Практичне заняття 5.

Тема: Імітація та синтез дорогоцінного каміння.

Мета: Вивчити способи імітації дорогоцінних каменів та способів їх виявлення, а також методи синтезу дорогоцінного каміння.

Робота 1. Вивчення методів синтезу дорогоцінного каміння.

Завдання 1.1. Використовуючи роздатковий матеріал виконати такі завдання:

I. Охарактеризувати методи синтезу дорогоцінного каміння:

1. Вирощування кристалів з розплавів.

2. Вирощування кристалів з розчинів.

3. Вирощування кристалів із газового середовища.

4. Вирощування кристалів у твердій фазі.

II. Заповнити схеми:

Робота 2. Ознайомлення з імітаціями та підробками дорогоцінного каміння.

Імітація – це будь-яка копія дорогоцінного каміння, виконана з менш цінного матеріалу.

Підробка – менш цінне поробне каміння, яке схоже і видається за більш дороге.

Завдання 2.1. Перейти за посиланням http://www.info-arch.ru/fianit-svojstva-kamnya-imitatora-brillianta/ та письмово дати відповіді на такі питання:

1. Яке каміння використовують для імітації діаманта?

2. Що означає назва «фіаніт»?

3. Що таке «цирконій»?

4. Як відрізнити фіаніт від діаманта?

Завдання 2.2. Перейти за посиланням http://www.biser.od.ua/forum/viewtopic.php?f=25&t=95 та письмово коротко охарактеризувати за якими особливостями можна відрізнити від підробки: аквамарин, кварц, рубін, смарагд, сапфір, циркон, топаз, гранат, бурштин.

Завдання 2.3. Знайдіть в мережі Інтернет зображення каменів, перелічених у завданні 2.2 і подумайте, за якими особливостями візуально їх можна відрізнити?

Завдання 2.4. Ознайомитися із імітаціями перлів та за варіантом, запропонованим викладачем знайти в мережі Інтернет та законспектувати особливості імітованого каміння.

Завдання 2.5. Перегляд фільму про імітацію діамантів. Написання контрольної роботи за результатами перегляду.

Розділ 2. Ідентифікація дорогоцінних каменів

Тема 7. Ідентифікація дорогоцінних каменів мінерального походження Методичні рекомендації щодо вивчення теми

Назва «алмаз» походить від грецького «адамас» - нескоримий, незламний. Цей мінерал відомий людям близько 5 тис. років, але й тепер привертає до себе найбільшу увагу серед усіх ювелірних каменів. Під час характеристики алмазу найчастіше вживають префікс «най-» - найтвердіший, найблискучіший, найстійкіший, найкоштовніший, найрідкісніший, найтеплопровідніший тощо. Алмаз – це кристал, ґратки якого складаються переважно з атомів вуглецю (96-99,8%), а як домішки встановлено понад 25 хімічних елементів: Н, В, N, О, Nа, Мg, Аl, Si, Р, Са, Sс, Ti, Сr, Мn, Fе, Cu, Аu, Аg, Ba, Sr, Pb та ін.

У кристалічних ґратках алмазу атом вуглецю міцно з'єднаний з чотирма оточуючими його атомами. Кристали алмазу різноманітні: від плоскогранних до кривогранних, ізотермічних і деформованих. Крім монокристалів, алмази часто утворюють зростки. Розрізняють три основних різновиди зростків алмазу: борт, балас і карбонадо.

Борт – це дрібнозернисті зростки неправильної форми безладно орієнтованих кристалів, які помітні неозброєним оком або під мікроскопом. Темне забарвлення зумовлене присутністю графіту. Борт зустрічається практично у всіх родовищах алмазів. У техніці бортом також часто називають низькоякісні алмази з великою кількістю тріщин і включень.

Баласи (або дробоподібний борт, алмази Кунца) – це полікристалічні утворення круглої, овальної або грушоподібної форми. Діаметр баласів коливається від декількох до 20 мм. Відомі баласи масою до 75 каратів. Баласи можуть бути як непрозорими, так і напівпрозорими, безбарвними, сірими, чорними або зеленуватими. Зустрічаються у Бразилії, Південній Африці, Росії.

Карбонадо вперше були виявлені у 1813 р. Назву одержали від португальського «сarbonados» – карбонатний, тобто «вуглецевий». Форма карбонадо неправильна, більшою чи меншою мірою кутаста або округла. Вони непрозорі, забарвлення може бути темно-сірим, чорним, зеленуватим, коричневим; поверхня – блискучою, матовою, емалеподібною, антрацитоподібною. Маса здебільшого коливається в межах 0,1–1 карат, але ще у 1825 р. у Бразилії було знайдено карбонадо масою 3167 каратів. Борт, баласи, карбонадо використовуються в техніці для виготовлення коронок, призначених для буравлення особливо твердих гірських порід.

Твердість алмазу – 10, найвища серед усіх мінералів, однак у цих каменях спостерігається анізотропія (неоднорідність) твердості, зносостійкість алмазу в кілька разів перевищує зносостійкість карбіду бору і кремнію. Якщо прийняти абразивну здатність алмазу за 1, то абразивна здатність карбіду бору – 0,5-0,6; карбіду кремнію – 0,2-0,3. Щільність алмазу – 3,515 г/см3, має абсолютну спайність (111), злам рівний, східчастий, раковистий.

Повністю безбарвні та прозорі алмази зустрічаються досить рідко. Зазвичай у них спостерігається який-небудь кольоровий відтінок. Зустрічаються неінтенсивно забарвлені алмази жовтих, помаранчевих (жовтогарячих), зелених, блакитних, синіх, рожевих, коричневих, молочно-білих, сірих і чорних кольорів і відтінків. Забарвлення алмазів обумовлене наявністю дефектно-домішкових центрів у структурі кристалів або включенням ряду інших мінералів.

Алмаз при звичайних температурах є хімічно інертним; кислоти, навіть найактивніші, на нього не діють. При температурі 450-500°С (для мікропорошків), 600-700°С (для кристалів) алмаз може бути окислений киснем, вуглекислим газом, водяною парою. При температурі 600-800°С і вище алмаз можна піддавати травленню в розчинах і розплавах лугів, кислородовмісних солей, металів.

Алмаз не змочується водою, прилипає до жирових сумішей; має високий показник заломлення (2,417) і це пояснює його яскравий, алмазний блиск; дисперсія показника заломлення найвища – 0,063, що пояснює неперевершену «гру» огранованих алмазів – діамантів.

Кристали алмазу є оптично ізотропними, однак у них часто виникають так звані напруження, що спричиняє появу двозаломлення. Візерунки двозаломлення можуть бути різними: смужкуватими, радіально-променистими, зірко- та хрестоподібними тощо.

Під дією ультрафіолетових променів деякі алмази люмінесціюють, причому колір люмінесценції може змінюватися від зеленого і жовтого до блакитного і синього. Алмази з різним світінням мають і різні фізико-механічні властивості. Так, під час стискання найбільшою міцністю відрізняються нелюмінесцентні алмази, далі міцність виражена усе слабше у люмінесціюючих блакитним, зеленим, жовтим і рожевим світінням, найменша ж міцність на удар і стиснення також спостерігається у нелюмінесцентних алмазів. Під час випробувань на стирання найбільшу зносостійкість демонструють алмази, що світяться зеленим світінням, нижчу – з блакитним, жовтим, рожевим, а найнижчу – нелюмінесцентні алмази.

У 1934 р. було встановлено, що за фізичними властивостями алмази поділяються на два типи, і пов'язано це із вмістом у них азоту. В алмазах I типу вміст азоту сягає близько 0,25%, в алмазах II типу – не перевищує 0,001%. Алмази I типу різко переважають у всіх родовищах, однак у південноафриканських кімберлітових трубках багато також алмазів II типу.

Алмази I і II типів відрізняються за своїми електронними властивостями. При кімнатній температурі алмази є діелектриками, під час опромінення ультрафіолетовими променями в алмазах з'являється фотопровідність, яка удвічі збільшується в разі додаткового опромінення їх інфрачервоними променями. За однакових умов фотопровідність алмазів II типу на порядок вище, ніж в алмазів I типу. Ці властивості алмазів використовуються у кристалічних лічильниках провідності.

Алмаз характеризується дуже високою теплопровідністю. В інтервалі температур 20–1200°С теплопровідність алмазу вище від теплопровідності міді. Лінійне розширення при температурі 0-1400°С становить 0,58%, коефіцієнт теплового розширення при температурі 25°С дорівнює 1,3 ×·10^-6, а при 1400°С – 7 ×·10^-6.

Залежно від властивостей алмази поділяють на ювелірні (група А) й технічні (група Б). У таблиці 1 наведено відомості про найзнаменитіші алмази світу.

Таблиця 1

Знамениті алмази світу

Назва	Маса, карати	Місце та рік видобутку
«Куллінан»	3025,75	Південна Африка (нині - ПАР), тр. «Прем'єр», 1905
«Ексцельсіор»	971,5	Південна Африка, тр. «Ягерсфонтейн», 1893
«Зірка Сьєрра- Леоне»	969,9	Сьєрра-Леоне, 1971
«Великий Могол»	793,0	Індія, 1951
«Войє»	770,0	Сьєрра-Леоне; 1945
«Президент Варгас»	726,6	Бразилія, 1938
«Ювілейний»	650,8	Південна Африка, тр. «Ягерсфонтейн», 1895
«Дютойтспен»	616,0	Південна Африка, 1895
«Баумгольд»	609,25	Південна Африка, 1923
«Лесото»	601,25	Лесото, 1967
«Гояс»	600	Бразилія, 1906

У ювелірній практиці для імітації діамантів недавно стали використовуватися різні безбарвні і кольорові камені: циркон, корунд, топаз, гірський кришталь, демантоїд, шеєліт, а також нові синтетичні матеріали - фіаніт, ІАГ, ГГГ, фабуліт та ін. Протягом тривалого часу як імітації алмазів використовували так зване «свинцеве скло». Величезна різниця між вартістю справжніх діамантів та їх імітацій робить питання правильної діагностики дуже важливим.

Діагностичні ознаки алмазу і його найбільш розповсюджених імітацій представлено у додатку А.

Якщо алмаз ограновано правильно, то усе світло, що падає на нього через коронку, повністю відбивається від граней павільйону, так що і під час розглядання діаманта на світло видно тільки одну світлу цятку в колеті. Внаслідок повного внутрішнього відображення крізь діамант нічого не можна побачити, навіть коли він цілком прозорий («чистої води»). Високий показник заломлення алмазу під час його розглядання через площадку створює ілюзію значно меншої товщини каменю, ніж є насправді.

Основна відмінність алмазу від численних імітацій - його неперевершена твердість - 10. Ця властивість визначає характерну для діамантів наявність ідеально плоских граней і гострих ребер на їх стиках. На ряді імітацій, у тому числі й фіаніті, ребра зазвичай дещо «завалені» і присутня вертикальна штриховка на рундисті.

Досить важлива властивість під час діагностики алмазу - його щільність. Близьку до алмазу щільність мають лише топаз, шпінель, титаніт. Щільність інших імітацій помітно вища, ніж в алмазу. Різниця у щільностях алмазу та його імітацій дозволяє судити про справжність чи несправжність діамантів за їх масою для даного розміру. Наприклад, маса огранованого за допомогою брильянтового огранювання каменя того самого розміру буде дорівнювати: алмазу – 1, титанату стронцію – 1,45, ІАГ – 1,30, фіаніту – 1,60 кар.

На приладі «Diamond Probe» можна швидко ідентифікувати алмази за ознакою теплопровідності, яка у алмазів у багато разів перевищує теплопровідність імітацій.

Сапфіри і рубіни – це два різновиди благородного корунду. Своїм блиском, світлозаломленням і дисперсією вони значно поступаються алмазу, але жоден дорогоцінний камінь не може за кольором зрівнятися із синім сапфіром або вогненно-червоним рубіном. Колір благородного корунду може бути різним:

– безбарвним (лейкосапфір);

– червоним різної інтенсивності й відтінків (рубін);

– синім, блакитним, рожевим, зеленим, фіолетовим, жовтогарячим, жовтим, коричневим (сапфіри).

Зустрічаються камені з ефектом астеризму у вигляді шестипроменевої зірки або ефектом котячого ока. У Мінералогічному музеї Санкт-Петербурзького гірничого інституту зберігаються корунди з о. Шрі-Ланка більш як 40 різних кольорів і відтінків.

За хімічним складом корунд – це оксид алюмінію. Колір корундів залежить від домішок, за твердістю корунди займають друге місце після алмазів. Дисперсія показника заломлення – 0,018. Мають сильний дихроїзм. В ультрафіолетових променях рубін люмінесціює червоним кольором, сапфіри не люмінесціюють.

Рубін одержав свою назву від латин. «rubeus» – червоний. Санскритські назви рубіну («ратнарадж» – цар самоцвітів, «ратнанайяка» – вождь самоцвітів) свідчать про захоплене ставлення до цих каменів у Давній Індії. Червоний колір рубіну обумовлений домішками іонів Сг³⁺; вміст Сr₂О₃ у густо забарвлених каменях може сягати 4%. Забарвлення рубінів часто має нерівномірний характер. На цьому базується поділ рубінів на торговельні сорти: «файн» (чудовий), темний і світлий. Історично так склалося, що найкращі камені одержують з Бірми («файн»), Таїланду (темні, коричнуваті) і о. Шрі-Ланка (світлі), тому торговельні сорти почали називати бірманськими, сіамськими (Таїланд) і цейлонськими, що характеризує тільки колір каменю. Бірманські рубіни мають криваво-червоний колір – колір «голубиної крові», якщо вони більш темні, то їх називають рубінами «бичачої крові», якщо більш світлі – «вишневими». Колір сіамських рубінів варіює від фіолетового до коричнево-червоного; цейлонських – від ясно-червоного до фіолетово-червоного. Порівняно нещодавно з'явився новий торговельний сорт: «африканські рубіни» з Кенії й Танзанії, за якістю вони близькі до бірманських. Найбільш коштовні камені серед них – червоні з легким фіолетовим відтінком. Ціни на сіамські рубіни залежно від їх розміру та якості коливаються від 300 до 3000 дол. США/кар. Бірманські рубіни цінуються в кілька разів вище.

Сапфірами до XIX ст. називали усі сині камені. У наш час усі різновиди забарвлення корундів окрім червоних називають сапфірами. Забарвлення сапфірів може бути жовтим, помаранчевим, фіолетовим, синім, синьо-зеленим, зеленим; особливості забарвлення пов'язані з наявністю іонів заліза, хрому, титану, ванадію.

Найбільш коштовними вважаються волошково-сині (кашмірські, бірманські, цейлонські) сапфіри. Сапфіри із зеленуватим відтінком цінуються нижче. Особливим попитом користуються найрідкісніші зірчасті сапфіри. Рідкісними є і помаранчеві камені (кольору світанкового сонця ланкійські сапфіри «падпараджа»).

Родовища корундів:

– штати Квінсленд і Новий Південний Уельс в Австралії (у 70-х рр. ХХ ст. питома вага цих родовищ становила 80% світового видобутку сапфірів – це основне джерело видобутку сапфірів і в наш час);

– Його-Галч, штат Монтана, США (з 1886 р. видобуто близько 2,5 млн. кар. ювелірних і 14 млн. кар. технічних сапфірів);

– Таїланд і Кампучія;

– Могок, Бірма;

– штат Джамма і Кашмір в Індії;

– Урал, Хібіни, Російська Федерація;

– Ратнапура на о. Шрі-Ланка.

Характер забарвлення, набір включень та низка інших ознак дозволяють відрізняти природні рубіни і сапфіри з різних родовищ від їх синтетичних аналогів.

Діагностичні ознаки рубіну, сапфіру, їх аналогів та імітацій наведено в таблиці 3.

Таблиця 3

Діагностичні ознаки рубіну, сапфіру, їх аналогів та імітацій

Назва	Показник заломлення	Диспер-сія	Плеохроїзм	Щіль-ність	Твер-дість	Колір люмінесценції в УФ променях	Інші ознаки
1	2	3	4	5	6	7	8
Рубін	1,767	0,018	червоний, жовто-червоний	3,9-4,1	9	червоний	прямолінійна зональність забарвлення, двійники, включення рутилу, карбонату, апатиту
Рубін синтетичний	1,767-1,768	0,018	ті ж	3,99-4,05	9	червоний, молочно- білий	криволінійна зональність забарвлення, газові включення, звилини
Шпінель	1,712-1,719	0,020	ті ж	3,50-3,70	8	червоний, помаранчевий	включення шпінелі, магнетиту, циркону
Альмандин	1,830-1,750	0,027	–	3,95-4,30	7-7,5	–	включення рогової обманки
Піроп	1,746-1,706	0,017	–	3,51	7-7,5	–	включення циркону

Продовж. табл. 3

Циркон (гіацинт)	1,830-1,930	0,039	коричнево- червоний, червоний	4,08-4,60	7-7,5	жовтий	включення гідроксидів заліза
Турмалін	1,640-1,655	0,017	червоний, рожевий	3,03-3,10	7-7,5	відсутній, іноді блакитний	газово-рідинні включення
Фіаніт	2,10-2,20	0,062	–	6-10	8	блакитний, зеленуватий та ін.	газові включення
ІАГ	1,83-1,84	0,028-0,038	–	4,55-7,09	8	ті ж	ті ж
Сапфір	1,770-1,779	0,018	фіолетово-синій, блакитно-зелений	3,99-4,0	9	відсутній, іноді зеленувато-білий, червоний, помаранчевий	прямолінійна зональність забарвлення, газово-рідинні включення, включення рутилу
Сапфір синтетич-ний	1,67	0,018	слабкий	3,99–4,0	9	відсутній, іноді помаранчевий, тьмяно-блакитний, білий	газові включення
Шпінель синтетична	1,7728	0,020	–	3,63-2,64	8	відсутній, іноді червоний, рожевий, помаранчевий, блакитний, молочно-білий	ті ж

Від більшості мінералів рубін відрізняється високою твердістю, яка сполучається з крихкістю, чим обумовлена досить часта поява під час його обробки дефекту «вогненний знак», тобто дрібних нерівних тріщинок. Здавна для імітації корундів застосовували скло відповідного кольору, яке має меншу твердість і в якому відсутні плеохроїзм, характерні газові включення, звилини тощо.

Благородний берил як ювелірний камінь використовується у прикрасах з давніх часів завдяки неповторній красі забарвлення його різновидів. За хімічним складом є силікатом берилію та алюмінію.

Забарвлення берилів охоплює практично усі кольори спектра. Залежно від кольору розрізняють наступні різновиди:

– трав'янисто-зелений або густо-зелений – смарагд;

– блакитний, іноді із зеленуватим відтінком – аквамарин;

– сапфірово-синій – аквамарин-максис;

– жовтий, золотавий – геліодор.

Зустрічаються також берили фіолетового, коричневого, чорного кольорів, берили з астеризмом, ефектом котячого ока та іризацією. Берил має скляний, ледь жирнуватий виблиск, злам нерівний, раковистий. Твердість – 7,5-8 за шкалою Мооса; у воді не розчиняється; стійкий до кислот, окрім плавикової; розчиняється в розплавах лугів, температура плавлення – 1420°С.

Смарагд – один із найбільш прекрасних різновидів берилу і водночас один із найбільш дорогих каменів. Основні родовища смарагдів:

– Колумбія – відомо близько 180 родовищ, які постачають на світовий ринок від 55% до 90% світового видобутку, з них близько 60% – смарагди торговельної якості, 25% – середньої, решта – високої якості;

– Бразилія – родовища дають до 25% світового видобутку смарагдів;

–родовища Південної Африки (Замбія, Зімбабве, Танзанія) – близько 10% світового видобутку. Відомі також родовища смарагдів на Уралі (Росія), у Північній Америці, Індії, Західній Австралії.

Розмір кристалів різної маси найбільш відомих, унікальних зразків смарагду наведений у таблиці 4.

Таблиця 4

Найбільш відомі кристали смарагду

Найменування	Маса, кар.	Місце видобутку
«Кристал із Гачали»	7025	Колумбія
«Славний Уральський»	3362,5	Росія
«Кочубеївський»	11000	Росія
«Австрійський смарагд»	2681	Австрія
«Гордість Америки»	1470	США
«Смарагд Стефансона»	1438	США

Зелене забарвлення смарагду та його інтенсивність пов'язані із вмістом іонів Сг3+. У них спостерігається чітко виражений дихроїзм. Залежно від маси смарагди поділяють на дрібні – до 0,49 кар., середні – до 1 кар., великі – від 1 до 10 кар., дуже великі – понад 10 кар.

За кольоровими відтінками смарагди поділяють на такі групи:

1) темно-зелені;

2) нормально-зелені;

3) середньо-зелені;

4) ясно-зелені;

5) із зеленуватим відтінком (світлі).

За наявністю/відсутністю можливих дефектів (пороків) ограновані смарагди поділяють на три групи якості:

– 1-а група – ограновані смарагди чисті або з незначними пороками у вигляді одиничних тріщинок, смужок, цяткових включень, яким властиві виблиск і гра світла;

– 2-а група – смарагди з невеликими пороками у вигляді тріщинок, смужок у сполученні з цятковими включеннями інших мінералів, що утворюють в окремих зонах згущення або сітчасту структуру, мають виблиск і гру світла;

– 3-я група – смарагди з дефектами у вигляді тріщинок, смужок, крапкових включень інших мінералів, розташованих по всьому каменю з ділянками потьмянінь в окремих зонах каменю, що частково втратили виблиск і гру світла.

Смарагди-кабошони (сферична обробка без граней) поділяють на дві групи якості:

– 1-а група – смарагди-кабошони з пороками у вигляді тріщинок, смужок, включень з ділянками потьмянінь у різних зонах каменю, напівпрозорі, якщо зберігаються виблиск і гра світла;

– 2-а група – смарагди-кабошони з великими пороками у вигляді густої мережі тріщинок, смужок, включень із зонами потьмяніння по цілому каменю; напівпрозорі і непрозорі, що втратили виблиск і гру світла.

Виробнича характеристика смарагдів, як і алмазів, здійснюється за допомогою літерно-цифрового шифру. Наприклад, у написі: 2/3-Г 0,35, перший знак «2» – чисельник дробу – означає групу кольору; другий знак «3» – знаменник дробу – групу якості; третій знак – літера «Г» – гранований (або «К» – кабошон); 0,35 (четвертий знак) – маса в каратах. Таке маркування вказують у ярликах на вироби зі смарагдами.

Діагностичні властивості смарагду та його імітацій представлено в таблиці 5.

Таблиця 5