De kleur der edelstenen een complex probleem | NL

In de mineralogie wordt de kleur van stenen meestal volgens 3 typen ingedeeld : idiochromatisch, allochromatisch en pseudochromatisch.
 
- Met "idiochromatisch" wordt bedoeld, dat de eigen kleur van de steen wordt veroorzaakt door het hoofdelement van zijn chemische samenstelling. Voorbeeld : koper in malachiet, ijzer in almandien (granaat). In zuivere toestand is almandien rood, wat te wijten is aan tweewaardig ijzer Fe2+. Bij omzetting van metaalonzuiverheden, zoals driewaardig ijzer Fe3+ zou deze granaat echter zwart zijn ,
 
- "Allochromatisch "betekent "andere kleuren". Allochromatische edelstenen zijn in zuivere toestand kleurloos en de "toevallige" aanwezigheid van sporenelementen (titaan, chroom, ijzer, nikkel, vanadium, mangaan, kobalt en koper) zorgt voor een verbazingwekkend aantal kleurvariëteiten.
 
De meeste edelstenen zijn allochromatisch. Robijnen (Korund) hebben in zuivere toestand geen uitgesproken kleur. De kleurende stof is hier een zeer kleine hoeveelheid ,"toevallig" aanwezige chroomonzuiverheden. Het chroomoxide Cr2 O3 vervangt een klein deeltje aluminiumoxide. De intensiteit van de rode kleur hangt dan ook af van het percentage chroom. Rijk rood met een donkere karmijnnuance vormt de befaamde "duivenbloedkleur". Zij wordt veroorzaakt door 1 % chroomoxide.
 
Oranje kleurnuances in bepaalde robijnen zijn een gevolg van het feit dat de oxidetoestand van het chroom is gewijzigd doordat driewaardig chroom door vierwaardig chroom is vervangen. Andere nuances die in Thaïse robijnen voorkomen zijn bruinrood of violetrood, respectievelijk veroorzaakt door sporen ijzer en vanadium.
 
De kleur van mineralen wordt door verscheidene factoren beïnvloed : de valentie van de onzuiverheden, de geometrie van de kristalvorm, de invloed van de onzuiverheidsconcentratie. Bovendien mag men niet vergeten dat chroom in tal van mineralen heel andere kleuren veroorzaakt, zoals bv in smaragd. Denken we verder maar aan de allochromatische kleuring van groen kwarts door ingesloten ijzer.
 
- "Pseudochromatisch" betekent "valse kleur". Hierbij wordt de kleur veroorzaakt door fysische verschijnselen, zoals lichtbreking in SiO2 en H2O opaal en de lichtstrooiing in maanstenen.
 
Selectieve kleurabsorptie
Wit licht valt door een mineraal; een deel van het teruggekaatste spectrum veroorzaakt de kleur van het mineraal. Het door de steen geabsorbeerde licht, dat niet kan worden gezien, kan met de spectroscoop worden ontdekt. Eén enkel element, bv. chroom, kan tal van kleuren doen ontstaan. Rood in robijnen, groen in smaragden. Een robijn absorbeert violet en groen licht en weerkaatst rood licht. Een smaragd daarentegen absorbeert violet en rood en weerkaatst groen. Het elektrisch veld rond de chroomionen is bij smaragd zwakker dan bij robijn. Dit veroorzaakt een verschuiving van de absorptieband.
 
Dichroïsme
Dit verschijnsel oefent een aanzienlijke invloed uit op de kleurnuances van éénfasige en tweefasige anisotrope stenen, de stenen met dubbelbreking (robijn, saffier, smaragd). In isotropische stenen (diamant, granaat) blijft de hoeveelheid niet geabsorbeerd licht, dat dus de kleur veroorzaakt, altijd gelijk, ongeacht de richting van waaruit men de steen bekijkt.
 
Bij een dubbelbrekende steen varieert de lichtabsorptie al naargelang van de invalsrichting van de lichtstraal. Deze variatie wordt pleochroïsme genoemd (dichroïsme voor éénassige edelstenen en pleochroïsme voor tweeassige stenen). De kleur van een robijn of een saffier wordt bepaald door hem loodrecht op de tafel te bekijken, en niet vanuit een andere richting.
 
Het komt er dus op neer, dat de kleuren van idiochromatische en allochromatische stenen veroorzaakt worden door overgang van elementen volgens de theorie van het kristal veld, één van de vier bestaande kleurtheorieën.
 
De drie andere zijn : de theorie van de molecuulbanen, de bandentheorie en de opto-fysische theorie.
 
De meest klassieke toepassing van de theorie der molecuulbanen vindt men bij de diepblauwe kleur van de saffier, te wijten aan ijzer en titanium. Het tweewaardige ijzer dat verantwoordelijk is voor de blauwe kleur (de dosis varieert tussen 0,01 en 1 %) bepaalt de intensiteit van de kleur; het vierwaardige titanium zorgt voor de subtiele nuances van de 3 hoogst gewaardeerde kleuren blauw : korenbloemblauw, koningsblauw en marineblauw. Ijzer en titanium nemen in kristalrooster van de saffier de plaats van aluminium in.
 
Als er een elektron van een ijzeratoom op een titaniumatoom overgaat, waardoor het tweewaardige ijzer driewaardig en het vierwaardige titanium eveneens driewaardig wordt, komt een energie vrij van 2 elektronvolt ( de eenheid van energie van de lichtgolf die wordt veroorzaakt door een elektron als het door een potentiaalverschil van één volt wordt versneld). Deze overgangen (transities) veroorzaken een brede absorptieband die van het gele deel van het spectrum tot het rood reikt, zodat de saffier een uitgesproken blauwe kleur krijgt.
 
De bandentheorie is van toepassing op chemische stoffen met gemiddeld vier elektronen per atoom. Tussen de atomen bestaan covalente bindingen, de elektronen behoren dus tot twee of meer atomen, in tegenstelling tot het exclusieve karakter van elektronen bij ionbinding.
 
Het klassieke voorbeeld is hier diamant zonder onzuiverheden. Diamant is immers een halfgeleider met een grote sperlaag van 5,4 elektronvolt waardoor absorptie van zichtbaar licht onmogelijk wordt. Zuivere diamant zou daardoor kleurloos zijn.
 
Dispersie (het 'vuur' van de diamant), diffusie (maansteen), interferentie (geïriseerd kwarts) en diffractie (opaal) zijn daarbij de actieve fysische verschijnselen. Precies door het complexe karakter van de kleur van edelstenen menen wij te kunnen besluiten, dat de meest doeltreffende manier om de kleur in een bepaalde schaal te rangschikken erin bestaat, de stenen te vergelijken met zogenaamde "master-stones". Zoals we weten berust de classificatie van de gele diamant van de 'cape' reeks op de geelverzadiging, waarbij wordt gerangschikt van kleurloos tot intens geel. Deze methode wordt over de hele wereld in laboratoria toegepast niet tegenstaande dat de nieuwe generaties van calorimeters steeds beter worden. (Deze methode is echter niet van toepassing voor fantasiediamant - blauw, groen, rood en voor de bruine reeks van kleurloos tot kastanjebruin).
 
In de vaktaal bedoelt men met onzuiverheden atomen en ionen van een ander element. We bewegen ons hier dus op atomair niveau; onzuiverheden zijn dus niet optisch waar te nemen. Mineralogen omschrijven onzuiverheden met behulp van het isomorfieverschijnsel, een fenomeen waar we hier niet over zullen uitwijden. Insluitsels zijn met het blote oog of met de microscoop zichtbare foutjes die de homogeniteit van de steen aantasten. Dit kunnen stukjes van een ander mineraal .zijn die tijdens de groei van het kristal zijn ingesloten (voorbeeld: "zirkoon" in saffier uit Sri Lanka, pyrietkristallen in smaragden uit Columbia) ... Columbiaanse smaragden vertonen ook de twee andere soorten insluitsels : vloeibare en gasvormige.