Was versteht man bei Diamanten und anderen Edelsteinen unter Dispersion?

Der Begriff Dispersion stammt aus dem Fachgebiet der Physik und gibt an, wie einfallendes Licht durch die Brechung in verschiedenen Materialien in ein Farbspektrum umgewandelt werden kann. Dabei sind die entstehenden Farben unter anderem vom Aufbau der Oberflächen von Edelsteinen, wie beispielsweise Diamanten, abhängig. Außerdem spielt die Frequenz des einfallenden Lichts eine wichtige Rolle. Der dritte Einflussfaktor ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Licht in verschiedenen Materialien ausbreiten kann. Dabei wird in die normale und die anomale Dispersion unterschieden. Eine normale Dispersion weist beispielsweise Glas auf, wo blaues Licht deutlich intensiver als rotes Licht gebrochen wird. Nimmt die Brechungsintensität mit größer werdender Frequenz der Lichtwellen ab, spricht der Fachmann von einer anomalen Dispersion. Entdeckt wurde dieses Phänomen im Jahr 1870 von einem dänischen Physiker namens Christian Christiansen.

Warum Diamanten die interessanteste Form der Dispersion haben

Eine nahezu ideale Brechung des an sich farblosen Lichts haben die Diamanten, wenn sie selbst farblos sind. Bei Edelsteinen mit einer Eigenfärbung werden die normalerweise bei einer idealen Lichtbrechung erzeugten Farben des Regenbogens durch die Eigenfarbe verfälscht. Das auf einen Diamanten auftreffende Licht weist unterschiedliche Wellenlängen auf. Jeder Wellenlängenbereich wird von einem Diamanten in eine physikalisch vorgegebene Farbe verwandelt. Der Schleifer hat einen enormen Einfluss darauf, in welchen Farben ein Diamant funkeln kann. In der Fachsprache der Diamantenschleifer und Diamantenhändler wird dieses Farbenspiel auch „Feuer“ genannt. Das bestmögliche Feuer kann bei einem Diamanten mit einem facettenreichen Schliff erzeugt werden. Dazu ist jedoch äußerste Präzision notwendig.

Die Dispersion als Grundlage für die Bestimmung der Edelsteine

Die auch als Brechungsindex bezeichnete Dispersion wird bereits seit einiger Zeit für die Bestimmung der einzelnen Arten der Edelsteine genutzt. Basis dafür sind die Werte der BG-Dispersion, die einerseits die Brechung des langwelligen roten Lichts und andererseits die Brechung des kurzwelligen ultravioletten Lichts gegenüber stellt. Außerdem wird das Verhältnis der Orange-Farbtöne und der blaugrünen Farbtöne als so genannter CF-Wert zur Bestimmung der Edelsteine mit herangezogen. Bei echten Diamanten liegt der CF-Wert bei 0,025. Als BG-Wert wird für Diamanten 0,044 angegeben. Die Kennziffer der BG-Dispersion beträgt 0,039 bei Zirkon und 0,051 bei Titanit. Ein Dermantoid ist am Wert von 0,057 bei der BG-Dispersion zu erkennen.

Was sind Einschlüsse in Diamanten und anderen Edelsteinen?

In der Wissenschaft der Mineralogie werden Einschlüsse auch Inklusionen genannt. Einschlüsse können auf zwei unterschiedliche Arten entstehen, die der Fachmann als primäre Inklusion und sekundäre Inklusion bezeichnet. Bei der primären Inklusion werden Fremdkörper noch während der Bildung der Diamanten und Edelsteine eingelagert. Sekundäre Inklusionen kommen zustande, wenn sich Fremdstoffe nach dem Abschluss der Kristallbildung in vorhandenen Zwischenräumen anlagern. Bei der primären Inklusion wachsen die Kristalle der Edelsteine um Kristalle aus anderen Materialien herum. Einer der bekanntesten Vertreter dieser Art der Einschlüsse ist die Rutilnadel.

Welche Einschlüsse sind bei den Edelsteinen häufig anzutreffen?

In Edelsteinen vom Rubin über den Bernstein bis hin zum Diamanten werden verschiedene Arten der Einschlüsse gefunden. Bei den Inklusionen kann es sich genauso gut um die Kristalle anderer Edelsteine wie um Flüssigkeiten oder Gase handeln. Gasförmige und flüssige Inklusionen werden Fluideinschlüsse genannt. Sie kommen sowohl bei der primären als auch der sekundären Inklusion vor. Die Einschlüsse geben Hinweise auf die Entstehung der Diamanten und anderen Edelsteine. Außerdem haben sie einen erheblichen Einfluss auf die Optik und dabei besonders auf die Art der anzutreffenden Dispersion der Edelsteine.

Wie wirken sich Einschlüsse auf die Qualität und den Wert der Edelsteine aus?

Als besonders hochwertiger Diamant zählt das Exemplar, welches keinerlei Einschlüsse erkennen lässt. Diese Stücke werden als lupenreine Diamanten, oder kurz IF-Diamanten bezeichnet. Dafür dürfen sie natürlich auch keine Risse oder sonstigen Beeinträchtigungen der Qualität mitbringen. Beurteilt wird der Reinheitsgrad von Diamanten und anderen Edelsteinen mit einer zehnfachen Vergrößerung unter dem Mikroskop.

Nach der Anzahl und Größe der Einschlüsse werden Edelsteine drei verschiedenen Kategorien zugeordnet. Der lupenreine Diamant oder ein anderer Edelstein gehört nach dieser Qualitätseinstufung zum Typ I. Dort finden sich beispielsweise auch viele Aquamarine und der Blautopas. Der Typ II weist bereits eine erhebliche Anzahl von Inklusionen auf. Typische Vertreter dieser Gruppe sind der Amethyst und der Rubin. Smaragde gehören aufgrund ihrer mit steter Regelmäßigkeit vorkommenden Einschlüsse zum Typ III.

Ein Rückschluss auf den zu erwartenden Preis ist nicht bei jeder Art von Edelstein über die Zuordnung zu den Typen der Inklusion möglich. Bei einigen Edelsteinen machen die Inklusionen den besonderen optischen Reiz aus. Hier können Exemplare mit interessanten Einschlüssen durchaus einen höheren Verkaufswert als lupenreine Exemplare haben. Besonders begehrt sind Edelsteine, die mit ihren vorhandenen Inklusionen den so genannten Asterisk-Effekt bei der Lichtbrechung bewirken. Genau umgekehrt ist es bei den Diamanten: Desto besser ihr Reinheitsgrad ist, umso höhere Preise lassen sich für die Diamanten erzielen.

Was versteht man bei Edelsteinen unter der Fluoreszenz?

Einige Materialien sind in der Lage, kurz nach der Bestrahlung mit Licht selbst spontan Licht emittieren zu können. Dabei wird jedoch eine geringere Lichtenergie abgegeben, als zuvor aufgenommen wurde. Da dieses Phänomen zuerst bei Flussspat, auch Fluorot genannt, entdeckt wurde, hat es die wissenschaftliche Bezeichnung Fluoreszenz bekommen. Als Entdecker der spontanen Lichtemission gilt der aus Irland stammende Physiker und Mathematiker George Gabriel Stokes. Der 1819 in Skreen geborene Wissenschaftler beschrieb das auch bei verschiedenen Edelsteinen auftretende physikalische Phänomen erstmals im Jahr 1852.

Wie kommt die Fluoreszenz der Edelsteine und Diamanten zustande?

Insgesamt sind bisher rund 200 verschiedene Minerale bekannt, bei denen die Fluoreszenz auftreten kann. Die Intensität und Dauer der Fluoreszenz hängt bei Diamanten und anderen Edelsteinen immer von der individuellen Art der Einschlüsse ab. Materialien, bei denen die Fluoreszenz auftritt, werden von den Wissenschaftlern als Fluorophore bezeichnet. Der Zeitraum des „Nachleuchtens“ heißt in der Fachsprache Fluoreszenzlebensdauer. Sie beträgt üblicherweise nur einige Nanosekunden. Die physikalische Grundlage der Fluoreszenz ist, dass von einer Fluorophor Photone aus dem einfallenden Licht aufgenommen werden. Dadurch erfolgt eine Anregung dieser Stoffe. Um in den Ausgangszustand zurückkehren zu können, muss die aufgenommene Menge an Energie wieder abgegeben werden. Das erfolgt entweder über die Fluoreszenz in Form von Licht oder über die Schwingungsrelaxation. Bei einigen Materialien ist eine kombinierte Abgabe der zuvor erhaltenen elektromagnetischen Strahlung zu beobachten. Die reine Entspannung der Edelsteine und Diamanten über die Abgabe von Licht nennt der Fachmann Photolumineszenz.

Die Fluoreszenz bei der Bestimmung der Edelsteine und der Einschlüsse

Das Material der Edelsteine sowie der darin enthaltenen Inklusionen bestimmt darüber, wie lange der Effekt der Fluoreszenz anhält und in welchen Farben er auftritt. Möglich sind hier Blau, Gelb, Grün, Orange, Rot und Weiß. Das ist der Hauptgrund, warum die Messung und Auswertung der Fluoreszenz zur Bestimmung der Art der Edelsteine und der darin enthaltenen Einschlüsse angewendet wird. Kommen Diamanten in den Einflussbereich der im Tageslicht enthaltenen UV-Strahlung, weisen sie üblicherweise eine Fluoreszenz in Blautönen auf. Bei Diamanten bewirken Fluoreszenzeffekte in der Regel eine Wertminderung, da dadurch das durch den Schliff zu erreichende optimale Farbenspiel, auch Feuer genannt, beeinträchtigt wird.

Wann sind Diamanten und Edelsteine lupenrein?

Als lupenrein werden Diamanten und Edelsteine bezeichnet, wenn sich bei einer zehnfachen Vergrößerung in einem Dunkelfeld keine Beeinträchtigungen der idealen Kristallstruktur erkennen lassen. Ein Diamant darf nur dann als lupenrein deklariert werden, wenn sich in ihm keine Einschlüsse finden und auch keine Risse erkennbar sind. Zur Einstufung der Qualität der Edelsteine und insbesondere der Diamanten wurde im Jahr 1952 ein Standard entwickelt. Er stammt vom Gemological Institute of America, kurz GIA, und kommt inzwischen weltweit bei der Bewertung von Diamanten zum Einsatz.

Welche Qualitätsstufen gibt es für Diamanten außer lupenrein noch?

Insgesamt sind in der Praxis mittlerweile elf verschiedene Qualitätsstufen für Diamanten etabliert. Hier ist ein kurzer Überblick:

  • FL = flawless
  • IF = internally flawless
  • WS1, WSI sowie WS2 = very,very small inclusions
  • VS1, VSI sowie VS2 = very small inclusions
  • SI1 sowie SI2 = small inclusions
  • PI1 = Piqué I
  • PI2 = Piqué II
  • PI3 = Piqué III

  • Die Kennung FL dürfen nur Diamanten bekommen, bei denen bei einer zehnfachen Vergrößerung weder Einschlüsse noch äußere Beeinträchtigungen zu erkennen sind. In der Gruppe IF sind winzige, von der Verarbeitung stammende Oberflächenspuren erlaubt. Die Kennungen der Gruppen WS1, WSI sowie WS2 erlauben Einschlüsse, die bei einer zehnfachen Vergrößerung sehr schwer erkennbar sind. Bei den Gruppen VS1 und VSI entfällt der Zusatz „sehr“. Bei der Betrachtung unter dem Mikroskop erkennbare Einschlüsse und Beeinträchtigungen dürfen die Diamanten der Qualitätsgruppen VS2, SI1 und SI2 enthalten. Wer sich Diamanten der Qualitätsstufen PI1, PI2, und PI3 kauft, muss mit Einschlüssen und Fehlern rechnen, die auch für das bloße Auge sichtbar sind. Dabei gilt: Je höher die Zahl hinter dem Kürzel PI ist, desto deutlicher sind die Kristalldefekte und Inklusionen erkennbar.

    Ab wann gilt ein Diamant nicht mehr als lupenrein?

    Die Qualitätseinstufung lupenrein bekommt ein Diamant bereits dann nicht mehr, wenn sein Aussehen sehr minimal beeinträchtigt ist. Schon kleinste Fehlerchen unterhalb der Tafel verhindern, dass ein Diamant als lupenrein eingestuft werden kann. Der Grund ist, dass Fehler an dieser Stelle das Feuer der Diamanten besonders stark beeinträchtigen. Bei Einschlüssen und Defekten in der Kristallstruktur der Diamanten an dieser Stelle kommt es häufig zu unerwünschten Lichtreflexionen durch die seitlich geschliffenen Facetten.

    Welche Rolle spielt die Mohshärte für Edelsteine?

    Die Angaben zur Mohshärte für Edelsteine und Diamanten geben Auskunft darüber, mit welchem Material ein anderes Material bearbeitet werden kann. Die von einem in Deutschland geborenen und später in Österreich und Italien tätigen Mineralogen entwickelte Einstufung kommt ohne jede Einheit aus. Friedrich Mohs schuf zehn verschiedene Härtestufen, bei denen gilt: Von jedem Material mit einer höheren Mohshärte können die Oberflächen sämtlicher Materialien mit einem niedrigeren Mohshärtegrad mechanisch ohne weitere Hilfsmittel verändert werden. Die Einstufung in die nach ihm benannte Mohshärte nahm der Mineraloge ausschließlich durch praktische Versuche vor. Seine Erkenntnisse wurden später durch die Ermittlung der Schleifhärte durch den in Österreich beheimateten Geologen August Rosival und das so genannte Vickers-Verfahren zur Härtebestimmung untermauert.

    Welche Gliederung weist die Mohshärte auf?

    Die niedrigste Stufe der Mohshärte haben alle Materialien, deren Oberflächen mit den bloßen Fingernägeln abgeschabt werden können. Bei Materialien mit der Mohshärte 2 können mit dem Fingernagel Riefen in die Oberfläche gekratzt werden. Die Gruppe der Stoffe mit der Mohshärte 3 widerstehen zwar dem Fingernagel, halten aber einer Kupfermünze nicht mehr stand. Die Stoffe mit der Mohshärte 4 und 5 lassen sich mit unterschiedlichem Aufwand mit einem Taschenmesser ritzen. Ab der Mohshärte 5 ist bereits eine Stahlfeile für die Bearbeitung notwendig. Ab der Gruppe 7 werden Materialien eingestuft, mit denen handelsübliches Fensterglas geritzt werden kann. Edelsteine, wie der Topas, weisen eine Mohshärte von 8 auf. Rubine und Saphire haben die Mohshärte 9.

    Warum hat der Diamant eine Mohshärte 10?

    Die Mohshärte 10 bekommt der Diamant deshalb, weil er sämtliche anderen Materialien bearbeiten kann. Die einzige Ausnahme stellt bei den Mineralen natürlicher Herkunft Siliciumcarbid dar. Außerdem lassen sich Diamanten mit Bornitrid bearbeiten, das in der Natur in drei verschiedenen Kristallstrukturen vorkommt und die gleiche Mohshärte wie der Diamant aufweist. Eine noch größere Mohshärte als natürliche Diamanten weisen die vom Menschen künstlich hergestellten Aggregierten Diamant-Nanostäbchen, auch kurz ADNR genannt, auf. Sie weisen einen besonders geringen Abstand bei der Bindung der C-Atome und dadurch eine um elf Prozent höhere Dichte als natürlich entstandene Diamanten auf. ADNR wird in der Industrie aus Kohlenstoffatomen mit einer extrem hohen Symmetrie hergestellt, die als C60-Fullerome bezeichnet werden.

    Die Phosphoreszenz sorgt für ein Nachleuchten der Edelsteine

    In der Physik wird die Phosphoreszenz als eine besondere Art der Lumineszenz eingestuft. Als Lumineszenz bezeichnet der Physiker die Entspannung eines mit Energie aufgeladenen Stoffes durch die Abstrahlung von Licht. Dazu gehört auch die Fluoreszenz, die sich von der Phosphoreszenz durch die Dauer des Aufleuchtens unterscheidet. Bei der Fluoreszenz hält die Lichtabgabe nur sehr kurz an und das Leuchten erlischt in der Regel bereits nach wenigen Millisekunden. Das Nachleuchten bei der Phosphoreszenz kann über mehrere Stunden hinweg anhalten. Dieses physikalische Phänomen wird beispielsweise bei der Beschilderung von Fluchtwegen ausgenutzt. Bei der Palette der Edelsteine wird es als besonders begehrenswertes Extra geschätzt.

    Wie kommen die Luminophore in Edelsteine und Diamanten?

    Die Grundmaterialien der Diamanten und anderen Arten der Edelsteine können selbst nicht leuchten. Verantwortlich für diesen Effekt sind die Einschlüsse von Fremdstoffen, die in der Fachsprache auch Inklusionen genannt werden. Bei den Einschlüssen muss es sich zur Erzielung des Nachleuchtens um Materialien handeln, in denen Phosphor mit enthalten ist. Dieses chemische Element ist der Namensgeber für das Nachleuchten, welches im Jahr 1602 erstmals durch den italienischen Alchemisten Vincentio Casciolo für Bariumsulfid beschrieben wurde. Dass Phosphor dafür verantwortlich ist, konnte von Hennig Brand im Jahr 1669 nachgewiesen werden. Inzwischen sind eine ganze Reihe derartiger Leuchtpigmente entdeckt worden. Die meisten dieser Leuchtpigmente gehören zu den Gruppen der Calciumsulfide und der Zinksulfide, die als Einschlüsse bei der Bildung der Edelsteine und Diamanten beteiligt sein oder sich nach dem Abschluss der Kristallbildung in Rissen und Hohlräumen anlagern können.

    Wovon ist abhängig, in welchen Farben Edelsteine und Diamanten nachleuchten?

    Welche Farben die Leuchtpigmente hervor bringen, hängt von der Art der Stoffe ab, die in den Einschlüssen der Diamanten und Edelsteine enthalten sind. Kupferhaltige ZnS-Pigmente verursachen beispielsweise ein grünlich schimmerndes Nachleuchten. Erdalkalialuminate und Erdalkalisilicate als Inklusion bei Diamanten und Edelsteinen bewirken ein beigefarbenes Nachleuchten, während Calciumsulfid dafür sorgt, dass ein zart rötliches Nachleuchten der Edelsteine auftritt. Einer der bekanntesten Vertreter der Edelsteine mit einem kräftig roten Nachleuchten ist der Hope Diamant, der bei Tageslicht eine blaue Färbung aufweist. Zur Bestimmung der Arten der Edelsteine eignet sich die Auswertung der Phosphoreszenz nicht, da die Fremdstoffe gleichermaßen in sämtlichen Edelsteinen eingelagert werden können.