Asset Publisher

Asset Publisher

ĐỘ CỨNG (HARDNESS)

Sức kháng cự của một vật liệu đá quý với sự gạch xước hoặc sự mài mòn là độ cứng của nó, kí hiệu là H. Sức kháng cự phụ thuộc vào cường độ của lực liên kết giữa các nguyên tử với nhau. Để đơn giản hóa thì lực liên kết mạnh tương ứng với viên đá cứng. Do đó, độ cứng là một tính chất quan trọng, một trong những thuộc tính quan trọng của đá quý, bởi vì độ bền phụ thuộc vào nó rất nhiều.

 

Một số cách đo định lượng độ cứng được tạo ra, nhưng phương pháp scratch hardness (vết trầy xước) được sử dụng trong một thời gian dài bởi các nhà khoáng vật học và cũng đáp ứng tốt cho các nhà ngọc học. Theo phương pháp này thì cạnh bén của một khoáng vật đã biết độ cứng mà làm trầy xước bề mặt phẳng của một khoáng vật khác thì nó cứng hơn. Vào năm 1824, nhà khoáng vật học Mohs (Australia) đã chọn 10 khoáng vật tương đối phổ biến và sắp xếp chúng theo thứ tự độ cứng tăng dần từ 1 tới 10 như sau:

 

Thang độ cứng Mohs

 

1. Talc

6. Orthoclase

2. Gypsum

7. Quartz

3. Calcite

8. Topaz

4. Fluorite

9. Corundum

5. Apatite

10. Diamond

 

Mỗi khoáng vật có thể rạch trầy khoáng vật có số thứ tự thấp hơn trên thang độ cứng nhưng không thể rạch trầy khoáng vật có số thứ tự lớn hơn. Ví dụ: kim cương rạch trầy dễ dàng corundum, corundum rạch trầy topaz và topaz rạch trầy thạch anh. Hai khoáng vật có độ cứng giống nhau có thể rạch trầy nhau.

 

Ngoài những khoáng vật nằm trong thang độ cứng, độ cứng còn thường được xác định bằng các vật liệu sau: độ cứng của đồng tiền bằng đồng khoảng 3, mũi dao bằng thép có độ cứng lớn hơn 5 một chút, thủy tinh cửa sổ là 5.5 và cây giũa bằng thép là 7. Trong thực hành, chúng ta có thể ước lượng độ cứng của một viên đá nhỏ hơn 7 bằng cách rạch viên đá với mũi nhọn của cây giũa xem nó bị trầy dễ dàng hay khó khăn. Ví dụ: thủy tinh (H 5.5) bị rạch trầy tương đối dễ dàng, trong khi đó cần một lực mạnh để tạo ra một vết trầy mỏng trên idocrase (H 6.5).

 

Sử dụng những vật liệu thô, một vết trầy có thể không thấy bằng mắt thường trên bất kì bề mặt nhẵn nào. Quan sát dưới kính hiển vi có độ phóng đại thấp hoặc kính lúp cho phép thấy một vết trầy nhỏ chỉ dài khoảng một milimet. Sau khi một vết trầy được tạo ra, bề mặt nên được lau sạch và kiểm tra lại dưới độ phóng đại để xác định vết trầy có thật sự được tạo ra hay không. Một vệt bụi nhỏ của khoáng vật kiểm tra mềm hơn viên đá được kiểm tra có thể giống với vết trầy.

 

Liên kết trong một tinh thể có thể thay đổi từ một mặt nguyên tử sang một mặt khác; do đó độ cứng phụ thuộc vào cường độ liên kết nên cũng có thể thay đổi theo hướng tinh thể học. Một tinh thể có thể thể hiện sự thay đổi mức độ độ cứng phụ thuộc vào hướng mà nó bị rạch. Tuy nhiên, trong hầu hết đá quý sự khác nhau này chỉ thay đổi chút ít, ngoại trừ kyanite, một hướng có H = 5, hướng vuông góc với nó H = 7. Sự thay đổi độ cứng trong kim cương cũng được nhận ra bởi những thợ mài kim cương. Mặt song song với mặt lập phương có thể đánh bóng tương đối dễ dàng, nhưng mài và đánh bóng mặt song song với một mặt bát diện thì khó hơn rất nhiều.

 

Mặc dù thang độ cứng Mohs thì hữu dụng trong việc xác định độ cứng của đá quý, nhưng nó không tuyến tính, nghĩa là khoảng độ cứng giữa hai cặp khoáng vật gần nhau thì không đều nhau. Độ cứng của những khoáng vật trong thang độ cứng Mohs được đo định lượng cho ra một thang độ cứng tuyệt đối hình 5.4. Những vị trí của các khoáng vật trong thang độ cứng Mohs thì được giữ như cũ nhưng corundum có độ cứng lớn hơn thạch anh 4 lần và thấp hơn kim cương 4 lần.

 

Bởi vì kiểm tra độ cứng có khả năng phá hủy mẫu, nên tránh sử dụng nó trong kiểm định đá quý đã chế tác. Nó có thể được sử dụng khi cần thiết trên những viên đá trong mờ tới đục mài cabochon hoặc trên tượng điêu khắc. Trong trường hợp trên kiểm tra nên được thực hiện trên những vị trí khó thấy như là đế. Kiểm tra độ cứng không nên thực hiện trên những đá quý trong suốt đã mài giác.

 

 

(hình được trích từ sách Gemology)

 

Tuy nhiên, đôi khi độ cứng có thể được ước lượng một cách không chính xác bằng cách quan sát những cạnh giác trên bề mặt viên đá. Thạch anh, có độ cứng 7, là thành phần chủ yếu của bụi trong không khí. Do đó khi lau bụi trên một viên đá có độ cứng thấp hơn thạch anh (hoặc thậm chí nó tiếp xúc với không khí trong một thời gian dài) cũng có thể tạo ra những vết trầy nhỏ. Vì vậy những khoáng vật đá quý mềm hơn thạch anh thường có những vết trầy trên bề mặt.

 

ĐỘ DAI (TUOGHNESS)

 

Sự kết dính (cohesiveness) của một khoáng vật là sức kháng cự của nó đối với sự đập vỡ hoặc làm hư hại, nó được gọi là độ dai. Độ dai và độ cứng là những nhân tố xác định độ bền của đá quý, nhưng chúng không nhất thiết có liên quan tới nhau. Hầu hết kim cương thì tương đối dòn và bởi vì cát khai tốt của chúng, nên dễ vỡ khi bị đập một lực mạnh. Tuy nhiên, loại màu đen (carbonado) được hình thành từ nhiều tinh thể nhỏ mọc xen lẫn nhau nên dai và rất cứng. Cẩm thạch nephrite là một loại đá quý có sức kháng cự rất tố với sự đập vỡ, bởi vì thành phần của nó là những tinh thể dạng sợi mọc xen lẫn nhau và cát khai trong một tinh thể thì thường không liên tục với cát khai trong tinh thể kế bên.

 

Jadeite thường được chế tác dạng mề đay và vòng

 

ĐỘ ỔN ĐỊNH (STABILITY)

 

Mặc dù độ bền của đá quý phụ thuộc nhiều vào độ cứng và độ dai, nhưng độ ổn định là một nhân tố khác cũng góp phần vào độ bền. Độ ổn định là sức kháng cự của vật liệu với sự biến đổi của ánh sáng, nhiệt hoặc ăn mòn hóa học. Một số đá quý như là: carbonate (malchite, rhodochroisite, calcite, aragonite, sò, ngọc trai và ngọc ốc) bị ăn mòn nhanh chóng thậm chí bởi acid loãng; acid HCl loãng sẽ làm chúng sủi bọt (ngọc trai có thể bị mất ánh). Kiểm tra bằng acid HCl thỉnh thoảng được sử dụng để nhận dạng các vật liệu như là: onyx-marble calcite (kiểm tra này không nên thực hiện trên ngọc trai). Acetone là một chất hóa học khác thỉnh thoảng được sử dụng để kiểm tra độ bền, nó ăn mòn dễ dàng bề mặt nhựa thông được hóa thạch tương đối mới như là nhựa copal nhưng sẽ ăn mòn rất ít bề mặt của hổ phách.

 

Những vật liệu khác sẽ bị nhạt màu dần khi chúng tiếp xúc với ánh sáng mạnh (ví dụ: kunzite, spodumen loại màu hồng và một số topaz vàng tới nâu). Độ ổn định của những vật liệu này nên được quan tâm khi sử dụng chúng làm đồ trang sức (theo khía cạnh này một số kunzite thì phù hợp cho việc sử dụng như là “evening stone” ).

 

Một số đá quý mà màu của nó là do dự chiếu xạ nhân tạo nên sẽ nhạt rất nhanh chóng khi tiếp xúc với ánh sáng hoặc nhiệt (sapphire vàng được chiếu xạ). Trên thực tế, một số phòng thí nghiệm sẽ tiến hành kiểm tra sự hiện tượng phai màu của những loại đá quý trên để xác định độ ổn định màu.

 

Cuối cùng, một số đá quý có sự thay đổi về lượng nước trong cấu trúc của chúng làm chúng bị mất nước. Ví dụ như opal có chất lượng ngọc, mà chứa 3-10% nước. Thậm chí nhiệt được sinh ra bởi ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp hoặc những tia sáng mạnh cũng có thể làm chúng bị mất nước hoặc mất hiện tượng play-of-color.

 

Độ ổn định cũng là mối quan tâm hàng đầu đối với các nhà ngọc học ngày nay trong việc xác định những loại đá quý nên được chăm sóc như thế nào và làm sạch hoặc sửa chữa sản phẩm như thế nào thì an toàn.

 

TỶ TRỌNG (SPECIFIC GRAVITY)

 

Tỷ trọng (SG), hoặc mật độ tương đối, là một số biểu diễn tỷ số giữa trọng lượng của vật chất với trọng lượng của thể tích nước tại 40C. Do đó, nếu trọng lượng của một viên ruby là 5ct và trọng lượng thể tích nước là 1.25 ct thì tỷ trọng của nó là 4.00.Tỷ trọng của đá quý có thể xác định dễ dàng và có thể là một tính chất quan trọng. Hơn thế nữa, khác với độ cứng, trong hầu hết trường hợp xác định tỷ trọng thì không phá hủy mẫu.

 

Trong vật chất kết tinh tỷ trọng phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố: loại nguyên tử hiện diện và cách mà chúng sắp xếp và liên kết với nhau. Trong bảng trọng lượng nguyên tử trọng lương tương đối của các nguyên tử được trình bày theo thứ tự từ 1 của hydrogen đến 238 của uranium. Thông thường, chúng ta thấy rằng những khoáng vật có thành phần là những nguyên tố nặng có tỷ trọng cao hơn những khoáng vật có thành phần là những nguyên tố nhẹ nếu cấu trúc tinh thể giống nhau. Điều này được minh họa rõ bằng những khoáng vật carbonate, mà chúng chỉ khác nhau về cation.

 

Trong phần độ cứng, chúng ta đã lưu ý rằng khoáng vật có liên kết nguyên tử mạnh thì có độ cứng cao. Tương tự, liên kết cũng ảnh hưởng lên tỷ trọng; khoáng vật có các nguyên tử sắp xếp chặt hơn và liên kết mạnh hơn thì có tỷ trọng cao hơn. Giống như những khoáng vật đa hình (những khoáng vật gồm những nguyên tử giống nhau trong cùng tỷ lệ), khoáng vật có độ cứng cao thì có tỷ trọng cao. Anatase và rutile là hai khoáng vật đa hình của TiO2, anatase-H 5.5, SG 3.88; rutile-H 6.5, SG 4.20. Một minh họa rõ ràng nhất là các dạng đa hình của carbon: kim cương và graphite. Kim cương với liên kết nguyên tử mạnh và sắp xếp chặt chẽ có H 10, SG 3.52, graphite với các lớp có khoảng cách rộng của những nguyên tử giống nhau được giữ lại với nhau bởi liên kết yếu có H 1.5, SG 2.23.

 

Theo GEMOLOGY-second edition

Người dịch: Trần Minh Tân-Trần Trung