Сапфи́р (от др.-греч. σάπφειρος (sappheiros) — синий камень, возможно от ивр. ספּיר (sapir) или персидского названия с тем же значением) — драгоценный камень различных оттенков, одна из разновидностей корунда[1]. В минералогии сапфирами называются корунды исключительно синего цвета, в ювелирной промышленности — любых цветов, кроме сиренево-красного (такие камни называются рубинами). Синий окрас сапфира обуславливается присутствием примесей титана (Ti) и железа (Fe). В старину сапфир (или сафир[2]), как и другие ценные минералы синей окраски, назывался баусом.
| Сапфир | |
|---|---|
 Необработанный сапфир | |
| Формула | Al2O3 |
| Примесь | Fe2+, Fe3+, Ti |
| Физические свойства | |
| Цвет | Синий и голубой различных оттенков; бесцветный, розовый, оранжевый, жёлтый, зелёный, фиолетовый, чёрный |
| Цвет черты | Белый |
| Блеск | Стеклянный |
| Прозрачность | От прозрачного до непрозрачного |
| Твёрдость | 9 |
| Спайность | Отсутствует |
| Излом | Неровный до раковистого |
| Плотность | 3,95—4,00 г/см³ |
| Кристаллографические свойства | |
| Сингония | Тригональная |
| Оптические свойства | |
| Показатель преломления | 1,766—1,774 |
 Медиафайлы на Викискладе | |
Существуют синтетические сапфиры, широко используемые в технике и ювелирном деле. Синтезируют как оптически прозрачные бесцветные химически чистые сапфиры (лейкосапфиры), так и окрашенные разнообразными примесями[3]. Искусственные сапфиры были впервые синтезированы в 1904 году французским химиком Огюстом Вернеем[англ.][4].
Сапфир является оксидом алюминия (химическая формула Al2O3)[1].
Свойства и разновидности
править
Сапфир характеризуется высокой твёрдостью (9 по Моосу) и сильным блеском. Показатель преломления света 1,762—1,778. Температура плавления 2040 °C. Плотность 3,93 г/см3. Прозрачен в инфракрасной области до длины волны 6500 нм. Оптически анизотропен. Диэлектрик[3].
Ювелирные сапфиры
правитьСапфиры имеют богатую цветовую гамму: кроме камней классического синего цвета, встречаются также и цветные (так называемые «фантазийные») сапфиры — экземпляры корунда ювелирного качества оранжевого, розово-оранжевого (цвета лотоса, так называемые «падпараджа»), гранатово-красного (с эффектом плеохроизма), жёлтого, зелёного и розового цветов, а также бесцветные камни (лейкосапфиры). Высоко ценятся «звёздчатые сапфиры» — разновидности камня с хорошо выраженным эффектом астеризма. Однако более всего в сапфире ценится васильково-синий бархатистый цвет умеренной интенсивности. Тёмноокрашенный сапфир, в отличие от изумруда глубоких цветов, ценится меньше.
Синий цвет сапфира обусловлен примесями титана и железа в матрице Al2O3[1]. Примесь хрома даёт розовый окрас, такие корунды зачастую называют рубинами[5]. Ванадий окрашивает сапфиры в фиолетовый цвет. Железо без примеси титана — в жёлтые и зеленоватые тона.
Схожий с сапфиром по цвету минерал кордиерит иногда называют «водяным сапфиром» (устаревший термин).
Месторождения
правитьСапфиры часто присутствуют в магматических горных породах, прежде всего в сиенитах, пегматитах и породах основных (бедных кремнезёмом) раздновидностей. Реже встречаются в кристаллических сланцах и метаморфированных карбонатах. Наиболее известные месторождения находятся на территории США (штаты Монтана и Северная Каролина), Австралии (Виктория, Квинсленд, Новый Южный Уэльс), Мадагаскара, ЮАР, Индии, Шри-Ланки, Бирмы, Таиланда и России[5]. В России находки сапфира приурочены к проявлениям синего корунда, в которых встречаются в том числе и прозрачные, пригодные к огранке камни. Синий сапфир встречается на Урале и на Кольском полуострове (Хибины). Уральские сапфиры, как правило, имеют сероватый оттенок, кольские сапфиры обладают своеобразным зеленоватым оттенком при глубокой васильково-синей окраске.
Вероятно, что наиболее крупным голубым сапфиром, добытым в природе, стал камень, случайно найденный рентгенологом Стивом Майером в США в середине 1960-х годов[6]:102. Обследуя вместе с приятелем заброшенные карьеры вблизи городка Кантон[англ.] (штат Северная Каролина), он обнаружил крупный обломок голубоватого горного хрусталя. Майер принёс камень на работу, где стал использовать его в качестве пресс-папье. Спустя несколько месяцев один из пациентов обратил внимание на камень и посоветовал Майеру показать его геммологу или ювелиру. К удивлению рентгенолога, специалисты определили, что простой «кусок хрусталя» оказался огромным кристаллом голубого сапфира массой чуть более 3500 карат.
История слова и камня
правитьЕщё древние тамилы, жители Юго-Восточной Азии, нередко находили сероватые непрозрачные камни, отличавшиеся исключительной твёрдостью. Эти камни они называли «корунда́м». Отсюда пошло звучание индийского «каурунтаки» и санскритского «курувинда» — позднее перешедшее (через латынь) в современную минералогию в общеизвестной форме «корунд». Прозрачные красные камни получили название «рубин» (от латинского «рубенс» — краснеющий), а прозрачные синие — сапфир. Однако, древние евреи и греки (а вслед за ними и римляне) так называли не современный сапфир (синий корунд), а лазурит (ляпис-лазурь)[6]:11.
В средневековой Руси рубины и сапфиры были известны под общим названием «яхонты». Это слово образовалось из системы сложной фонетической адаптации к русскому языку. Примерный путь можно проследить примерно так: персидский «йакунд» — арабский «йакут» — славянский «яхонт». При этом рубин назывался «яхонтом червлёным», а сапфир чаще всего — «лазоревым».
Применение
править- Синие прозрачные сапфиры используют в ювелирных изделиях. Наиболее прозрачные камни подвергают огранке, обычно бриллиантового типа. Менее прозрачные ювелирные образцы, в том числе так называемые звездчатые сапфиры, обрабатываются в форме кабошона. На Востоке сапфиры, несмотря на их твёрдость, часто гравируют, вырезая изображения и буквы на их поверхности[5].
- Синтетические лейкосапфиры находят применение в качестве сырья для изготовления офтальмологических скальпелей и хрусталиков глаза; для производства высокопрочных оптически прозрачных элементов (иллюминаторов космических станций, защитных стёкол оптических средств ракет и самолётов, защитных стёкол экранов в мобильных телефонах, часах и фотоаппаратах высшего ценового сегмента), в производстве бронестекла; как подложки в микросхемах; в стоматологии — для изготовления эстетичных брекетов, в промышленности — для изготовления сопел для гидроабразивных станков.
- В отличие от кварца, лейкосапфир не реагирует с парами щелочных металлов вплоть до самых высоких температур, поэтому из искусственного лейкосапфира массово изготавливаются горелки натриевых ламп высокого давления. Лейкосапфиры также находят применение в различных областях лазерной техники.
- Синтетический сапфир, активированный ионами Ti3+, используется в качестве активных элементов в титан-сапфировых лазерах.
Синтетические сапфиры
правитьСегодня сапфир востребован в технике и ювелирном деле. В первую очередь это касается оптически прозрачного сапфира — лейкосапфира. Благодаря выдающейся твердости и термостойкости его широко используют в качестве износостойких и термостойких окон, например в разнообразных мобильных гаджетах: наручных часах, сотовых телефонах. Также сапфировые подложки используют в полупроводниковой промышленности при изготовлении полупроводниковых микросхем и светодиодов по технологии кремний на изоляторе (en:Silicon on sapphire). Многие типы светодиодов изготавливаются на сапфировой подложке[7].
Искусственные сапфиры были впервые синтезированы в 1904 году французским химиком Огюстом Вернеем[англ.] (или Вернейлем, как его иногда называют на старый лад)[4]. Использованный им метод синтеза — капельное осаждение в кислород-водородном пламени — носит сейчас название метод Вернейля. Сегодня этот метод также используется для промышленного синтеза сапфиров.
Позже был придуман метод Чохральского и его разновидности (метод Киропулоса[8][9], метод Степанова[10]) — вытягивание кристалла из расплава с использованием затравочного кристалла. Сегодня по этому методу получают сапфиры массой до 300 килограммов[11].
В мире производится сотни тонн синтетических сапфиров в год, в основном в Китае, Японии, США и России[12][13]. В России работает одно из крупнейших в мире предприятий по синтезу сапфиров — АО «Монокристалл» в Ставрополе[11][14].
Полученные сапфиры разрезают и полируют алмазными инструментами в размер заказчика.
Основные применения искусственных сапфиров:
- Ювелирное дело.
- Стойкая к удару, истиранию, температуре, ионизирующей и ультрафиолетовой радиации оптика. В том числе стёкла для гаджетов, бронестёкла военной техники.
- Подложки полупроводниковых микросхем по технологии кремний на изоляторе (en:Silicon on sapphire).
- Подложки для оптоэлектронных устройств на основе нитрида галлия (GaN).[15] Этот процесс используется в том числе для производства синих светодиодов, на основе которых делается белое светодиодное освещение[7][16].
- Активированное добавками рабочее тело для твердотельных лазеров.
- Изоляторы со сверхмалыми токами утечки, например в электрометрии
Знаменитые сапфиры
править- Крупнейший сапфир (весом в 1404,49 карата),[17] получивший название «Звезда Адама», был добыт на Шри-Ланке в августе 2015 года.[18]
- Чёрная звезда Квинсленда (733 карата)
- Звезда Индии (563 карата)
- Сапфир Логан (423 карата)
- Звезда Азии (330 карат)
- Сапфир державы Российской империи (195 карат)
- Сапфир святого Эдуарда (167 карат)
- Располи (135 карат)
- Сапфир Стюартов (104 карата)
Галерея
править-
423-каратный (85 г.) синий сапфир Логан -
Необработанный грубый жёлтый сапфир, найденный на Сапфировом руднике в Спокане, недалеко от Хелены, штат Монтана -
Каплевидный синий сапфир -
Тёмно-синий сапфир, вероятно австралийского происхождения, демонстрирует блестящий поверхностный блеск, типичный для огранённых корундовых драгоценных камней. -
Розовый сапфир -
Гранёный падпараджа -
Кристаллическая структура сапфира -
Кольцо с сапфиром, изготовленное в 1940 году -
-
Сапфир из Мадагаскара -
Синтетический сапфир -
Синтетический звёздчатый сапфир -
Ксеноновая дуговая лампа Cermax с выходным окном из синтетического сапфира -
Монокристаллический сапфировый ком, выращенный методом Киропулоса. Приблизительно 200 мм в диаметре и около 30 кг. (Второй ком виден на заднем плане.)
См. также
правитьПримечания
править- ↑ 1 2 3 Сапфир / А. С. Марфунин // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- ↑ Сафир // Толковый словарь живого великорусского языка : в 4 т. / авт.-сост. В. И. Даль. — 2-е изд. — СПб. : Типография М. О. Вольфа, 1880—1882.
- ↑ 1 2 Переломова Н. В. Сапфир // Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик и др. — М.: Советская энциклопедия, 1983. — С. 654. — 928 с. — 100 000 экз.
- ↑ 1 2 Сапфир — статья из энциклопедии «Кругосвет»
- ↑ 1 2 3 Sapphire (англ.). Encyclopædia Britannica. Дата обращения: 18 марта 2024.
- ↑ 1 2 С.Ахметов. Беседы о геммологии. — М.: Молодая гвардия, 1989. — 237 с. — ISBN 5-235-00499-X.
- ↑ 1 2 Светодиодное освещение. Дата обращения: 19 февраля 2017. Архивировано из оригинала 20 февраля 2017 года.
- ↑ Способ выращивания кристалла методом Киропулоса. Дата обращения: 19 февраля 2017. Архивировано 20 февраля 2017 года.
- ↑ Киропулоса метод. Дата обращения: 19 февраля 2017. Архивировано 20 февраля 2017 года.
- ↑ Метод Степанова. Дата обращения: 19 февраля 2017. Архивировано 20 февраля 2017 года.
- ↑ 1 2 Российский «Монокристалл» крупнейший в мире производитель сапфировых стекол. Дата обращения: 19 февраля 2017. Архивировано 20 февраля 2017 года.
- ↑ Scheel, Hans Jr̲g; Fukuda, Tsuguo. Crystal growth technology (неопр.). — Chichester, West Sussex: J. Wiley, 2003. — ISBN 0-471-49059-8. Архивировано 5 сентября 2012 года.
- ↑ Elena R. Dobrovinskaya; Leonid A. Lytvynov; Valerian Pishchik. Sapphire: Materials, Manufacturing, Applications (англ.). — Springer, 2009. — P. 3. — ISBN 0-387-85694-3.
- ↑ The sapphire industry: back to the future. Дата обращения: 20 февраля 2017. Архивировано 21 февраля 2017 года.
- ↑ «Gallium nitride collector grid solar cell» (2002) U.S. Patent 6 447 938
- ↑ Status Of the Sapphire Industry. Дата обращения: 20 февраля 2017. Архивировано 21 февраля 2017 года.
- ↑ На Шри-Ланке добыт крупнейший в мире сапфир весом в 1404,49 карата. Дата обращения: 6 января 2016. Архивировано 6 января 2016 года.
- ↑ Самый крупный сапфир за $175 млн добыли в Шри-Ланке. Дата обращения: 6 января 2016. Архивировано 6 января 2016 года.
Литература
править- Андерсон Б. Определение драгоценных камней. — М.: Мир, 1983.
- Киевленко Е. Я., Сенкевич Н. Н., Гаврилов А. П. Геология месторождений драгоценных камней. — М.: Недра, 1974.
- Пыляев М. И. Драгоценные камни. — М.: Стрелец, 1990.
- Рид П. Геммология. — М.: Мир, 2003.
- Ферсман А. Рассказы о самоцветах. — М.: Наука, 1974.
- Рубин и сапфир. — М.: Наука, 1974.
