РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТОВ ОКРАШИВАНИЯ
Чего не добились химики и минералоги в их стремлении изменить или искусственно окрасить минералы и драгоценные камни?
Начнем с хлористого натрия, который долгое время привлекал внимание ученых в этом отношении.
Опыты показали, что синюю окраску этого минерала можно вызвать искусственно. Рентгеновское облучение каменной соли ведет к желтой окраске, связанной с появлением внутри кристаллической решетки нейтральных, незаряженных атомов натрия. Такая окраска в дальнейшем может перейти в красную, фиолетовую и синюю.
В настоящее время все способы искусственной окраски можно классифицировать следующим образом:
1. Химически й, вызываемый реакцией внутри минерала. Например, пропитывание халцедона (агата) солями яселеза и их фиксация в виде зеленой и синей берлинской лазури и т. д.
2. Прокаливание, при котором цвет ослабляется или даже совершенно исчезает (дымчатый кварц при 400°, голубой цвет волыноких топазов при 700°). Очень редко тон усиливается (агаты с окисью железа, лазуриты Слюдянки и Быстрой).
3. Облучение рентгеновскими или катодными л у ч а-м и, т. е. быстрыми электронами, вызывает желто-бурую окраску.
4. Облучение лучами солей радия обычно приводит к желтым и буро-дымчатым тонам (сапфир делается темно-бурым, кварц — бурым, горный хрусталь — дымчатым).
Окраска от облучения радием (|3- и у-лучи) изучалась детально, однако не было дано научного объяснения происходящих в решетке явлений. Наиболее вероятно, что действие этих лучей заключается в переводе электронных облаков в неустойчивое (возбужденное) состояние с большими запасами энергии.
Окраска, вызванная лучами радия, пропадает при нагревании или при облучении ультрафиолетовыми волнами.
5. Облучение ультрафиолетовыми лучами характери-
зуется обесцвечиванием, что мы наблюдаем при действии прямых лучей
солнечного света (аметист, синий сапфир, гиацинт, красно-бурый циркон, золотистые кварцы светлеют). Дёльтер и некоторые другие исследователи связывали это действие с окислением, что вряд ли правильно.
Уже из этих немногих данных мы видим, что активные реакции обычно приводят к некоторому понижению окраски.
Нагревание, т. е. длинные волны спектра, а также самые короткие и ультрафиолетовые, действуют в обратном направлении по сравнению с облучением радием.
Результаты обширных опытов Дёльтера в области искусственной окраски минералов приведены в табл. 5, составленной им в 1910 г.
Заканчивая изложение, мы понимаем, что далеко не решили поставленной нами задачи и не ответили на очень многие вопросы, но все-таки в ряде отдельных положений несомненно были намечены пути для дальнейших научных исследований. Мы располагали в области цветов минералов большим количеством наблюдений и основными теоретическими предпосылками, но нам не хватало экспериментальных данных. Точный анализ цвета может быть сделан только при трех условиях: знании кристаллической решетки и распределения в ней ионов (атомов) и плотности электронных облаков, знании химического состава минерала, причем все примеси должны определяться не только путем точного количественного анализа, но и спектроскопически и, наконец, при изучении полос поглощения.
Первая задача с успехом выполняется в последнее время многочисленными физиками и кристаллохимиками, особенно школой Брэггов (Англия), вторая решается точными анализами химиков школы В. М. Гольдшмидта (Осло, Норвегия) и спектроскопическими исследованиями Оптического института в Ленинграде (А. Н. Филиппов); в отношении третьей задачи мы имеем уже ряд выдающихся работ Э. Кольбе, О. Вейгеля, С. Рёша и других.
Только точный эксперимент и углубленное изучение самого явления современными физико-химическими методами смогут пролить свет на проблему цвета минеральных соединений. В органической химии эту проблему сумели поднять на большую высоту ученые, а также химические концерны Германии; настало время и для углубленного изучения окраски неорганических соединений.
Академик В. И. Вернадский с блестящей интуицией предсказал роль этих исследований в создании прочных, неизменяемых, «вечных» силикатных красок. Работы по изучению окрасок стекла с большим успе хом в последние годы были поставлены в Институте силикатов в Берлине-Далеме (ярко-желтые стекла с CdS, красные стекла с редкими землями). Мы сможем научиться управлять цветом минеральных веществ, т. е. получать соединения любого тона, любой интенсивности и любой прочности цвета. Уже сейчас можно изменять электростатическое состояние ионов; не так фантастична идея получения хлористого натрия в виде полуметаллического соединения и превращения металлов в прозрачные тела.
Мне вспоминается высказывание немецкого химика А. Зоммерфельда (1919 г.):
«То, что мы теперь слышим в говоре спектральных лилий, есть настоящая музыка сфер, звучащая в атоме, созвучия целых отношений, порядок и гармония, все более увеличивающиеся, несмотря на все разнообразие... Все законы целых чисел для спектральных линий и атомистики проистекают в конце концов из теории квант; она есть тот таинственный орган, на котором природа играет спектральную музыку и ритм которой управляет строением атома и ядра».
До этой стройности и математической точности спектроскопии линий еще далеко расплывчатым полосам поглощения. Но все же постепенно перебрасывается мост между кристаллофизикой и кристаллохимией и нашими обычными представлениями об окраске камня.
Мой очерк — только веха в такой работе, только попытка объяснить факты нашей описательной минералогии; но объяснить — значит научиться ими управлять.
Яркая окраска — не роскошь пресыщения, не мишура экзотики; яркий цвет — одна из сил окружающей вас природы, влияющая на психологию, думы и творчество человека. Яркие краски в их гармоническом сочетании природных процессов являются выражением закономерностей вещества и призывом к яркой, веселой и бодрой творческой жизни!