Rubin

Rubin jest to czerwona, szlachetna odmiana korundu, tlenku glinu (Al2O3). Czerwona barwa jest spowodowana niewielką ilością trójwartościowego Cr zastępującego Al w strukturze krystalicznej. Rubin ma wynik 9 na skali Mohsa, sześcioboczne kryształy czasami zwężające się do piramidy, podział, połysk i stożkowate pęknięcie

W tradycyjnym rozumieniu gemmologicznym rubin musi być krwistoczerwony i przejrzysty, o dobrej jakości fasetkowej, aby uzasadnić tę nazwę, jednak w szerszym użyciu każdy korund o czerwonej lub czerwonawej barwie zyskał nazwę „rubin” i w ten sposób jest zwykle stosowany przez kolekcjonerów minerałów[1]. W terminologii gemmologicznej różowy korund jest zwykle określany jako różowy szafir, a nie rubin. Czysty Cr2O3 występuje w przyrodzie jako eskolait, który ma kolor zielony[2]

Charakterystyczna jest jego wysoka refrakcyjność; po przecięciu i wypolerowaniu rubin jest kamieniem brylantowym, ale ze względu na słabe rozproszenie brakuje mu blasku. Pod wpływem wysokiej temperatury rubin staje się zielony, ale po ochłodzeniu odzyskuje swój pierwotny kolor. Pod wpływem wyładowań radiacyjnych rubin fosforyzuje żywym, czerwonym blaskiem.

Kamień ten jest czasem nazywany rubinem orientalnym, aby odróżnić go od innych czerwonych kamieni szlachetnych. Tak więc rubiny przylądkowe, rubiny australijskie i rubiny z Arizony to granaty; rubin syberyjski to rubelit, czerwony turmalin; a rubin z Balasu to spinel rubinowy. Chociaż słowo rubin występuje w angielskim tłumaczeniu Starego Testamentu, jest mało prawdopodobne, aby rubin był znany starożytnym Hebrajczykom[7].

Oprócz zastosowania jako klejnot szlachetny, korund znajduje pewne zastosowanie jako materiał ścierny, ze względu na wyjątkową twardość materiału (9 w skali twardości Mohsa). Stosuje się go do szlifowania szkieł optycznych i polerowania metali, a także do produkcji papierów ściernych i tarcz szlifierskich. Ze względu na wysoką temperaturę topnienia (2040 °C, czyli 3700 °F) jest także wykorzystywany w materiałach ogniotrwałych.

Kolor

Kolor Rubinu jest spowodowany drobnymi inkluzjami metalu chromu. Zanieczyszczenia te często powodują, że Rubin jest fluorescencyjny, co może być pomocne w jego identyfikacji. Rubin jest również pleochroiczny i czasami jaśniejszy lub o bardziej intensywnym kolorze, gdy patrzy się na niego pod różnymi kątami. Intensywność fluorescencji jest funkcją stężenia Cr i stosunku Obecność Fe lub nadmiar Cr mają tendencję do eliminowania lub wygaszania fluorescencji w rubinie.

Zastąpienie Al3+ przez Cr3+ daje w zależności od zawartości Cr barwy od różowej do czerwonej. Różowa odmiana korundu nazywana jest „różowym szafirem” lub „różowym rubinem”, a odmiana czerwona, o wyższej zawartości Cr (0,1 < Cr2O3 < 3,0 % mas.; [5]), nazywana jest "rubinem". W rubinie z Karelii w Rosji zmierzono stężenie Cr2O3 wynoszące 9,4 % mas., a w rubinie z Westland w Nowej Zelandii – odpowiednio do 13 i 13,4 % mas. oraz w inkluzjach rubinowych w diamentach pochodzących z kamieni osadowych związanych z kimberlitem Juina.

Kolor rubinu waha się od jaskrawoczerwonego do ciemnoczerwonobrązowego. Najbardziej preferowanym kolorem jest głęboka krwista czerwień z lekko niebieskawym odcieniem. Taki rubin znany jest jako „Rubin Birmański” lub „Rubin Gołębiej Krwi”[3]. Rubin z Birmy słynie z wyjątkowej barwy i tradycyjnie produkuje się z niego najszlachetniejsze rubiny. Jednakże Rubin Birmański rzadko przekracza kilka karatów; duże, nieskazitelne Rubiny Birmańskie mogą być warte miliony dolarów. Wiele dostępnych na rynku rubinów pochodzi z Tajlandii, a te mają mniej pożądany brązowawy odcień, choć często można je poddać obróbce cieplnej, aby poprawić ich kolor.

Inkluzje drobnych, smukłych, równoległych igiełek rutylu w rubinie powodują, że oszlifowany klejnot wykazuje asteryzm. Rubin wykazujący asteryzm nazywany jest „rubinem gwiaździstym”, a jeśli jest przezroczysty, może być bardzo ceniony. Rubiny gwiaździste występują w postaci gwiazd sześciopromiennych, choć znane są również gwiazdy dwunastopromienne. Rubiny muszą być odpowiednio przezroczyste, aby miały wartość kamieni szlachetnych. Nieprzezroczyste lub półprzezroczyste rubiny mają stosunkowo niewielką wartość, nawet jeśli wykazują asteryzm[2].

Te same inkluzje rutylu, które są odpowiedzialne za asteryzm w niektórych rubinach, mogą również zmniejszać przejrzystość i powodować efekt zamglenia, znany jako jedwab. Chociaż Rubin może być jednym z najdroższych kamieni szlachetnych, występuje również w bardziej matowych, nieprzezroczystych formach, które są dość tanie i często szlifowane na kaboszony. Unikalna forma kamienia szlachetnego składająca się z nieprzezroczystego czerwonego Rubinu i kontrastującego z nim zielonego Zoisytu jest dobrze znana z Tanzanii i jest używana jako mniejszy kamień szlachetny oraz może być szlifowany na kaboszony i rzeźbiony w ozdobne figurki[2].

Rubin w fuchsycie opisuje ciemnoczerwony rubin w zielonej matrycy z miki fuchsytowej, znaleziony w Indiach. Fuchsyt to zielonkawa, zawierająca Cr odmiana muskowitu (trójwartościowy Cr zastępuje Al w strukturze krystalicznej). Należy pamiętać, że trójwartościowy V może również powodować zielonkawe zabarwienie muskowitu[4]. Mika to nazwa nadana grupie minerałów, które są do siebie podobne pod względem fizycznym i chemicznym. Wszystkie są minerałami krzemianowymi, zwanymi krzemianami arkuszowymi, ponieważ tworzą wyraźne warstwy. Miki są dość lekkie i stosunkowo miękkie, a arkusze i płatki miki są elastyczne. Mika jest odporna na działanie wysokich temperatur i nie przewodzi prądu elektrycznego. Istnieje 37 różnych minerałów miki. Do najbardziej rozpowszechnionych należą: fioletowy lepidolit, czarny biotyt, brązowy flogopit i przezroczysty muskowit[5].

Rubiny Birmańskie to okazy o wyjątkowej czerwonej barwie (zazwyczaj, ale niekoniecznie, pochodzący z Birmy). Czasami używany także do określenia rubinu syntetycznego.

Rubin Trapiche to bardzo rzadka odmiana rubinu z inkluzjami tworzącymi wzór w kształcie gwiazdy. Po raz pierwszy opisany w 1997 r. Trapiche to hiszpańskie słowo oznaczające koło zębate używane do miażdżenia trzciny cukrowej. W tej bardzo rzadkiej odmianie rubinu inkluzje tworzą wzór przypominający szprychy koła. W żółtych i białych ramionach gwiazdy oraz w strefach granicznych między rdzeniem a sześcioma rubinowymi sektorami widać ogromną koncentrację inkluzji w kształcie rurek. Inkluzje te są zorientowane prostopadle do morfologicznie dominujących dipiramidalnych ścian kryształu; zawierają one wypełnienia ciekłe, dwufazowe (ciecz/gaz) i stałe, zidentyfikowane jako magnezonośny kalcyt i dolomit. Opisano również szafir typu trapiche. Rubiny indyjskie Trapiche są obecnie (2022 r) wydobywane w dwóch szybach. W jednym z nich wydobywane są okazy o barwie od czerwonej do ciemnoczerwonej, natomiast klejnoty z drugiego szybu charakteryzują się wyraźnym fioletowym odcieniem.
Indyjskie złoża zostały odkryte przypadkowo, podczas (nieudanych) poszukiwań rudy uranu[6].

Rubin jest jednym z najbardziej popularnych kamieni szlachetnych i jest szeroko wykorzystywany w jubilerstwie. Rubin jest używany we wszystkich formach biżuterii, w tym w bransoletkach, naszyjnikach, pierścionkach i kolczykach. Jest on używany zarówno jako kamień centralny w wisiorkach i pierścionkach, jak również jako kamień dodatkowy, uzupełniający inne kamienie szlachetne, takie jak diamenty. Rubin gwiaździsty jest szlifowany jako kaboszony i, jeśli jest przejrzysty, może być niezwykle cenny.

Duże rubiny są niezwykle rzadkie i cenne. Drobne rubiny o głębokiej czerwonej barwie i doskonałej przejrzystości mogą osiągać cenę kilku tysięcy dolarów za karat. Rubiny syntetyczne są niedrogie i często używane jako tani substytut rubinów naturalnych.

Rubin Syntetyczny

Rubiny są z dużym powodzeniem produkowane sztucznie. W pewnym okresie stosowano łączenie małych fragmentów naturalnego kamienia. Metoda ta ustąpiła miejsca procesowi stapiania płomieniowego (Verneuil), polegającemu na formowaniu sztucznego rubinu z oczyszczonego ałunu amoniakalnego i niewielkich ilości ałunu chromowego. Syntetyczny rubin zawierający 2,5% tlenku chromu ma cenioną barwę czerwonej krwi gołębiej. Syntetyczne rubiny posiadają właściwości fizyczne naturalnego korundu, ale można je rozróżnić na podstawie mikroskopijnych pęcherzyków i prążków[8]. Syntetyczne rubiny są wytwarzane na skalę przemysłową przez stopienie mieszaniny tlenku glinu o wysokiej czystości z barwnikami w płomieniu dmuchawy tlenowo-wodorowej. Większość z nich jest cięta i wiercona w celu utworzenia maleńkich łożysk „klejnotów” w zegarkach i różnych precyzyjnych przyrządach pomiarowych[8].

Syntetyczne rubiny i inne rodzaje kamieni szlachetnych można łatwo znaleźć na rynku. Sprzedaje je wiele sklepów, a stanowią one bardzo znaczący procent sprzedawanych obecnie rubinów. Nie ma nic złego w ich sprzedaży, nie ma też nic złego w ich kupnie. Jednak zasadniczą częścią transakcji jest wyraźne poinformowanie przez sprzedawcę, że są one wytworzone przez człowieka, oraz pełne zrozumienie tego przez kupującego.

Sprzedawcy powinni przekazać tę istotną informację w momencie sprzedaży, eksponując syntetyczne kamienie szlachetne z widocznymi etykietami, informując o tym klienta ustnie i wydając paragon, na którym wyraźnie zaznaczono, że są one wytworzone przez człowieka. Można je nazywać „wytworzonymi przez człowieka”, „syntetycznymi”, „wyhodowanymi w laboratorium”, „wytworzonymi w laboratorium” lub posługiwać się inną terminologią zrozumiałą dla kupującego[1].

Korzyścią z zakupu naturalnego rubinu jest świadomość, że klejnot został wykreowany przez naturę. Korzyścią z zakupu syntetycznego rubinu jest uzyskanie kamienia o doskonałej przejrzystości i barwie w przystępnej cenie. Wiele osób ma na uwadze dodatkowe korzyści, kiedy wybiera się na zakupy biżuterii[2].

Laboratoria są w stanie masowo produkować syntetyczny korund gwiaździsty od czasu, gdy oddział Lindy firmy Union Carbide zalał nim rynek kamieni szlachetnych w latach 50. i 60. ubiegłego wieku. Ten syntetyczny korund czerwony ma widoczną sześciopromienną gwiazdę i fasetowaną tylną część, co zwiększa jasność kamienia.

Badanie pod mikroskopem jest najlepszą metodą wykrywania syntetycznych rubinów. W przypadku produkcji tych kamieni szlachetnych cechy wzrostu i inne właściwości stanowią jeden z najsilniejszych dowodów na syntetyczną produkcję rubinu i innych odmian korundu. W metodzie syntezy płomieniowej linie wzrostu rozwijają się w krysztale w miarę obracania się bryły pod wpływem podawania materiału. W pobliżu środka bryły linie wzrostu mają silną krzywiznę. W pobliżu zewnętrznego obwodu kryształu linie wzrostu mają znacznie łagodniejszą krzywiznę. Linie wzrostu mogą być trudne do zauważenia. Są one widoczne tylko wtedy, gdy patrzy się na nie pod ograniczonym kątem w określonych warunkach oświetleniowych. Linie wzrostu w tym syntetycznym rubinie są bardzo grube. Przecinanie się ich na skrzyżowaniach fasetek potwierdza, że znajdują się one wewnątrz kamienia i nie są liniami polerskimi na powierzchniach fasetek.

Patrzysz na rubin, który jest poprzecinany siecią pęknięć w kształcie plastra miodu. Ukośne i lekko zakrzywione prążki są mocnym dowodem na to, że rubin ten jest syntetyczny. Możliwe, że ten rubin został poddany procesowi kruszenia, aby zniweczyć jego doskonałą przejrzystość i upodobnić go do rubinu naturalnego – zarówno gołym okiem, jak i pod mikroskopem.

Procesy obróbki
Bardzo niewiele okazów korundu ma naturalną barwę w zakresie wymaganym dla rubinu. Niewiele z nich ma również przejrzystość wymaganą do uzyskania ładnego kamienia fasetowanego. Dawno temu ludzie, którzy przygotowywali kamienie szlachetne do cięcia, zaczęli eksperymentować nad sposobami poprawy ich barwy i przejrzystości.

Ogrzewanie kryształów korundu w kontrolowanych warunkach może poprawić lub zintensyfikować ich kolor. Ogrzewanie może również usunąć inkluzje, powodując ich rozpuszczenie, dzięki czemu stają się one mniej widoczne i poprawiają przejrzystość klejnotu.

Większość rubinów dostępnych obecnie na rynku została poddana wygrzewaniu w celu poprawy ich barwy i przejrzystości. Taka obróbka cieplna jest normalna i oczekiwana w handlu kamieniami szlachetnymi, ale sprzedawca powinien ujawnić tę obróbkę kupującemu przed sprzedażą.
Jednym z pierwszych sposobów obróbki było wypełnianie pęknięć na powierzchni olejami, woskami lub żywicami. Zabiegi te wypełniały wżery i pęknięcia na powierzchni klejnotu i poprawiały jego wygląd. Zabiegi te nie są jednak trwałe, ponieważ oleje mogą zostać wypłukane, a woski i żywice mogą pękać i odpadać z wiekiem – nawet przy zachowaniu szczególnej ostrożności. Powodują one tymczasową poprawę wyglądu kamienia i są wykonywane głównie w celu szybkiej i zyskownej sprzedaży.

Bardziej trwałym rodzajem obróbki pęknięć jest wypełnianie ich niewielkimi ilościami topnika, szkła lub innego trwałego materiału. Materiały te dostają się do szczelin podczas procesu obróbki cieplnej. Po ostygnięciu kamienia uzyskuje się trwałe wypełnienie pęknięcia. Takie zabiegi zmniejszają widoczność pęknięć i poprawiają przejrzystość kamieni szlachetnych. Mogą one również poprawić trwałość niektórych kamieni. Ten rodzaj obróbki jest ogólnie akceptowalny, ale powinien być ujawniony kupującemu[8].

Znacznie bardziej agresywna obróbka polega na podgrzaniu klejnotu do bardzo wysokiej temperatury i wstrzyknięciu szkła lub topnika do pęknięć. Temperatura tego zabiegu może być na tyle wysoka, że część rubinu topi się i miesza z materiałami wypełniającymi pęknięcia. W wyniku tej obróbki kamień uzyskuje zmieniony wygląd. Jednak kamień zawiera teraz nieznaną i prawdopodobnie znaczną ilość materiału niebędącego rubinem. Jeżeli kamienie te są sprzedawane „na karaty”, kupujący może zapłacić znaczną część ceny za materiał nierubinowy. Wiele osób uważa, że w wyniku tych zabiegów powstają materiały kompozytowe stworzone przez człowieka, które nie powinny być nazywane „rubinami”[8].

Struktura krystaliczna

Korund krystalizuje w układzie heksagonalnym, tworząc piramidalne lub zaokrąglone kształty beczułkowate. Jest szeroko rozpowszechniony w przyrodzie, występuje w skałach iglastych, metamorficznych i osadowych. Duże złoża są jednak rzadkie. Jedne z najbogatszych złóż występują w Indiach, Birmie, Rosji, Zimbabwe i RPA. Największy korund, znaleziony w Transvaal, S.Af., ma 0,65 m długości i 40 cm średnicy. Układ heksagonalny – jedna z głównych kategorii struktur, do których można przyporządkować dane ciało krystaliczne. Elementy kryształów w tym układzie są zlokalizowane w odniesieniu do czterech osi – trzech o równej długości, ustawionych względem siebie pod kątem 120°, oraz czwartej osi prostopadłej do płaszczyzny pozostałych trzech. Jeśli atomy lub grupy atomowe w ciele stałym są reprezentowane przez punkty, a punkty są połączone odcinkami linii, to otrzymana siatka będzie definiować krawędzie uporządkowanych bloków lub komórek jednostkowych. Komórka sześciokątna wyróżnia się obecnością pojedynczej linii, zwanej osią 6-krotnej symetrii, wokół której komórkę można obracać o 60° lub 120° bez zmiany jej wyglądu.

Współczynnik załamania światła

Współczynnik załamania światła danego materiału, wyrażony liczbą, pokazuje, jak bardzo ugina się lub załamuje droga światła, gdy przechodzi ono przez ten materiał. Współczynnik załamania określa również ilość światła, które jest odbijane po dotarciu do granicy faz, a także kąt krytyczny dla całkowitego wewnętrznego odbicia.

Światło zmienia kierunek, gdy przechodzi z jednego ośrodka do drugiego, w wyniku czego ulega załamaniu. Efekt ten można zaobserwować, kiedy światło białe rozszczepia się na kolory po załamaniu. Ten sam efekt występuje w pryzmatach i tęczach. Gdy światło przechodzi do materiału o wyższym współczynniku załamania, kąt załamania będzie mniejszy niż kąt padania. Powoduje to, że światło jest załamywane w kierunku normalnej powierzchni. Gdy światło przechodzi przez ośrodek o niższym współczynniku załamania, będzie się ono załamywać w kierunku przeciwnym do normalnego, a więc w kierunku powierzchni.

W przypadku, gdy światło nie może zostać przepuszczone, ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu. Dzieje się tak, gdy światło przechodzi z materiału o mniejszej gęstości optycznej, np. z materiału o niższym współczynniku załamania. Całkowite wewnętrzne odbicie może wystąpić tylko wtedy, gdy kąty padania są większe od kąta krytycznego.

Współczynniki załamania światła danego materiału różnią się w zależności od długości fali. W przypadku wielu materiałów współczynnik załamania zmienia się dla każdej długości fali o kilka procent. Współczynniki załamania są najczęściej podawane przy użyciu jednej wartości n, a mianowicie przy pomiarze dla długości fali 633 nm.

Rubin ma dwa współczynniki załamania światła, ponieważ pojedynczy promień świetlny zostaje rozszczepiony na dwa promienie świetlne, które poruszają się z różnymi prędkościami podczas wnikania do kamienia. Promień nadzwyczajny, wiązka światła o różnej długości fali, wpada do rubinu z indeksem załamania 1,762. Promień zwykły, wiązka światła, która nie zmienia długości fali, przechodzi przez rubin o współczynniku załamania 1,770. Materiały o dwóch współczynnikach załamania nazywamy dwójłomnymi[3].

Współczynnik załamania rubinu dla promienia nadzwyczajnego wynosi 1,76, a dla promienia zwyczajnego – 1,77[3].

Wzór na współczynnik załamania światła jest następujący:

n – współczynnik załamania światła
c – prędkość światła w próżni (lub w powietrzu)
v – prędkość światła w ośrodku

Bibliografia:
[1]Edmond Frémy (1891): Synthèse du rubis.
[2]Richard W. Hughes (1997): Ruby & Sapphire
[3]Fred Ward (1995): Rubies & Sapphires
[4]T. C. Devaraju and K. S. Anantha Murthy (1978) Mineralogy of the fuchsites from Gattihosahalli
[5]W. A. Deer, R. A. Howie and J. Zussman (1966): An Introduction to the Rock Forming Minerals
[6]Mary L. Johnson and John I. Koivula (1996): Gem News International Volume 32, No. 4
[7]https://www.britannica.com/topic/ruby
[8]Michael O’Donoghue (2006): Gems: Their Sources, Descriptions and Identification
[9]https://www.jubiler.pl/blog/jak-rozpoznac-prawdziwy-rubin.html