Рубин и сапфир — родные братья

Рубин хранит красный цвет спелой малины; сапфир — глубину вечернего неба. Но под этими именами скрывается один минерал: корунд, Al₂O₃. Его чистая кристаллическая решётка бесцветна. Разницу создают следовые примеси и электронные состояния, которые позволяют кристаллу избирательно поглощать свет.

Красную разновидность корунда называют рубином. Сапфировое семейство охватывает остальные цвета: от бесцветного и розового до золотистого, зелёного, лилового и синего. Если перед словом «сапфир» цвет не назван, обычно имеют в виду синий камень. Родство не делает их одинаковыми: различаются механизмы окраски и то, как цвет откликается на свет.

Ион хрома Cr³⁺ может занять место иона алюминия Al³⁺ в решётке. Если при прочих равных таких окрашивающих ионов становится больше, розовый цвет углубляется. Нежный румянец набирает малиновую силу, затем переходит в густой красный. Хром способен и флуоресцировать: возвращать часть поглощённой энергии в виде красного свечения. Железо может подавлять это свечение, поэтому два рубина с похожей основной окраской порой выглядят по-разному.

На этой границе минерал не меняется и новый металл не появляется. Меняется название цветовой разновидности. Универсального содержания хрома, которое само по себе отделяло бы рубин от розового сапфира, нет: важны видимый цвет, распределение окраски и огранка. SSEF сравнивает камни с эталонами; GIA требует, чтобы красный был доминирующим цветовым тоном. Поэтому насыщенность, светлота и собственно тон нужно рассматривать вместе. ·

Синий не получается простым уменьшением хрома. Главный синий механизм связан с соседними ионами Fe²⁺–Ti⁴⁺. Такая пара поглощает свет иначе, чем каждый её участник по отдельности; механизм обычно описывают как межвалентный перенос заряда. Когда активных пар больше, при неизменном пути света синяя окраска становится глубже.

Поэтому химическая строка «железо и титан присутствуют» ещё не равна готовому рецепту цвета. Имеют значение заряд ионов и то, с кем они связаны. Магний и кремний тоже участвуют в балансе зарядов, даже когда сами не создают заметной полосы поглощения видимого света. Часть титана может оказаться занята компенсацией других примесей и не участвовать в синем центре.

У жёлтого сапфира может быть несколько причин окраски. Fe³⁺ даёт один вклад; гораздо более сильным поглотителем бывает связанная с железом захваченная дырка h•–Fe³⁺. Электронная дырка — это недостающий электрон в электронной структуре, способный участвовать в поглощении. Поэтому нельзя приписать каждому жёлтому сапфиру единственный «жёлтый металл» или по насыщенности сразу вычислить его содержание. Спектроскопия позволяет разделить эти причины.

Когда розовое встречается с оранжевым, цвет напоминает лепесток лотоса или абрикосовый свет заката. Название падпараджа относится к определённой пастельной розово-оранжевой — оранжево-розовой гамме. Оно описывает впечатление от цвета, а не один обязательный химический рецепт. SSEF определяет эту разновидность через сочетание оттенков и насыщенность; одного похожего экранного образца для такого заключения недостаточно.

У части жёлтых и розово-оранжевых сапфиров центры окраски могут обратимо активироваться и ослабевать под действием света. Это обратимый фотохромизм, или тенебресценция. Он отличается от обычной перемены оттенка при переходе от дневного света к лампе: здесь меняется само состояние цветового центра. Для таких камней лаборатории исследуют устойчивость цвета.

Корунд оптически анизотропен: поглощение зависит от направления поляризации света относительно оси кристалла. Ванадиевые сапфиры особенно наглядны: в дневном свете возможны прохладные серо-синие и зеленоватые тона, а при свете лампы — пурпурные. Не всякая перемена оттенка означает редкий эффект смены цвета; важны её выраженность и условия наблюдения. В схеме это можно увидеть на примере «Ванадиевый», меняя освещение и направление взгляда.