紅寶石為什么那樣紅

馬志飛

001年，一位中國攝影師進入緬甸的佤邦地區，用自己的親身經歷記錄下了一種寶石的產出過程。那里防衛森嚴，礦工辛苦勞作，通常每開采500噸礦石才能從中得到1克拉寶石。感慨于這種寶石的來之不易，這位攝影師將其稱為“血鉆”， 寓意為這里的每一粒寶石都是礦工用血汗甚至生命換來的。

紀錄片中提到的寶石，就是珍貴的紅寶石。

寶石之后

紅寶石鮮紅似火焰，其英文名稱為Ruby，來源于拉丁文Ruber，原義是紅色，象征著激情、熱情和美好忠貞的愛情，被人們譽為“愛情之石”。 現在，西方國家還把結婚的第40周年稱為“紅寶石婚”，用于贊美永恒的愛情。

從礦物學的角度來說，紅寶石其實就是剛玉，其主要成分是氧化鋁。剛玉是目前已知最耐久的一種結晶氧化鋁，有時含微量鐵、鈦或鉻等，它的硬度很大，僅次于鉆石的礦物成分金剛石。1812年，德國礦物學家莫斯首先提出了一種表示礦物硬度的標準，即莫氏硬度，分別用1～10來表示以下10種礦物的硬度大小：滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石。這里的硬度值并非絕對硬度值，而是按硬度的順序表示的值。從莫氏硬度值中，我們可以看出，金剛石的硬度為10，剛玉的硬度緊隨其后，為9。也就是說，只有鉆石才能在其表面刻畫。也正因為如此，有人這樣評價紅寶石：如果說鉆石是“寶石之王”，那么紅寶石就是“寶石之后”。

在過去，有礦工誤以為，顏色暗淡的紅寶石如果埋在地下，最終將變成鮮紅色，并認為紅寶石是剛玉族中發育最成熟的成員。雖然他們的認識不正確，但紅寶石顏色越紅，價值越高，倒是一點兒不假。血紅色的紅寶石最受人們珍愛，俗稱“鴿血紅”。這種紅寶石因產量稀少，比金剛石還貴重，2克拉以上即很珍貴，世界上最大的一顆“鴿血紅”也只有55克拉。一枚產自緬甸的15.97克拉的“鴿血紅”寶石在瑞士日內瓦拍賣會上的成交價是227萬美元/克拉。這是迄今為止拍賣單價最高的紅寶石。

現代科學研究發現，紅寶石并不像過去人們認為的那樣，如同果實一般慢慢成熟、變紅，而是由于剛玉中混入了其他元素造成的。純凈的剛玉是無色的，但其中會含有少量的鉻、鐵、鈦、錳、釩等，這些含量極微的物質改變了剛玉的顏色：含鉻元素者，主要為氧化鉻，含量可達1%以上，會造成剛玉呈現出紅色，即為紅寶石；含鐵和鈦者，可使剛玉呈現出藍色；含鎳較多的剛玉為黃色；含錳較多的剛玉為玫瑰色。

紅寶石之所以鮮紅艷麗，得益于其中的鉻元素。在一定程度上講，剛玉中鉻的含量越高，其顏色就越鮮艷。

鉻，讓寶石絢爛多彩

說起鉻元素，大家并不陌生，因為我們日常使用的不銹鋼菜刀、汽車零件等器物中都含 有這種物質，它號稱是最硬的金屬。其表面帶有銀色光澤，熔點高，質地堅硬，耐磨，耐高溫，抗腐蝕；用它制作的不銹鋼不僅強度高，而且耐熱性大，還不易生銹，被廣泛應用于冶金和化學工業中。

有意思的是，鉻的英文名稱源自希臘語，原來的意思是“顏色”，因為不少鉻的化合物都具有不同的顏色，如三氧化二鉻為深綠色，重鉻酸鉀為橙紅色，重鉻酸銨為橘黃色，鉻酸鈉為黃色……幾乎每種鉻的化合物都有自己特殊的顏色，鉻就像變色龍一樣，讓化學物質的世界變得絢麗多彩。

鉻元素為什么能將無色的剛玉變成鮮艷的紅色呢？

在解釋這一現象之前，我們首先需要明白兩個問題：第一，什么是寶石的顏色？所謂寶石的顏色，其實就是它對不同波長的可見光選擇性吸收的結果。當白色光照射到寶石上時，它吸收了一部分光，反射或透射另一部分光。這種被我們眼睛觀察到的顏色，其實就是反射或透射出來的光的顏色；那些被吸收掉的光的顏色已經不見了。第二，礦物學領域有個術語叫“類質同象”。顧名思義，就是指不同的物質可以表現出同樣的外觀。嚴格來說，就是指在礦物晶體結構中某種質點（原子、離子或分子）被其他一些類似的質點所代替，但是礦物的結構形式并不發生變化。能否發生類質同象現象，不僅要取決于質點本身的性質，而且也取決于外部溫度、壓力等物理條件。

在剛玉這種礦物中，一旦外界環境條件適合，外來的鉻原子（Cr3+）就以類質同象的形式代替了部分鋁原子（Al3+）。曾有學者對紅寶石進行光譜分析，結果顯示，它對可見光強度最大的吸收峰出現在420納米處（對應于紫色光的波長）和550納米、570納米處（對應于綠色和黃綠色光的波長），雖然對其他波段的顏色也有吸收，但強度都較小。因此，紅寶石呈現的顏色為紫、綠、黃色的補色的混和色，即主要為紅色。從理論上講，鉻原子有3個價電子，這3個價電子能夠自由地改變能級。當受到可見光照射時，電子會吸收光能量，其吸收的能量足以保證電子從一個基態能級躍遷到另外兩個能級，其中，躍遷到這兩個不同能級所吸收的能量分別相當于紫光和黃綠光，而被吸收后的白光殘余部分就形成了紅色，故而成了紅寶石。

可能那些喜歡研究寶石的讀者會發現另一個奇怪的問題：寶石祖母綠具有鮮艷欲滴的綠色，它的成因也是因為含有鉻元素。為什么鉻的存在讓一種寶石變成紅色，另一種卻變成了綠色呢？其實，這是由于在寶石祖母綠中，雖然也是鉻原子（Cr3+）以類質同象的形式代替了部分鋁原子（Al3+）；但祖母綠中多了鈹（Be2+）和硅（Si4+）兩種離子，從而使得其周圍配位電場強度減弱，也就是說，電子從一個能級躍遷到另外一個能級，只需要吸收相對較少的能量，這個能量對應的恰恰是紅色光波段，即紅光被大量吸收，殘余的混合色就成了祖母綠的綠色。

你從哪里來

物以稀為貴。紅寶石之所以價值不菲，最重要的原因還是由于它們十分稀有。紅寶石的產地比較少，主要分布于緬甸、泰國、越南、印度及我國。紅寶石有一個“親姊妹”——藍寶石，它們的物理性質、化學成分、晶體結構都一樣，而且通常共生在一起。紅寶石的顏色鮮紅似火焰，易于辨認；但是藍寶石不太好區分，因為并非所有的藍寶石都是藍色的。幾個世紀以來，關于藍寶石的定義一直存在分歧。目前，國際上統一的意見是：因含鉻而呈現出紅色者，為紅寶石；除紅寶石之外的其他所有色調的寶石級剛玉都被稱為藍寶石。所以，藍寶石的顏色可以是藍、藍綠、綠、黃、紫、黑、灰色，甚至無色。隨著剛玉中鉻的含量不斷增加，藍寶石中的粉色會逐漸加深，逐漸過渡為紅寶石。

紅寶石主要來自砂礦，由各種原生紅寶石經風化作用富集而成，主要成因都與火山活動有關。原生剛玉晶體開采十分困難，通常情況下，都是將砂礦淘洗后，用手挑選。

隨著科技的發展，紅寶石已經可以人工制造，但人工制品只在工業上廣泛使用。這種人造礦物硬度很高，常被用來制造鐘表的軸承或激光發生器等。

【責任編輯】趙 菲