Kąt padania światła – własności optyczne kamieni

Unikatowe własności optyczne kamieni pozwalają odróżnić oryginał od imitacji. Każdy kamień ma charakterystyczną poświatę, którą zawdzięcza kątowi padania światła. Jedne mienią się niebieskimi refleksami, a drugie oczarowują wszystkimi kolorami tęczy. Załamanie światła w kamieniach jest wielkością niezmienną i charakterystyczną dla kryształów poszczególnych rodzajów kamieni szlachetnych i ozdobnych, dzięki czemu można używać danej zależności do badania kamieni szlachetnych. 

Własności optyczne kamieni

Kąt padania światła w kamieniach 

Promień światła, który pada na przezroczysty (lub półprzezroczysty) kamień częściowo się odbija, a częściowo zostaje pochłonięty przez wnętrze. Przy czym promień widocznie się załamuje zmieniając kierunek. I to dlatego możemy podziwiać wiele efektów świetlnych w kamieniu. Takie właśnie zjawisko nazywamy załamaniem światła. Oznaczenie dokładnego współczynnika światła pozwala nam określić z jakim kamieniem szlachetnym lub imitacją mamy do czynienia. A dla pewności pomiaru, rzeczoznawca wykonuje dodatkowy test gęstości kamienia. Tak przeprowadzone badanie daje pełne spektrum danych o kamieniu, dzięki czemu można bez wątpliwości ocenić dany kruszec szlachetny.

Współczynniki załamania światła kamieni szlachetnych:

Ametyst: 1,544–1,553

Diament: 2,417–2,419

Rubin: 1,762–1,778

Spinel: 1,712–1,762

Szafir: 1,762–1,778

Topaz: 1,609–1,643

Opal: 1,37–1,52

Współczynnik załamania imitacji:

Szkło: 1,44–1,90

Cyrkonia: 2,150–2,180

Kamienie szlachetne, a imitacje

Sprawne oko rzeczoznawcy w wielu przypadkach na pierwszy rzut oka może określić autentyczność badanego kamienia. Łatwo odróżnić cyrkonię od diamentu, dzięki różnym kolorom mienienia się (brylancji). Jednak chcąc odróżnić opal od opalitu należy wykonać badanie na refraktometrze. Bo choć naturalny opal mieni się dzięki maleńkim kryształkom krystobalitu wrośniętym w strukturę krzemianu, to trudno na pierwszy rzut oka odróżnić go od imitacji. W zależności od ułożenia tych kryształków możemy ujrzeć naturalną opalizację tego kamienia w promieniach świetlnych. Syntetyczny opalit jest za to najczęściej koloru mlecznobiałego i opalizuje żółto-niebieskimi refleksami. Powstaje on poprzez zmieszanie kawałków opalu z kolorowym szkłem i kryształem górskim. Dodatkowo można odnaleźć w nim ślady sodu, magnezu, aluminium oraz tytanu. Przez co imitacja opalu nie będzie miała takiego samego współczynnika załamania światła oraz gęstości co kamień szlachetny pochodzenia naturalnego.

Jak zbadać współczynnik załamania światła?

Taki pomiar można wykonać w specjalistycznym urządzeniu refraktometrze na którego skali bezpośrednio możemy odczytać wartość. Do badania współczynnika możemy użyć wyłącznie kamieni o szlifie fasetowym lub takich z równą płaszczyzną. Muszą być one wyciągnięte z oprawy pierścionka czy kolczyków, ponieważ tzw. łapki mogą przekłamywać odczyt refraktometru. Dla kamieni w formie kaboszonu rzeczoznawca może uzyskać jedynie przybliżone wartości współczynnika. Pomiaru można również dokonać za pomocą cieczy imersyjnych o znanym współczynniku załamania światła. Kamień szlachetny zanurza się w takiej cieczy, następnie ogląda i porównuje. W zależności od jasności, ostrości, grubości konturów oraz krawędzi fasetek można otrzymać przybliżone wartości współczynnika załamania światła. Dzięki którym można określić rodzaj badanego kamienia szlachetnego lub imitacji. 

Ciecze immersyjne o znanym współczynniku światła:

1,409 alkohol izoamylowy

1,45 nafta

1,473 gliceryna

1,498 toluen

1,544 olejek goździkowy

1,586 anilina

1,740 jodek metylenu

1,810 jodek etylenu

2,06 rozwór siarki i fosforu w jodku metylenu

Jak odczytać wynik badania cieczą imersyjną?

Jeśli zanurzony w cieczy kamień ma dookoła biały kontur i czarne krawędzie oznacza to, że załamanie światła jest mniejsze niż cieczy. W przypadku, gdy widoczny jest czarny kontur i białe krawędzie fasetek, kamień szlachetny ma współczynnik załamania większy od cieczy. Szeroki kontur oznacza to, że załamanie światła cieczy znacznie odbiega od współczynnika cieczy. Tylko w przypadku zatartego konturu (widoczne jedynie krawędzie faset) możemy uznać, że załamanie światła badanego kamienia jest jednakowe co cieczy.