红宝石为什么那样红

马志飞

001年，一位中国摄影师进入缅甸的佤邦地区，用自己的亲身经历记录下了一种宝石的产出过程。那里防卫森严，矿工辛苦劳作，通常每开采500吨矿石才能从中得到1克拉宝石。感慨于这种宝石的来之不易，这位摄影师将其称为“血钻”， 寓意为这里的每一粒宝石都是矿工用血汗甚至生命换来的。

纪录片中提到的宝石，就是珍贵的红宝石。

宝石之后

红宝石鲜红似火焰，其英文名称为Ruby，来源于拉丁文Ruber，原义是红色，象征着激情、热情和美好忠贞的爱情，被人们誉为“爱情之石”。 现在，西方国家还把结婚的第40周年称为“红宝石婚”，用于赞美永恒的爱情。

从矿物学的角度来说，红宝石其实就是刚玉，其主要成分是氧化铝。刚玉是目前已知最耐久的一种结晶氧化铝，有时含微量铁、钛或铬等，它的硬度很大，仅次于钻石的矿物成分金刚石。1812年，德国矿物学家莫斯首先提出了一种表示矿物硬度的标准，即莫氏硬度，分别用1～10来表示以下10种矿物的硬度大小：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。这里的硬度值并非绝对硬度值，而是按硬度的顺序表示的值。从莫氏硬度值中，我们可以看出，金刚石的硬度为10，刚玉的硬度紧随其后，为9。也就是说，只有钻石才能在其表面刻画。也正因为如此，有人这样评价红宝石：如果说钻石是“宝石之王”，那么红宝石就是“宝石之后”。

在过去，有矿工误以为，颜色暗淡的红宝石如果埋在地下，最终将变成鲜红色，并认为红宝石是刚玉族中发育最成熟的成员。虽然他们的认识不正确，但红宝石颜色越红，价值越高，倒是一点儿不假。血红色的红宝石最受人们珍爱，俗称“鸽血红”。这种红宝石因产量稀少，比金刚石还贵重，2克拉以上即很珍贵，世界上最大的一颗“鸽血红”也只有55克拉。一枚产自缅甸的15.97克拉的“鸽血红”宝石在瑞士日内瓦拍卖会上的成交价是227万美元/克拉。这是迄今为止拍卖单价最高的红宝石。

现代科学研究发现，红宝石并不像过去人们认为的那样，如同果实一般慢慢成熟、变红，而是由于刚玉中混入了其他元素造成的。纯净的刚玉是无色的，但其中会含有少量的铬、铁、钛、锰、钒等，这些含量极微的物质改变了刚玉的颜色：含铬元素者，主要为氧化铬，含量可达1%以上，会造成刚玉呈现出红色，即为红宝石；含铁和钛者，可使刚玉呈现出蓝色；含镍较多的刚玉为黄色；含锰较多的刚玉为玫瑰色。

红宝石之所以鲜红艳丽，得益于其中的铬元素。在一定程度上讲，刚玉中铬的含量越高，其颜色就越鲜艳。

铬，让宝石绚烂多彩

说起铬元素，大家并不陌生，因为我们日常使用的不锈钢菜刀、汽车零件等器物中都含 有这种物质，它号称是最硬的金属。其表面带有银色光泽，熔点高，质地坚硬，耐磨，耐高温，抗腐蚀；用它制作的不锈钢不仅强度高，而且耐热性大，还不易生锈，被广泛应用于冶金和化学工业中。

有意思的是，铬的英文名称源自希腊语，原来的意思是“颜色”，因为不少铬的化合物都具有不同的颜色，如三氧化二铬为深绿色，重铬酸钾为橙红色，重铬酸铵为橘黄色，铬酸钠为黄色……几乎每种铬的化合物都有自己特殊的颜色，铬就像变色龙一样，让化学物质的世界变得绚丽多彩。

铬元素为什么能将无色的刚玉变成鲜艳的红色呢？

在解释这一现象之前，我们首先需要明白两个问题：第一，什么是宝石的颜色？所谓宝石的颜色，其实就是它对不同波长的可见光选择性吸收的结果。当白色光照射到宝石上时，它吸收了一部分光，反射或透射另一部分光。这种被我们眼睛观察到的颜色，其实就是反射或透射出来的光的颜色；那些被吸收掉的光的颜色已经不见了。第二，矿物学领域有个术语叫“类质同象”。顾名思义，就是指不同的物质可以表现出同样的外观。严格来说，就是指在矿物晶体结构中某种质点（原子、离子或分子）被其他一些类似的质点所代替，但是矿物的结构形式并不发生变化。能否发生类质同象现象，不仅要取决于质点本身的性质，而且也取决于外部温度、压力等物理条件。

在刚玉这种矿物中，一旦外界环境条件适合，外来的铬原子（Cr3+）就以类质同象的形式代替了部分铝原子（Al3+）。曾有学者对红宝石进行光谱分析，结果显示，它对可见光强度最大的吸收峰出现在420纳米处（对应于紫色光的波长）和550纳米、570纳米处（对应于绿色和黄绿色光的波长），虽然对其他波段的颜色也有吸收，但强度都较小。因此，红宝石呈现的颜色为紫、绿、黄色的补色的混和色，即主要为红色。从理论上讲，铬原子有3个价电子，这3个价电子能够自由地改变能级。当受到可见光照射时，电子会吸收光能量，其吸收的能量足以保证电子从一个基态能级跃迁到另外两个能级，其中，跃迁到这两个不同能级所吸收的能量分别相当于紫光和黄绿光，而被吸收后的白光残余部分就形成了红色，故而成了红宝石。

可能那些喜欢研究宝石的读者会发现另一个奇怪的问题：宝石祖母绿具有鲜艳欲滴的绿色，它的成因也是因为含有铬元素。为什么铬的存在让一种宝石变成红色，另一种却变成了绿色呢？其实，这是由于在宝石祖母绿中，虽然也是铬原子（Cr3+）以类质同象的形式代替了部分铝原子（Al3+）；但祖母绿中多了铍（Be2+）和硅（Si4+）两种离子，从而使得其周围配位电场强度减弱，也就是说，电子从一个能级跃迁到另外一个能级，只需要吸收相对较少的能量，这个能量对应的恰恰是红色光波段，即红光被大量吸收，残余的混合色就成了祖母绿的绿色。

你从哪里来

物以稀为贵。红宝石之所以价值不菲，最重要的原因还是由于它们十分稀有。红宝石的产地比较少，主要分布于缅甸、泰国、越南、印度及我国。红宝石有一个“亲姊妹”——蓝宝石，它们的物理性质、化学成分、晶体结构都一样，而且通常共生在一起。红宝石的颜色鲜红似火焰，易于辨认；但是蓝宝石不太好区分，因为并非所有的蓝宝石都是蓝色的。几个世纪以来，关于蓝宝石的定义一直存在分歧。目前，国际上统一的意见是：因含铬而呈现出红色者，为红宝石；除红宝石之外的其他所有色调的宝石级刚玉都被称为蓝宝石。所以，蓝宝石的颜色可以是蓝、蓝绿、绿、黄、紫、黑、灰色，甚至无色。随着刚玉中铬的含量不断增加，蓝宝石中的粉色会逐渐加深，逐渐过渡为红宝石。

红宝石主要来自砂矿，由各种原生红宝石经风化作用富集而成，主要成因都与火山活动有关。原生刚玉晶体开采十分困难，通常情况下，都是将砂矿淘洗后，用手挑选。

随着科技的发展，红宝石已经可以人工制造，但人工制品只在工业上广泛使用。这种人造矿物硬度很高，常被用来制造钟表的轴承或激光发生器等。

【责任编辑】赵 菲