زمرد سنگی قیمتی و باارزش از ماده معدنی بریل با مقدار کمی کروم و گاهی وانادیوم و آهن به رنگ سبز است. ارزش بالای زمرد و رنگ بسیار زیبای آن باعث شده است که از گذشتههای دور بسیاری افراد به دنبال تولید زمرد مصنوعی باشند. زمردهای واقعی نسبت به نمونههای مصنوعی شیری رنگ و ماتترند. زمردهای مصنوعی از خصوصیات فیزیکی زمردهای طبیعی برخوردارند، اما شفافیت بیشتری دارند و قیمت آنها کمتر از یک دهم قیمت زمرد طبیعی است. در ادامه در بلاگ تراث به بررسی انواع روش ساخت زمرد مصنوعی خواهیم پرداخت.
انواع روش ساخت زمرد مصنوعی
زمرد دارای سختی 7.5 الی 8 در مقیاس موس (Mohs) است؛ بنابراین سنگ سختی محسوب میشود اما سختی سنگ به معنی عدم شکنندگی آن نیست. زمرد طبیعی به دلیل شکافهای طبیعی که در درون آن وجود دارد، شکننده است. برخلاف الماس که درخشش حرف اول را در آن میزند و اهمیت بسیار زیادی دارد، رنگ مهمترین عامل در ارزشگذاری زمرد است.
زمردهای مصنوعی، که به نام زمردهای “تولید شده” یا “آزمایشگاهی” هم شناخته میشوند، بسیار شبیه زمردهای واقعی هستند؛ زیرا هر دو گوهر از یک ماده معدنی و از ترکیب شیمیایی یکسانی برخوردار هستند. تنها تفاوت آنها این است، که زمردهای واقعی تحت نیروهای طبیعی زمین رشد میکنند.
این نیروها در تولید گرما و فشار بسیار زیاد در محل تشکیل سنگهای قیمتی از جمله زمرد، مؤثر است. اما زمردهای مصنوعی به طور مصنوعی در آزمایشگاه تحت این شرایط قرار میگیرند. نکتهای که باید توجه داشت این است که زمردهای ساخته شده در آزمایشگاه سنگ واقعی هستند و بدلی محسوب نمیشوند.
اگرچه زمرد بدلی هم به صورت مصنوعی ساخته شده است، اما از دستور طبیعت پیروی نمیکند. زمردی که در آزمایشگاه تولید شده قابل اعتماد بوده و دستورالعمل آن شبیه فرآیندهای طبیعی است. علاوه بر این ترکیبات شیمیایی، شکل ظاهری و خواص نوری آن شبیه به زمردهای طبیعی است.
بیشتر بخوانید: تاریخچه زمرد
تفاوت خاستگاه زمرد طبیعی و مصنوعی
زمردهای مصنوعی که توسط بشر ساخته شدهاند به دو روش تولید میشوند که عبارتند از:
برای اینکه درک درستی از تولید زمرد مصنوعی داشته باشید، ابتدا باید ببینید که زمرد طبیعی چطور ساخته میشود.
زمرد نوعی ماده معدنی است. انواع مختلفی از مواد معدنی وجود دارند. تقریباً همه سنگهایی که در سطح زمین میبینید و همچنین سنگهای بسیار عمیق زمین از مواد معدنی مختلفی ساخته شدهاند. بعضی از مواد معدنی بسیار رایج و برخی دیگر بسیار نادر هستند. برای درک این موضوع باید بفهمیم ماده معدنی چیست.
ماده معدنی از انواع مختلف اتم ساخته میشود. میتوانید اینطور تصور کنید که یک ماده معدنی از تعدادی قطعات مختلف لگو ساخته شده است. دو حالت ممکن است رخ دهد. در اولین حالت تصور کنید سه قطعه لگو سفید و سه قطعه لگوی آبی دارید. شما میتوانید اشکال مختلفی با این قطعات بسازید. به همین ترتیب، با یک نوع اتم میتوانید بسیاری از مواد معدنی مختلف را بسازید.
در حالت دوم، تصور کنید که یک خانه با قطعات لگو ساختهاید. شما میتوانید همان خانه را از تکههای آبی و زرد یا تکههای سبز و سفید یا تکههای سیاه و قرمز بسازید. به همین ترتیب میتوانید، با انواع مختلف اتم همان شکل را ایجاد کنید. این امر باعث ایجاد مواد معدنی مختلف میشود. به این ترتیب میتوانید درک کنید که، برای تشکیل یک ماده معدنی خاص باید نوع اتم مناسب و ساختار مناسب داشته باشیم.
زمرد از 4 عنصر که در اعماق پوسته زمین یافت میشوند، این عناصر شامل: بریلیوم، آلومینیوم، سیلیکون و اکسیژن است. رنگ سبز زمرد به دلیل ردپای کروم موجود در آن است که نوعی ناخالصی محسوب میشود. این عناصر باید در جریان رگههای پر از آب گرم به نام رگههای گرمابی یا هیدروترمال وجود داشته باشند. وقتی شرایط در این رگهها درست باشد و خنک شوند، بلورهای زمرد شروع به تشکیل شدن میکنند.
همچنین زمرد میتواند به جای رگههای هیدروترمال در ماگما تشکیل شود. بسیاری از زمردهایی که امروز استخراج میکنیم نتیجه فرایندهایی است که صدها میلیون سال پیش اتفاق افتاده است. زمرد با دارا بودن مقادیر کمی عنصر کروم از انواع دیگر بریل (مانند: آکوامارین) متفاوت میباشد.
بنابراین، زمرد برای تشکیل به اتم بریلیوم نیاز دارد و بریلیم بسیار نادر است. فقط در چند مکان محدود میتوانید بریلیم کافی برای تهیه زمرد پیدا کنید. همچنین، برای بدست آوردن ساختار صحیح باید دما و فشار صحیح داشته باشید. دما و فشار در اعماق زمین افزایش مییابد. هرچه بریل در عمق بیشتری از زمین وجود داشته باشد، داغتر شده و فشار بیشتر میشود و امکان تشکیل زمرد افزایش مییابد. زمرد در مکانهایی از عمق زمین که دما و فشار مناسب وجود داشته باشد و اتفاقاً دارای بریلیم کافی هم باشد، تشکیل میشود.
بیشتر بخوانید: گرانترین انگشتر زمرد
زمرد طبیعی یک سنگ قیمتی است که به دلیل شرایط خاصی که برای تشکیل آن باید وجود داشته باشد، نادر میباشد. زمرد مصنوعی، با انواع روش ساخت زمرد مصنوعی، دقیقاً به همان روشی که زمرد طبیعی در طبیعت تشکیل شده، ساخته میشود.
به این معنی که شرایطی که باید در طبیعت وجود داشته باشد تا زمرد تشکیل شود؛ در آزمایشگاه توسط انسان به وجود میآید. به همین دلیل زمرد مصنوعی (آزمایشگاهی)، زمرد واقعی است، اما زمرد طبیعی نیست. زمرد مصنوعی یا آزمایشگاهی همان خصوصیات شیمیایی، فیزیکی و نوری زمرد طبیعی را دارد.
زمرد مصنوعی از گرانترین سنگهای مصنوعی جهان است. روشهای به کار رفته برای ایجاد آنها در آزمایشگاهها به تجهیزات گران قیمتی نیاز دارد. فرآیند تولید زمرد مصنوعی، کند و با انرژی زیاد انجام میشود و بازده مواد قابل رویت، کم است. با این وجود، زمرد آزمایشگاهی به اندازه زمرد طبیعی ارزشمند نیست و قیمت آن بسیار پایینتر است.
روش فلاکس در تولید انواع روش ساخت زمرد مصنوعی
ژاک ژوزف ابلمن، شیمیدان فرانسوی، در سال 1848 پیشگام فرآیند فلاکس برای سنتز زمرد بود؛ اما حدود صد سال بعد بود که کارول چاتام موفق شد روشی را ابداع کند که بتوان زمردهای مصنوعی را با فلاکس در مقیاس وسیع تولید کرد.
چاتام یک شیمی دان برجسته بود که از سنین کودکی به ساخت سنگهای قیمتی مصنوعی علاقه داشت. او از سن 15 سالگی در پارکینگ منزل پدریاش که در محلهای در سانفرانسیسکو واقع شده بود، دست به انجام آزمایشهایی برای تولید الماس مصنوعی زد.
اما تلاشهای او برای ساخت الماس مصنوعی به سرانجام نرسید و پس از چند انفجار که منجر به شکستن شیشههای منزل خودش و همسایهها شد، به اصرار پلیس و پدرش از تلاش برای ساخت الماس دست کشید و توجه خود را به تولید زمرد مصنوعی معطوف کرد. او در سال 1935 اولین زمرد مصنوعی واقعی خود را تولید کرد که این زمرد اکنون در موسسه اسمیتسونیان واقع در واشنگتون دی سی آمریکا نگهداری میشود.
قبل از اینکه چاتام موفق به کشف انواع روش ساخت زمرد مصنوعی شود، روش ورنویل به عنوان روشی برای تولید سنگهای قیمتی مصنوعی به کار گرفته میشد. اما این روش برای زمرد کاربردی نبود زیرا زمرد در واقع یک سیلیکات آلومینیوم بریلیوم است، که توسط کروم رنگ شده است و ذوب شدن تمام عناصر تشکیل دهنده آن کار آسانی نیست، زیرا بعضی عناصر قبل از ذوب شدن برخی دیگر، تبخیر میشوند.
چاتام از یک حلال ویژه به نام فلاکس استفاده کرد که از مواد شیمیایی مانند اکسید لیتیوم، اکسید مولیبندوم و اکسید وانادیوم که در دمای بالا مایع باقی میمانند، تشکیل شده است. در ابتدا تولید زمرد مصنوعی به روش فلاکس اینطور بود که مواد تشکیل دهنده زمرد در یک فلاکس مذاب حل شده و عملیات کریستالیزه شدن روی یک دانه بریل یا زمرد طبیعی رخ میداد.
این روش تا اواخر دهه 1940 به همین ترتیب انجام میشد اما بعد از آن اصلاحاتی در انواع روش ساخت زمرد مصنوعی اتفاق افتاد. بیشتر زمردهای مصنوعی تولید شده در سالهای 1940 تا 1950 که با این روش ساخته میشدند، دارای کیفیت و اندازه محدودی بودند.
در روش چاتام از یک بریل تجاری از نوع بیرنگ استفاده میشود و مقدار مشخصی اکسید کروم را به فلاکسی که کریستالها را رشد میدهد، اضافه میکنند.
این طور به نظر میرسد، که بریل کم عیار خوراکی که برای تهیه زمرد لازم است را برآورده میکند. این خوراک، در روش ورنویل از طریق پودرهای خالصسازی شده و کلسید شده تأمین میشود. رنگ بهترین سنگهای چاتام یک سبز عمیق جذاب است که تقریباً شبیه برخی زمردهای باکیفیت و عالی است.
زمردهای ایجاد شده به روش چاتام از برخی جهات شاید از زمردهای طبیعی هم مرغوبتر باشند. زیرا زمرد طبیعی با وجود اینکه سختی 8 در مقیاس Mohs دارد که سختی بالایی محسوب میشود اما در عین حال تمایل زیادی به شکستگی دارد و دوام آن چندان زیاد نیست مگر اینکه درمان و بهسازی شده باشد. اما زمردهای مصنوعی چاتام فاقد این نقص هستند.
چاتام بعدها شرکت خود را تأسیس کرد و نه تنها زمردهای مصنوعی خود را به فروش رساند بلکه فناوری ایجاد یاقوت، الکساندریت و یاقوت کبود آبی و نارنجی را هم توسعه داد. پس از مرگ چاتام، پسرش تجارتش را ادامه داد و موفق به برآوردن آرزوی پدرش که ساخت الماس مصنوعی بود، شد.
امروزه کریستالهای چاتام منشورها یا گروه منشورهای شش ضلعی هستند که اغلب دارای وجههای مقعر هستند. زمردهای چاتام اکنون با کیفیت تجاری تولید میشوند و تولیدی بیش از 15000 قیراط در ماه دارند.
با استفاده از روش فلاکس، کریستالهای مصنوعی در یک محلول فلاکس مایع در دمای بسیار بالا رشد میکنند. اندازه کریستال به زمان اختصاص یافته بستگی دارد. پرورش یک کریستال 200 عیار ممکن است ده ماه طول بکشد.
گرچه زمردهایی که به روش فلاکس تولید شدهاند به زمردهای طبیعی شباهت دارند، اما این زمردها دارای صفحات رشد موازی و یکنواخت و بعضی علائم دیگر هستند که گوهرشناسان آموزش دیده با استفاده از ذرهبین کاملاً میتوانند آنها را تشخیص دهند. از طرف دیگر، زمردهای طبیعی معمولاً از نظر خصوصیات مهم هندسی (مانند ضریب شکست، تجزیه مجدد و وزن مخصوص) مقادیر کمی بالاتری نسبت به زمردهای مصنوعی فلاکس دارند.
زمرد تولید شده به روش فلاکس فاقد آب بوده و حاوی آثاری از وانادات، مولیبدن و وانادیوم است. دیگر تولید کننده بزرگ زمردهای فلاکس، پیر گیلسون پدر بود که محصولات او در سال 1964 به بازار عرضه شد.
زمردهای گیلسون هم مانند زمردهای چاتام روی بذرهای بریل بیرنگ طبیعی رشد میکردند که از دو طرف پوشانده شده بودند. سرعت رشد کریستالها 1 میلیمتر در ماه است یعنی در یک روند معمول هفت ماهه میتوان یک کریستال زمرد به ضخامت 7 میلیمتر تولید کرد.
ساخت زمرد مصنوعی به روش هیدروترمال
روش هیدروترمال مانند روش فلاکس از انواع روش ساخت زمرد مصنوعی است. در این روش نیز از بریل بیرنگ برای تولید زمرد مصنوعی استفاده میشود. پدیدآورندگان روش هیدروترمال، برای ساخت زمردهای مصنوعی IG Farben ،Nacken ،Tairus و … هستند؛ اما اولین محصول تجاری رضایت بخش محصول Johann Lechleitner از اینسبروک اتریش بود که در دهه 1960 به بازار عرضه شد.
امروزه این روش از انواع روش ساخت زمرد مصنوعی، برای ایجاد زمردهای مصنوعی به طور گستردهای استفاده میشود. روش هیدروترمال شامل حل مواد تشکیل دهنده کریستال در محلول اسیدی آب و مواد شیمیایی در دما و فشارهای بالا است، در حالی که تبلور در یک محفظه خنککننده در راکتور اتفاق میافتد. نسخههای اولیه زمردهای تولید شده به روش هیدروترمال با نامهای Emerita و Symerald شناخته میشوند.
در اواخر دهه 1980 و 1990، روسیه به تولید کننده عمده این سنگهای مصنوعی تبدیل شد و هنوز هم یکی از تأمین کنندگان قابل توجه سنگهای قیمتی رشد یافته به روش هیدروترمال، مانند: انواع بریل مصنوعی (مانند زمرد و کروندوم مصنوعی) همراه با دیگر محصولات مانند الماس و الکساندریت مصنوعی است.
در روش هیدروترمال، یک دانه بریل در یک ظرف مهر و موم شده قرار میگیرد. ظرف با آب بسیار خالص پر میشود. ماده تشکیل دهندهی حاوی زمرد خرد شده و سایر ترکیبات مانند وانادیوم و کروم به محیط هیدروترمال وارد و یک بار الکتریکی برای یونیزه شدن محیط از درون محفظه عبور داده میشود.
سپس واحد به آرامی در اتوکلاو گرم میشود. با ایجاد گرما و فشار در محیط مهر و موم شده تا حدود 1800 درجه فارنهایت و 800psi، محیط به تعادل رسیده و فرآیند ساخت مولکولی آغاز میشود. در طی این فرآیند زمرد مصنوعی تشکیل میشود. این بلورها با سرعت تقریبی 0.15 میلیمتر در روز رشد میکنند، بنابراین تشکیل یک کریستال بزرگ هفتههای زیادی طول میکشد.
از آنجا که این فرآیند به شرایط طبیعی تشکیل زمرد بسیار نزدیک است، مواد مصنوعی حاصل بسیار شبیه زمرد طبیعی هستند. فرآیند هیدروترمال سنتز زمرد بسیار گران و پرمصرف است و به دلیل روند کند رشد، نتیجهگیری از آن هم دشوار است. زمردها فقط کسری از میلیمتر در روز رشد میکنند بنابراین ممکن است یک سال طول بکشد تا بلورهای آنها کاملاً تشکیل شود.
تفاوت زمرد طبیعی و مصنوعی
همانطور که گفته شد، تشکیل زمرد طبیعی در زیر زمین یک فرآیند طولانی است و شرایط محیطی مناسبی باید وجود داشته باشد تا این اتفاق رخ دهد؛ اما در آزمایشگاه همان روند و همان ترکیب در مدت زمان بسیار کمتری به پایان میرسد و هزینه انجام شده در مقایسه با استخراج زمرد طبیعی بسیار کمتر است.
زمرد ایجاد شده در آزمایشگاه به حدی شبیه زمرد طبیعی است که برای یک چشم ناآزموده تشخیص این تفاوت بسیار سخت است. فقط یک فرد باتجربه میتواند تفاوت بین این دو را تشخیص دهد و آن هم با کمک ابزارهای بزرگنمایی با قدرت بالا امکانپذیر است.
بیشتر بخوانید: راهنمای خرید انگشتر زمرد
زمردهایی که با انواع روش ساخت زمرد مصنوعی ساخته شدهاند معمولاً درز و شکاف کمتری نسبت به زمردهای طبیعی دارند، بنابراین بندرت پر از شکستگی میشوند. همچنین از دوام بیشتری برخوردار هستند و بهتر میتوانند در برابر فشار یا شوک محیط مانند گرمای زیاد و تمیز کنندههای اولتراسونیک مقاومت کنند.
زمردهای طبیعی که شفافیت بالایی داشته و بینقص باشند، بسیار نادر هستند و بنابراین قیمت بالایی هم دارند. زمردهای آزمایشگاهی در یک محیط کنترل شده و غنی از کروم رشد میکنند؛ بنابراین بزرگتر و تمیزتر از نمونههای استخراج شده طبیعی خود هستند. روند رشد حدود یک سال طول میکشد.
زمرد مصنوعی به محض اینکه تراش خورده و پرداخت شوند، از نظر وضوح بیعیب و نقص بوده و رنگ آنها بسیار اشباع است. این زمردها به هیچ وجه با رنگ درمان نمیشوند و قیمت آنها بسیار پایینتر از نمونه طبیعی مشابه است. در واقع، اختلاف قیمت بین زمردهای آزمایشگاهی و زمرد طبیعی قابل مقایسه میتواند به اندازه 100 هزار دلار تفاوت در هر قیراط باشد.
زمردهای طبیعی برای اینکه مرغوبیت و ارزش سنگ بیشتر شود، معمولاً تحت بهسازی و درمان قرار میگیرند. اما زمردهای ایجاد شده در آزمایشگاه تحت تابش، رنگآمیزی یا عملیات حرارتی قرار نمیگیرند. بنابراین این شما هستید که باید تصمیم بگیرید که آیا مایل به داشتن یک زمرد طبیعی که تحت درمان قرار گرفته هستید یا یک زمرد درمان نشده که در آزمایشگاه ایجاد شده باشد.
تفاوت بزرگ زمردهای طبیعی و مصنوعی در این نکته است که زمردهای طبیعی دارای مواد معدنی و گازهای گوناگونی به صورت ناخالصی در بافت خود هستند، در حالی که زمردهای مصنوعی به دلیل رشد در محیط آزمایشگاهی تحت شرایط کنترل شده و پایدار مواد معدنی، فشار و گرما، ناخالصیهای کمتری دارند و بسیار به نمونه کامل و بینقص نزدیک میشوند. بنابراین، مردم این فرصت را پیدا میکنند زمردی با کیفیت بالا که در مقایسه با نمونه طبیعی آن قیمت کمتری دارد، در اختیار داشته باشند.
یکی از بزرگترین باورهای غلط مردم در مورد زمردهای تهیه شده در آزمایشگاه با انواع روش ساخت زمرد مصنوعی این است که این زمردها جذابیت و زیبایی کمتری نسبت به زمردهای طبیعی دارند. اما در واقع اینطور نیست. محیط کنترل شده آزمایشگاه به زمرد کمک میکند تا رنگ یکنواخت و غنیتری داشته باشد. بنابراین این باور باید اصلاح شود زیرا زمرد مصنوعی از نظر شفافیت و اشباع رنگ از بسیاری از زمردهای طبیعی مرغوبتر و زیباترند.
بعضی افراد که زمرد طبیعی دوست دارند شکایت دارند که زمرد آزمایشگاهی فاقد اجزا و رگههای زمرد طبیعی است. این باور هم غلط است زیرا زمردهای ایجاد شده در آزمایشگاه هم دارای اجزا و ناخالصی هستند. در واقع، اجزا نتیجه رشد کاتالیزور است و در طبیعت و همچنین آزمایشگاه رخ میدهد اما مقدار آن کمتر است.
در آخر اینکه، برخی فکر میکنند زمردهای ایجاد شده در آزمایشگاه فاقد قدرتهایی هستند که در کریستال درمانی و درمان با سنگهای قیمتی رنگی کاربرد دارد. این باور نادرست است زیرا از نظر سنگ درمانی، یک سنگ قیمتی وقتی نور خورشید از آن عبور کرده و به بدن شخصی که آن را پوشیده است وارد میشود، تأثیر میگذارد.
از آنجا که ساختار شیمیایی سنگهای قیمتی طبیعی و ساخته شده در آزمایشگاه یکسان است، نور خورشید از همان ساختار شیمیایی عبور کرده و وارد بدن فرد پوشنده میشود. این ثابت میکند که زمرد آزمایشگاهی دارای همان قدرتی است که یک سنگ طبیعی دارد.
از طرف دیگر، زمردهای ایجاد شده در آزمایشگاه با انواع روش ساخت زمرد مصنوعی به منابع طبیعی آسیب نمیرسانند. برای به دست آوردن سنگهای قیمتی طبیعی، استخراج و حفاری لازم است. اما زمردهای ساخته شده در آزمایشگاه از کسری از منابع و تجهیزات مورد نیاز در طول فرآیند استخراج استفاده میکنند و در عین حال دخل و تصرفی در طبیعت به وجود نمیآورند.
زمرد مصنوعی به زمردی گفته میشود که در آزمایشگاه تحت همان شرایطی که زمرد طبیعی در طبیعت تشکیل میشود، با انواع روش ساخت زمرد مصنوعی، ساخته شده است و خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و نوری مشابه نمونه طبیعی آن دارد. برای ساخت زمرد مصنوعی از دو روش به نامهای فلاکس و هیدروترمال استفاده میشود.
در هر دو روش، نمونههایی که تولید میشوند بسیار به زمرد طبیعی نزدیک هستند و تشخیص تفاوت آنها برای فردی که گوهرشناس نیست، امکان ندارد.
تا سال 2000، تولید جهانی سالانه زمرد مصنوعی بیش از 600 هزار قیراط بود. امروزه همچنان فلاکس و سنتز هیدروترمال روشهای اصلی ساخت زمرد مصنوعی هستند. در حال حاضر بزرگترین تولیدکنندگان زمرد مصنوعی Biron، Chatham، Kyocera، Gilson، Inamori، Farben، Lechleitner، Linde و … هستند.
زمردهایی که به صورت مصنوعی ساخته میشوند معمولاً باکیفیت هستند و نسبت به نمونه طبیعی مشابه که درمان نشده است، قیمت بسیار پایینتری دارند.
در نهایت باید گفت، از آنجایی که شناسایی زمردهای مصنوعی از نمونههای طبیعی یا حتی شناسایی روش تهیه زمردها تنها توسط گوهرشناسان امکانپذیر است. بنابراین بهترین راه برای خرید آگاهانه و مطمئن زیورآلات و انگشتر زمرد مراجعه به امکان معتبر است. ما در فروشگاه تراث بر آن هستیم، تا با ارائه اطلاعات مفید در کنار گارانتی مادام العمر شما را در این مهم یاری رسانیم.
اشتراک ها: راهنمای خرید انگشتر زمرد: نکات مهمی که برای خرید انگشتر زمرد باید بدانید! - تراث Torath