Jak se dá manipulovat barvou drahokamu?

Umíme změnit barvu drahých kamenů? Odpověď zní … ano i ne. Záleží na samotném materiálu. A není to dokonce ani moc náročné. 

Barevnost drahokamů často způsobuje jev, jemuž se říká “remise”. Světlo, které dopadá na materiál, v něm vyvolává energetické změny. Díky nim se pohlcuje část vlnových délek dopadajícího světla. Zbylé vlnové délky, které registrujeme okem, pak odpovídají určité specifické barvě, která je komplementární k pohlcené části spektra. Pokud se tedy u bílého slunečního světla v drahokamu pohltí jeho modrá komponenta, vidíme žlutý kámen. 

Za trik s barvou může… fyzika 

Změny, způsobené dopadajícím světlem, se netýkají samotných jader atomů, na to je energie dopadajícího světla příliš nízká. Světlo má přesto dostatečně vysokou energii na to, aby trochu zamíchalo nudným životem některých elektronů, obíhajících kolem jader. 

Elektrony se kolem atomů pohybují specifickým způsobem. Když si představíme atom jako dům, odpovídá jádro sklepu. V něm se nachází protony a neutrony. Elektrony pak bydlí v různých bytech na různých patrech atomového domu. 

Každý prvek je spokojený tehdy, když se k němu přistěhuje přesně tolik elektronů, kolik je protonů v jeho sklepení. Nejprve obsazují spodní patra, blízká k samotnému jádru. To jsou ty nejluxusnější byty, ve kterých smí bydlet jen dva elektrony s opačným spinem (sameček a samička). Když jsou tyto byty zaplněné, jsou zbylé elektrony nuceny zabydlovat se ve stále vyšších a vyšších patrech. V nich se také nacházejí velice prostorné byty, které pojmou šest - a některé dokonce deset elektronů, ty mají na svých dveřích tabulku se jménem “p” a “d”. 

Co se stane, když na takový atomový dům dopadne světelný foton? 

Nejvíce znuděné a proto ke světelným hrátkám nejnáchylnější jsou některé elektrony tzv. přechodných kovů. To jsou chemické prvky, které mají tolik elektronů, že se nevejdou do elektronových bytů “s” a “p” a musí se usídlit v bytě s názvem “d”. Je v něm hned pět různých dvoulůžkových pokojů, a tedy místo pro deset elektronů. Ne každý prvek má ale obsazena všechna místa. Elektrony mají tedy na výběr někdy i několik místností.

Když má foton právě takovou energii, která je schopná “přestěhovat” elektron z jedné místnosti bytu “d” do druhé, pohltí se - a daný elektron se určitou (krátkou) dobu nachází ve vybuzeném stavu, aby později zjistil, že se mu nové místo přece jen nelíbí - a vrátil se zpátky. 

Přitom se vyzáří další foton, tentokrát už má ovšem jinou charakteristiku (vlnovou délku). Nemusí být nutně ve viditelné části spektra, co se týká barvy, je pro nás většinou neviditelný. 

Tímto způsobem se ovšem nepohlcuje jakýkoliv foton dopadajícího světla. Elektrony jsou velice vybíravé. Upřednostňují fotony s určitou energií. Díky tomu dochází k selektivnímu odstranění fotonů s určitou vlnovou délkou - a změně barvy u odraženého světla, které vnímáme jako barvu drahokamu. 

Jako vlnovou délku si elektrony vyberou? Záleží na daném chemickém prvku ale také na jeho okolí. Stav elektronů,  které by se mohly stěhovat, totiž ovlivňují také jeho chemičtí sousedé. Ne každý soused je nutně příjemný. Z některých bytů nebo pokojů se člověk stěhuje velice rád…  

Stejný prvek (například chrom) pak může v různých kamenech (s odlišným chemickým složením) způsobovat pohlcení různých vlnových délek světla - a vyvolávat různé barvy kamene. 

Pokud chceme manipulovat barvou drahokamu a využívat k tomu pohlcování části elektromagnetického spektra, musíme dodat původně bezbarvému nebo nesprávně barevnému materiálu patřičný chemický prvek, který vlastní znuděné d-elektrony, ochotné se stěhovat z místnosti do místnosti. 

To se může zdát na první pohled nemožné, kámen je přece pevná látka. Přesto to jde. Umožňuje to jev, kterému říkáme difuze. 

Ta probíhá rychleji při vyšší teplotě, takže je jasné, jak se do barevných drahokamů dostala “přírodní” barva. Jedná se o příměsi, které difundovaly z okolí do kamene hluboko v zemském nitru, kde je dostatečně teplo. 

Vylepšení barvy safírů

Do některých nedostatečně barevných kamenů příroda už potřebné příměsi dodala, jen se jim zatím nepodařilo dobře rozptýlit, takže potřebují lidskou pomoc. Podobná metoda se dokonce ani nepovažuje za falšování kamene. 

Bývá tomu tak často u safírů, kde v roli chromoforu (barvící příměsi) hraje titan. 

Příroda vybavila takové kameny mikroskopicky malými příměsemi minerálu rutil (TiO2, oxid titaničitý tvaru tenkých jehliček). 

Oba minerály se liší bodem tání. Zatímco rutil taje už při 1656 °C, safír se roztaví až při 2054 °C. Rozdíl kolem 400 °C dovoluje pohodlně využít metodu vypalování, při které se roztavený rutil rozptyluje o okolním materiálu. 

Vypalování nejen že zintenzivňuje barvu, ale likviduje také “nečistoty” uvnitř kamene. Výsledkem je nejen zlepšení barvy ale také průzračnosti drahokamu. 

Další tepelné změny v materiálu 

Kromě rozpouštění příměsí se teplota podílí také na vylepšení celkového stavu krystalu. Přírodní materiál nebývá perfektní.  Krystaly mají chybné oblasti s narušenou strukturou. 

Při vysokých teplotách se mohou jednotlivé atomy v krystalech pohybovat lépe než v chladu. Mohou se tak seřadit do struktury, která je pro ně energeticky nejvýhodnější. Manipulací atmosféry, ve které vypalování probíhá, se dá dokonce dosáhnout malých chemických změn příměsí. To všechno pomáhá odborníkům vylepšovat optiku kamene.