Các đặc điểm, tính chất của đá ngọc

Các đặc điểm bên trong của đá ngọc

Hầu hết các khoáng vật là đá ngọc đều được sinh thành trong các quá trình hoạt động địa chất (magma, trầm tích, biến chất). Vì vây chúng đều có các đặc điểm bên trong xác định chất lượng viên đá.

Hiện tượng phân đới của đá ngọc

Khi đá được hình thành trong môi trường sinh trưởng không đồng nhất sẽ tạo nên các đới khác nhau về tính chất vật Ịý và hoá học.

Phân đới trong tourmalin tự nhiên

Các vết trên bề mặt đá ngọc

Bề mặt của viên đá ngọc không hoàn toàn bằng phẳng, mà thường có các vết khía, vết hằn, hoa văn khác nhau. Nguyên nhân tạo nên các hiện tượng này là do đặc điểm cấu trúc của mạng tinh thể và do ảnh hưởng của môi trường sinh thành ra chúng.

Bao thể

Bao thể là các vật thể ngoại lai bị tinh thể bao lấy trong quá trình hình thành và tồn tại tinh thể. Theo trạng thái vật Ịý có các loại bao thể sau: rắn, lỏng, khí và hỗn hợp. Theo thời gian thành tạo có bao thể tiền sinh (sinh trước), đồng sinh (sinh cùng) và bao thể hậu sinh (sinh sau).

Việc nghiên cứu, xác định các đặc điểm bên trong cùa đá ngọc rất quan trọng, giúp ta có thể biết được nguồn gốc viên đá ngọc, phân biệt các đá ngọc ở các vùng khác nhau và đặc biệt là phân biệt được ngọc tự nhiên hạy đã xử Ịý, ngọc thật hạy ngọc giả,..

Các tinh chất cơ lý của đá ngọc

Đá ngọc có các tính chất vật Ịý nhất định giúp ta nhận biết được các loại đá ngọc với nhau và đá thật với đá giả.

Độ cứng đá ngọc

Độ cứng là thuộc tính căn bản của các loại vật liệu, phản ánh tính bền vững khi bị tác động lực lên bề mặt của chúng. Trong nghiên cứu đá ngọc, độ cứng thường là thông số ban đầu để xác định tên đá ngọc ngoài thực địa. Có hai cách phân loại độ cứng của đá ngọc : Độ cứng tương đối (Thang Mohs hay relative hardness) và độ cứng tụyệt đối (Tính bằng kg/mm2 hay absolute hardness).

Nhà khoáng vật người Áo tên là Friedrich Mohs (1773-1839) đã đề xuất bảng xác định độ cứng tương đối của khoáng vật và đá, xếp từ 1 đến 10, bằng cách dùng những khoáng vật, đá và những vật có độ cứng đã xác định có trong tự nhiên để vạch lên bề mặt của đá. Đá mềm hơn sẽ bị đá cứng hơn làm cho trầy xước để lại vết vạch trên bề mặt. Nhờ đó, có thể xác định tên của đá ngọc nhanh chóng khi vạch trên đá. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý trong một số trường hợp độ cứng của đá không ổn định, như đá ngọc kyanit chẳng hạn, nếu được vạch xuôi theo chiều phân lớp thì độ cứng Mohs là 4, còn vạch theo chiều ngang (tiết diện) kyanit cứng hơn, ngang với orthoclaz (Tràng thạch – Mohs: 6). Tourmalin (Ngọc khổng tước) cũng có hai độ cứng như kyanit.

Hiện nay, người ta có thể xác định độ cứng tuyệt đối của viên ngọc đã gia công trong phòng thí nghiệm bằng máy đo vi độ cứng hiện đại.

Trang sau là bảng so sánh phân cấp độ cứng tương đối và cách thử độ cứng tương đối, với mức độ tăng dần từ trên xuống dưới:

Tỷ trọng

Là tỷ số giữa trọng lượng của một khối vật chất với trọng lượng của một khối nước cùng thể tích.

Như vây, tỷ trọng của một vật thể cho biết vật thể đó nặng hơn nước bao nhiêu lần.

Cách xác định tỷ trọng: Để xác định tỷ trọng, người ta thường dùng phương pháp cân thủy tĩnh. Nội dung của phương pháp là nguyên Ịý Archimede.

Dụng cụ cần thiết để xác định tỷ trọng là một cân cơ học hoặc điện tử chuyên dụng cho phép cân mẫu trong không khí và trong nước. Tỷ trọng của viên đá quý được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng của viên đá cân trong không khí và khối lượng khối nước có thể tích bằng viên đá. Ngoài cách xác định trên, người ta còn dùng phương pháp dung dịch nặng: Thả viên đá vào trong cốc đựng dung dịch nặng. Nếu nó chìm, tức là tỷ trọng của nó cao hơn dung dịch và ngược lại.

Các dung dịch nặng thường được sử dụng là: Bromoform (CHBr2) tỷ trọng là 2,86; lodua methylen (CH2I2) tỷ trọng là 3,32 và Clerichi tỷ trọng là 4,15.

Cát khai và vết vỡ của đá

Cát khai: Là tính chất của đá ngọc có thể tách hoặc vỡ ra theo những mặt nhất định song song với một mặt thật của tinh thể. Đậy là đặc tính của mỗi chất kết tinh, là một trong những dấu hiệu để giám định khoáng vật.

Tuỳ theo tính chất của mặt cát khai, người ta chia ra năm loại như sau:

+ Cát khai rất hoàn toàn: Khoáng vật rất dễ tách thành tấm lớp mỏng.

+ Cát khai hoàn toàn: Khoáng vật tách vỡ dưới tác dụng của một lực cơ học.

+ Cát khai trung bình: Trong khoáng vật, ở mặt cát khai có cả những vết vỡ.

+ Cát khai không hoàn toàn: Khó phát hiện cát khai.

+ Cát khai thật không hoàn toàn: Thực tế là không có cát khai. Nhiều loại đá ngọc không có cát khai. Ngoài ý nghĩa giám định, cát khai còn là tính chất cần lưu ý khi chế tác để viên đá được hoàn hảo.

Muscovit cát khai rất hoàn toàn

Emerald không cát khai

Vết vỡ: Là hình dạng các mặt vỡ của viên đá trừ các mặt cát khai. Người ta phân biệt các loại vết vỡ như: vết vỡ vỏ sò, vết vỡ không đều, vết vỡ nham nhở, vết vỡ dạng bậc thang, vết vỡ nứt nẻ,…

Tính dẫn nhiệt

Hầu hết các đá ngọc dẫn nhiệt kém, chỉ có kim cương là có độ dẫn nhiệt cao. Dựa vào tính dẫn nhiệt, người ta dùng bút thử kim cương để phân biệt kim cương thật và giả.

Màu sắc của đá ngọc

Màu sắc của đá ngọc là tiêu chí hàng đầu đánh giá chất lượng và giá trị của viên đá.

Màu sắc của đá có thể xuất hiện theo các cơ chế khác nhau, trong đó, quan trọng nhất là sự hấp thụ chọn lọc ánh sáng.

Các nhóm màu sắc của đá ngọc gồm: tím (tía), lơ, lam, lục, vàng, nâu và da cam, đỏ và hồng, không màu, trắng và đen.

Trong một số trường hợp, màu sắc rất đặc trưng cho một loại đá ngọc như: màu đỏ máu bồ câu của ruby, màu tím của amethyst, màu xanh lá cây của peridot…

Amethyst – thạch anh tím

Nhiều trường hợp những loại đá ngọc khác nhau có thể có cùng màu sắc, rất khó phân biệt chúng bằng măt thường: ngược lại, có khi một loại đá ngọc lại có nhiều màu sắc khác nhau, có loại đá còn có thể đổi màu dưới các nguồn sáng khác nhau…

Để xác định tuơng đối chính xác màu sắc của từng viên đá, người ta đã đưa ra một bộ màu chuẩn, qua đó, so sánh với màu của vật thể cần giám định.

Độ trong suốt

Độ trong suốt là tính chất truyền ánh sáng qua viên đá. Tính chất này cũng quan trọng giúp đánh giá chất lượng và giá trị của viên đá.

Người ta chia ra các loại mức độ trong suốt như sau: Trong suốt (thấu quang), bán trong, mờ, nửa mờ và đục (không thấu quang).

Xác định chiết suất

Chiết suất của viên đá là một tính chất quang học tự nhiên của viên đá. Khi ánh sáng chiếu qua vật thấu quang dưới một góc khác 90° thì một phần ánh sáng bị phản xạ, một phần đi vào vật bị khúc xạ (đổi hướng) và một phần truyền qua vật.

Hiện tượng khúc xạ được đặc trưng bằng một hằng số gọi là chi số khúc xạ hay chiết suất, ký hiệu là n và được tính như sau:

n=  Vận tốc ánh sáng trong không khí/ Vận tốc ánh sáng trong vật

Ví dụ: Chiết suất của spinel là 1,72 có nghĩa là ánh sáng từ không khí đi vào spinel thì vận tốc của nó giảm đi 1,72 lần.

Người ta dùng khúc xạ kế để đo chiết suất của vật thể.

Ngoài các tính chất kể trên, người ta còn giám định đá ngọc theo các đặc điểm khác của đá như hình dạng, tính đẳng hướng hoặc dị hướng, tập hợp đặc trưng của bao thể…

Để giám định đá quý, ngoài việc nghiên cứu quan sát bằng mắt thường, thì cần thiết phải sử dụng các công cụ như kính lúp, kính nhị sắc, kính hiển vi, các bút thử độ cứng, cân phân tích điện tử, các dung dịch nặng, khúc xạ kế, phân cực kế, phổ kế, đèn cực tím, tia X,…

Các tính chất quang học của đá ngọc

Đặc tính Quang học có ý nghĩa quan trọng đặc biệt, quyết định vẻ đẹp và sự hụyền bí (màu sắc, tính phát quang, đa sắc…) và giá trị của đá ngọc. Đó là kết quả hiệu ứng tương tác giữa ánh sáng va đá ngọc. Ánh sáng là một loại sóng điện từ có bước sóng cỡ hàng nghìn mét (sóng vô tuyến) đến các tia vũ trụ có bước sóng nhỏ khoảng 1012 m.

Ánh sáng mà con người cảm nhận được là ánh sáng nhìn thấy, có bước sóng từ 380 đến 780 nm. Tập hợp các ánh sáng đơn sắc trong vùng nhìn thấy tạo nên ánh sáng trắng có khả năng làm tăng vẻ đẹp của đá ngọc.

Ánh sáng tạo màu sắc của đá ngọc

Màu và sắc của đá ngọc được gọi chung là màu sắc. Màu sắc quyết định quan trọng đến vẻ đẹp của đá ngọc.

Cơ chế quang học quan trọng nào tạo ra màu sắc của đá nói chung và đá ngọc nói riêng? Trước hết phải nói đó là cơ chế hấp thụ chọn lọc ánh sáng, sự tán sắc của ánh sáng, sự nhiễu xạ của ánh sáng, sự tán xạ ánh sáng, sự giao thoa ánh sáng. Các cơ chế này diễn ra như sau:

Sự hấp thụ chọn lọc: Khi ánh sáng chiếu vào đá, một phần bị phản xạ, một phần truyền qua đá và phần còn lại bị hấp thụ trong đá. Đá càng hấp thụ ánh sáng nhiều càng sẫm màu, không hấp thụ sẽ trong suốt. Do các đá ngọc có cấu tạo bên trong khác nhau nên hấp thụ các màu của phổ nhìn thấy khác nhau. Ví dụ: Phổ hấp thụ của đá ruby có hai giải hấp thụ ở vùng tím và một giải rộng từ màu vàng đến màu lam. Vùng ánh sáng truyền Qua chủyếu là vùng đỏ đến da cam và một phần vùng lam tím. Chính vì vậy, ruby có màu đỏ kèm theo sắc da cam và tím.

Sự tán sắc ánh sáng. Hiện tượng này là ánh sáng trắng bị phân giải thành các màu đơn sắc khi đi qua đá hoặc phản xạ lại. Hiện tượng tán sắc tạo ra sắc màu cầu vồng, thường được gọi là lửa của đá ngọc.

Tán sắc ánh sáng qua kim cương

Sự giao thoa ánh sáng. Khi có hai sóng ánh sáng phủ chồng lên nhau gọi là giao thoa ánh sáng. Hiện tượng giao thoa ánh sáng khi ánh sáng chiếu vào đá gây hiệu ứng lấp lánh sắc màu. Thạch anh, labrador là những đá có hiệu ứng này rất rõ.

Đá xà cừ

Sự nhiễu xạ ánh sáng. Là sự bẻ cong tia sáng và tách ánh sáng thành các màu khác nhau khi đi qua đá. Sau đó các màu này lại giao thoa với nhau tạo nên hiện tượng biến màu (trò chơi màu). Màu của đá thay đổi khi quan sát đá ở các góc nhìn khác nhau. Opal thể hiện hiệu ứng này rất đặc trưng.

Đá opal

Sự tán xạ ánh sáng. Hiện tượng này gây nên một số hiệu ứng quang học đặc biệt trong đá ngọc, đó là: Hiệu ứng adularia, hiệu ứng opal, hiệu ứng mắt mèo, hiệu ứng sao, hiệu ứng ánh lụa…

Thành phần hóa học – yếu tố quan trọng tạo màu của đá ngọc

Màu sắc của đá ngọc do nhiều nguyên nhân tạo ra. Có thể là do cấu tạo thành phần hóa học của đá, do cấu trúc tinh thể, do có các tạp chất lẫn. Dựa vào nguyên nhân gây màu, người ta chia đá ngọc thành hai nhóm: màu tự sắc, màu ngoại sắc.

Màu tự sắc. Màu tự sắc là do các nguyên tố cấu trúc của tinh thể tạo nên. Đá ngọc tự sắc không nhiều. Ví dụ nguyên tố Mn trong cấu trúc tinh thể của khoáng vật rodonit (CaMn4(Si50|5), khoáng vật rodocrosit (MnC03) tạo ra màu hồng, đỏ thịt. Nguyên tố Cu là tác nhân tạo màu lam của khoáng vật malachit (Cu2(C03).(0H)2 và biruza (CuAI5(P0)4.(0H)8.4H20. Màu lục, lục phớt vàng, lục phớt nâu do Fe2+ tạo ra trong peridot.

Malachit

Peridot

Màu ngoại sắc là do các nguyên tố tạp chất lẫn gây ra chứ không phải do các nguyên tố tham gia cấu trúc tinh thể, mặc dù những tạp chất lẫn có hàm lượng rất thấp trong đá (từ 0,001 n đến n%). Phần lớn đá ngọc tạo màu do nguyên nhân này. Ví dụ: Cr lẫn trong thành phần corindon tạo ra màu đỏ (ruby), trong beryl tạo ra màu lục. Cũng là corindon, nếu có tạp chất lẫn là Fe và Ti sẽ tạo thành màu lam (saphir)…

Ruby

Sapphire

Tính phát quang

Đá ngọc còn có tính chất phát quang. Hiện tượng phát quang là do sự có mặt của các tạp chất trong cấu trúc tinh thể hoặc do cấu trúc tinh thể bị sai lệch. Nguồn kích thích phát quang là các sóng điện từ. Có các loại phát quang sau: phát quang dưới tác dụng của nhiệt độ, phát quang dưới tác dụng của dòng điện, phát quang do ma sát, phát quang dưới tia âm cực.

Nguồn: ĐÁ NGỌC

TS. Hoàng Thế Ngữ – Chủ tịch Hội đá quý Việt Nam

PGS. TS. Nguyễn Khắc Vinh – Chủ tịch Tổng hội Địa chất Việt Nam