귀금속 보석공예사, 보석디자인 전공 등 보석 감정사 요점 정리 11. 컬러 센터
11. 컬러 센터
보석의 색은 결정의 구성 성분이나 그에 따른 결정구조로 인한 자연스런 결과가 아니
라 컬러 센터(color center)에 의해 유발된 색이 나타날 수 있다.
(1) 컬러 센터의 정의
보석을 구성하고 있는 원자의 일부가 없거나 결정격자가 뒤틀린 것과 같은 구조적 결
함을 컬러 센터라고 하며, 빛을 흡수하여 색을 유발할 수 있다.
컬러 센터는 보석 물질이 방사선, 열, 압력 등에 노출되어 발생한다. 이러한 컬러 센
터를 만드는 데 필요한 에너지는 천연에서 방사능을 가진 광물로부터 오랜 시간 동안 노
출되는 경우와, 인공적인 방법으로 X-선이나 감마선을 사용하여 얻을 수 있다. 컬러 센
터에는 전자 컬러 센터와 홀 컬러 센터가 있다.
(2) 전자 컬러 센터
플루오라이트(fluorite)는 칼슘 양이온(Ca2+)과 플루오린 음이온(F-)으로 구성되어 있
다. 양이온(Ca2+)과 음이온(F-)과 같이, 양전하와 음전하에 의한 전기적 끌림은 결정의
결합을 강하게 한다. 외부의 강한 에너지가 플루오라이트 결정에 쬐어지면 플루오린 이
온은 결정 내에서 이탈하게 되고 그 자리는 빈자리가 된다. 음이온을 잃어버렸기 때문
에 이 결정은 더 이상 전기적으로 중성상태가 아니다. 따라서 전기적인 중성상태를 만
들기 위해 결정 주변의 전자가 플루오린 이온이 있었던 빈자리에 메꾸어지게 된다. 플
루오린 이온을 대신하여 갇혀진 전자는 플루오라이트의 자색을 나타나게 하는데, 이를
전자(electron) 컬러 센터라 한다.
(3) 홀 컬러 센터
수정은 이산화규소(SiO2)가 반복된 구조를 가지고 있다. 순수한 무색 수정에 외부의
강한 에너지가 쬐어지면 결정 내의 일부 산소 원자로부터 전자가 떨어져 나오지만 이 전
자는 즉시 돌아오면서 다시 무색이 된다.
이산화규소(SiO2) 구조에 알루미늄 원자가 더해지면 결정의 색이 변한다. 연수정에
는 약 10,000개의 실리콘 원자 당 1개의 알루미늄 원자(Al3+)가 실리콘 원자(Si4+)를 대 신하여 위치하는데 결정의 전기적 중성을 유지하기 위해 수소 원자(H+)가 존재하게 된
다. 만일 외부의 강한 에너지가 쬐어지면 알루미늄 이온 근처에 있는 산소 원자로부터
전자가 떨어져 나오고, 이 전자는 중성을 유지하기 위해 존재하던 수소에 의해 갇혀질
수 있다. 이때의 모양은 (AlO4)5-에서 (AlO4)4-로 바뀌며 이를 홀(hole) 컬러 센터라고
한다. 수소 원자는 빛을 흡수하지 않으나, (AlO4)4-가 빛을 흡수하여 연수정의 색을 나
타낸다.
(4) 색의 안정성
많은 컬러 센터들은 안정적이지 못하다. 따라서 열이나 빛에 노출되었을 때 색이 바
래 질 수 있다. 한 예로 무색의 사파이어는 방사선 조사(照射)로 짙은 옐로 사파이어로
색을 변화시킬 수 있으나, 방사선 조사는 원자를 본래의 위치에서 약간 떨어진 곳에 옮
겨 놓을 뿐이며, 그 결합상태도 약하여, 원자들을 원래 위치로 되돌리는데 오랜 시간이
걸리지 않는다. 때문에 방사선이 조사된 옐로 사파이어의 짙은 옐로 색은 약한 열이나
햇빛에 노출되었을 때 색이 변화되는 이러한 경우를 색의 안정성이 낮다고 표현한다.
그러나 방사선 조사된 블루 토파즈와 핑크 투어멀린과 같은 몇몇 보석은 옮겨진 전자들
이 새로운 위치에 단단하게 붙어 있게 되어 이렇게 생겨난 색은 오래 지속되는데 이러한
경우를 보다 안정적이다고 표현한다.
| 컬러 센터(color center) - 보석이 빛을 흡수하는데 영향을 주어 색을 유발하는 원인이 되는 구조적 결함이며, 방사선 조사나 열처리를 통해 그 결함을 제거하 여 보석의 색을 변화시킬 수도 있다. |