コランダム　（サファイアとルビー）


ほとんどの天然コランダムの比重：約 3.997付近　
屈折率：1.762 〜 1.770　BR 0.008
モース硬度：9
亜金剛光沢（ガラスよりも強い光沢）


　純粋なコランダムAl2O3は無色透明ですが、天然石においては微量の不純物のせいでほぼ必ず色が付いています。コランダムの色の範囲は非常に広く、灰色以外のあらゆる色があります。

　アステリズム（スター効果）を示す石も多く見られますが、シャトヤンシー（キャッツ・アイ効果）は極めて稀です。

　サファイアにはカラー・チェンジの石も存在し、高級品は太陽光のもとで青みがかった緑色、白熱灯の光で紫色を示します。

　コランダムは複屈折性の鉱物ですので、無色透明あるいは黄色以外の石においては二色性を有します。コランダムにおいて最も美しい色（ルビーのわずかに紫がかった赤、サファイアのロイヤル・ブルー）は常光線によって引き出されます。したがってコランダムのカットは、テーブル面が光軸に対して直角になるように行うのが理想です。

　コランダムは非常に硬い鉱物ですが、少し脆いので、取り扱いに注意が必要です。固いものの上に落としたり強い衝撃を与えたりしますと割れることがあります。劈開はありませんが、板状に溶離したヘマタイトあるいはべーマイトのせいで裂開を生じることがあります。



【ルビー】

　サファイアには大粒のものがありますが、ルビーは常に小粒です。3カラットを越すサイズのルビーはレッド・ダイヤモンドの次に稀少で高価な宝石といえ、1988年10月にニューヨークのサザビーズで競売にかけられた15.97カラットのルビーは、US$3,630,000（当時の為替レートで約4億5000万円）で落札されています。


・ルビーの色

　ルビーの色はごく一部（全体の１〜３％）酸化アルミニウムAl2O3のと酸化クロムCr2O3の間に類質同像の置換が起きたことによります。ルビーの色の深みは置換される酸化アルミニウムの量によって決まりますが、三価の鉄（第二鉄）を含む酸化鉄Fe2O3を含むとその影響を受けて蛍光性が減少し、茶色がかった色になります。

　もっとも美しいルビーはその蛍光によって信号機の赤の色をしており、完全に透明ではなく、シルクと呼ばれる非常に細かい粒子状インクルージョンを含みます。シルクは光を散乱させて石全体に行き渡らせ、暗い箇所をなくして色を引き立たせます。

　ミャンマーではこのようなルビーの色を「ピジンズ・ブラッド」(pigeon's blood)と呼ぶそうですが、私はミャンマーの鳩の血を見たことはありませんし、見たいとも思いません。


・ルビーの蛍光性

　コランダム（ルビー及び紫色のサファイア）の蛍光はあらゆる波長の紫外線及び青色の可視光線によって励起されたクロムイオンによります。この蛍光は白色光のもとでもチェルシー・カラー・フィルターで確認できますから、ルビーとガーネットを分別するのに役立ちます。

　ルビーと称して売られているアフリカ産の赤いサファイアには充分なクロムが含まれていないので蛍光性がありません。これらのコランダムはレッド・サファイアであって、ルビーと呼ぶべきではありません。

　タイ・カンボジア産ルビー、及び鉄分に富むビルマ産ルビーの蛍光は弱い場合が多いですが、それ以外の天然ルビー、及び人工ルビーはいずれも強い蛍光を発します。したがって蛍光性の有無によって天然ルビーと人工ルビーを識別することはできません。



【サファイア】

　ブルー・サファイアの色の原因は、ごく一部（数百分の１パーセント）のアルミニウムと置換された鉄・チタン間に分子間電荷移動遷移が起きるためであると言われています。すなわち

Fe2+ ＋ Ti4+ → Fe3+ ＋ Ti3+

　上記の反応が始まるためには、左辺にニ価の鉄Fe2+と四価のチタンTi4+が必要です。
　サファイア原石に含まれる鉄のほとんどは酸化が進んだ三価の鉄Fe3+ですが、これを密閉容器に入れて酸欠状態で加熱すると、三価の鉄Fe3+が還元されてニ価の鉄Fe2+が得られます。
　いっぽう、四価のチタンTi4+はサファイア原石中に溶離したルチルTiO2を熱で拡散させることにより得られます。

　加熱処理が終わったサファイア原石を密閉容器から取り出して冷却する過程で、ニ価の鉄Fe2+はふたたび酸化されて三価の鉄Fe3+に戻りますが、このとき三価の鉄Fe3+は三価のチタンTi3+と結合します。この結合によって青い色が生まれます。
　ブルー・サファイアはこのような理由で加熱処理されるのです。

　参考　ゲオルク・アムタウアー及びジョージ・R・ロスマンによる論文の梗概　（英語）

　ブルー・サファイアのなかでもっとも価値があるとされるのはわずかに紫色がかった鮮やかな青色の石で、このようなサファイアはたいへん高価です。色が濃すぎる（暗すぎる）ものは安価で、タイやオーストラリアのサファイアのように玄武岩鉱床から採掘された石にはこのタイプが多く見られます。　



Corundum - Rubies and Sapphires

Al2O3
specific gravity: around 3.997
refractive index: 1.762 to 1.770, birefringence 0.008
sub-adamantine luster stronger than vitreous

Corundum, to which Al2O3 is attributed, is colorless in its pure form of synthetic sapphires, but in natural samples it is nearly always tinted due to different trace elements. The mineral has an extremely wide color spectrum except for gray. While asterism is seen in some corundums, chatoyancy is quite rare. Sapphires have color-change varieties, the most desirable of which exhibit bluish green in daylight and purple in incandescent.

Corundums have a birefringence of 0.008 and, with the exception of the colorless or yellow varieties, have dichroism. Their most attractive colors, red verging to purple in rubies and royal blue verging to purple in sapphires, being those of ordinary ray, corundums should be cut with their table facets normal to their optical axes.

Corundum, despite its hardness of 9 in Mohs's scale, is somewhat brittle, and dropping it on a hard surface or giving it a sharp blow may result in cracks. The mineral does not have cleavage but sometimes will fracture due to included plates of exsolved hematite or boehmite.


RUBIES

While sapphires can be large in size, rubies are always small, making those over three carats probably the second most expensive after red diamonds. A 15.97-ct stone auctioned by Sotherby's, New York, in October, 1988, fetched US$3,630,000, the record price of a ruby.


coloration of ruby

Ruby's coloration is due to the isomorphous replacement of Al2O3 by Cr2O3. The depth of color depends on the quantity of Cr2O3, If ruby contains enough ferric iron or Fe2O3, it makes the stone less fluorescent and brownish in color.

The most desirable rubies are fluorescent traffic signal red in color. They are never internally flawless and are somewhat "silky", containing fine particles which scatter light onto all facets of the stone and reduce dark facets known as extinction.

The color is said to resemble Myanmar's indigenous pidgeon's blood, and used to be called so in the trade, which name, in my personal opinion, is disgustingly cruel and shameful, totally ill-becoming to the beautiful gemstone.


fluorescence of ruby

Chromium ions in corundums - rubies and purple sapphires - are excited by long and short length UV or even blue light and make the stones luminescent. The fluorescence can be observed through a Chelsea color filter even in daylight, which is a convenient way to sort out rubies in a mixed parcel of rubies and garnets.

African red sapphires are often sold as "rubies", but they do not contain enough chromium and do not luminesce. They are red sapphires, not rubies.

Many rubies of Thailand and Cambodia and those of Myanmar are rich in iron and have tendency to have a weaker fluorescence. Natural rubies of virtually all sources except those above and also all synthetic rubies exhibit strong fluorescence. So fluorescence cannot be a clue when distinguishing between natural and synthetic rubies.


SAPPHIRES

coloration of blue sapphire

Coloration of blue sapphires is due to the molecular charge transfer between iron and titanium which replace hundredths of percents of aluminium in the mineral. This chemical reaction can be written as follows.

Fe2+ + Ti4+ --> Fe3+ + Ti3+

Iron in ferrous state (Fe2+) and titanium 4+ are needed to initiate the reaction because there has to be a certain difference in charge value, that for two valences in this case, between the molecules for charge transfer to occur. While most iron in sapphire roughs is in ferric state (Fe3+), heating roughs in a reducing atmosphere reverts it to ferrous (Fe2+). On the other hand Ti4+ can be obtained by the heat-induced diffusion of exsolved rutile TiO2.

Cooling down in an oxidizing atmosphere after heat treatment, Fe2+ becomes Fe3+ again, but making a compound with Ti3+ this time, thus producing the blue color. These facts are crucial in the heat treatment of sapphires.

For further information, reference should be made to the article "Mixed valence of iron in minerals with cation clusters" by Georg Amthauer and George R. Rossman in Physics and Chemistry of Minerals, ISSN 0342-1791, an abstract of which is found by clicking on this link.


Top prices for blue sapphires are paid for those of bright royal blue verging to purple. Prices of unattractive darker stones, like those from basalt source in Thailand and Australia, are lower.



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