تاريخ الفيزياء
علماء الفيزياء
الفيزياء الكلاسيكية
الميكانيك
الديناميكا الحرارية
الكهربائية والمغناطيسية
الكهربائية
المغناطيسية
الكهرومغناطيسية
علم البصريات
تاريخ علم البصريات
الضوء
مواضيع عامة في علم البصريات
الصوت
الفيزياء الحديثة
النظرية النسبية
النظرية النسبية الخاصة
النظرية النسبية العامة
مواضيع عامة في النظرية النسبية
ميكانيكا الكم
الفيزياء الذرية
الفيزياء الجزيئية
الفيزياء النووية
مواضيع عامة في الفيزياء النووية
النشاط الاشعاعي
فيزياء الحالة الصلبة
الموصلات
أشباه الموصلات
العوازل
مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة
فيزياء الجوامد
الليزر
أنواع الليزر
بعض تطبيقات الليزر
مواضيع عامة في الليزر
علم الفلك
تاريخ وعلماء علم الفلك
الثقوب السوداء
المجموعة الشمسية
الشمس
كوكب عطارد
كوكب الزهرة
كوكب الأرض
كوكب المريخ
كوكب المشتري
كوكب زحل
كوكب أورانوس
كوكب نبتون
كوكب بلوتو
القمر
كواكب ومواضيع اخرى
مواضيع عامة في علم الفلك
النجوم
البلازما
الألكترونيات
خواص المادة
الطاقة البديلة
الطاقة الشمسية
مواضيع عامة في الطاقة البديلة
المد والجزر
فيزياء الجسيمات
الفيزياء والعلوم الأخرى
الفيزياء الكيميائية
الفيزياء الرياضية
الفيزياء الحيوية
الفيزياء العامة
مواضيع عامة في الفيزياء
تجارب فيزيائية
مصطلحات وتعاريف فيزيائية
وحدات القياس الفيزيائية
طرائف الفيزياء
مواضيع اخرى
Ruby, Sapphire, and Emerald
المؤلف: Franklin Potter and Christopher Jargodzki
المصدر: Mad about Modern Physics
الجزء والصفحة: p 120
24-11-2016
313
Ruby, Sapphire, and Emerald
How are ruby, sapphire, and emerald crystals related? How do they produce their colors?
Answer
How are ruby, sapphire, and emerald crystals related? Ruby and sapphire are color variations of the same mineral, corundum. Rubies contain a small amount of chromium. Pure corundum is a colorless, trigonal crystal that occurs in a wide variety of colors due to infiltrations of other elements. All color variations of corundum, with the exception of ruby, are called sapphires.
Rubies are red variations of the mineral corundum, a crystalline form of aluminum oxide and one of the most durable minerals that exists. Only diamonds are harder. Rubies’ rich, red colors arise from the substitution of a small number of aluminum atoms by chromium atoms. When exposed to high temperatures, rubies turn green, but they regain their original color after cooling. Some rubies phosphoresce with a vivid red glow when illuminated by ultraviolet light. Sapphire is aluminum oxide with trace impurities of iron and titanium atoms, which are responsible for the deep blue color shades most people associate with sapphire. Several other colors of corundum, such as yellow, reddish-orange, and violet, also are classified as sapphire. Synthetic sapphires have been produced commercially since 1902 and are used for scratch-resistant watch crystals, optical scanners, and in applications where physical strength and transparency to ultraviolet irradiation are important.
Emeralds are quite different from rubies and sapphires in that emeralds are the green form of beryl, colored by the presence of chromium or vanadium. The crystal structure of beryl emeralds is hexagonal (six-sided), with a hardness slightly higher than quartz but considerably less than diamond. Emeralds are notorious for containing flaws, and flawless stones are rare and greatly valued.
The colors in these gemstones are produced by characteristic downward atomic transitions involving F-centers (from the German word farbe, meaning color) at the chromium or other atoms. In a simple view of an F-center, the ambient light excites one electron in the chromium atom, for example, so the atom can be treated analogous to the hydrogen atom, with a large average radius for the location of the electron away from the chromium nucleus. The electron transition back to a lower energy state causes the emission of a photon in the visible.