6.95. Опалы

Чем обусловлена игра цвета опала? У опала механизм цветообразования должен быть не таким, как у алмаза, его дисперсия мала. Кроме того, у опала и сами цвета другие. Если вращать бриллиант под ярким источником белого цвета, он переливается всеми цветами радуги. А если так же вращать опал, разброс цветов будет небольшим. Что определяет различие между бесцветным и благородным черным опалом?

ОТВЕТ • Опал — это не кристалл, а аморфный кремнезем, оксид кремния, содержащий небольшое количество воды. Кремнезем собран в небольшие сферические глобулы (диаметром порядка 100 нм), которые упакованы плотно, как апельсины в ящике. В пространстве между этими сферами содержатся воздух, водяной пар и жидкая вода. Оптические свойства структуры из кремниевых сфер и пустот между ними зависят от размеров глобул. Белый свет, попавший внутрь опала, испытывает дифракцию (один из типов рассеяния) на этой периодической структуре, при этом лучи разных цветов выходят из опала под разными углами. Угол дифракции для каждого из цветов определяется периодом структуры (диаметром глобул) и углом падения света. Если, осматривая опал, вы двигаете его, тут и там вспыхивают и гаснут точки разных цветов. Говорят, что опал горит.

Если цвета яркие и хорошо различимы, как в случае черного опала, каждый из них должен состоять из световых волн с близкими длинами. Такой узкий интервал длин волн возможен, если все кремниевые сферы примерно одного размера. Однако самую красивую игру цвета под любым углом демонстрируют опалы, состоящие из групп кремниевых глобул, ориентированных и упакованных в разных местах по-разному. В этом случае говорят о дефектах упаковки. Черный опал с дефектами еще и потому так красив, что в нем есть небольшие включения углерода, оксидов железа или титана, поглощающие часть света. Благодаря этому создается черный фон для исходящих ярких цветных лучей, что делает их лучше различимыми. В бесцветных опалах сферические глобулы кварца сильно разнятся по размерам, и поэтому такие опалы не блестят. В белых опалах этот разброс меньше, но все же еще достаточен, чтобы они выглядели бледными и молочно-белыми.