Turmalín: Fyzikální a optické vlastnosti
Linas JuozenasSdílet
Fyzikální a optické charakteristiky
Turmalín: Pleochroická borosilikátová skupina barvy, struktury a náboje
Turmalín je komplexní borosilikátová skupina minerálů známá žebrovanými trojnými hranoly, neobvykle širokou chemickou variabilitou, silnou směrovou barvou a pyroelectricitou a piezoelectricitou. Jeho struktura přijímá mnoho prvků, což je důvod, proč jedna skupina minerálů může produkovat černý schorl, hnědý dravit, zelený verdelit, modrý indikolyt, růžový rubelit, bezbarvý achroit, mědí obsahující modrozelený materiál a vícebarevné zónování v jednom krystalu.
Co je turmalín
Turmalín je skupina minerálů, nikoli jedna pevná složení. Jeho obecný vzorec se běžně zapisuje jako XY3Z6(T6O18)(BO3)3V3W, kde různé krystalografické pozice mohou hostit sodík, vápník, draslík, vakance, lithium, hořčík, železo, mangan, hliník, chrom, vanad, měď, fluor, kyslík a hydroxyl.
Tato flexibilní struktura vysvětluje rozsah turmalínu. Černý schorl, hnědý dravit, vápníkem bohatý uvit, lithium obsahující elbait, vápník-lithium liddicoatit a druhy bohaté na vakance mohou všechny sdílet stejnou širokou architekturu turmalínu a přitom vykazovat velmi odlišné barvy, hustotu, inkluze a průhlednost.
V ruce je turmalín obvykle rozpoznatelný podle svých protáhlých žebrovaných hranolů, zaoblených trojúhelníkových průřezů, sklovitého lesku a silné směrové barvy. U drahokamového materiálu je orientace řezu zvláště důležitá, protože mnoho kamenů vypadá tmavší z jednoho směru a světlejší z jiného.
Trojné a polární
Turmalín krystalizuje v trojné soustavě a má polární c-osa, což je strukturální prvek spojený s jeho pyroelectricitou a piezoelectricitou.
Mnoho míst, mnoho barev
Jeho struktura přijímá mnoho kationtů a aniontů. Tyto substituce určují druhovou identitu a často ovlivňují barvu těla.
Žebrované hranoly
Podélné rýhy, trojúhelníkové průřezy a klínovité nebo víceplošné zakončení jsou klasické vizuální znaky.
Fyzikální a optické specifikace
Protože turmalín je skupina, hodnoty se liší podle druhu a chemie. Níže uvedené rozsahy popisují běžný pracovní profil většiny turmalínů, se kterými se setkáte jako s drahokamy nebo vzorky.
| Vlastnost | Skupina turmalínu | Vysvětlující poznámka |
|---|---|---|
| Chemická třída | Komplexní borosilikátový cyklosilikát | Turmalín obsahuje křemičité kruhy a borátové skupiny, s několika strukturálními místy otevřenými pro substituci. |
| Obecný vzorec | XY3Z6(T6O18)(BO3)3V3W | Vzorec je spíše rámec než recept na jeden druh. Obsazení míst určuje identitu druhu. |
| Krystalová soustava | Trigoniální | Krystaly často vykazují třístranné nebo zaobleně trojúhelníkové průřezy. |
| Habit | Prizmatický, sloupcovitý, jehlicovitý, radiální, masivní, zrnkovitý | Podélné rýhy jsou jedním z nejpoužitelnějších makroskopických znaků. |
| Barva | Černá, hnědá, zelená, modrá, růžová, červená, žlutá, bezbarvá, vícebarevná | Barva může být jednotná, podélně zonovaná, soustředně zonovaná nebo sektorově zonovaná. |
| Barva pásku | Bílá | Testování barvy pásku je zřídka vhodné pro cenné vzorky nebo hotové drahokamy, protože je destruktivní. |
| Lesk | Skelný, někdy pryskyřičný až podkovový u tmavého materiálu | Čerstvé plochy a žebrované plochy hranolu mohou ukazovat jasné lineární odlesky. |
| Průhlednost | Průhledný až neprůhledný | Drahý elbait a některé liddicoatity jsou průhledné; schorl je obvykle neprůhledný. |
| Tvrdost | Mohs 7–7,5 | Dostatečně tvrdý pro mnoho šperkařských použití, ale krystaly jsou stále křehké při úderu. |
| Štěpnost a lom | Bez výrazné štěpnosti; nerovný až skořepinový lom | Absence výrazného štěpnosti zlepšuje odolnost, ale tenké hranoly a inkluzivní kameny se mohou odštípnout. |
| Hustota | Přibližně 2,95–3,30 | Druhy bohaté na železo a hořčík jsou obecně těžší než mnoho lithiem bohatých drahých turmalínů. |
| Optický charakter | Obvykle uniaxiálně záporný | Napětí a zonace mohou někdy způsobit anomální optické chování. |
| Indexy lomu | nω asi 1,62–1,68; nε asi 1,61–1,65 | Přesné hodnoty se liší podle chemie; vyšší obsah železa a hořčíku může zvýšit index lomu. |
| Birefringence | Obvykle kolem 0,014–0,032 | Střední birefringence přispívá k diagnostickému optickému profilu turmalínu. |
| Pleochroismus | Střední až velmi silný | Modré a zelené kameny často vykazují dramatické rozdíly mezi směry pohledu. |
| Fluorescence | Proměnlivé; mnoho kamenů je inertních | Některé manganem bohaté růžové až červené kameny mohou fluoreskovat, ale fluorescence není hlavním diagnostickým znakem. |
| Elektrické chování | Pyroelektrický a piezoelektrický | Změna teploty nebo tlak může vytvořit povrchový náboj, který přitahuje světelné částice. |
| Chemická stabilita | Obecně stabilní při běžném nošení a vystavení | Vyvarujte se agresivních chemikálií, náhlých tepelných šoků a agresivního čištění u inkluzivních nebo křehkých kusů. |
Optické chování: pleochroismus a směrová barva
Turmalín je známý pleochroismem: stejný krystal může ukazovat různé hloubky nebo odstíny v závislosti na směru pohledu. U mnoha zelených a modrých kamenů je pohled rovnoběžný s c-osou výrazně tmavší než pohled napříč ní.
Tento směrový absorpční jev je důležitý jak pro identifikaci, tak pro broušení. Tmavě zelený nebo modrý krystal může vyžadovat orientaci tak, aby pohled zepředu neukazoval nejtmavší směr, zatímco světlý krystal může těžit z orientace, která zesiluje barvu. Brusič tedy nejen tvaruje kámen; vybírá, který optický směr se stane viditelnou plochou.
Historicky měl turmalín také vědecký význam, protože tenké destičky silně pohlcujícího materiálu mohly fungovat jako polarizační filtry. Toto optické chování je založeno na stejné anizotropní absorpci, která způsobuje, že krystal při otočení mění barvu z hluboké na otevřenou.
Jak číst optiku
- Otočte kámen: výrazná změna hloubky barvy je užitečným vodítkem u turmalínu, zejména u zeleného a modrého materiálu.
- Použijte boční světlo: šikmé osvětlení odhalí rýhy a povrchový reliéf, aniž by vybledlo sytost barvy.
- Zkontrolujte osu c: délkový směr krystalu je často nejtmavším směrem pohledu u sytých kamenů.
- Pozorujte zónování: bicolorové a melounové kameny mohou vykazovat jak podélné, tak koncentrické růstové zóny.
Chemie barvy: Proč má turmalín spektrum
Barevné spektrum turmalínu je viditelným výsledkem chemické substituce. Různé ionty obsazují různá strukturální místa a změny v růstové kapalině mohou vytvářet náhlé nebo postupné barevné posuny v rámci jednoho krystalu.
Zelená, modrá, hnědá a černá
Železo je klíčové pro mnoho zelených, modrozelených, modrých, hnědých a černých turmalínů. Vysoký obsah železa vytváří tmavý šorl a může způsobit silné pohlcování krystalů.
Od růžové po červenou
Mangán je silně spojen s růžovými, červenými a purpurově červenými odstíny turmalínu, jako je rubelit. Některý materiál může být ovlivněn ozářením nebo tepelnou historií.
Živé zelené odstíny
Turmalín obsahující chrom nebo vanad může vykazovat syté zelené tóny připomínající smaragdovou barvu u kvalitního materiálu.
Intenzita modrozelené barvy
Turmalín obsahující měď, často s mangánem, je spojen s výraznými modrými, zelenomodrými a modrozelenými odstíny. Chemické potvrzení je důležité, pokud tento popis ovlivňuje hodnotu.
Růst zapsaný v barvě
Koncentrické, podélné a sektorové zónování zaznamenává měnící se podmínky během růstu krystalu. Nejznámějším příkladem je melounový turmalín.
Obecně odolná barva
Mnoho zelených a modrých kamenů je stabilních za běžného světla. Některý růžový materiál může být citlivý na dlouhodobé intenzivní světlo nebo agresivní teplo, proto je vhodná opatrná péče.
Krystalový habitus a povrchové textury
Turmalín obvykle roste jako dlouhé hranoly s výraznými vertikálními rýhami. Tyto žebra mohou být jemná a hedvábná nebo dostatečně hluboká, aby krystalu dodala architektonický vzhled. Ukončení mohou být plochá, klínovitá, asymetrická nebo složená z několika trojúhelníkových a kosočtverečných ploch.
Žebrované sloupce
Klasická forma turmalínu je prodloužený hranol s rýhami rovnoběžnými s osou c a zaobleným trojúhelníkovým průřezem.
Barevné průřezy
Leštěné plátky mohou odhalit růžová jádra, zelené okraje, trojúhelníkové sektory nebo vzory připomínající terč, které jsou méně zřejmé zvenčí.
Trsy a materiál kočičího oka
Jemné paralelní trubičky, jehly nebo růstové kanály mohou při správném orientování vytvořit kočičí oko.
Textury pegmatitů a metamorfovaných hornin
Turmalín se může vyskytovat jako granulární agregáty, trsy v křemeni a živci nebo krystaly zasazené v slídy, mramoru nebo skarnových shlucích.
- Asociace pegmatitů: křemen, mikroklin nebo ortoklas, albit, cleavelandit, lepidolit, muskovit, apatit a beryl se mohou vyskytovat s drahými turmalíny.
- Metamorfní asociace: dravit a uvit se mohou vyskytovat s mramory, břidlicemi, ruly, kalcitem, diopsidem, spinely a hořčíkově bohatými shluky.
- Asociace tmavých turmalínů: schorl je běžný v žulách, žulových pegmatitech, greisenech, křemenných žilách a metamorfovaných horninách.
Identifikace a podobné druhy
Turmalín je často rozpoznatelný, ale přesná identifikace druhu může vyžadovat chemickou analýzu. Vizuální identifikace by měla kombinovat habitus, tvrdost, pleochroismus, lomivost, hustotu a kontext matrice.
| Kontrola nebo srovnání | Nápověda u turmalínu | Proč to pomáhá |
|---|---|---|
| Podélné rýhy | Žebra obvykle probíhají podél délky hranolu. | Hluboké podélné rýhy odlišují turmalín od mnoha hladších hranolových drahokamů. |
| Příčný řez | Trojúhelníkové až zaobleně trojúhelníkové tvary jsou běžné. | Beryl je šesterečný, zatímco turmalín často vypadá více trojstranně nebo zaobleně trojúhelníkově. |
| Tvrdost | Mohsova tvrdost 7–7,5. | Tvrdší než mnoho amfibolů a některé tmavé silikáty, ale testování škrábáním by se mělo vyhnout u cenných kusů. |
| Štěpnost | Žádný výrazný štěp. | Topaz má dokonalý bazální štěp; mnoho amfibolů a pyroxenů vykazuje zřetelnější štěpné zlomy. |
| Pleochroismus | Často střední až velmi silný. | Spinel je jednopaprskový a postrádá pleochroismus; beryl obvykle vykazuje slabší směrovou barvu. |
| Hustota | Obvykle kolem 3,0, liší se podle druhu. | Pomáhá odlišit turmalín od lehčího berylu a těžšího korundu nebo topazu v některých případech. |
| Pokročilé testování | Lomivost, interference, spektroskopie, Ramanova spektroskopie nebo chemická analýza. | Nutné pro jisté rozlišení druhů a pro tvrzení o obsahu mědi nebo chromu/vanadu. |
Druhy, barevné termíny a jejich význam
Názvy turmalínů mohou popisovat buď chemii druhu, nebo vizuální barvu. Oddělení těchto kategorií zlepšuje přesnost.
| Jméno | Druh termínu | Typický vzhled | Důležité upozornění |
|---|---|---|---|
| Schorl | Druh | Černý až modročerný, obvykle neprůhledný, silně žebrované hranoly. | Obvykle nazýván černý turmalín, ale existují i příbuzné tmavé turmalíny. |
| Dravit | Druh | Hnědá, medová, zelenohnědá nebo někdy výrazně zelená. | Chemie bohatá na hořčík; jistota druhu často vyžaduje chemické testování. |
| Uvit | Druh | Zelené, hnědé, tmavé nebo krátké lesklé krystaly, často v karbonátových prostředích. | Může připomínat dravit; pro jistotu je potřeba chemie. |
| Elbait | Druh | Průhledný drahokamový turmalín v růžové, zelené, modré, bezbarvé a vícebarevné formě. | Mnoho známých barevných termínů drahokamů jsou často elbaity, ale barva sama o sobě nedokazuje druh. |
| Lidikoatit | Druh | Často vícebarevný, někdy s dramatickým trojúhelníkovým zónováním sektorů. | Může připomínat elbait bez analýzy. |
| Rubelit | Termín barvy | Růžový až červený nebo purpurově červený turmalín. | Není název druhu; inkluze jsou běžné a musí být hodnoceny s ohledem na odolnost. |
| Indikolit | Termín barvy | Modrý až modrozelený turmalín, často silně pleochroický. | Orientace řezu výrazně ovlivňuje, zda kámen vypadá otevřeně nebo příliš tmavě. |
| Verdelit | Termín barvy | Zelený turmalín od žlutozelené po lesní zelenou. | Barva související s chromem nebo vanadem by měla být potvrzena, pokud je uváděna jako chemické tvrzení. |
| Typ Paraíba | Chemický a barvou související obchodní termín | Živý modrý, zelenomodrý nebo modrozelený turmalín obsahující měď. | Identita a původ obsahující měď by neměly být odvozovány pouze z barvy. |
| Vodní meloun | Termín zónování | Obvykle růžové jádro se zeleným okrajem, zejména v řezech. | Popisuje vzor růstu, nikoli druh. |
Péče, manipulace a stabilita
Turmalín je tvrdý a nemá výrazné štěpnosti, ale není imunní vůči prasknutí. Dlouhé krystaly, tenké řezy, inkluzní kameny, opravy a vzorky v matrici vyžadují opatrné zacházení.
- Čištění: stabilní kameny lze obvykle čistit vlažnou vodou, jemným mýdlem a měkkým kartáčkem, poté důkladně vysušit.
- Ultrazvuk a pára – opatrnost: vyhněte se agresivnímu čištění u silně inkluzních, prasklinami vyplněných, opravovaných, povrchově upravených, teplotně citlivých nebo křehkých vzorků.
- Teplo: vyhněte se rychlým změnám teploty a zbytečnému zahřívání. Turmalín může prasknout, popraskat nebo změnit barvu za drsných podmínek.
- Sluneční světlo: mnoho zelených a modrých kamenů je stabilních, ale dlouhodobé intenzivní světlo není vhodné pro některé růžové materiály a upravené nebo inkluzní kameny.
- Uskladnění: turmalín zabalte odděleně od tvrdších drahokamů a chraňte zakončení, žebra a štíhlé hranoly před tlakem na hroty.
- Vzorky: podepřete kusy matrice zespodu a vyhněte se manipulaci s krystalovými hroty nebo křehkými výrůstky.
Pozorování a dokumentace
Turmalín odměňuje pečlivé pozorování. Jeho povrch, barva a optické chování se mění s rotací a osvětlením, takže jediný pohled málokdy řekne celý příběh.
Použijte šikmé, rozptýlené světlo
Nízké boční světlo zdůrazňuje pruhování, lesk a povrchový reliéf. Prosvětlení zezadu může odhalit zónování v průsvitných krystalech a řezech.
Přečtěte pleochroismus
Otočte kámen alespoň ve dvou kolmých polohách. Zaznamenejte, zda se barva otevírá, ztmavuje nebo mění odstín.
Zkontrolujte stav a znaky růstu
Použijte zvětšení k prohlédnutí povrchových trhlin, zahojených trhlin, trubiček, hranic zónování, odštěpků, leštění a možných indikátorů úpravy.
Udržujte názvy přesné
Zaznamenejte, zda je označení potvrzeným druhem, barevným termínem, obchodním termínem nebo tvrzením o lokalitě. Jedná se o různé druhy informací.
Nejlepší popisná praxe: začněte širokou identifikací, například „turmalín“, poté přidejte potvrzený druh, barevný termín, lokalitu, stav úpravy a matrice pouze pokud jsou tyto detaily podloženy.
Často kladené otázky
Je turmalín jeden minerál nebo více?
Turmalín je skupina minerálů. Struktura zůstává rozpoznatelná, ale chemická místa mohou být obsazena různými prvky nebo vakancemi, což vytváří druhy jako schorl, dravit, uvit, elbait, liddicoatit, foitit a další.
Proč se turmalín vyskytuje v tolika barvách?
Jeho struktura může hostit mnoho prvků ovlivňujících barvu, včetně železa, manganu, chromu, vanadu a mědi. Změny chemie růstu mohou také vytvářet dvoubarevné, tříbarevné, sektorově zónované a melounové krystaly.
Co způsobuje silný pleochroismus u turmalínu?
Turmalín absorbuje světlo různě podle krystalografických směrů. Tento směrový absorbční efekt způsobuje, že kámen vypadá tmavší, světlejší nebo s jemně odlišným odstínem při otáčení.
Má turmalín štěpnost?
Turmalín nemá výraznou štěpnost. Láme se nerovně nebo skořepinovitě, což zlepšuje odolnost ve srovnání s kameny se štěpností, ale stále se může odštípnout nebo prasknout při úderu.
Proč může turmalín přitahovat prach nebo popel?
Turmalín je pyroelectricý a piezoelectricý. Změna teploty nebo tlak může vytvořit povrchový náboj, který může přitahovat lehké částice jako prach, chlupy nebo popel.
Je „Paraíba“ termínem pro barvu, chemii nebo lokalitu?
Je nejlepší s ním zacházet opatrně. Materiál typu Paraíba označuje živě modrý až zelený turmalín obsahující měď, přičemž původ je samostatné tvrzení. Samotná barva nestačí k prokázání měděné chemie nebo geografického původu.
Jak by se měl turmalín čistit?
Pro stabilní kusy je obvykle vhodná vlažná voda, jemné mýdlo a měkký kartáček. Vyhněte se páře, ultrazvukovému čištění, agresivním chemikáliím a teplu u inkluzivních, prasklých, vyplněných, opravených nebo křehkých kamenů.