翡翠的绿色形成原理?
翡翠是一种天然矿石,它的绿色是由铬元素和铁元素在矿物晶体中形成的致色离子形成的。 自然界中的各种金属离子,在化学性质上的区别并不是很大,所以很难区分到底是哪一种或哪几种金属离子导致了翡翠的呈色。也就是说,我们目前尚不能具体的知道形成翡翠绿色的成因。 不过可以肯定的是,形成翡翠绿色的成分是含碳、氧、氮的酸根阴离子,因为如果含有氢离子的话会形成羟基,然后被氧化成水,这与碳、氧结合形成石墨或者碳酸盐的结果是不一样的。 所以含碳、氧、氮的酸根离子是构成翡翠颜色最为可能的“罪犯”。
目前已知的含碳、氧、氮的酸根包括:锰酸根 MO42-、铬酸根 RO43-、重铬酸根 ROCrO44-、钼酸根 MoO45-、钒酸根 V046-、硒酸根 SeO47-等等(当然还有大量的非酸根阴离子),这么多的“犯罪分子”,具体是谁偷走了翡翠的绿色呢? 目前比较主流的说法是,是铬离子和氟离子联手完成了对翡翠绿色的侵染,也就是由铬离子和氟离子共同作用让色素颗粒发生染色反应,形成了我们现在所看到的丰富多彩、浓淡不一的翡翠绿色。
至于为什么是铬离子和氟离子,是因为在自然界中这两种元素经常一起出现,而铬通常以三价形式存在(只有少数二价铬化合物,如硫酸铬等,但其在玉石中的色彩表现并不明显),而三价铬与氟结合有比较稳定的化合物,如CrF3等。当它们同时存在于微粒或晶格中时,很有可能通过某种机制让铬离子周围的环境发生变化,从而诱导铬离子进入晶格,进而发生染色反应。 而另外一种经常被提到的导致翡翠绿色的成因学说叫作“变色树蟾理论”,说的是一种含有叶绿素和类胡萝卜素的绿色颜料分子存在于变色树蟾的皮肤腺当中,这种绿色颜料分子可以通过体内扩散作用传递到变态腺外,当这些染料被皮肤腺分泌出来的物质包裹形成颗粒后再经过表皮层时,就可以直接渗透到皮肤表面而被观察到。
事实上,无论是上面的“染色说”还是下面的“变色树蟾理论”都只是解释了形成翠绿色的部分原因,但是无法说明绿色在结晶学上到底是如何产生的。 因为从目前的科学水平来看,要想真正弄清楚微观层面上物质的组成、结构对于颜色的影响关系是相当困难的,甚至是不现实的。所以这些观点都只是相对合理的假设而已。