透明なのに鉄が混じると青くなる。宝石の色の話。

宝石のいろんな色の秘密は？を読んでて、むかしルビーとかサファイヤとか色の付いた宝石はダイヤに色が付いてるんだと思ってたことを思い出した。でもどんな不純物が入るとどんな色に変わるのかをよく知らないのでちょっと調べてみました。

炭素の結晶はダイヤモンドだけ。ルビーとサファイアが酸化アルミニウムだというのはちょっとすごい。なんかいっぺんに価値が下がってしまうような気がします。1円玉の表面と科学的にはよく似たもの。・・・でいいのかな。
ほかにも同じ組成の鉱物であってもベリルのように不純物の種類によって様々な色に変化するものもあって結晶構造と色の関係の複雑さが垣間見えますね。ちなみに色が変わるのは結晶構造の変化によって吸収波長が変化するためです。この手のシミュレーションとかってどっかで公開されてないかな。
また、ここに出てくる鉱物はダイヤ以外主成分がケイ素、酸素、アルミニウムでこれらは地表の主成分といっても良い（クラーク数）ものです。当然といえばそれまでですが、宝石も地球の一部だと実感できますね。

ダイヤモンド

ご存じダイヤモンド。基本的に色は無いけど屈折率が高いために良く輝いて見える。主に窒素やホウ素が不純物として混入したり、結晶が歪むことによって色が付く。窒素では黄色、ホウ素では青色になる傾向があるが詳細については不明。また人工的に放射線を照射することで青く着色することが可能。

コランダム

>酸化アルミニウムの結晶酸化アルミニウムの結晶。アルミナという言葉を使うとαアルミナという。化学組成はAl₂O₃。Alが置換されることでルビーやサファイヤになる。

ルビー

コランダム中のアルミニウムAl³⁺がクロムCr³⁺に置換されることで赤色を呈するようになる。2％くらいのAl³⁺が入れ替わるとルビーと呼ばれるようになる。

サファイア

コランダム中のアルミニウムAl³⁺が鉄Fe³⁺に置換されることで青色を呈するようになる。スターサファイアと呼ばれるものは6方向に光を発するもので、結晶が六星柱状に配列するため。

ベリル

ベリリウムを含んでいる酸化ケイ素系の鉱物で純粋なものは黄色。色の変化したものとしてエメラルド（緑色）やアクアマリン（青色）が有名だがこの他にもレッドベリル（赤色）、ゴシェナイト（透明）などがある。

エメラルド

ベリルにクロムまたはバナジウムが混じることで緑色になる。

アクアマリン

ベリルに鉄が混じることで青色になる。またエメラルドを加熱処理することでも青色に変化する。

レッドベリル

ベリルにマンガンが混じることで赤色になる。

ゴシェナイト

ベリルにアルミニウムが混じることで無色になる。

アメジスト

紫色。石英SiO₂の結晶のケイ素が鉄によって置換されたもの。同じ鉄による置換で黄色くなることもある。また、アルミニウムによって置換された結晶に放射線を照射することで黒っぽくなる。