색의 원인 및 보석의 변색과 퇴색

1. 색의 원인 

  전에 투명한 보석은 색의 원인이 선택흡수라는 것을 말하였습니다.  그러나 여러가지 파장의 흡수나 통과가 다르게 되는 원인에 대해서는 구체적으로 언급하지 않았습니다. 커런덤이나 투어멀린과 같은 보석은 둘다 무색, 혹은 다양한 여러가지 색이 나오고 있는데 이것은 다른 종류의 보석에서는 볼 수 없는 색의 흡수가 일어난다는 것이 분명합니다.

화학 분석을 주의깊게 한 결과에 의하면 이 종류의 보석종이 절대 순수한 경우에 무색이라는 것이 나타났습니다. 여러가지 색은 불순물로 존재하는 소량의 금속 산화물 함량에 따라서 다르게 되는데 이런 보석을 알로크로매틱(allochromatic)이라고 합니다.  또한 주요 화학 원소가 색의 원인으로 되는 보석을 이디오크로매틱(idiochromatic)이라고 합니다.  좋은 예로 터키석, 페리도트, 공작석이 이디오크로매틱에 듭니다.  이디오크로매틱에 속하는 보석은 색이 비슷한 특징을 가지고 있습니다.

 

합성 보석이 세상에 나오기 전에는 색의 원인을 정확한 화학 분석과 녹인 유리에 여러가지 물질의 양을 변화시켜 첨가한 결과에 기초를 둔 이론이 세워졌습니다.  블루사파이어를 세밀하게 분석하면 철과 티타늄의 흔적이 보이고, 루비에는 소량의 산화 크롬이 발견됩니다.  구조 중에 알미늄과 용이하게 대체되고 루비가 상당히 균일한 상태로 색이 되는 것은 이 때문이라고 생각되어집니다.

한편 사파이어는 색을 만드는 철과 산화 티타누의 콜로이드 상태인 일메나이트(ilmenite)광물이 결합상태로 존재합니다.  사파이어의 색이 별로 균일하지 않고 또한 색이 고른 균일한 청색 합성 사파이어를 쉽게 만들어내지 못하는 것은 이 이유에 의한 것입니다.  검사결과의 차이는 이것 뿐이어서 결론은 명백해집니다.  커런덤의 합성에 사용되는 베르누이(verneuil)법에서 각종 금속의 산화물이 희망대로 예기한 결과를 가져다 주었기 때문에 이점에 있어서의 의문이 확인되었습니다. 그후 많은 여러가지의 금속 산화물이 실험되어졌고 그 결과 자연계에서는 알려지지 않았던 몇개의 색이 만들어졌습니다.

 

앞서 말한 바와 같이 합성보석재료는 그 성분이나, 구조에서 모두 천연을 본따고 있어 그 결과 성질은 근본적으로 비슷합니다.  커런덤과 합성 커런덤의 경우 구조 특성 및 성분에 관해서는 "동일"이라는 말을 무조건으로 사용할 수 있습니다.

합성 스피넬은 성분이 아주 같지는 않기 때문에 그 특성은 좀 다르나 천연과 합성의 구조는 근본적으로 같습니다.  합성 스피넬은 청색의 합성 사파이어를 만들려는 노력으로 마그네슘을 산화알미늄에 첨가했을 때 우연히 만들어졌습니다.  실제적으로 합성 사파이어에서 훌륭한 청색을 내는 것은 불가능하다고 여겨졌으며, 많은 실험이 행하여 졌으나 모두 실패했습니다.  지금도 암청색의 합성 스피넬이 어떤 합성 사파이어 보다도 최상질의 청색 사파이어에 가장 가깝다고 할 수 있습니다.

합성 에메랄드(베릴)는 다년간에 걸쳐 상업적인 사이즈의 크기로 만드는데 성공하고 있습니다.  최초로 만들어진 것은 1935년 독일에서 였으며 현재 시장에 나오고 있는 것은 화학자 캐롤 채텀(Carroll Chatham)이 샌프란시스코에서 제조한 것입니다.  간단히 화학구조를 가지고 있는 수정(quartz)은 쉽게 합성되지만 천연의 것이 싸고 다양한 종류가 충분히 있기 때문에 보석용으로서의 합성 수정은 타산이 맞지 않습니다. 

천연의 화학 성분과 동일하게 재생된 돌일지라도 결정구조 내에서 원자의 배열, 물리적, 광학적 성질이 동일하지 않을 경우 제대로 합성한 돌과는 다르게 취급합니다.

천연과 마찬가지로 화학성분과 색을 갖는 보석의 복제물을 만들어도 그 결정구조를 갖지 않는 것은 유리나 이미테이션으로 분류합니다.  이를테면 천연 베릴의 화학식으로 만들어진 에메랄드 녹색 물질이 진짜와 같은 원자 구조를 갖고 있지 않으면 합성 에메랄드가 아니고 이미테이션입니다.  진짜 에메랄드와 똑같은 구조가 없기 때문에 물리적 혹은 광학적 특성이 다릅니다.  왜냐하면 이것은 비결정의 구조를 갖게 되므로 비록 에메랄드와 화학적 성분이 같더라도 그것은 단순한 유리에 불과합니다.  

합성 커런덤과 합성 스피넬의 색은 가루 배합물이 응고되기 전에 소량의 금속산화물(금속원소와 산소의 결합)을 추가해서 만듭니다.  여러가지  색을 만들기 위해서는 다른 산화물을 이용합니다.  합성 에메랄드의 녹색은 산화크롬을 첨가해서 만들게됩니다.  

 

유리는 화학적으로 정의하기 보다도 물리적인 상태의 물질로 이해하는 것이 좋습니다.  이것은 점성의 액체로서 급속히 냉각시켜 응고시킨 것이라 할 수 있습니다.  주성분은 금속 산화물이나 광범위한 성분으로 만들 수 있습니다.  대개의 경우 주요 성분은 순수한 모레의 형태인 실리카(산화규소)입니다.

나트륨이나 칼슘도 흔히 내포된 성분입니다.  납, 붕소  또는 산화칼슘도 잘 사용되나 이 성분은 희망하는 특성에 의해서 달라집니다.  대개 아름다운 식기나 보석 모조품은 다량의 산화납을 포함하고 있습니다.  다른 소량의 금속 산화물은 착색제에 이를 테면 청색에는 코발트 등을 사용합니다.

 

2. 보석의 변색과 퇴색

1)열처리  

대부분 보석의 색은 열을 받으면 변하게 됩니다.  이와 같은 열처리를 받은 보석은 "파이어드(fired)" 또는 "번트(burnt)"로 불리 울 때가 있습니다.  이 변화가 일시적인 것일 때는 보통 온도가 되면 금방 원래의 색으로 돌아갑니다.  따라서 고온에서 녹색으로 바뀌는 루비는 식히면 원래의 색으로 돌아 갑니다.

다른 경우 원래의 색이나 그것과 비슷한 색으로 변화하는 것이 천천히 될 수 도 있고 수년에 걸쳐서도 변화하지 않는 것이 있습니다.  이를테면 어떤 종류의 지르콘을 청색이 되도록 열처리 하면 일정기간동안 부분적으로 변화하는 것도 있고 또 어떤 것은 영구적으로 색이 바뀐 것 같이 보이는 것도 있습니다.

또한 열에 의한 변화에서 영구적인 것이 있습니다.  자수정 색을 가진 수정 가운데 일부를 가열해서 갈생의 토파즈 수정(topaz-quartz)으로 하는 것이 그 예입니다.

 

2)염색성

화학처리에 의해 영구적으로 색이 변하도록 하는 보석이 몇가지 있습니다.   이 처리중 보통은 열을 사용하며  칼세도니를 검정색으로 염색한 것과 같이 변색이 영구적인 것도 있습니다.  그러나 청색으로 염색한 수정처럼 변화가 서서히 일어나는 경우도 있으며 대부분의 돌은 염료로 착색하면 곧 변색하게 됩니다.

 

3)퇴색

열이나 빛을 쪼이면 색을 점차적으로 혹은 완전히 잃어버리는 것도 있습니다.  색이 있는 지르콘광물을 열처리로 무색의 지르콘으로 만든는 경우가 있으며, 장미수정은 장기간 햇빛에 쪼이면 점차 퇴색되어 갑니다.  염색성의 대부분은 열이나 빛을 가하면 색을 잃어버리게 됩니다.

 

3. 금속에 있어서의 색

  보통의 조명 상태에서 귀금속은 명확한 색을 갖고 있습니다.  이 색은 금속으로부터의 빛의 반사작용에  의해서 나타나게 됩니다.  밝은 빛에서의 순금은 확산된 빛에서 보는 것과 상당히 다른 색으로 보입니다.  보통 금속의 명확한 색은 10Karat금이 구리 색깔을 띠고 있듯이 합금의 주요 성분이 그 금속의 색으로 나타납니다.  그러나 금속을 서로 섞는 결과에 있어서 합금에 나타나듯 많은 부분을 차지하는 금속이 뚜렷한 색으로 나타내지 않는 경우도 있습니다.  그 예로 귀금속 장식에 사용하는 18K 화이트골드가 그것입니다.

 

4. 내포물의 성질

   

  천연상태나 연구실에서 보석재료가 성장할 때 이물질 또는 재질의 조그마한 결정이 충적 중에 잡힌다든지 구조상의 불규칙이 생긴다든지 하는 때가 자주 있다.  보석 재료가 투명할 때 내포물이 크면 그것은 육안 또는 충분히 확대하여 보면 눈으로 확인할 수 있습니다.  성장과정 중에 잡힌 물질을 내포물(inclusion)이라고 합니다. 피숴(fissures), 클리비지(cleavage), 프랙쳐(fracture)는 임퍼펙션, 플로우(flaws) 또는 블레미쉬(blemish)로 하는 편이 정확합니다.

유색보석 중의 내포물을 유해하다고 생각하기 보다는 아름다움을 해치지 않을 정도로 미세하고 수가 적은 경우 그 돌의 특징으로 감별에 도움을 준다는 것을 생각해 두기 바랍니다.  이 내포물은 같은 변종에서도 다른 돌과 분간할 수 있을 뿐더러 똑같은 합성물을 만든다 하더라도 천연임을 밝힐 수 있게 합니다.   유색보석에 육안으로 보일 정도의 힘이 없는 것은 거의 없으며 루비 사파이어 및 에메랄드는 대량으로 합성되어지기 때문에 아름다운 천연석에서만 독특하게 감별할 수 있는 특징적인 내포물을 포함하고 있는 편이 좋습니다.

내포물에는 고체, 액체, 개스상 또는 그들이 혼합되어 있는 것이 있습니다.  고체의 내포물은 같은 물질이지만 눈으로 볼 수 있을 정도로 방향이 다르다든지 코트되어 있다든지  또는 성장 중에 이물질이 존재하기도 합니다.  액상의 내포물은 보통 기포를 포함하고 있습니다.  

이 액체는 일반적으로 결정이 성장했을 때 용액과 같은 구성입니다.  어느 종의 천연보석이나 베르누이법으로 합성한 것의 모든 보석의 속에는 용융물질이 고체화 할 때 잡힌 기포를 포함하고 있습니다.  천연의 결정성 보석은 액체나 각진 공동을 제외하고는 구형기포를 포함하지 않으나 다이아몬드와 같은 어떤 돌에는 개스의 봉입물로 생각되는 흰구름 낀 내포물이 있습니다.

내포물에 관해서 보통 생각 할 수 있는 또하나의 특징은 색대입니다.  또한 돌 속에서 끊겨져 보이는 twinning plane도 내포물로 생각할 수 있습니다.  합성 커런덤에서 보이는 스트라이어(striae)나 유리속의 소용돌이 마크(swirl mark)와 같은 성장선이 있어도 마찬가지라고 말할 수 있습니다.

합성의 내포물과 천연석에 생기는 갖가지 액체, 고체 내포물의 외관 차이를 알고 있는 것은 합성 보석재료를 간파하는 전문가에 있어서 반드시 필요한 요소라고 할 수 있습니다.

 

 

합성 보석의 결정과 가공 형태

 

 

 

합성보석의 다양한 색상