Приоткрой малахитовую шкатулку

А если попытаться «поверить алгеброй гармонию»? Задуматься, чем же обязаны мы этому фантастическому разнообразию? Почему «белый» солнечный луч, падая на минералы, окрашивает их так разно? Поисками ответа на этот вопрос занимались и занимаются ученые всего мира — минералоги, химики, физики. Ведь ключ к отгадке можно найти только совместными усилиями. И для того, чтобы хоть слегка коснуться сути этих явлений, нам придется совершить посильный экскурс в область физики и кристаллохимии.

В океане электромагнитных колебаний видимый нами свет — лишь узкая полоска, лишь волны от 3800 (фиолетовый) до 7600 (красный свет) ангстрем. Более короткие ультрафиолетовые волны (3800 — 100 ангстрем) глаз человека не видит, некоторые из этих волн (3600 — 510 ангстрем) различают фасеточные глаза насекомых, еще более короткие — рентгеновские и -лучи «чувствует» лишь эмульсия фотопленки. А волны длиннее красных? Инфракрасные (7600 — 10 000 000 ангстрем) мы ощущаем как тепло; немного подлиннее — миллиметровые и сантиметровые волны микроволнового диапазона, на которых работают локаторы и мазеры; более длинноволновые электромагнитные колебания — радиоволны (10⁷ — 10¹³ ангстрем, или 0,1 — 10⁶ см); еще более длинные используются в электротехнике. Из них самую большую, бесконечную длину волны имеет постоянный ток.

 Зеленый турмалин — верделит

Любое нагретое тело излучает все волны, хотя и в разной степени. Максимум излучения Солнца лежит как раз в середине видимого диапазона. Поэтому и человеческий глаз в процессе эволюции приобрел максимальную чувствительность к этим длинам волн, к желто-зеленым лучам.

Потоки лучистой энергии Солнца падают на все большие и малые предметы Земли, падают и на наши минералы. Как же реагируют минералы на свет? Это зависит от их строения и состава. Поэтому придется сказать несколько слов о строении минералов. Нейтральные атомы некоторых элементов, таких, как кислород, сера, фтор и др., входя в состав минерала, вырывают наиболее подвижные «валентные» электроны у своих соседей — атомов металлов — и превращаются в отрицательные ионы (анионы), а покладистые соседи, упустившие эти электроны, становятся положительно заряженными ионами (катионами). Электрические силы притяжения между этими разно заряженными частицами и удерживают в равновесии ионные постройки — кристаллические решетки минералов. Бесконечно разнообразны пространственные комбинации ионов или их группировок (тетраэдров, октаэдров и др.): то это великолепные, идеально прочные каркасы (например, кварц), то объемы их моделируются цепочками (асбест) или колоннами ионов (берилл), то строятся целыми «панелями» — слоями (слюды).

Окраска минералов во многом зависит от архитектуры их кристаллической решетки. Наиболее совершенные сооружения свет пронизывает, ничего не меняя в них. Таковы бесцветные и прозрачные кубики поваренной соли, ромбоэдры оптического кальцита или всем известные кристаллы горного хрусталя. Но законы природы всегда сопровождаются бесчисленными оговорками, исключениями, уточнениями — они-то и создают невоспроизводимую прелесть, бесконечную «игру» природы!

Достаточно нарушить это совершенство — вот тут-то и начинается цвет! Вот, скажем, если сами ионы, из которых строится решетка минерала, не совсем правильны, не совсем симметричны. Из классической химии известно, что большинство элементов таблицы Менделеева по мере увеличения атомного веса наращивают внешние электронные уровни. Есть, однако, элементы — так называемые переходные, нарушающие это правило: в них формируются, «достраиваются» не внешние, а более глубокие электронные оболочки.