说起宝石,人们立刻就会在脑海中浮现出那些五光十色、晶莹璀璨的颗颗小玩意儿,要知道在世界上已经发现的大约2000多种矿物中,仅有少数几十种矿石能切出宝石来。由于宝石的瑰丽、稀罕、珍贵,古代人们曾把它看作是伟大、神秘力量的源泉,以至把宝石佩带在身上,作为克邪护身的法宝。宝石还是一种艺术珍品,与古董、钱币、邮票一样备受收藏家的宠爱,当然更多的宝石是作为装饰品而存在的。随着人造宝石技术的发达和人们生活水平的提高,宝石除了制作传统饰品外,现在甚至连钢笔套、别针、眼镜框架、领带夹针上都要镶嵌几颗宝石。
硬度是宝石最基本的条件,如果宝石太软,就很容易擦伤,甚至被破坏。享有“宝石之王”美称的金刚石就是因为它的硬度在迄今发现的矿物中是绝对的冠军。不言而喻,宝石的颜色也是十分重要的,有时两颗宝石就是因为颜色的差别,可使它们的价值有天壤之别。颜色是由于材料对光的吸收的不同而形成的,阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光混合而成的,阳光射入红宝石时,其中的蓝黄绿等颜色光被它吸收,剩下的红光射入人们的眼中而使人感觉到红色。无色宝石不吸收射入的光,金刚石就是一种无色宝石。有时,由于宝石中含有各种杂质而使它着色,例如水晶就有绿色、紫色、棕色等多种颜色。
从矿中开采出来的宝石,必须经过精心加工,才能成为漂亮的装饰品。对于无色宝石来说,它的加工尤为重要。例如金刚石俗称钻石,它的身价昂贵,除了上面讲的“坚硬无比”之外,就是它的五光十色。光学上有一种叫做色散的现象,例如一束白光通过一个玻璃棱镜后,分成了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7道光,这就是色散现象。经过特殊的设计和琢磨,将钻石表面加工成许许多多小面,光线射入钻石后,就会出现很强的色散现象,因而人们就看到了五颜六色。金刚石之所以光耀夺目是因为它有很强的折光本领,光线射入会刚石后经过折射,强烈地作用于人眼,人就看到了它璀璨夺目的光彩。目前,宝石的加技术已经达到了登峰造极的地步。利用电脑控制的全自动设备按预先设训的图案,在一颗小小的钻石上竟然能奇迹般地加工出100多个小面。现在,连不太昂贵的宝石也普遍采用这种刻面技术,使宝石更加惹人喜爱。
随着人们生活的提高,自然界埋藏的宝石远远满足不了人们对装饰的需求。早在17世纪,科学家们就开始对各种各样的矿物进行了研究,并在实验室里模仿各种地质成矿条件,进行人造宝石的研究。在人造宝石的大家庭中,最早问世的是红宝石。1900年法国化学家维纳尔发明了生长红宝石的技术,氧化铝粉经氢氧焰高温熔化后,冷却析晶,就得到了红宝石。现代人造红宝石的生产仍沿用着这种古老的工艺原理,当然生产控制是很自动化的。人造红宝石的性质与天然红宝石没有多大差别,单凭肉眼是很难鉴别的。与此同时,人们还培育出了白宝石、尖晶石等宝石。白宝石与红宝石都是氧化锅单晶体,只是红宝石中含有少量的铬,使它变成了红色。
天然的金刚石是很少的,更不用说是大颗粒的金刚石了。19世纪初,意大利佛罗伦萨科学院的几个院士打算用放大镜对它的折光性能进行研究,当聚焦后的太阳光照到金刚石上时,突然冒出一缕青烟,转眼间金刚石就不翼而飞了!后来才弄明白,金刚石是地壳内部的碳在高温高压条件下经过漫长岁月而变成的。经过科学家们的努力,1955年美国一家公司宣布在高温超高压设备中合成出了人造金刚石,它的硬度和发光本领与天然金刚石一样,但当时得到的人造金刚石的颗粒是很小的。现在虽然细颗粒人造金刚石的生产技术已经成熟,但由于生长大颗粒人造金刚石的技术要求高,难度大,得率低,所以大颗粒的人造金刚石的价格也十分昂贵。
宝石级的金刚石的制造十分困难,所以人们一直在寻找金刚石的代用品。20世纪80年代,前苏联科学家发现了一种以氧化锆为主要成分的人造宝石,他们在实验室里模拟火山喷发的装置,在3000℃温度下,使锆和其他组分生成化合物,然后逐渐冷却得到了氧化锆宝石。这种氧化锆宝石的光学性质与金刚石十分接近,色散本领比金刚石还好一点,硬度虽不及金刚石,但也不软,特别是价格较便宜,所以很受人们欢迎。在宝石制造过程中,人们还想方设法做成不同颜色的宝石,即在制造人造金刚石时,掺入不同的元素以使无色的金刚石着色。如掺氮会得到绿色金刚石,如果掺入的氮的浓度低时会得到黄色的金刚石,掺入硼则得到蓝色的金刚石。此外,还可将天然宝石进行“改造”,以提高它们的身价。例如将天然出产的色泽较差、品位较低的氧化铝宝石掺拌一定量的硼酸盐或磷酸盐,经高温处理,就会得到色彩十分鲜艳的价廉物美的宝石,受到人们的青睐,成为市场上的抢手货。天然无色水晶经高能射线辐照,可得到紫色水晶、玫瑰水晶等,它们都是很贵重的宝石。
除了上面提到的红宝石、金刚石、氧化锆宝石以外,还有像蛋白石、天青石、绿柱石、翡翠等,随着宝石合成技术的发展,其中不少也都能用人工方法制造出来了。
人造宝石是一大类用于装饰的人工晶体的总称,实际上它们还具有许多优异的光、电、声、磁等性能,因而在现代科学技术中有着广泛的应用价值,是发展激光、电子、信息、通讯、航空航天等高新技术不可缺少的重要材料。