Zašto dijamant ima boju

Idealizirana dijamantna rešetka građena samo od pravilno raspoređenih atoma ugljika vrlo slabo apsorbira vidljivu svjetlost. Stvarni dijamanti, međutim, nisu idealni kristali.

U njima se mogu nalaziti:

• atomske primjese;
• praznine u rešetki;
• složeni defekti;
• plastična deformacija;
• rastne zone;
• mineralne i druge inkluzije.

Upravo ti poremećaji stvaraju velik dio boja koje vidimo.

Najvažnija ideja ovoga poglavlja glasi:

Boja dijamanta nije jedan podatak. Ona je optički rezultat strukture, defekata, njihova prostornog rasporeda i putovanja svjetlosti kroz kamen.

Selektivna apsorpcija

Bijela svjetlost sadrži širok raspon vidljivih valnih duljina. Ako dijamant neke dijelove spektra apsorbira jače od drugih, svjetlost koja izađe iz kamena više nema isti spektralni sastav.

Oko i mozak taj promijenjeni spektar doživljavaju kao boju.

Zato boja nije „pigment” koji leži u dijamantu. Ona nastaje iz odnosa između:

• apsorpcije;
• transmisije;
• raspršenja;
• luminescencije;
• geometrije kamena;
• izvora svjetlosti;
• ljudskoga vida.

[VIZUAL 32.1: Bijela svjetlost ulazi u dijamant; selektivna apsorpcija mijenja spektar koji izlazi iz kamena]

Energijski procjep i optički centri

Dijamant ima širok energijski procjep. U savršenoj rešetki vidljivi fotoni uglavnom nemaju odgovarajuću energiju za snažnu elektronsku apsorpciju.

Defekti mogu uvesti nova energetska stanja unutar toga procjepa. Takvo mjesto može djelovati kao optički centar ili centar boje.

Centar boje može biti povezan s:

• jednim atomom primjese;
• više povezanih atoma;
• atomom i prazninom;
• skupinom praznina;
• deformiranom rešetkom.

Jedan dijamant može sadržavati više centara istodobno. Njegova opažena boja zato može biti zbroj više apsorpcijskih sustava.

Dušik: najčešća primjesa prirodnoga gem-dijamanta

Dušik je najvažnija atomska primjesa u velikom dijelu prirodnih dijamanata, ali njegova prisutnost sama po sebi ne znači da će kamen biti žut.

Presudna je konfiguracija dušika.

Izolirani supstitucijski dušik, odnosno C-centar povezan s tipom Ib, vrlo učinkovito apsorbira plavi dio vidljivoga spektra i može dati snažnu žutu ili narančastožutu boju.

U drugim dijamantima dušik je tijekom geološkoga vremena agregirao u parove i složenije skupine. Neki agregati sami ne daju vidljivu boju, dok složeniji defekti poput N3 i H3 mogu snažno sudjelovati u žutim, zelenkastim ili narančastim pojavama.

Zato je pogrešno pojednostavljenje:

„više dušika = žući dijamant”.

Bitni su konfiguracija, koncentracija, drugi defekti i optički put.

Bor i plava boja

Bor može zamijeniti mali broj atoma ugljika i uvesti elektronska stanja karakteristična za dijamante tipa IIb.

U mnogim prirodnim plavim dijamantima bor je glavni uzrok plave do sivoplave boje, a povezan je i s električnom vodljivošću koja nije tipična za većinu dijamanata.

Ali plavo nije sinonim za bor. Plave, sive i violet pojave mogu imati i druge uzroke, što se detaljno obrađuje u poglavlju 36.

Praznine i centri povezani s prazninama

Ako atom ugljika nedostaje iz rešetke, nastaje praznina. Praznine se mogu povezivati s drugim atomima i stvarati optički aktivne centre.

Primjeri uključuju:

• GR1 — neutralnu prazninu, važnu u mnogim ozračenim zelenim dijamantima;
• H3 — dva dušikova atoma uz prazninu;
• H4 — složeniji nitrogen-vacancy sklop;
• NV⁰ i NV⁻ — nitrogen-vacancy centre, važne u nekim ružičastim i crvenim dijamantima te u brojnim tretiranim i laboratorijski uzgojenim primjerima.

Naziv centra nije isto što i dokaz njegove geološke povijesti.

Plastična deformacija

Dijamant je vrlo tvrd, ali pri odgovarajućem tlaku i temperaturi njegova se rešetka može plastično deformirati bez makroskopskoga loma.

Takva deformacija može proizvesti:

• dislokacije;
• klizne zone;
• obojene lamele;
• skupine strukturnih defekata.

S plastičnom deformacijom povezane su dvije izrazito važne skupine boje:

• česta smeđa boja;
• velika većina prirodnih ružičastih, crvenih i dijela purple dijamanata.

Kod smeđih dijamanata skupine praznina smatraju se važnim uzrokom široke apsorpcije. Kod ružičastih i crvenih dijamanata presudna je široka vrpca oko 550 nm, ali njezina točna atomska struktura još nije konačno identificirana.

[VIZUAL 32.2: Plastična deformacija — dislokacije, obojene lamele i različiti optički učinci smeđega i ružičastoga sustava]

Prirodno zračenje i zelena boja

Visokoenergetsko zračenje može izbaciti atom ugljika iz njegova položaja i stvoriti prazninu. Prirodno se to može dogoditi tijekom dugotrajnog boravka dijamanta uz radioaktivne minerale ili fluide u geološkom okolišu.

Ako je učinak ograničen na površinu, rough može imati zelene mrlje ili tanku obojenu zonu. Ako je zračenje prodrlo dublje, boja može zahvatiti veći volumen.

Isti osnovni tip strukturnoga oštećenja može se proizvesti i umjetnim zračenjem. Zato prisutnost GR1 centra ili zelene boje sama ne dokazuje prirodnost boje.

Crni i bijeli izgled nisu jednostavni „centri boje”

Neki dijamanti izgledaju crno zato što velik broj tamnih uklopa, pukotina ili drugih struktura apsorbira i raspršuje svjetlost toliko snažno da kamen postaje neproziran ili gotovo neproziran.

Kod polikristalnih agregata dodatnu ulogu imaju brojne granice zrna i poroznost.

Bijeli ili mliječni dijamanti mogu izgledati svijetlo zbog intenzivnoga raspršenja, primjerice na brojnim sitnim inkluzijama ili strukturnim nepravilnostima.

To je važno razlikovati od selektivne apsorpcije koja stvara klasičnu kromatsku boju.

Tjelesna boja nije fluorescencija

Tjelesna boja opaža se dok je kamen osvijetljen. Fluorescencija je emisija svjetlosti tijekom pobuđivanja odgovarajućim izvorom, a fosforescencija može trajati i nakon prestanka pobude.

Isti defekt može sudjelovati i u apsorpciji i u emisiji, ali ta dva fenomena nisu ista.

Dijamant može biti žut i fluorescirati plavo. Može biti plav i fosforescirati drugom bojom. Može imati jaku fluorescenciju bez promjene službenoga body-color gradea.

Osnovna luminescencija obrađena je u poglavlju 30; detaljna instrumentalna analiza pripada Dijelu IX.

Boja je prostorna

Defekti nisu uvijek ravnomjerno raspoređeni.

Boja može biti koncentrirana u:

• rastnim zonama;
• deformacijskim lamelama;
• površinskim radijacijskim mrljama;
• lokalnim sektorima;
• područjima bogatim sitnim inkluzijama.

Zato spektar dobiven kroz jedan optički put ne mora predstavljati cijeli volumen kamena.

Kod brušenoga dijamanta fasete dodatno umnožavaju optičke putove. Mala obojena zona može se refleksijama pokazivati na više mjesta, dok druga zona može biti gotovo skrivena.

[VIZUAL 32.3: Rastno zoniranje, deformacijske lamele i površinske radijacijske mrlje kao tri različite prostorne raspodjele boje]

Isti centar ne znači ista povijest

Jedan od najvažnijih principa identifikacije jest da isti centar boje može postojati u više konteksta.

NV centri mogu biti prirodni, proizvedeni tretmanom ili razvijeni u laboratory-grown materijalu. GR1 može biti posljedica prirodnoga ili umjetnoga zračenja. Bor može biti ugrađen tijekom prirodnoga ili laboratorijskoga rasta.

Zato tvrdnja:

„otkriven je određeni centar”

nije jednaka tvrdnji:

„dokazano je prirodno podrijetlo boje”.

Za drugi zaključak treba kombinirati više neovisnih opažanja, uključujući prostornu raspodjelu defekata, tip dijamanta, rastne obrasce, spektroskopiju i druge laboratorijske pokazatelje.

[VIZUAL 32.4: Isti centar boje u prirodnom, tretiranom i laboratorijski uzgojenom kontekstu; za zaključak je potreban skup dokaza]

Od fizike prema gradiranju

Fizika objašnjava zašto kamen apsorbira svjetlost. Grading opisuje kako taj kamen izgleda u standardiziranom postupku.

To nisu isti zadaci.

Spektroskopija može pokazati 550 nm vrpcu. Grading može opisati kamen kao Fancy Intense purplish pink. Jedno je fizički mehanizam, drugo standardizirani opis opaženoga izgleda.

Poglavlje 33 zato prelazi iz atomske razine u sustav kojim se fancy-color izgled formalno opisuje.

Sažetak poglavlja

• Boja dijamanta nastaje zbog selektivne apsorpcije, transmisije, raspršenja i ponekad luminescencije.
• Optički centri uvode energetska stanja koja idealna dijamantna rešetka nema.
• Dušik je česta primjesa, ali njegova konfiguracija određuje optički učinak.
• Izolirani dušik, N3, H3 i drugi nitrogen-related centri mogu stvarati različite žute i narančaste pojave.
• Bor je važan uzrok plave boje u dijamantima tipa IIb, ali nije jedini mogući uzrok plavoga ili sivoplavoga izgleda.
• Praznine i vacancy-related centri važni su za zelenu, ružičastu i druge boje.
• Plastična deformacija ključna je za velik dio smeđih i prirodnih ružičastih/crvenih dijamanata.
• Točna atomska struktura najčešćega 550 nm pink centra još nije konačno riješena.
• Crni i bijeli izgled često uključuju apsorpciju i raspršenje na uklopima, pukotinama ili brojnim sitnim strukturama.
• Tjelesna boja, fluorescencija i fosforescencija nisu ista svojstva.
• Boja može biti snažno zonirana i zato prostorni kontekst mjerenja ima značenje.
• Isti optički centar može postojati u prirodnom, tretiranom i laboratory-grown dijamantu.
• Spektroskopsko otkrivanje centra nije samo po sebi dokaz natural color statusa.

---