Кремнеземы от авантюрина до яшмы. Кислород и кремний — самые распространенные элементы земной коры. В сумме они составляют почти 77 процентов литосферы. Химическое соединение, сложенное из кислорода и кремния, называют оксидом кремния, кремниевой землей, кремнеземом. Кремнезем может быть аморфным, стеклообразным, скрытокристаллическим, волокнистым. Размеры кристаллов колеблются от долей микрометра до нескольких метров. Они могут быть окрашены во все цвета радуги — от фиолетового до красного. Количество имен и названий не поддается учету. Буквально на каждую букву русского алфавита приходится один или несколько минералов кремнезема. Вот далеко не полный перечень самоцветов: авантюрин, агат, аметист, белоречит, волосатик, гелиотроп, драгомит, енцит, жиразоль, златоискр, искряк, кварц, кремень, кристобалит, лидит, морион, ногат, оникс, опал, плазма, празем, раухкварц, сардоникс, сердолик, стишовит, тридимит, уральский алмаз, фортификационный агат, халцедон, хризопраз, хрусталь, цитрин, черный опал, шайтанский переливт, эмеральдин, югá, яшма.

В скобках отметим, что с буквы Ю начинается единственный самоцвет — югá (старинное название столбчатых кристаллов горного хрусталя), а самоцветов на буквы Ё и Щ нет вовсе.

Итак, мы убедились в необозримости кремнезема по многим измерениям. Посмотрим, насколько он протяжен еще и во времени. Для этого прочитаем выдержки из древних книг и документов.

«Ударивъ вельми яко и железомъ въ кремыкъ» (XI в.). «Кремене твьржии и меди сильнеи и железа бысть крепчеи» (1097 г.). «Основание стенъ града всячемъ драгымъ камениемъ украшенъ. Аметистъ же яко бия огня образъ и разделения языкъ огньныхъ приятъ» (XII в.). «А въ Курули же родится ахикъ, а ту его делаютъ и на весь светъ отъкудыва его развозятъ» (свидетельство Афанасия Никитина, тверского купца, 1472 г.).

«Мистръ глаголетъ, что тот аметистов камень, который привозять из ындейских стран, дражаиши есть всех камении, которые суть цветом багряны» (1534 г.). «Камень агатовъ собою чернь есть имея на себе аки струи некия белыя подобны тонкостию власу» (1534 г.). «Камень смазень червчетъ да вареника зелены да берюза лазорева» (1578 г.). «Три ножичка булатные, черены кременьчаты в русскихъ ножнахъ» (1621 г.). «А с ними руского товару триста кремней, осьм лядунок кожаных» (1642 г.). «Явилъ новгородець Филипъ Юрьев 200 юфтей сережного каменья варенцовъ, 20 юфтей каменья сережного червцовъ» (1667 г.).

А вот начало одного из самых распространенных суеверий: «Аматистъ есть камень цветом вишневъ, а родится в Индии; сила того камени есть: пьянство отгоняти, мысли лихие отдаляти, добрый разумъ делаетъ и во всехъ делехъ помочь даетъ» (1672 г.). «Поверхъ короны наколотныхъ два жемчуга, да варегъ камень съ жемчугомъ жъ, да два литика зеленыхъ» (1683 г.). «У того же креста на спняхъ серебреныхъ семь каменей, два вареника красныхъ, три лазоревые, два хрусталя» (1687 г.). «Верхъ короны пять камешковъ варенцы, в томъ числе два зеленые, да два лазоревые да красной» (1696 г.). Отметим, что вареником или варегом наши предки называли все тот же аметист. Произошло это потому, что для улучшения окраски некоторые аметисты требуют обжига, а глагол «варить» и означает — обжигать.

Далее как на подбор идут разноцветные агаты: «Черной агат» (1717 г.); «Агатовые, яшмовые и других званий цветные большие каменья» (1736 г.); «Агаты разных цветов» (1762 г.); «Амефист камень драгоценный, фиалке цвету подобный своим блеском» (1773 г.); «Агат кофейной» (1782 г.); «Авантюрин, или Адвантюрин, камень драгоценный темножелтой воды, наполненный множеством частиц, подобных золоту» (1792 г.); «Все изображения, сделанные на агате, называются агатами» (1798 г.).

Ну и так далее. Выдержки можно приводить почти бесконечно, потому что кремнеземистые минералы широко использовались и в технике древности (кремневые черенки ножей, приспособления для кремневых ружей), и в ювелирном деле, и в медицине, и в колдовстве. Смысл всех текстов ясен, несмотря на то, что некоторые из них написаны 900 лет назад. Скажем лишь, что литиком называли стеклышко, отлитое и ограненное под драгоценный камень (изумруд или рубин). Смазень — тоже стеклянная имитация. Но она прозрачная, а для придания цвета и блеска под нее подкладывали цветную фольгу.

Особо следует отметить самоцветы из знаменитых путевых заметок Афанасия Никитина. Как известно, тверской купец, набрав в долг товару, спустился в 1466 году вниз по Волге. Близ Астрахани на судно напали татары, товар пограбили, а экипаж и пассажиров «отпустили голыми головами за море». Домой Афанасий Никитин вернуться не мог, там его ждала долговая тюрьма. Что было делать? Камень на шею — и в воду? Но крепок был духом русич, и стучало в его груди неукротимое сердце земплепроходцев. За шесть лет он совершил свое «хожение за три моря», умывался песком, перемогал морскую болезнь, толкался на шумных азиатских базарах. Его рукопись поражает достоверностью, документальной точностью. Афанасий Никитин пишет о том, что видел собственными глазами, а не о людях с песьими головами и не о гигантских рыбах, которые заглатывают целые корабли.

Афанасий Никитин скрупулезно подсчитывает расстояния между городами, описывает быт и нравы аборигенов, детально перечисляет товары: «Камбай — пристань всему Индийскому морю… в нем же родится лакх, сердолик, гвоздика». «А Цейлон же есть пристань Индийского моря немалая… около него родятся драгоценные камни, рубины, кристаллы, белые агаты, смола, хрусталь, наждак». «А в Кулури родится сердолик, и здесь его обрабатывают и затем на весь свет оттуда его развозят».

Последнее сведение мы уже приводили выше. Там на славянском языке сердолик назван ахиком. По данным различных авторов, ахик, акик, ахак — это древнейшие названия кремнеземов. Среднеазиатский ученый-энциклопедист XI века Бируни описывает акик как минерал белого, желтого, красного, черного цветов, который добывают в Индии и Йемене. По его словам, красный акик был популярен в Византии, и его называли «руми» (по-персидски румийцы — это римляне, византийцы). Красный акик упомянут в «Сказании о Юсуфе» древнетатарского поэта Кула Гали (XII в.):

Карбункулы, лалы и яхонты. Гранат известен людям тридцать веков, следовательно, имен у него должно быть много, как и у кремнезема. Это действительно так. В одной из древнейших славянских рукописных книг есть строчки: «Весь камень цельный навязал си еси… и антракс и сапфирон» («Книга пророка Иезекииля», 1047 г.). Много лет спустя тот же текст был переведен так: «Твои одежды были украшены всякими драгоценными камнями… сапфир, карбункул».

В словаре В. И. Даля антракс трактуется как злая болячка, или дорогой камень анфракс (рубин, пироп). Карбункулом же, с одной стороны, названа болячка, опасный многоголовый веред, а с другой — пироп, ценный камень из рода гранатов. Произошло это, видимо, из-за того, что слова «антракс» и «карбункул» в переводе с греческого и латинского означают уголек. Воспаленная болячка на коже напоминает тлеющий уголек, огненно-красные, сверкающие гранаты — тоже. Кстати, слова «антрацит», «карбон», «карбид», «карбонарий» — тех же корней.

В XV–XVIII веках на Руси гранаты-пиропы называли антраксами и карбункулами. «Книга глаголемая гречески алфавит» (XVII в.) учит: «Анфракс камень честен велми зелен образом, обретает же ся в Халкидоне ливийстем, иже нарицается Африкия». Слово «зелен» в данном случае характеризует не цвет, а незрелость, несовершенство. В рукописи XV века сообщают: «В тои же реце налазят всякый драгый камень: измарагд, самфир, карвамуколос, тъ есть господин всем камням». Ей вторит «Книга нарицаемая Козмография» (1670 г.): «Всякого драгоценного камения по берегам морским находится множество, то есть камень адамант, берил, кризопраз, карбункул, лихнитис».

Почти во всех рукописях подчеркивается огненно-красный цвет граната. «Карфамуколос есть камень видом аки юголь горящ, светит же и нощию»; «камень карбун безценный, и от того камня як от огня светится»; «корвамиколос, то есть господин всем камением, иже в нощи светится».

Карфамуколос, корвамиколос, карбун есть русифицирование латинского слова «карбункулюс». Так называли гранаты римляне, о чем писал Плиний Старший (23–79 гг. н. э.). Есть гранат и в книге Афанасия Никитина, но не всегда переводчики и комментаторы находят его. В «Книге хожений» (изд-во «Советская Россия», 1985 г.) приводится текст Афанасия Никитина: «В Пегу же пристань немалая и живут в нем все индийские дервиши. А родятся в нем драгоценные камни, маник, да яхут, да кырпук». В переводе Н. И. Прокофьева два последних камня означают яхонт и рубин. С этим нельзя согласиться. Афанасий Никитин был профессиональным купцом, знатоком различных товаров и самоцветов. Он не мог допустить в рукописи тавтологии, поскольку яхонт и рубин — это одно и то же. Правильнее термин «кырпук» относить к драгоценным гранатам, так как он ведет свою родословную от латинского карбункула. Цепочка такая: карбункул — карбункус — карбун — кырпук. К толкованию «кырпук» — «гранат» склонялся также Г. Г. Леммлейн.

Далее Афанасий Никитин сообщает: «Да на салтане кавтан весь сажен яхонты, да на шапке чичяк олмаз великы». Н. И. Прокофьев в слове «чичяк» видит русский термин «шишак», то есть шлем с высоким наконечником. Получается странная картина: на высоком наконечнике стального шлема нелепо торчит большой алмаз. Если же тюркизм «чичяк» перевести как «цветок» (по-татарски — «чэчэк»), то все становится на место — на голове султана высится тюрбан, украшенный крупным алмазом в виде цветка.

В XVI–XIX веках гранаты в России стали называть бечетом и венисой. «Торговая книга» предостерегает: «Бечеты за лал не купите. Бечет знати к цвету: в нем как пузырьки»; «А берегите того, чтобы вам винисы за лал не продали, а виниса камень красен, а цвет жидок у нево». Лал — это благородная шпинель, драгоценный камень красного цвета, очень похожий на гранат.

Широчайшее применение граната в качестве украшения подтверждается архивными бумагами, актами и описями. То и дело читаешь: «Серги бечата на серебре с жемчюги» (1541 г.), «520 камешков мелких искорок винисных» (1608 г.), «1000 винисок сережных» (1610–1613 гг.), «5 камней бечеты» (1614 г.), «чарка винисная в золоте с камешки» (1667 г.), «в черен с обеих сторон пять бирюз да виниска» (1687 г.). В «Лечебнике» 1672 года, может быть, впервые на русском языке появляется слово «гранат». Оно тут же объяснено: «Гранат, а по-русски виниса камень, веселит сердце человеческое и кручину отдаляет».

Слово «вениса» («виниса») происходит от персидского «бенефсе» — фиолетовый. Еще Бируни указывал, что красный цвет граната не лишен фиалкового оттенка. Бечет же, или бечета, восходит к арабскому названию граната-альмандина — «биджази».

Средневековый ученый-схоласт Альберт Великий перевел слово «биджази» на латинский язык как «гранатус», то есть зернистый. Дело в том, что тесно сросшиеся алые кристаллы весьма напоминают сочные зерна плода гранатового дерева.

В наше время термин «гранаты» прочно закрепился за множеством природных и синтетических соединений, аналогичных по структуре. Естественно, все эти соединения получили собственные имена, о которых будет сказано позже.

Одновременно с гранатом человек узнал другой, более ценный самоцвет. Однако окраска его столь разнообразна, что он известен под многими названиями.

Еще древние тамилы — жители Юго-Восточной Азии — находили сероватые непрозрачные камни, которые отличались чрезвычайной твердостью, и называли их «корундам». Похоже звучало название и на санскрите — «курувинда». Отсюда пошел распространенный минералогический термин «корунд». Прозрачные красные корунды были названы рубинами (от латинского «рубенс» — краснеющий), прозрачные синие — сапфирами. Древние евреи и греки называли так, однако, не синий корунд, а лазурит (ляпис-лазурь). Сейчас сапфиром считаются также корунды желтого, зеленого, оранжевого цветов.

В средневековой Руси рубины и сапфиры были известны под названием «яхонт». Вот как образовался этот термин: латинский «гиацинтус» (цветок и камень пурпурно-красного цвета) — греческий «йаксинтос» — персидский «йакунд» — арабский «йакут» — славянский «яхонт». Старинный русский лечебник советует: «Кто яхонт червленный при себе носит, снов страшных и лихих не увидит. Аще кто в солнце смотрючи, очи затемнит, тогда ему поможет. Аще кто яхонт носит в перстне при себе, тот и скрепит сердце свое и в людях честен будет».

История знает еще один кроваво-красный камень. На Востоке и Западе его именовали лалом. Название это настолько древнее, что истоков не видно. Арабы в слове «лал» произносят сразу после «а» короткий гортанный выдох: «ла’л», татары говорят: «лагыйль». В более поздние времена лал стал называться шпинелью. Некоторые ученые производят это слово от латинского «спина» — шип (минерал имеет шиповидную форму). Другие считают, что в кристаллах шпинели прячется искра («спинтэс» по-гречески; «шпинел» по-немецки).

Рубин, сапфир, шпинель — звучат суховато. А вот со страниц старинных рукописей блещут нам в глаза лалы и яхонты: «ковш золот с лалом да с женчюги» (1406 г.); «двадцать и три жиковины женских золоты с яхонтцы и с лалцы» (1508 г.); «камень рубиюс выкопываем» (1534 г.); «образ четыредесять мученик с яхонты и с лалы и с берюзами» (1583 г.); «искорки лаличные и изумрудные» (1631 г.); «4 лала, а весу в них 13 золотников» (1640 г.); «меж трав искорки лаловые и изумрудные» (1642 г.); «пара пищалей винтовальных на прикладах по орлу двоеглавому с корунами» (1687 г.); «а товару с ними три лалика малых, две пармы, пять сот искорок яхонтовых мелких» (1694 г.); «два камешка лаловых маленьких» (1694 г.). Жиковина — это перстень с камнем, рубиюс и корун — конечно же, рубин и корунд. Остальное понятно без перевода, хотя фразы отдалены от нас тремя-пятью веками. А какое нежное, уважительное отношение к самоцветам: «лалики», «яхонтцы»!

Шпинель высокого качества называют рубином-балэ. Интересно происхождение этого слова. В Афганистане есть местность Бадахшан, в которой издавна добывали прекрасные шпинели. Чтобы отличить от других самоцветов, их называли бадахшанскими лалами. На Руси оба слова объединились в одно — балаши. Отсюда уже рукой подать до рубина-балэ.

Одну из разновидностей шпинели желтого или оранжевого цвета называют рубицеллом (уменьшительное от рубина). Впрочем, разновидностей шпинели много. Их, как и гранаты, объединяет общность химической структуры.

Коронные самоцветы. В рассказах А. Конан Дойла «Обряд дома Месгрейвов» и «Берилловая диадема» описаны национальные святыни, короны английских королей и королев. Одна из них украшена бриллиантами, другая — бериллами. «В мире больше нет таких бериллов, — пишет писатель, — и, если потеряется хоть один, возместить его будет нечем». Неужели ценность бериллов действительно так высока, неужели они сравнимы с бриллиантами?

На Руси берилл называли берилом, вирелом, вирилионом, виридионом, верилосом. Одно из первых упоминаний относится к XI веку: «На друзей же стране висяху 12 камени на 4 части разделены, на четверти ониксъ, вирелъ, хрусолифъ». «Основание стен града, — написано в Библии XII века, — драгим камением украшенъ… 8 вирилионъ». Обычный берилл имеет непритязательный желтый цвет. Поэтому некоторое недоумение вызывает цитата из «Книги глаголемой гречески алфавит»: «Вириллосъ — камень честен тако именуем, видом изекръ есть». Изекр значит голубой.

Разве бывает берилл голубым? Оказывается, бывает. В этом случае он называется аквамарином. Кроме того, берилл может быть окрашен в зеленый цвет (изумруд), в зеленовато-желтый цвет (гелиодор), в нежно-розовый цвет (морганит, воробьевит). Берилл может быть и бесцветным (гошенит). Вот какая гамма! В старых книгах разноокрашенные самоцветы четко разделялись: «И камения драгоценного, то есть изумруд, ахат, берил, порфирит, аспид и иные многие» (1670 г.).

Современная английская корона украшена бриллиантом «Куллинан-II», шпинелью «Рубин Черного принца», изумрудами, сапфирами, бирюзой. Подобные же камни есть в Шапке Мономаха, в коронах русских императоров, иранских шахов.

Название алмаза пришло к нам из арабского (алмас — самый твердый) и греческого (адамас — непобедимый) языков. С некоторыми вариациями оно так и употреблялось в старых рукописях. «Во рву старого Викентиа на востокъ в реке Авоне находят камени адаманту, светлостию и крепостию индийских превосходит» (1670 г.). «Аще воин тотъ камень олмазъ на левой стране носитъ или во оружии или во иных платияхъ тогда опасен бываетъ от своих супостатъ» (1534 г.). Твердость алмаза зафиксирована в терминах «алмаженье» (шлифовка камня), «алмазник» (шлифовщик драгоценных камней). Например, в рукописи 1534 года указано: «А егда камень рубиюс выкопываем, тогда невелику в себе черность содержит: а егда олмазникъ лице наложит, тогда онъ светелъ будет».

Алмаз и изумруд примерно равны по ценности. Может быть, поэтому впервые на славянском языке они упомянуты рядом: «Между же дъвема змарагдома камыкъ адамантъ» (1073 г.). Термин «смарагд» пришел из древнегреческого языка. А слово «изумруд» происходит от персидско-арабского «зуммуруд»: «Серги лапчатые съ зумруды и съ жемчюги» (1694 г.). Кстати, жемчуг восходит к китайскому «чжень-чжу».

Любопытно, что при переходе из одного языка в другой геммологический термин иногда менял свой смысл. Добываемые в море камни древние греки называли маргаритесами. У римлян это слово звучало как «Маргарита». Персы сократили его до «мурга», арабы произносили его как «мурж». Затем им показалось это слишком коротко, и они удлинили слово до «марджана». В таком виде оно вошло в современный татарский язык. Однако у греков этот термин обозначал жемчуг, а у персов, арабов и татар — кораллы. Впрочем, арабы мелкий жемчуг тоже называют марджаном.

Наконец, к одним из самых древних самоцветов относится бирюза. Ассирийцы называли ее бирути. Отсюда пошло персидское слово «пируз» (победитель) и арабское «фирузадж». В средние века перстень с бирюзой носили воины. Они верили, что это помогает побеждать врагов.

Из чего построены самоцветы? Молекула кремнезема состоит из одного атома кремния и двух атомов кислорода. Во многих случаях кремний частично замещается железом, алюминием, другими металлами. Часто кремнеземы содержат механические примеси других оксидов. В яшмах, например, количество примесей достигает 20 процентов. В кварце химических примесей крайне мало. Тем не менее на цвет камня они влияют самым решительным образом: горный хрусталь бесцветен, аметист фиолетов, цитрин желт, хризопраз зелен. В состав опала входит довольно большое количество воды (до 10 процентов).

Как известно, кремний четырехвалентен, а кислород двухвалентен. Легко представить маленький ион кремния (шарик радиусом 26 пм[1]В одном метре умещаются триллион пикометров (пм).
), окруженный четырьмя крупными ионами кислорода (радиус 138 пм). Такая группа называется кремнекислородным тетраэдром. Она может присоединить к своим вершинам еще четыре кремнекислородных тетраэдра, те, в свою очередь, еще, еще и еще. В результате собирается трехмерная кольчуга из тетраэдров, как ее образно назвал академик Н. В. Белов. Такую «кольчугу» легко построить, соединяя свободными вершинами пустые молочные пакеты в виде тетраэдров.

Общеизвестно, что атом является наименьшей частицей химического элемента и носителем его свойств. Наименьшей частицей вещества, обладающей его основными химическими свойствами, является молекула. А вот наименьшей частицей кристалла является элементарная ячейка. Она может иметь вид кубика, прямоугольного или косоугольного параллелепипеда. Из них, как из строительных кирпичиков, воздвигается огромное и прекрасное здание кристалла.

Алмаз и графит состоят из одинаковых атомов углерода, но резко отличаются друг от друга. Происходит это вот почему. В графите атомы углерода уложены слоями. Структуру кристалла можно представить в виде стопки бумажных листков, легко отделяемых друг от друга. Минимальная частичка, сохраняющая все свойства графита, представляет собой параллелепипед со стороной основания 247 и высотой 679 пикометров. В такой «квартире» живут четыре углеродных атома.

Элементарная ячейка алмаза имеет вид правильного куба, сторона которого равна 356 пикометров. В ячейке на одинаковых расстояниях друг от друга расположились восемь атомов углерода. Несложные расчеты показывают, что ячейка алмаза по объему в 1,6 раза меньше графитовой, а углеродных атомов содержит вдвое больше. Поэтому плотность алмаза значительно выше.

Основным свойством кристаллов является симметричность. Кристаллографы различают три вида симметрии: высший, или кубический, средний и низший. Средний вид симметрии подразделяют на гексагональный, тетрагональный и тригональный, а низший — на ромбический, моноклинный и триклинный. Эти слова легко расшифровать, зная русские эквиваленты греческих терминов. Например, тетрагонами называют четырехугольники, а словом «триклинная» обозначается элементарная ячейка, в которой все три угла больше или меньше 90 градусов. Элементарная ячейка кубических кристаллов имеет вид кубика, элементарные ячейки кристаллов других сингоний представляют собой то или иное искажение кубика.

Чаще всего кристаллы одного и того же вещества кристаллизуются в каком-то одном виде симметрии. Например, все гранаты кубические, а рубины и сапфиры — тригональные. В разных видах симметрии кристаллизуются алмаз и графит: первый кубический, второй гексагональный. Кремнеземы могут кристаллизоваться почти во всех видах симметрии. Бериллы гексагональные, шпинели кубические, а бирюза триклинная. Янтарь и вулканическое стекло аморфны, а потому ни к какому виду симметрии отнесены быть не могут.

Невидимая глазом структура определяет форму зримого кристалла. Формы эти многообразны, однако описать их можно немногими словами.

Единичная грань кристалла, не имеющая аналога, называется моноэдром (моно — один, эдр — грань). Например, в граненом стакане моноэдром можно считать дно. Две одинаковые грани, расположенные параллельно, называются пинакоидом (пинакс — доска). Каждый легко найдет в спичечном коробке три пинакоида. Если те же две грани поставить под углом друг к дружке, то получится диэдр (ди — два). Пример диэдра — раскрытая книга.

С призмой (призмас — распиленное) и пирамидой мы знакомы с детства. По числу равных граней эти фигуры бывают тригональными, тетрагональными, гексагональными.

Устроим небольшой перерыв и зададим вопрос, как говорится, «на засыпку»: по какому поводу в «Трех мушкетерах» упомянуты тетрагоны? Можно держать пари, что на этот вопрос не ответят даже ярые поклонники Дюма. Ну что, сдаетесь?..

Тогда откройте книгу на встрече д’Артаньяна с Арамисом, который после получения огнестрельной раны задумался о богословской диссертации. Друзья проголодались.

«— Сейчас мы будем обедать, любезный друг; только не забывайте, что сегодня пятница, а в такие дни я не только не ем мяса, но не смею даже глядеть на него. Если вы согласны довольствоваться моим обедом, то он будет состоять из вареных тетрагонов и плодов.

— Что вы подразумеваете под тетрагонами? — с беспокойством спросил д’Артаньян.

— Я подразумеваю шпинат, — ответил Арамис».

Листья шпината продолговаты. Если их нарезать на равные дольки, то и получатся четырехугольники-тетрагоны. Не очень питательно, зато богоугодно и кристаллографично. Кстати, и лапутяне угощали Гулливера бараньей лопаткой, вырезанной в виде равностороннего треугольника (тригона), куском говядины в форме ромбоида и хлебом, нарезанным цилиндрами и параллелограммами.

Кристалл — замкнутая фигура. Между тем перечисленные выше простые формы являются незамкнутыми. Поэтому из одного моноэдра, диэдра, пирамиды или призмы кристалл построить нельзя. Обязательно требуется комбинация нескольких простых форм. Например, незаточенный карандаш состоит из гексагональной призмы и пинакоида, пирамида Хеопса — из тетрагональной пирамиды и моноэдра, двускатная крыша — из диэдра, пинакоида и моноэдра. Впрочем, существуют простые формы, которые полностью замыкают пространство: куб, октаэдр, тетраэдр и все остальные простые формы кубического вида симметрии.

Изготовьте из спичек и пластилина кубик. Двумя пальцами слегка надавите на две противоположные вершины. Кубик деформируется и превратится в ромбоэдр — замкнутую фигуру тригонального вида симметрии. А если приставить основаниями две пирамиды, то получится замкнутая фигура, которая называется дипирамидой. Следует отличать кубический тетраэдр от тетрагонального. В первом все грани представлены равносторонними треугольниками, во втором — равнобедренными. Октаэдр и тетрагональная дипирамида тоже похожи. Но в октаэдре опять же все грани имеют вид равносторонних треугольников, а в дипирамиде эти треугольники равнобедренны.

Получив представление о простых формах кристаллов, обратимся к реальным кремнеземам. Кубический кристобалит кристаллизуется при быстром затвердевании продуктов извержения вулканов в виде октаэдров. Здесь же можно встретить кристаллы гексагонального тридимита в виде комбинации гексагональных призм, дипирамид и пинакоидов. Богаты простыми формами кристаллы кварца. В них можно найти тригональные и гексагональные пирамиды, призмы, ромбоэдры — более пятисот простых форм. Для кварца весьма характерно образование двойников. Так называются кристаллы, настолько тесно связанные друг с другом, что они воспринимаются как единое целое.

Для кристаллов граната характерны ромбододекаэдры и тетрагонтриоктаэдры, для шпинелей и алмазов — октаэдры. Кристаллы корунда напоминают продолговатые бочонки или шестиугольные пластиночки. Впрочем, в них можно найти правильные геометрические фигуры — призмы и пирамиды.

Почему играет бриллиант? Редкостные качества бриллиантов и вообще драгоценных камней обусловлены цветом, прозрачностью, твердостью, показателем преломления и дисперсией.

Твердость минералов есть понятие относительное. Она определяется способностью одного вещества оказывать сопротивление какому-либо механическому воздействию со стороны другого вещества. Мы легко проводим ногтем борозду на куске мыла. Без особых затруднений подрезаем тот же ноготь стальными ножницами. Следовательно, ноготь тверже мыла и мягче стали. Примерно таким же образом определяется твердость в мире минералов.

В 1811 году немецкий ученый Ф. Моос, много занимавшийся систематизацией минералов по твердости, составил таблицу из десяти минералов: 1. Тальк. 2. Гипс. 3. Кальцит. 4. Флюорит. 5. Апатит. 6. Ортоклаз. 7. Кварц. 8. Топаз. 9. Корунд. 10. Алмаз.

Минералы, входящие в таблицу, называются эталонами твердости, а их порядковые номера определяют величину твердости. Каждый минерал таблицы царапает предшествующий и царапается последующим минералом. Следовательно, самым мягким является тальк (он входит в состав детской присыпки), а самым твердым — алмаз. В природе нет минерала, который может поцарапать алмаз. Отсюда и его название — «ал-мас» (самый твердый). Все минералы с твердостью 7 и выше могут быть драгоценными камнями. Таковы окрашенные разновидности кварца — аметист, цитрин, морион, таков топаз и цветные корунды — рубин и сапфир.

Имея под рукой эталоны из шкалы Мооса, можно легко определить твердость любого минерала. Сделаем это, например, для красного граната — пиропа.

На ромбической грани пиропа осколок алмаза легко оставляет глубокую борозду. Рубином альмандин тоже можно поцарапать, но с большим трудом, и царапина будет неглубокой. Едва заметный штрих на гранате оставит топаз, а кварц бессилен сделать и это. Следовательно, пироп мягче топаза и тверже кварца. Его твердость обозначается числом 7,5.

Отметим, что твердость ногтя по шкале Мооса равна 2,5, медной проволоки — 3, оконного стекла и кухонного ножа — 5, напильника — 6.

Теперь обратимся к показателю преломления света.

Известно, что скорость света зависит от оптической плотности среды. С наибольшей скоростью свет распространяется в космической пустоте, или в вакууме — около трехсот тысяч километров в секунду. В воздухе скорость света уменьшается. Отношение скорости света в вакууме к скорости света в воздухе называется показателем преломления воздуха. Он выражается числом 1,0001. В воде скорость света будет еще меньше, показатель преломления воды 1,333. В кристаллических веществах свет еще более замедляется. Например, за одну секунду он проходит только 160 тысяч километров сплошного демантоида (есть такой гранат). Подобный вселенский кристалл и вообразить-то невозможно, тем не менее скорость света в нем определена с большой точностью. Вычислим показатель преломления демантоида — он окажется равным 1,875. Есть минералы с еще большим показателем преломления, например, алмаз, рутил, гематит.

Американский писатель-фантаст Боб Шоу написал рассказ «Свет былого». Вкратце не передать боль и лиричность этого произведения. Фантастическая же идея заключается в изобретении так называемого медленного стекла, скорость света в котором необыкновенно мала. Расстояние в полсантиметра свет проходит за десять лет. Попробуйте прикинуть показатель преломления медленного стекла — получится что-то вроде пятерки с пятнадцатью нулями. Что по сравнению с этой астрономической величиной жалкий показатель преломления алмаза — 2,4!

Рассказ Б. Шоу произвел сильное впечатление. Некоторые решили, что за последние годы это единственное произведение с действительно свежей фантастической идеей.

Не пытаясь умалить достоинств медленного стекла, все же напомним о существовании повести А. Р. Беляева «Светопреставление» (1929 г.). Это веселое произведение о том, как Земля вошла в полосу газа, сильно замедляющего скорость света. Показатель преломления света в газе примерно равен тройке с девятью нулями. Беляев придумал множество забавных ситуаций, связанных с замедлением света. Таким образом, идея вещества с колоссальным показателем преломления света принадлежит советскому фантасту.

Однако неужели для определения показателя преломления нужно узнать скорость света в кристалле? На помощь людям пришел В. Снеллиус, профессор Лейденского университета. В 1620 году он доказал, что искомое можно найти, разделив синус угла падения света на кристалл на синус угла преломления. Однако, как шутят студенты, неизвестно, с какой стороны в микроскоп следует ввести эту формулу, чтобы получить показатель преломления.

В. А. Мезенцев, автор книги «Каменная сказка», пишет: «…проясним и старый термин „бриллиант чистой воды“. Если ограненный алмаз вполне бесцветен, то, опущенный в стакан с чистой водой, он почти невидим». Уместно также вспомнить повесть Ю. Назарова «Хамелеоны», опубликованную в «Искателе». Автор живописует: «Морозов подошел к журнальному столику, на котором стоял хрустальный графин. Приподняв, он наклонил графин, чтобы налить воды, и вдруг ему показалось, что по дну что-то перекатывается. Борис посмотрел графин на свет, но ничего не увидел… И вдруг у Морозова сама собой всплыла вычитанная в книге фраза: „бриллианты чистой воды“. Они же так называются, потому что у них такой же угол преломления, как у воды… Когда из графина осторожно вылили воду через марлю, присутствующие увидели на ней несколько крупных и мелких камешков, которые заиграли всеми цветами радуги».

Если преступники начнут прятать бриллианты по рецепту, указанному в повести, то их ждет жестокое разочарование. Никакими ухищрениями бриллианты нельзя сделать невидимыми в воде.

Обратимся к классической повести Г. Уэллса «Человек-невидимка», в которой та же проблема дана весьма квалифицированно. В главе XIX «Некоторые основные принципы» читаем:

«Если разбить кусок стекла и мелко истолочь его, оно станет гораздо более заметным в воздухе и превратится в белый порошок. Это происходит потому, что превращение стекла в порошок увеличивает число плоскостей преломления и отражения… Но если белый стеклянный порошок высыпать в воду, то он почти совершенно исчезнет. Стеклянный порошок и вода имеют почти одинаковый коэффициент преломления, и свет, переходя из одной среды в другую, почти не преломляется и не отражается. Вы делаете стекло невидимым, помещая его в жидкость с приблизительно таким же показателем преломления; всякая прозрачная вещь делается невидимой, если поместить ее в среду, обладающую одинаковым с ней показателем преломления».

Таким образом, Юлий Назаров (а до него и после него многие другие) сделал три грубые ошибки.

1. Бриллианты чистой воды называются так, потому что в них нет включений, мутинок, трещин, пузырьков и т. п. Другими словами, они прозрачны как чистая вода.

2. Ни у воды, ни у алмаза нет такой характеристики, как «угол преломления». Надо говорить: «показатель преломления».

3. Показатель преломления воды равен 1,333, а у алмаза эта величина достигает почти 2,4. Следовательно, в воде алмазы видны так же отчетливо, как на воздухе. А вот стеклянный порошок в воде становится почти невидимым, так как его показатель преломления равен 1,458.

Вы уже догадались, как определять показатель преломления различных кристаллов. Действительно, к микроскопу придается стандартный набор жидкостей с заранее измеренными показателями преломления. Исследователь погружает измельченный до состояния пудры кристалл в различные жидкости и рассматривает препарат под микроскопом. Крупинки перестают быть видимыми в том случае, когда показатели преломления кристалла и жидкости совпадают.

С преломлением света связана дисперсия (разложение) светового луча в кристалле.

Еще Ньютон показал, что солнечный свет, проходя сквозь стеклянную призму, распадается на ряд цветных полос, очередность которых школьники запоминают по магической формуле: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». Разложение белого света связано с различным преломлением каждой его составляющей. Меньше всего преломляются красные лучи, больше всего — фиолетовые. Другими словами, показатель преломления кристалла для красного света имеет меньшее значение, а для фиолетового — большее. Так, показатель преломления алмаза в красном свете равен 2,408, а в фиолетовом — 2,452. Разница между этими числами (0,044) и называется дисперсией кристалла.

Именно величина дисперсии определяет великолепную игру цветов в алмазе. Когда смотришь на бриллиант, кажется, будто камень сверкает, горит желтыми и красными огоньками. Это называется игрой алмаза. Гранат демантоид играет еще сильнее, так как его дисперсия равна 0,057. Еще более высокой дисперсией обладают кристаллы рутила (0,280 — рекорд!).

Арсенал ученых. Основным методом исследования самоцветов является кристаллооптический анализ. Геммолог, вооруженный микроскопом, не только рассматривает мельчайшие подробности в строении кристаллов, но также измеряет многие оптические константы. Определять показатель преломления кристаллов вы уже умеете. Если необходимо исследовать взаимоотношение самоцвета с окружающими минералами, то вначале делают шлиф. Для этого из горной породы вырезают небольшой прямоугольник толщиной около 0,03 миллиметра. Его наклеивают на стекло с помощью бесцветной прозрачной смолы (канадского бальзама), сверху прикрывают другим стеклом, более тонким. Шлиф готов. Его можно долго хранить.

Полезное увеличение оптических микроскопов достигает 2000 крат. Однако при столь большом увеличении контуры кристаллов расплываются, смазываются, теряют четкость. Чтобы рассмотреть более мелкие детали, применяют электронный микроскоп, увеличивающий в десятки, сотни тысяч, даже в миллион раз. Вместо световых лучей используют электроны, ускоренные в условиях глубокого вакуума. Вместо оптических линз в электронном микроскопе стоят магнитные конденсоры, которые фокусируют пучки электронов. С помощью электронного микроскопа ученые получили возможность разглядеть объекты размерами 200–300 пикометров. При благоприятных условиях можно даже сфотографировать молекулы некоторых веществ.

Благодаря электронному микроскопу удалось выяснить причину радужной игры света в благородном опале. Некоторые сорта его являются самыми дорогими минералами кремнезема. Название самоцвета происходит от санскритского «упала» или латинского «опалус», что означает «драгоценный камень». Структура благородного опала многосложна. Под электронным микроскопом видны шарики кремнекислоты размерами до 0,3 микрометра. Они уложены удивительно правильными рядами. В свою очередь, каждый шарик по структуре напоминает кристобалит. Промежутки между ними заполнены воздухом или водой.

Радиусы шариков соизмеримы с длинами световых волн, поэтому возникает дифракция света, а вследствие этого и переливчатая радужная игра на поверхности опала. Если же шарики кремнекислоты уложены в беспорядке или их размеры превышают 0,3 микрометра, то дифракции света не происходит и соответственно отсутствует иризация. Вместо благородного опала мы имеем в этом случае обыкновенный мутный камень белесого цвета.

Летящие электроны можно резко затормозить, поставив на их пути положительно заряженную преграду. При этом возникнут рентгеновские лучи. По длине волны (0,01–10 000 пикометров) они располагаются между ультрафиолетовыми и гамма-лучами. Рентгеновские лучи могут свободно проходить сквозь кристаллическую решетку или отражаться от атомных сеток, слагающих ее. При вращении кристаллов в пучке рентгеновских лучей возникают такие положения, когда между атомными сетками укладывается целое число длин волн. В этом случае все отраженные лучи складываются, то есть происходит резкое увеличение интенсивности рентгеновского излучения. Совокупная картина усиления или ослабления интенсивностей фиксируется специальными приборами и записывается на фотопленке или диаграммной ленте.

Естественно, рентгеновскому анализу поддаются только кристаллические соединения. В лешательерите (кварцевом стекле) атомы расположены хаотично. В нем нет ярко выраженных атомных сеток, от которых могли бы отражаться рентгеновские лучи. Поэтому рентгенограмма лешательерита представляет собой волнистую линию, лишенную острых пиков.

Интересную информацию можно получить при нагревании самоцветов. Удаление воды, перестройка кристаллической решетки, плавление и другие изменения происходят при определенных температурах. Понятно, что температура превращения может служить диагностическим признаком определенного минерала.

Как работает соответствующий прибор? В 1821 году Зеебок проделал бессмысленный на первый взгляд опыт. Он спаял концы железной и медной проволок, а противоположные концы подсоединил к гальванометру. Затем он начал нагревать спаянные концы. На что надеялся ученый? Не мог же появиться электрический ток в проводнике без батареек, аккумулятора или динамо-машины. Тем не менее стрелка гальванометра двинулась вправо. Когда нагрев прекратили и спай остыл, стрелка вернулась к нулю. Так было открыто существование термического тока, а две спаянные проволоки (термопары) с гальванометром впоследствии стали основным узлом пирометра (измерителя огня в переводе с греческого).

Первый русский пирометр сконструировал академик Н. С. Курнаков в 1903 году. Затем в этой области работали Ле-Шателье, Саладен и другие. В те времена прибор состоял из двух термопар и двух гальванометров с зеркальцами. Луч света от них падал на движущуюся фотобумагу. На ней записывались две кривые: первая отражала изменение температуры исследуемого вещества, а вторая — протекающие в нем превращения. На современных пирометрических установках (дериватографах) можно записывать не только температуру, но также изменение веса (например, при обезвоживании, дегазации), изменение плотности, электропроводности и некоторые другие количественные характеристики исследуемого препарата при нагревании и охлаждении.

Нынешние геммологи получили ряд новых приборов, которые позволяют исследовать самоцветы без их разрушения. К ним относятся электронно-спиновый резонансный спектрофотометр (определение примесей в кристалле), спектроскопы, полярископы и т. д.

Что дороже? В давние времена был выработан так называемый квадратичный закон цен на драгоценные камни. С некоторыми уточнениями он действует и поныне. Согласно этому закону стоимость одного карата самоцвета зависит от общего веса: если вес удваивается, то цена учетверяется. Во времена Бируни горный хрусталь считался самым ценным из числа драгоценных камней, идущих на выделку сосудов. «Однако, — замечает Бируни, — изобилие делает его обыденным. Ценность его заключается в прозрачности и сходстве с двумя основами жизни — водой и воздухом».

На Руси дорого ценились вареники (аметисты), пока их было мало. В одной из хроник читаем: «Царица Марья Ильинишна пожаловала девке Ографене Лопухиной серьги с жемчюги, каменье вареники — те серьги куплены в серебряном ряду от торгового человека за рубль 16 алтын 4 деньги». Если считать алтын за три копейки, а две деньги за копейку, то общая цена сережек составила полтора рубля. На такую сумму по тем временам можно было купить не одну корову.

Изобилие сильно обесценило кремнеземы. Пестроцветные яшмы и агаты прекрасны. Однако их так много, что они используются в качестве строительного материала. Цена же красивого и редкого камня взлетает до звезд. Таков, например, черный опал.

В X веке на Востоке красный яхонт средних размеров по стоимости равнялся двум скаковым лошадям. В XV веке думной дьяк Ивана Грозного наказывал послу, отправляющемуся на Запад: «А коли попадет великий камень яхонт червчат, хоть и дорог — купи, хоть в ласткино гнездо, пригодился бы государю царю, и выдайте сто рублей и боле, а у цены неустойте».

Советский ученый Е. Я. Киевленко предложил классификацию ювелирных и поделочных камней в зависимости от их стоимости на мировом рынке. Ею широко пользуются в нашей стране. В таблице Киевленко драгоценные камни разделены на четыре порядка.

Первый порядок включает самые дорогие камни: рубин, изумруд, алмаз, синий сапфир и жемчуг. Цена их достигает 2000 долларов за карат. Отдельные бирманские рубины массой до 10 карат стоят по 250 тысяч долларов.

К ювелирным камням второго порядка относятся александрит, благородный жадеит, зеленый, желтый, оранжевый сапфиры, благородный черный опал стоимостью 400–1500 долларов за карат. В зависимости от моды цена может значительно возрасти.

Третий порядок ювелирных камней включает демантоид, шпинель, благородный белый и огненный опалы, аквамарин, топаз, родолит, турмалин. Цена этих камней колеблется в пределах 80–300 долларов за карат.

Хризолит, циркон, кунцит, берилл, пироп, альмандин, лунный и солнечный камни, бирюза, аметист, хризопраз, цитрин стоят от 10 до 50 долларов за карат. Они относятся к ювелирным камням четвертого порядка.

В группе ювелирно-поделочных и поделочных камней Киевленко объединяет минеральные агрегаты, обладающие красивой окраской или рисунком. Эти свойства особо проявляются при полировке. Как правило, камни полупрозрачны или вовсе непрозрачны.

Ювелирно-поделочные камни разделяются на два порядка. К первому относятся лазурит, жадеит, нефрит, малахит, янтарь, горный хрусталь, чароит. Цена их составляет 30–150 долларов за килограмм. (Заметим, что счет уже идет не на караты, а на килограммы.) Ко второму порядку относятся агат, шайтанский переливт, амазонит, гематит, родонит, иризирующие полевые шпаты, обсидиан и другие минералы стоимостью от 1 до 15 долларов за килограмм.

Все остальные камни относятся просто к поделочным: яшма, рисунчатый кремень, окаменелое дерево, обсидиан неиризирующий, графический пегматит (еврейский камень), цветной и авантюриновый кварциты, лиственит, флюорит, мраморный оникс, мрамор, гагат, гипс-селенит, агальматолит и др. Их цена крайне невелика — 0,1–1,5 доллара за килограмм.

Со ссылкой на авторитет Н. С. Лескова добавим, что бриллиант может носить всякий, у кого тугая мошна. Драгоценный камень должен быть дорог нам не ценой, а воспоминанием о человеке или событии. Сколько, по вашему мнению, может стоить сердоликовый перстень А. С. Пушкина? Осип Мандельштам преподнес Марине Цветаевой драгоценные строки:

Не дороже ли эта горсть груды алмазов? Согласится ли расстаться Т. И. Ефремова с простенькими агатами, собранными в Коктебельской бухте И. А. Ефремовым?

Хафиз в одной из газелей написал:

Вот то-то и оно.