door Maarten A.T.M. Broekmans » do 11 okt 2012, 12:31
WAAROM wordt een diamant als edelsteen zo aantrekkelijk gevonden? Het meest om z'n kleurenspel: diamant heeft een extreme dispersie, zodat invallend wit licht als regenboog teruggeworpen wordt. Daarnaast zorgt z'n extreme hardheid netto voor waardevastheid, aangezien 'gewichtsverlies door slijtage' dientengevolge minimaal is.
Dat KLEURENSPEL wordt effectief nagebootst door diamant-imitaties, waarvan 'cubic zirconia' (CZ, chemisch ZrO met meestal een spoortje Y) de populairste is (een andere is bv SrTiO3). Door bewust bijmengen van geringe hoeveelheden andere elementen kan nagenoeg elke kleur verkregen worden. Maar, CZ is veel zachter dan diamant en bovendien synthetisch, dus veel minder waardevol annex -vast. Een betere imitatie die recenter opgang doet is moissaniet, silicium-carbide (SiC), dat hoge dispersie combineert met grote hardheid, ~9.5 Mohs.
De HARDHEID van diamant kan worden nagebootst door synthetische diamant, gemaakt uit zuivere koolstof in een laboratorium. Dat kunstje beheerst men vandaag de dag heel goed: synthetisch diamant kan naar believen gemaakt worden als grote enkelkristallen, of als polykristallijne coating, etc. Maar, synthetische diamant is meestal te duur om als edelsteen te gebruiken, daar zijn immers veel goedkopere imitaties voor beschikbaar die met veel minder geavanceerde apparatuur te maken zijn. Die situatie ligt overigens anders voor andere edelstenen, met name robijn, saffier, en smaragd.
Een geslepen steen is niet geschikt voor een hardheidstest, en een ongeslepen edelsteen feitelijk evenmin wegens het gewichtsverlies dat zo'n bepaling zou meebrengen. Overigens is de Mohs'se hardheid weinigzeggend: diamant (nr 10 op die schaal) is veel meer dan maar 10x zo hard als talk (nr 1). Dat bedacht meneer Rosiwal al in 1896: hij ontworp een methode om hardheid te meten aan de hand van slijtage. Een onbekend mineraal wordt gewogen, afgeslepen met een nauwkeurig bekende hoeveelheid slijppoeder van bekende hardheid totdat het poeder niet langer slijpt, en weer gewogen. Het relatieve gewichtsverlies is dan een maat voor de slijtagehardheid. Kwarts en korund (saffier) worden als interne standaard gebruikt en zijn een hardheid van 100, respectievelijk 1000 toegekend. Talk heeft op de Rosiwal-schaal een hardheid van 0.03, diamant van ~140 000, waarmee het totale hardheidsverschil een factor van ~4.2 miljoen bedraagt.
Fijn te weten, maar dat maakt hardheidstesten nog steeds niet geschikt voor echtheidsbepaling van diamant of andere edelstenen. Waarom heeft diamant zo'n hoge hardheid? Diamant bestaat (idealiter) uit zuiver koolstof C, waarvan elk atoom vier bindingen kan maken. In diamant is elke C verbonden met vier buur-C's. Als je wijdbeens staat, met je armen omhoog en even breed gespreid als je voeten, maar je schouders een kwartslag gedraaid tov je heupen, dan ben je zo'n C-atoom. Je handen en voeten worden vastgehouden door vrouw/man/kinderen, buren, etc, hetgeen resulteert in een zeer sterk 3D netwerk, kort vertaald als grote hardheid. Tegelijkertijd is het gemakkelijk voor te stellen dat als je als C-atoom een duw krijgt, dat je 4 vasthoudende buur-C's die duw ook merken, en hun buren ook. Ergo, diamant heeft een zeer goede warmtegeleiding, zelfs de beste van alle bekende edelstenen, met afstand.
DIE eigenschap (warmtegeleiding) is non-destructief vast te stellen: een fijn naaldje wordt in contact gebracht met de steen en met een miniem verwarmingselementje opgewarmd, waarbij de temperatuurstijging over de tijd wordt gemeten. Als de edelsteen de warmte goed genoeg geleid, lekt er veel warmte weg naar de steen, en kan het niets anders dan diamant zijn. Nota bene: de hoeveelheid warmte is uiterst miniem, er is geen sprake van dat de steen wordt 'verhit', en de meting kan ook gewoon op gemonteerde stenen worden verricht. Het onderscheiden van (synthetisch) moissaniet is echter moeilijk omdat ook daat zeer goed warmte geleidt, maar er zijn alternatieve methoden beschikbaar, die buiten het kader van dit antwoord moeten vallen.
Wat nou toch met die loupe? Tijdens hun groei nemen natuurlijke edelstenen kleine insluitseltjes op, hetzij kleine mineraalkristalletjes, hetzij kleine belletjes vloeistof of gas, of combinaties daarvan. Juist die combinaties zijn uitstekende indicatoren van de afkomst ('provenance indicator') van een edelsteen. Ene meneer Gübelin heeft atlassen aangelegd, meerdere erg dikke en kostbare boeken met werkelijk fantastische (micro-) foto's van alleen maar dergelijke insluitingen, vaak maar enkele duizendsten van millimeters groot en alleen zichtbaar met een goede microscoop. Diezelfde insluitingen kunnen ook verraden of een edelsteen behandeld is geworden om de eigenschappen te verbeteren en zodoende de prijs te verhogen. Bekende behandelingen omvatten verhitten (soms to 1800C), koken in olie om scheurtjes te vullen, etc, etc. Men blijkt zeer creatief en vindingrijk om een betere prijs te kunnen krijgen.
De zuiverste edelstenen zijn uiteraard zonder insluitsels. Toch kunnen die ook geïdentificeerd worden, aan de hand van uiterst geringe concentraties van zgn spoorelementen, die in-situ gemeten kunnen worden. Hun aanwezigheid kan vaak kwalitatief worden vastgesteld door met een spectrometer naar het lichtspectrum te kijken; concentraties kunnen verder kwantitatief gemeten worden met een serie technieken ook buiten het kader van dit antwoord. Ook hier geldt dat de combinatie van meerdere sporenelementen als 'provenance indicator' gebruikt kan worden.
Waarom zou je zo'n zuivere edelsteen kopen? Wel, dat hangt deels af van persoonlijke voorkeur, en geld. Grote diamanten en/of andere edelstenen worden vooral gekocht door investeerders om hun waardevastheid op lange termijn, zowel geslepen als ongeslepen. Er hangt ook altijd een zekere sfeer van magie rond zulke stenen, niet het minst dat het materiaal is van natuurlijke origine, ontstaan geheel zonder tussenkomst van de mens. Dat is niets minder dan fascinerend, en daar betaalt men graag voor. Synthetische stenen hebben exact dezelfde fysische en (vrijwel) chemische eigenschappen als hun natuurlijke tegenhangers, maar missen de historie van miljoenen jaren, en zijn maar een kleine fractie waard, net als behandelde stenen. Imitatiestenen kunnen wel veel op echt lijken, maar zijn chemische en fysisch anders, en zijn dienovereenkomstig (laag) geprijsd. Voor elk wat wils, bling of echt.
WAAROM wordt een diamant als edelsteen zo aantrekkelijk gevonden? Het meest om z'n kleurenspel: diamant heeft een extreme dispersie, zodat invallend wit licht als regenboog teruggeworpen wordt. Daarnaast zorgt z'n extreme hardheid netto voor waardevastheid, aangezien 'gewichtsverlies door slijtage' dientengevolge minimaal is.
Dat KLEURENSPEL wordt effectief nagebootst door diamant-imitaties, waarvan 'cubic zirconia' (CZ, chemisch ZrO met meestal een spoortje Y) de populairste is (een andere is bv SrTiO3). Door bewust bijmengen van geringe hoeveelheden andere elementen kan nagenoeg elke kleur verkregen worden. Maar, CZ is veel zachter dan diamant en bovendien synthetisch, dus veel minder waardevol annex -vast. Een betere imitatie die recenter opgang doet is moissaniet, silicium-carbide (SiC), dat hoge dispersie combineert met grote hardheid, ~9.5 Mohs.
De HARDHEID van diamant kan worden nagebootst door synthetische diamant, gemaakt uit zuivere koolstof in een laboratorium. Dat kunstje beheerst men vandaag de dag heel goed: synthetisch diamant kan naar believen gemaakt worden als grote enkelkristallen, of als polykristallijne coating, etc. Maar, synthetische diamant is meestal te duur om als edelsteen te gebruiken, daar zijn immers veel goedkopere imitaties voor beschikbaar die met veel minder geavanceerde apparatuur te maken zijn. Die situatie ligt overigens anders voor andere edelstenen, met name robijn, saffier, en smaragd.
Een geslepen steen is niet geschikt voor een hardheidstest, en een ongeslepen edelsteen feitelijk evenmin wegens het gewichtsverlies dat zo'n bepaling zou meebrengen. Overigens is de Mohs'se hardheid weinigzeggend: diamant (nr 10 op die schaal) is veel meer dan maar 10x zo hard als talk (nr 1). Dat bedacht meneer Rosiwal al in 1896: hij ontworp een methode om hardheid te meten aan de hand van slijtage. Een onbekend mineraal wordt gewogen, afgeslepen met een nauwkeurig bekende hoeveelheid slijppoeder van bekende hardheid totdat het poeder niet langer slijpt, en weer gewogen. Het relatieve gewichtsverlies is dan een maat voor de slijtagehardheid. Kwarts en korund (saffier) worden als interne standaard gebruikt en zijn een hardheid van 100, respectievelijk 1000 toegekend. Talk heeft op de Rosiwal-schaal een hardheid van 0.03, diamant van ~140 000, waarmee het totale hardheidsverschil een factor van ~4.2 miljoen bedraagt.
Fijn te weten, maar dat maakt hardheidstesten nog steeds niet geschikt voor echtheidsbepaling van diamant of andere edelstenen. Waarom heeft diamant zo'n hoge hardheid? Diamant bestaat (idealiter) uit zuiver koolstof C, waarvan elk atoom vier bindingen kan maken. In diamant is elke C verbonden met vier buur-C's. Als je wijdbeens staat, met je armen omhoog en even breed gespreid als je voeten, maar je schouders een kwartslag gedraaid tov je heupen, dan ben je zo'n C-atoom. Je handen en voeten worden vastgehouden door vrouw/man/kinderen, buren, etc, hetgeen resulteert in een zeer sterk 3D netwerk, kort vertaald als grote hardheid. Tegelijkertijd is het gemakkelijk voor te stellen dat als je als C-atoom een duw krijgt, dat je 4 vasthoudende buur-C's die duw ook merken, en hun buren ook. Ergo, diamant heeft een zeer goede warmtegeleiding, zelfs de beste van alle bekende edelstenen, met afstand.
DIE eigenschap (warmtegeleiding) is non-destructief vast te stellen: een fijn naaldje wordt in contact gebracht met de steen en met een miniem verwarmingselementje opgewarmd, waarbij de temperatuurstijging over de tijd wordt gemeten. Als de edelsteen de warmte goed genoeg geleid, lekt er veel warmte weg naar de steen, en kan het niets anders dan diamant zijn. Nota bene: de hoeveelheid warmte is uiterst miniem, er is geen sprake van dat de steen wordt 'verhit', en de meting kan ook gewoon op gemonteerde stenen worden verricht. Het onderscheiden van (synthetisch) moissaniet is echter moeilijk omdat ook daat zeer goed warmte geleidt, maar er zijn alternatieve methoden beschikbaar, die buiten het kader van dit antwoord moeten vallen.
Wat nou toch met die loupe? Tijdens hun groei nemen natuurlijke edelstenen kleine insluitseltjes op, hetzij kleine mineraalkristalletjes, hetzij kleine belletjes vloeistof of gas, of combinaties daarvan. Juist die combinaties zijn uitstekende indicatoren van de afkomst ('provenance indicator') van een edelsteen. Ene meneer Gübelin heeft atlassen aangelegd, meerdere erg dikke en kostbare boeken met werkelijk fantastische (micro-) foto's van alleen maar dergelijke insluitingen, vaak maar enkele duizendsten van millimeters groot en alleen zichtbaar met een goede microscoop. Diezelfde insluitingen kunnen ook verraden of een edelsteen behandeld is geworden om de eigenschappen te verbeteren en zodoende de prijs te verhogen. Bekende behandelingen omvatten verhitten (soms to 1800C), koken in olie om scheurtjes te vullen, etc, etc. Men blijkt zeer creatief en vindingrijk om een betere prijs te kunnen krijgen.
De zuiverste edelstenen zijn uiteraard zonder insluitsels. Toch kunnen die ook geïdentificeerd worden, aan de hand van uiterst geringe concentraties van zgn spoorelementen, die in-situ gemeten kunnen worden. Hun aanwezigheid kan vaak kwalitatief worden vastgesteld door met een spectrometer naar het lichtspectrum te kijken; concentraties kunnen verder kwantitatief gemeten worden met een serie technieken ook buiten het kader van dit antwoord. Ook hier geldt dat de combinatie van meerdere sporenelementen als 'provenance indicator' gebruikt kan worden.
Waarom zou je zo'n zuivere edelsteen kopen? Wel, dat hangt deels af van persoonlijke voorkeur, en geld. Grote diamanten en/of andere edelstenen worden vooral gekocht door investeerders om hun waardevastheid op lange termijn, zowel geslepen als ongeslepen. Er hangt ook altijd een zekere sfeer van magie rond zulke stenen, niet het minst dat het materiaal is van natuurlijke origine, ontstaan geheel zonder tussenkomst van de mens. Dat is niets minder dan fascinerend, en daar betaalt men graag voor. Synthetische stenen hebben exact dezelfde fysische en (vrijwel) chemische eigenschappen als hun natuurlijke tegenhangers, maar missen de historie van miljoenen jaren, en zijn maar een kleine fractie waard, net als behandelde stenen. Imitatiestenen kunnen wel veel op echt lijken, maar zijn chemische en fysisch anders, en zijn dienovereenkomstig (laag) geprijsd. Voor elk wat wils, bling of echt.