トルマリン:物理的および光学的特性
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物理的および光学的特性
トルマリン:色、構造、電荷の複屈折ホウケイ酸塩グループ
トルマリンは、肋状の三方晶プリズム、非常に広範な化学的変異、強い方向性の色、熱電気および圧電特性で知られる複雑なホウケイ酸塩鉱物グループです。その構造は多くの元素を受け入れるため、1つの鉱物グループで黒いショール、茶色のドラバイト、緑のヴェルデライト、青のインディコライト、ピンクのルベライト、無色のアクロイト、銅含有の青緑色素材、多色のゾーニングを単一結晶内に生み出すことができます。
トルマリンとは
トルマリンは単一の固定組成ではなく鉱物グループです。その一般式は通常XY3Z6(T6O18)(BO3)3V3Wと書かれ、異なる結晶学的サイトにはナトリウム、カルシウム、カリウム、空孔、リチウム、マグネシウム、鉄、マンガン、アルミニウム、クロム、バナジウム、銅、フッ素、酸素、水酸基が入ることがあります。
この柔軟なフレームワークがトルマリンの多様性を説明します。黒いショール、茶色のドラバイト、カルシウム豊富なウバイト、リチウム含有のエルバイト、カルシウム・リチウムのリディコアタイト、空孔の多い種は、同じ広範なトルマリン構造を共有しながら、非常に異なる色、密度、包有物、透明度を示します。
手持ち標本では、トルマリンは通常、細長い肋状プリズム、丸みを帯びた三角形の断面、ガラス光沢、強い方向性の色で認識されます。宝石素材では、カットの向きが特に重要で、多くの石はある方向で暗く、別の方向で明るく見えます。
三方晶系かつ極性
トルマリンは三方晶系で結晶化し、極性のあるc軸を持ち、この構造的特徴は熱電気および圧電特性に関連しています。
多くのサイト、多くの色
その構造は多くの陽イオンと陰イオンを受け入れます。これらの置換が種の同定を制御し、しばしば本体色に影響を与えます。
肋状プリズム
縦方向の条線、三角形の断面、くさび形または多面体の終端は、古典的な視覚的手がかりです。
物理的および光学的仕様
トルマリンはグループであるため、値は種や化学組成によって異なります。以下の範囲は、宝石や標本としてよく見られるほとんどのトルマリンの一般的な作業プロファイルを示しています。
| 特性 | トルマリングループ | 解説 |
|---|---|---|
| 化学分類 | 複雑なホウケイ酸塩環状ケイ酸塩 | トルマリンはシリケートリングとホウ酸塩基を含み、複数の構造サイトが置換に開かれています。 |
| 一般式 | XY3Z6(T6O18)(BO3)3V3W | この式は一つの種のレシピではなく骨格構造です。サイトの占有により種の同定が決まります。 |
| 結晶系 | 三方晶系 | 結晶は一般的に三角形の断面または丸みを帯びた三角形の断面を示します。 |
| 結晶形 | 柱状、円柱状、針状、放射状、塊状、粒状 | 縦方向の条線は最も有用な肉眼的手がかりの一つです。 |
| 色 | 黒、茶、緑、青、ピンク、赤、黄、無色、多色 | 色は均一、縦方向にゾーニング、同心円状ゾーニング、またはセクターゾーニングのいずれかです。 |
| 条痕 | ホワイト | 価値のある標本や仕上げられた宝石には、破壊的なため条痕試験はほとんど適しません。 |
| 光沢 | ガラス光沢、暗色のものは時に樹脂光沢から準金属光沢 | 新しい面や肋状の柱面は明るい線状のハイライトを示すことがあります。 |
| 透明度 | 透明から不透明 | 宝石用エルバイトや一部のリディコーティットは透明ですが、ショールは通常不透明です。 |
| 硬度 | モース硬度7~7.5 | 多くのジュエリー用途に十分な硬さですが、結晶は打撃に対しては依然として脆いです。 |
| 劈開と破断 | 明確な劈開なし;不均一で貝殻状の破断面 | 明確な劈開がないため耐久性は向上しますが、薄い柱状結晶や内包物のある石は欠けやすいです。 |
| 比重 | およそ2.95~3.30 | 鉄やマグネシウムを多く含む種は、リチウムを多く含む宝石トルマリンよりも一般的に重いです。 |
| 光学的性質 | 通常は単軸負 | ひずみやゾーニングにより、時に異常な光学特性が現れることがあります。 |
| 屈折率 | nω 約1.62~1.68;nε 約1.61~1.65 | 正確な値は化学組成によって異なり、鉄やマグネシウムの含有量が高いと屈折率が上がることがあります。 |
| 複屈折 | 一般的に約0.014~0.032 | 中程度の複屈折がトルマリンの診断的な光学特性に寄与しています。 |
| 多色性 | 中程度から非常に強い | 青色や緑色の石は、見る方向によって劇的な違いを示すことが多いです。 |
| 蛍光性 | 変動あり;多くの石は不活性 | マンガンを多く含むピンクから赤の石は蛍光を示すことがありますが、蛍光は主な診断特徴ではありません。 |
| 電気的特性 | 熱電性および圧電性 | 温度変化や圧力により、光子を引き寄せる表面電荷が発生することがあります。 |
| 化学的安定性 | 通常の使用や展示では安定しています | 内包物のあるものや壊れやすいものには、強い化学薬品、急激な温度変化、強力な洗浄を避けてください。 |
光学的特性:複屈折と方向性の色
トルマリンは複屈折で有名です。同じ結晶でも、見る方向によって色の深さや色調が異なります。多くの緑色や青色の石では、c軸に平行な方向からの見え方が、それに直交する方向よりもかなり暗くなります。
この方向性の吸収は、識別とカットの両方に重要です。濃い緑色や青色の結晶は、最も暗い方向を避けるように表面を向ける必要があるかもしれませんが、淡い結晶は色を強調する方向に向けることで効果的です。カッターは単に石を形作るだけでなく、どの光学的方向が見える面になるかを選んでいます。
歴史的に、トルマリンは強い吸収性を持つ薄い板が偏光フィルターとして機能するため科学的にも重要でした。その光学的挙動は、結晶を回転させると深い色から明るい色に変わるように見える同じ異方性吸収に基づいています。
光学の読み方
- 石を回転させる:色の深さの強い変化はトルマリン、特に緑や青の素材で有用な手がかりです。
- 側面光を使う:斜めの照明は縞模様や表面の凹凸を明らかにし、飽和度を損なわずに見せます。
- c軸を確認する:結晶の長さ方向は飽和した石で最も暗い観察方向であることが多いです。
- ゾーニングを観察する:二色石やウォーターメロン石は縦方向と同心円状の成長ゾーンの両方を示すことがあります。
色の化学:なぜトルマリンはスペクトルを持つのか
トルマリンの色の範囲は化学的置換の可視的な結果です。異なるイオンが異なる構造部位を占め、成長流体の変化により同じ結晶内で突然または徐々に色が変わることがあります。
緑、青、茶色、黒
鉄は多くの緑、青緑、青、茶色、黒のトルマリンに中心的な役割を果たします。鉄が豊富だと暗いショール結晶を生み、結晶を強く吸収性にします。
ピンクから赤
マンガンはルベライトなどのピンク、赤、紫がかった赤のトルマリン色に強く関連しています。一部の素材は放射線照射や熱処理の影響を受けることがあります。
鮮やかな緑色
クロムまたはバナジウムを含むトルマリンは、良質なものではエメラルドのような飽和した緑色を示すことがあります。
青緑の強さ
銅を含むトルマリンは、しばしばマンガンを伴い、鮮やかな青、青緑、青緑色を示します。その説明が価値に影響する場合は化学的確認が重要です。
色に記された成長
同心円状、縦方向、セクターゾーニングは結晶成長中の変化する条件を記録しています。ウォーターメロントルマリンが最もよく知られた例です。
一般的に耐久性のある色
多くの緑色や青色の石は通常の光の下で安定しています。ピンク色のものは長時間の強い光や激しい熱に敏感な場合があるため、慎重な取り扱いが望ましいです。
結晶の形態と表面の質感
トルマリンは一般的に強い垂直方向の縞模様を持つ長い柱状体として成長します。これらのリブは細かく絹のようであったり、結晶に建築的な外観を与えるほど深いこともあります。終端は平ら、くさび形、非対称、または複数の三角形や菱面体の面で構成されることがあります。
リブ付き柱状体
クラシックなトルマリンの形状は、c軸に平行な溝があり、丸みを帯びた三角形の断面を持つ細長い柱状体です。
カラー断面図
研磨されたスライスは、外側からはわかりにくいピンクの芯、緑の縁、三角形のセクター、またはターゲットのような模様を明らかにすることがあります。
スプレー状およびキャッツアイ素材
細かい平行管状、針状、成長チャネルは、適切な方向にカットするとキャッツアイ効果を生み出すことがあります。
ペグマタイトおよび変成岩の組織
トルマリンは粒状集合体、石英や長石中のスプレー状、または雲母、大理石、スカルン鉱物群に埋まった結晶として現れることがあります。
- ペグマタイトの関連:石英、マイクロクリンまたは正長石、アルバイト、クリーブランド石、レピドライト、白雲母、アパタイト、ベリルが宝石トルマリンと共に見られることがあります。
- 変成岩の関連:ドラバイトとウバイトは大理石、片麻岩、片岩、方解石、ジオプサイド、スピネル、マグネシウム豊富な鉱物群と共に現れることがあります。
- 暗色トルマリンの関連:ショールは花崗岩、花崗岩質ペグマタイト、グライゼン、石英脈、変成岩に一般的です。
識別と類似鉱物
トルマリンはしばしば識別可能ですが、正確な種の特定には化学分析が必要な場合があります。視覚的識別は形状、硬度、多色性、屈折率、密度、母岩の文脈を組み合わせるべきです。
| 確認または比較 | トルマリンの手がかり | なぜ役立つのか |
|---|---|---|
| 縦方向の条線 | 肋は通常、柱の長さに沿って走ります。 | 深い縦方向の条線がトルマリンを多くの滑らかな柱状宝石と区別します。 |
| 断面 | 三角形から丸みを帯びた三角形の形状が一般的です。 | ベリルは六角形ですが、トルマリンはしばしば三角形または丸みを帯びた三角形に見えます。 |
| 硬度 | モース硬度7~7.5。 | 多くの角閃石や暗色ケイ酸塩より硬いですが、価値のある石にはスクラッチテストは避けるべきです。 |
| 劈開 | 明確な劈開はありません。 | トパーズは完全な基底面劈開を持ち、多くの角閃石や輝石はより明瞭な劈開破断を示します。 |
| 多色性 | 多色性は中程度から非常に強いことが多いです。 | スピネルは単屈折で多色性がなく、ベリルは通常より弱い方向性の色を示します。 |
| 比重 | 一般的に約3.0で、種によって異なります。 | 場合によっては、トルマリンをより軽いベリルやより重いコランダムやトパーズと区別するのに役立ちます。 |
| 高度な検査 | 屈折率、干渉図、分光法、ラマン、または化学分析。 | 種の確実な区別や銅含有、クロム/バナジウム含有の主張に必要です。 |
種、色の用語とその意味
トルマリンの名称は種の化学組成または見た目の色を表すことがあります。これらのカテゴリーを分けて考えることで精度が向上します。
| 名前 | 用語の種類 | 典型的な外観 | 重要な注意点 |
|---|---|---|---|
| ショール | 種 | 黒色から青黒色で、通常は不透明、強い肋状の柱状結晶。 | 一般にブラックトルマリンと呼ばれますが、関連する暗色トルマリンも存在します。 |
| ドラバイト | 種 | 茶色、蜂蜜色、緑がかった茶色、または時に鮮やかな緑色。 | マグネシウムを多く含む化学組成;種の確定には化学的検査が必要なことが多いです。 |
| ウバイト | 種 | 緑色、茶色、暗色、または短い光沢のある結晶で、しばしば炭酸塩鉱床に見られます。 | ドラバイトに似ることがあるが、確信には化学分析が必要。 |
| エルバイト | 種 | ピンク、緑、青、無色、多色の透明な宝石トルマリン。 | 多くのよく知られた宝石の色用語はエルバイトであることが多いが、色だけで種を証明することはできない。 |
| リディコアタイト | 種 | しばしば多色で、劇的な三角形のセクターゾーニングを持つことがある。 | 分析なしではエルバイトに似ることがある。 |
| ルベライト | 色の用語 | ピンクから赤または紫がかった赤のトルマリン。 | 種名ではない。内包物が多く、耐久性を考慮して評価する必要がある。 |
| インディコライト | 色の用語 | 青から青緑色のトルマリンで、しばしば強い複屈折を示す。 | カットの向きが石の明るさや暗さに大きく影響する。 |
| ヴェルデライト | 色の用語 | 黄緑から森林緑までの緑色トルマリン。 | クロムまたはバナジウムに関連する色は化学的主張として述べられる場合、確認が必要。 |
| パライバタイプ | 化学と色に関連する商業用語 | 鮮やかな青、緑がかった青、または青緑色の銅含有トルマリン。 | 銅含有の同定や産地は色だけで推測すべきではない。 |
| スイカ | ゾーニング用語 | 特にスライスで、一般的にピンクの中心に緑の縁がある。 | 種ではなく成長パターンを示す。 |
ケア、取り扱い、安定性
トルマリンは硬度が高く明確な劈開はないが、割れに対して無敵ではない。長い結晶、薄いスライス、内包物のある宝石、修復品、基盤標本は慎重に扱う必要がある。
- 洗浄:安定した石は通常、ぬるま湯、弱い石鹸、柔らかいブラシで洗い、その後よく乾かすことができる。
- 超音波・スチーム注意:内包物が多い、割れ目が埋まっている、修復済み、コーティングされている、熱に敏感、または繊細な標本には強力な洗浄は避ける。
- 熱:急激な温度変化や不必要な加熱は避ける。トルマリンは過酷な条件下で割れたり、ひび割れたり、色が変わることがある。
- 日光:多くの緑色や青色の石は安定しているが、長時間の強い光は一部のピンク色の石や処理・内包物のある石には避けるべきである。
- 保管:トルマリンは硬い宝石とは別に包み、結晶の先端、リブ、細長い柱状部分を点圧から保護する。
- 標本:基盤の部分を支え、結晶の先端や壊れやすい群生部分は触らないようにする。
観察と記録
トルマリンは注意深い観察に報いる。表面、色、光学的挙動は回転や照明によって変わるため、一つの視点だけでは全体像を把握できないことが多い。
斜めの拡散光を使用する
低い側面光は条線、光沢、表面の浮き彫りを強調する。透過性のある結晶やスライスでは逆光がゾーニングを明らかにすることがある。
複屈折を読む
石を少なくとも二つの直交する方向に回転させる。色が明るくなるか、暗くなるか、色調が変わるかを記録する。
状態と成長特徴を確認する
拡大鏡を使って、表面に達するひび割れ、修復された裂け目、管状構造、ゾーニング境界、欠け、研磨、処理の可能性を示す指標を調べてください。
名称は正確に保つ
ラベルが確認された種、色名、商標用語、産地の主張のいずれかであるかを記録してください。これらは異なる種類の情報です。
最良の記述方法:「トルマリン」のような広い分類から始め、確認された種、色名、産地、処理状況、母岩はそれらの詳細が裏付けられている場合のみ追加してください。
よくある質問
トルマリンは一つの鉱物ですか、それとも多くの鉱物ですか?
トルマリンは鉱物群です。構造は認識可能なままですが、化学的な位置に異なる元素や空孔が入り、ショール、ドラバイト、ウバイト、エルバイト、リディコータイト、フォイタイトなどの種が生まれます。
なぜトルマリンは多くの色を持つのですか?
その構造は鉄、マンガン、クロム、バナジウム、銅など多くの色に影響を与える元素を含むことができます。成長時の化学組成の変化により、二色性、三色性、セクターゾーニング、スイカ状の結晶も生じます。
トルマリンの強い複屈折は何が原因ですか?
トルマリンは結晶学的な方向によって光の吸収が異なります。この方向性の吸収により、石を回転させると暗く見えたり、明るく見えたり、微妙に色調が変わって見えます。
トルマリンに劈開はありますか?
トルマリンには明確な劈開がありません。不均一または貝殻状に割れるため、劈開のある石に比べて耐久性は向上しますが、衝撃を受けると欠けたり割れたりすることがあります。
なぜトルマリンはほこりや灰を引き寄せるのですか?
トルマリンは熱電性および圧電性を持ちます。温度変化や圧力により表面に電荷が生じ、ほこり、糸くず、灰などの軽い粒子を引き寄せることがあります。
「パライバ」は色、化学組成、または産地の用語ですか?
慎重に扱うのが最善です。パライバタイプの素材は鮮やかな青から緑の銅を含むトルマリンを指し、産地は別の主張です。色だけでは銅を含む化学組成や地理的産地を証明するには不十分です。
トルマリンはどのように洗浄すべきですか?
安定した石の場合は、ぬるま湯、やさしい石鹸、柔らかいブラシが通常適しています。内包物がある、ひび割れがある、充填や修復がされている、または繊細な石には、スチーム、超音波洗浄、強い薬品、熱は避けてください。