带你了解世界上最值钱的元素
时间:2018-01-11

 红宝石、祖母绿、变石、沙弗莱、翠榴石、“绝地武士”尖晶石,这些珠宝市场热点宝石品种,各个颜色鲜亮艳丽,大红大绿,满足了我们视觉上的高级享受。这一切,都离不开这个神奇又神秘的元素——铬。

  铬(Chromium),化学符号Cr,常见价态为+2、+3和+6。1797年法国某化学家在铬铅矿中首次发现了Cr元素。Cr的单质为钢灰色,是硬度最大的金属,它的元素名来自于希腊文,原意为“颜色”,这是因为Cr的化合物都有颜色。

  在许多彩色宝石中,铬离子能部分取代类似价态的别的金属离子,形成类质同象替代,产生不同颜色。刚玉化学式(Al2O3)中的Al离子被Cr部分替代时,本应纯净无色的刚玉,会变成红色,红色的深浅还随着Cr元素含量的高低发生变化。祖母绿化学式(Be3Al2Si6O18)中的Al离子被Cr部分替代时,祖母绿又会呈现鲜艳的绿色。这是由于Cr元素属于过渡金属元素,这一类型的元素,次外层的d轨道和最外层的s轨道相连,且d轨道还未达到稳定的结构,因此s电子和d电子都可以部分或全部参加成键,从而当Cr离子处在不同宝石品种中时,晶体场环境不同,作用强度也就不同,导致电子跃迁吸收的光波亦不同,宝石呈现的颜色也就不同。

  变石(化学式BeAl2O4)中的Al离子被Cr离子类质同象代替后,受Be元素的影响,Cr离子d轨道电子激发能量为2.41eV,高于祖母绿中的2.05eV,低于红宝石中的2.23eV,即介于绿光和红光波段之间,在白炽灯(即普通钨丝灯,发出的是黄色光)或烛光下,宝石未吸收的红光多,故显红色;在日光或日光灯(即俗称荧光灯,发出的是白色或蓝白色光)下,未被吸收的多为绿光,故显绿色。这也是为什么变石被称为“白昼里的祖母绿,黑夜里的红宝石”。

  此外沙弗莱的绿色,“绝地武士”尖晶石的红色,翠榴石、翡翠及碧玉的绿色都与宝石内部含有的微量Cr元素有关,而颜色又承载了宝石绝大部分的价值,所以我们开玩笑说:Cr是世界上最值钱的元素。

  宝石学中我们还经常听到“铬盐”这个名词,一般用于翡翠等玉石染色中。其实铬盐的应用十分广泛,主要用于电镀、鞣革、印染、颜料、医药、催化剂、氧化剂、玻璃陶瓷、磁性材料、木材防腐、金属抛光等方面。铬盐的主要品种有重铬酸钠、铬酸酐、重铬酸钾、氧化铬绿、碱式硫酸铬等。翡翠染色时经常使用的是绿色的氧化铬绿(化学式Cr2O3)。最后还需要提一下,宝石切磨进行至最后一步抛光时,抛光粉除了钻石粉、刚玉粉、氧化铈、氧化铝之外,还经常使用氧化铬,许多翡翠手镯浅表层裂隙内的粉末状绿色斑点,就是绿色氧化铬的残留物,并非是染色造成。

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