Цвет изумруда

Структура берилла вид сверху. Гексагональные кольца тетраэдров SiO₄ образуют вертикальную вытянутую по оси c (перпендикулярно (0001)) структуру и связаны воедино Al³⁺ в октаэдрической координации и Be²⁺ в тетраэдрической координации.

Béryl Al₂Be₃[Si₆O₁₈]

Изоморфизм

2Be²⁺← Si⁴⁺ + Li⁺

Al³⁺ ← Mg²⁺ Fe²⁺ Mn²⁺ Fe³⁺ Cr³⁺Ti⁴⁺ V³⁺

Кремнекислородные тетраэдры насыщены Si⁴⁺

Если устанавливается избыток Si⁴⁺, то это может объясняться замещением

3Be²⁺ (0,35 Ǻ)← Si⁴⁺ (0,42 Ǻ) , 2Li⁺ (0,68 Ǻ).

Анализы свидетельствуют о частом дефиците Ве в сравнении с теоретической формулой 3Ве. Частично это объясняется замещением 2Be²⁺ (0,35 Ǻ)← Si⁴⁺ (0,42 Ǻ). Но корреляция Ве/ Li⁺свидетельствует об этом изоморфизма, несмотря на существенные различия в размерах: Be²⁺ (0,35 Ǻ)← Li⁺ (0,68 Ǻ). Этот тип замещения чувствителен к Р/Т условиям и характерен для бериллов тетраэдрического типа.

Алюмокислородные октаэдры служат ареной широкого изоморфизма:

Al³⁺ ← Mg²⁺ Fe²⁺ Mn²⁺ Fe³⁺ Cr³⁺Ti⁴⁺ V³⁺

Октаэдрические замещения позволяют говорить о бериллах октаэдрического типа.

Изоморфизм Al³⁺ ← Cr³⁺ V³⁺ в алюмокислородных октаэдрах с повышением Т, Р снижается, повышение давления способствует замещению тетраэдрического типа Be²⁺ (0,35 Ǻ)← Li⁺ (0,68 Ǻ).

Параметр с коррелирует напрямую с размером тетраэдра ВеО₄, (который изменяется вследствие изоморфизма), в то время как параметр а зависит от октаэдрического замещения.

Следовательно, отношение с/а варьирует в зависимости от типа изоморфного замещения.

0,991- 0,997 – октаэдрические бериллы

1,000 – 1,003 – тетраэдрические бериллы

0,997- 0,999 – нормальные бериллы

Щелочные ионы (прежде всего Na и Cs), реже Rb и K, входят в структуру берилла, чтобы скомпенсировать дефицит заряда, возникающего вследствие октаэдрического (Al³⁺ ← Mg²⁺ Fe²⁺ Mn²⁺) и тетраэдрического (Be²⁺← Li⁺) замещений. Это крупные ионы и они не могут найти места в структуре берилла нигде, кроме как структурных каналах.

Амбрустер (1988) рассматривает эти катионы в качестве необходимых партнёров в двойном замещении:

Na⁺ +Be²⁺ ↔Al³⁺

Na⁺ + Li⁺↔ Mg²⁺ Fe²⁺

Aurisichio показал, что природные бериллы могут быть представлены как твёрдый раствор в виде тройной системы

I. Al₂Be₃Si₆O₁₈ – стехиометрический берилл

II. Rf (AlMe²⁺)Be₃Si₆O₁₈^.n H₂O – октаэдрический берилл

III. Rf Al₂BeLiSi₆O₁₈^.n H₂O – тетраэдрический берилл

Или в общем виде:

Rf_x₊_y Al_2-_xMe_xBe_3-_yLi_ySi₆O₁₈^.n H₂O

Где Rf соответствует щелочным катионам, располагающимся в открытых каналах.

Максимально возможное количество щелочей в позиции 2b находится в пределах

0 < x + y <1

0< n<2-x-y,

при этом

n - чаще всего в пределах 0,3-0,6; x+y>0,5

Штаатц полагает, что состав берилла отражает степень дифференциации гранитных пегматитов.

Цвет изумруда

Al³⁺ ← Fe²⁺ Fe³⁺ Cr³⁺ V³⁺

Длина связи Al – O в бериллах 1,903 Ǻ

Cr – O в изумрудах 1,972 Ǻ

Следовательно, кристаллическое поле вокруг Cr³⁺ слабее, что приводит к его искажению и усилению абсорбции света. Периферические электроны атома хрома вследствие смены орбиталей избирательно поглощают световые лучи, соответствующие длине волны фиолетового, жёлтого и красного цветов (с удвоением спектра красного 6800-6830 Ǻ), в результате в остатке – голубой и зелёный – соответствуют окнам пропускания для изумруда. Результирующий зелёный цвет очень чувствителен для восприятия зрением, частично он дополнен лёгкой флюоресценцией в красном свете.

Полосы пропускания соответствующие V³⁺усиливают эффект, обусловленный Cr³⁺.

Рис. Распределение природных бериллов по соотношению их типовых составов в координатах I/II/III