提到紅寶石，大家想到的可能是佳士得或者蘇富比拍賣會上拍賣的那些晶瑩剔透的紅寶石珠寶①。
比如說這樣的：
史上最貴紅寶石The Sunrise Ruby，于2015年5月蘇富比日內(nèi)瓦拍賣會以30,335,698美元售出，合1,185,451美元每克拉
這樣的：
還有這樣的：
想要了解紅寶石，我們就得從剛玉講起
剛玉（英語：corundum）是一種由氧化鋁（Al2O3）的結(jié)晶形成的寶石，是一種成巖礦物。剛玉常含有少量的鐵、鈦、釩和鉻離子。純氧化鋁結(jié)晶是無色的，但因為所雜質(zhì)不同，剛玉呈現(xiàn)不同的顏色。
剛玉晶體結(jié)構(gòu)
摻有金屬鉻的剛玉顏色鮮紅，一般被稱為紅寶石；而藍(lán)色或沒有色的剛玉，普遍都會被歸為藍(lán)寶石。
順帶一提，剛玉的英文名'corundum'源于泰米爾語的Kurundam，起源于梵文的Kuruvinda，意為“紅寶石”。
剛玉的硬度很大，摩氏硬度[1]達(dá)到9。野生的剛玉往往呈六方短柱狀，不發(fā)育解理 [2]。
并非所有的剛玉都可以打磨成紅寶石或者藍(lán)寶石。美國寶石學(xué)院（GIA）[3]規(guī)定紅寶石的價值取決于其內(nèi)含物的可見程度。如果紅寶石有明顯的內(nèi)含物，或內(nèi)含物降低了寶石亮度或透明度，則會顯著降低其價值。藍(lán)寶石的價值鑒定也基本上如此。較為純凈的天然紅寶石非常稀有，主要產(chǎn)自緬甸、泰國、斯里蘭卡、非洲的一些地區(qū)和澳大利亞。
印度紅寶石
野生剛玉
合成
由于剛玉的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)簡單，人們很早就掌握了剛玉的人工合成方法。
1837年Marc Antoine Gaudin采用少量鉻作為顏料，高溫融化氧化鋁，從而第一次獲得了合成剛玉。
1847年雅克-約瑟夫·埃貝爾蒙通過在硼酸中熱融氧化鋁獲得了白色的合成剛玉。
1877年 Frimy and Auguste Verneuil在超過兩千度的高溫下，燒結(jié)氟化鋇、氧化鋁和少量的鉻，獲得了人造紅寶石。
1903年Verneuil宣稱他可以用這一方法完成商業(yè)規(guī)模的紅寶石生產(chǎn)。
早期合成方法
當(dāng)前對紅寶石的合成以水熱法為主②，可以達(dá)到高度純凈的晶體，并且可以通過控制氧化鉻的加入量來控制顏色的深淺③。然而紅寶石市場的價格相差極大，有幾毛錢一塊的合成紅寶石，也有幾萬塊一塊的斯里蘭卡紅寶石。
大家都是摻鉻的氧化鋁，為什么差距就這么大呢？
天然紅寶石和人造紅寶石在化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)上完全相同，用肉眼和普通的物理方法是無法鑒別的。但是它們之間仍然存在細(xì)微的差別，那就是合成剛玉生長的環(huán)境太純凈了，天然剛玉中不可避免地會混入一些微量元素④。
我們可以看見二者在V元素上就存在明顯的區(qū)別。
但是存在一些問題，就是很難進(jìn)行無損分析。
在前面我們提到，紅寶石的價值和其凈度是呈正相關(guān)的，而且人工合成的剛玉都是十分純凈的。筆者認(rèn)為，如果單單是作為觀賞用途，或許可以選用人工合成的紅寶石或者藍(lán)寶石。
應(yīng)用
人造紅寶石在多個領(lǐng)域都有非常廣泛的用途，并非單純作為觀賞寶石使用。紅寶石常常作為激光器的放大器使用，因為鉻離子取代鋁離子產(chǎn)生了特殊的配位結(jié)構(gòu)從而形成了軌道分裂⑤。藍(lán)寶石也是常常由于其諧振的性質(zhì)作為鐘表的配件使用。那么為什么紅寶石會有這么神奇的功能呢？
我們得先看看激光是怎么被制造出來的。
當(dāng)光子入射到原子中時，如果光子的頻率和原子的某個本征頻率相近，且該能級上有電子，該原子就有一定概率會發(fā)生受激輻射。也就是入射一個某頻率的光子，出射兩個相同頻率的光子。那么如果我們能用某種辦法，把一塊晶體中大量的電子“抽運”到某一特定能級，并射入該能級對應(yīng)的本征頻率的光子，就可以在短時間內(nèi)激發(fā)出大量相同頻率的光子，也就是“激光”。
最后，筆者認(rèn)為，在礦物學(xué)方面，天然礦物不可避免的有機械混入物或者包裹體，但是正是這些缺陷記載了礦物形成的歷史；合成的礦物從實驗室產(chǎn)出，品質(zhì)可控，完美無瑕，卻少了些故事。蘿卜青菜各有所愛，大家可以根據(jù)自己的喜愛選購寶石哦。
當(dāng)然，來支激光筆豈不是更妙。
注：
[1]：莫氏硬度，是一種利用礦物的相對刻劃硬度劃分礦物硬度的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是德國礦物學(xué)家腓特烈·摩斯（德語：Friedrich Mohs）于1812年提出的。
莫氏硬度標(biāo)準(zhǔn)將十種常見礦物的硬度按照從小到大分為十級，即（1）滑石、（2）石膏、（3）方解石、（4）螢石、（5）磷灰石、（6）正長石、（7）石英、（8）黃玉、（9）剛玉、（10）金剛石。具體鑒定方法是，在未知硬度的礦物上選定一個平滑面，用上述已知礦物的一種加以刻劃，如果未知礦物表面出現(xiàn)劃痕，則說明未知礦物的硬度小于已知礦物；若已知礦物表面出現(xiàn)劃痕，則說明未知礦物的硬度大于已知礦物。如此依次試驗，即可得出未知礦物的相對硬度。
若某種礦物的硬度在兩種標(biāo)準(zhǔn)礦物之間，則會用.5表示，例如黃鐵礦的莫氏硬度為6.5。
需要指出，莫氏硬度是一種相對標(biāo)準(zhǔn)，與絕對硬度并無正比關(guān)系。
[2]：解理（Cleavage），指的是礦物受力后會沿一定的方向形成光滑面的特性，與斷口互為消長。光滑的平面稱為解理面。礦物形成解理的特性是礦物的晶格按某種特殊結(jié)構(gòu)排列并形成薄弱面的表現(xiàn)。因為每種晶系都有不同的建構(gòu)方式，導(dǎo)致每種礦物其解理的數(shù)目或解理的夾角都不同，故不同的礦物往往具有不同的解理，如云母具有一組極完全解理、方解石具有三組完全解理。礦物的形態(tài)與解理有關(guān)，比如云母可揭成一層層的小薄片、方解石打碎后呈菱面體，由此可區(qū)分不同礦物。
[3]：Gemological Institute of America-美國寶石學(xué)院（GIA）是一家致力于寶石學(xué)和珠寶藝術(shù)領(lǐng)域研究和教育的非營利性機構(gòu)。GIA成立于1931年，其使命是通過設(shè)定和維護用于評估寶石質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)來保護所有寶石買家和賣家。該研究所通過研究，寶石鑒定和鉆石分級服務(wù)以及各種教育計劃來實現(xiàn)這一目標(biāo)。通過其世界知名的圖書館和學(xué)科專家，GIA為貿(mào)易，公眾和全球媒體提供寶石和珠寶信息資源。
參考文獻(xiàn)：
①http://www.jewelsdujour.com/2015/07/ten-most-expensive-rubies-sold-at-auction/
② 陳振強，張昌龍，水熱法生長紅寶石技術(shù)，《廣西科學(xué)》2000年 第4期 中國有色金屬工業(yè)總公司礦產(chǎn)地質(zhì)研究院.
③ By Jack S. D. Abraham, HEAT TREATING CORUNDUM: THE BANGKOK OPERATION GEMS & GEMOLOGY.
④Sam Muhlmeister, Emmanuel Fritsch, James E. Shigley, Bertrand Devouard, and Brendan M. Laurs, SEPARATING NATURAL AND SYNTHETIC RUBIES ON THE BASIS OF TRACE-ELEMENT CHEMISTRY.
⑤ 殷春浩，張 雷，趙紀(jì)平，焦 楊，宋 寧，茹瑞鵬，楊 柳，紅寶石晶體的基態(tài)能級分裂及Jahn-Teller 效應(yīng)。
投稿：胡凌志
審稿&修改：黃澤森
美編：李瑩
潤色：渡鴉
來源：石頭科普工作室
