminij obdan s šestimi kisikovimi ioni.
Sam po sebi sta tako korund kot beril brezbarvna minerala. Osupljive barve rubinov in smaragdov izvirajo iz prisotnosti zelo majhnih količin kroma (Cr), ki nadomesti približno 1 % aluminija v kristalni mreži. Ta pojav se zgodi med nastajanjem kamnov pod ekstremnimi pogoji visoke temperature in tlaka globoko v Zemljini skorji.
Kako krom določa barvo dragih kamnov?
Barva dragih kamnov je posledica interakcije med svetlobo in elektroni v atomih, ki sestavljajo kristalno strukturo. Vidna svetloba, ki jo sestavljajo barve mavrice (rdeča, oranžna, rumena, zelena, modra, indigo in vijolična), se ob absorpciji v mineralih delno absorbira in delno odbija, kar povzroči, da vidimo določen barvni odtenek.
V rubinih kromovi ioni absorbirajo modro in zeleno svetlobo, medtem ko rdeča svetloba ostane neabsorbirana in se odbija, kar daje rubinu njegov značilen globoko rdeč odtenek.
Pri smaragdu pa je kemična sestava bolj kompleksna zaradi prisotnosti dodatnih elementov, kot sta silicij in berilij. Ti elementi spremenijo interakcijo med kromovimi ioni in kisikovimi ioni, kar povzroči drugačno absorpcijo svetlobe. V tem primeru se absorbirajo modri in rdeči valovi svetlobe, zeleno svetlobo pa kristal odbija, kar daje smaragdu njegov značilen odtenek.
Kemija barv v naravi
Sposobnost prehodnih kovin, da prilagajajo svoje lastnosti glede na svoje okolje, je temelj raziskav v anorganski kemiji. Ta znanost pomaga razumeti ne le barvo dragih kamnov, temveč tudi lastnosti kovinskih spojin, ki se uporabljajo v industriji, medicini in tehnologiji.
Narava s svojo kompleksno igro kemijskih procesov ustvarja neskončno raznolikost barv, ki jih vidimo v dragih kamnih, pigmentih in mineralih. Raziskovanje teh procesov nam omogoča boljše razumevanje sveta okoli nas, obenem pa odpira vrata novim tehnološkim inovacijam na področju materialov, barvil in celo kvantne elektronike.
Portal24; Foto: Pixabay/alanajordan