ألوان الياقوت والزمرد مذهلة لدرجة أنها تحدد ظلال من الأحمر والأخضر – الأحمر الياقوت والأخضر الزمردي. ولكن هل تساءلت يومًا كيف يحصلون على هذه الألوان؟
أنا كيميائي غير عضوي. الباحثون في العمل الميداني لفهم كيمياء جميع العناصر التي تشكل الجدول الدوري. يركز العديد من الكيميائيين غير العضويين على المعادن الانتقالية – العناصر في منتصف الجدول الدوري. تشمل المعادن الانتقالية معظم المعادن التي تعرفها ، مثل Iron (Fe) والذهب (Au).
ميزة واحدة من المركبات المصنوعة من المعادن الانتقالية هي لونها المكثف. هناك العديد من الأمثلة في الطبيعة ، بما في ذلك الأحجار الكريمة وأصباغ الطلاء. حتى لون الدم يأتي من البروتين الهيموغلوبين ، الذي يحتوي على الحديد.
إن التحقيق في ألوان المركبات التي تحتوي على المعادن الانتقالية تؤدي إلى بعض العلم المذهل حقًا – وهذا جزء مما جذبني لدراسة هذا المجال.
تعد الياقوت والزمرد أمثلة رائعة على كيفية قيام كمية صغيرة من المعدن الانتقالي-في هذه الحالة ، Chromium-بإنشاء لون جميل في ما يمكن أن يكون معدنًا مملًا إلى حد ما.
المعادن والبلورات
كل من الياقوت والزمرد هما المعادن ، وهو نوع من الصخور مع تركيبة كيميائية متسقة وهيكل مرتبة للغاية على المستوى الذري.
عندما يمتد هذا الهيكل المرتبة للغاية في جميع الأبعاد الثلاثة ، يصبح المعدن بلورة.
من خلال نظرية طورها الفيزيائيون في العشرينات من القرن العشرين ، تسمى نظرية المجال الكريستال ، يمكن للعلماء أن يفسروا سبب أن الياقوت والزمرد لديهم الألوان التي يفعلونها. تصنع نظرية المجال الكريستالي تنبؤات حول كيفية تأثر بنية أيون المعادن الانتقالية بالذرات الأخرى المحيطة بها.
يتكون الياقوت بشكل أساسي من كوروندوم المعادن ، والذي يتكون من عناصر الألومنيوم والأكسجين في صفيف متكرر منتظم. كل أيون الألومنيوم محاط بستة أيونات الأكسجين.
تتكون الزمرد بشكل أساسي من البريل المعدني ، وهو مصنوع من عناصر البريليوم والألمنيوم والسيليكون والأكسجين. إن التركيب البلوري لبريل أكثر تعقيدًا من كوروندوم بسبب العناصر الإضافية في الصيغة ، ولكن كل أيون الألومنيوم محاط مرة أخرى بست أيونات الأكسجين.
Corundum النقي والبريل عديمة اللون. تأتي الألوان الرائعة من الياقوت والزمرد من وجود كميات صغيرة جدًا من الكروم. يحل الكروم محل حوالي 1 ٪ من الألومنيوم في بلورة كوروندوم أو بيريل عندما يتشكل روبي أو زمرد تحت الأرض عند درجة حرارة عالية وضغط.
ولكن كيف يمكن لعنصر واحد – كروم – إنشاء اللون الأحمر للون الأخضر والأخضر من الزمرد؟
علم الألوان
يمتلك الياقوت والزمرد الألوان التي يفعلونها لأنها ، مثل العديد من المواد ، تمتص بعض ألوان الضوء. يتكون الضوء الأكثر وضوحًا ، مثل أشعة الشمس ، من جميع ألوان قوس قزح: أحمر ، برتقالي ، أصفر ، أخضر ، أزرق ، نيلي ، البنفسجي. تشكل هذه الألوان طيف الضوء المرئي ، والذي يسهل تذكره باسم Roy G Biv.
أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل الكائنات ذات اللون هو أنها تمتص واحدة أو أكثر من هذه الألوان المرئية من الضوء. إذا تمتص المادة ، على سبيل المثال ، الضوء الأحمر ، فهذا يعني أن الضوء الأحمر يحاصر في المادة وأن الألوان الأخرى تعكس مرة أخرى إلى عينيك. اللون الذي تراه هو مجموع الضوء المتبقي ، والذي سيكون في نطاق الأخضر إلى الأزرق. إذا امتصت مادة ما اللون الأزرق ، فستبدو حمراء أو برتقالية لك.
على عكس أيون الألمنيوم عديم اللون ، يمتص أيون الكروم الضوء الأزرق والأخضر عندما يكون محاطًا بأيونات الأكسجين. ينعكس الضوء الأحمر إلى الخلف ، وهذا ما تراه في الياقوت.
في الزمرد ، على الرغم من أن الكروم محاط بستة أيونات الأكسجين ، إلا أن هناك تفاعلًا أضعف بين الكروم وأيونات الأكسجين المحيطة. هذا بسبب وجود السيليكون والبريليوم في كريستال البريل. أنها تتسبب في امتصاص الزمرد الضوء الأزرق والأحمر ، تاركا الأخضر لكي ترى.
إن القدرة على ضبط خصائص المعادن الانتقالية مثل الكروم من خلال تغيير ما يحيط به هي استراتيجية أساسية في مجال الكيمياء غير العضوية. يمكن أن يساعد ذلك العلماء على فهم العلم الأساسي للمركبات المحتوية على المعادن وتصميم المركبات الكيميائية لأغراض محددة.
يمكنك أن تسعد بالألوان المذهلة للأحجار الكريمة ، ولكن من خلال الكيمياء ، يمكنك أيضًا أن ترى كيف تخلق الطبيعة تلك الألوان باستخدام مجموعة متنوعة لا نهاية لها من الهياكل المعقدة المصنوعة من العناصر في الجدول الدوري.
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: دانييل فريدمان ، جامعة ويسكونسن ستوت
اقرأ المزيد:
لا يعمل Daniel Freedman مع أسهم أو استشارةها أو تتلقها من أي شركة أو مؤسسة ستستفيد من هذه المقالة ، ولم تكشف عن أي انتماءات ذات صلة تتجاوز تعيينها الأكاديمي.