屈折率・分散度・複屈折［おべんきょノート］

宝石には縁がないあちきにはあまり関係ない話なのだけれど、それでも石の輝きを愛でる際には多少問題になるらしいことに、屈折率とか、分散度とか、複屈折というものがある。けっこうめんどくさそう。けど、まったく知らないというのも面白くない。大まかなところをまとめてみる。

　　　　　＊　　　　　＊　　　　　＊

まず屈折率。まあ誰でも知っている概念ですね。
石が入ってくる光をどのくらい曲げるかというやつ。どうもこれが高いと輝きも違ってくるらしい。「入ってくる光を内側に集める」からなのでしょう。
単純な図をかくとこうなる。

一般的な状態では、光はいろいろな方向からやって来る。かなり斜めに入ってくる光もあるわけで、それをすかっと透過させてしまうのではなく、石の中に集める。つまり光の量が多くなる。で、宝石ではそれをカットの面であれこれ反射させて輝きを作る。
物事にはプラスとマイナスがあるわけで、マイナスはどうかというと……よくわからない。（何だよ頼りない）

まあ、感覚的にも、どうも屈折率で質感が変わるように思える。
《鉄・マンガンなどの原子量の大きな元素を多く含む鉱物は屈折率が高い傾向がある。また、高い圧力を受けてできた鉱物（藍晶石やダイヤモンドなど）は原子配列が密なので構成原子の種類にかかわらず，屈折率が高い傾向がある。》（倉敷市自然博物館サイト）
重いもの、ぎゅっと圧縮されているものは、屈折率が高い。あちきらが何となく重厚な質感を感じるのは、屈折率の違いを感じ取っているからかもしれない。（また頼りないね）

で、いろいろな石の屈折率はというと以下の通り。ただし屈折率の数値は計測者によって微妙に異なるのであくまで目安。

【高】
モアッサナイト（人工）　2.65～2.69
ルチル　2.605～2.900
ダイヤモンド　2.42
スファレライト　　2.4
ジルコン　1.95～2.01
スフェーン　1.9～2.0

【中】
ガーネット　1.8前後
コランダム　1.760～1.772
クリソベリル　1.746～1.755　
ベニトアイト　1.757～1.804　分散度：0.044
カイヤナイト　1.715～1.731
スピネル　1.717
ゾイサイト　1.691～1.700
ペリドット　1.68～1.72
翡翠　1.66～1.68
フェナカイト　1.65
アンダルサイト　1.639～1.650
ダンビュライト　1.630～1.636
トパーズ　1.629～1.637
トルマリン　1.624～1.644

【低】
ベリル　1.577～1.583
水晶　1.544～1.553
アポフィライト　1.54
アルカリ長石　1.522～1.528（斜長石はわずかに高い）
カルサイト　1.486～1.658
オパール　1.450
フローライト　1.433
ガラス　1.4～2.0
水　1.333

人工モアッサナイトからスフェーンまでの六人衆は、きらっきらで有名。
1.6～1.8くらいのところは、美石ですね。フェナカイト、ダンビュライトはダイヤの代わりなどと言われるけれど、案外低い。水晶よりはきらきらということのよう。カイヤナイトが健闘している。
カルサイト、オパール、フローライトは屈折率という点では弱い。フローライトは美しい石なんだけれども、どうしても軽さが出てしまう。それはやはり屈折率の低さなのでしょう。
ただし、前に書いたように、屈折率が低いと、石全体がぼわあっと明るくなるらしい。それはそれで味があるということになるでしょう。

　　　　　＊　　　　　＊　　　　　＊

で、もうひとつ、宝石で問題になるのは、「分散度」ということ。
単純に言うと、赤の光の屈折率と紫のそれがどれだけ違うか。
これが大きいと、分光した色の幅が大きくなる。大きな虹が出るのをイメージすればいいのかな。その色がカット面で反射して、七色の輝きが生まれる。宝石業界ではこれを「ファイア」と呼ぶ。らしい。
ただし、あまりに分散度が大きいとファイアが強くなりすぎて、「品が落ちる」と評価されることもあるらしい。

【高】
（合成ルチル　0.33）
スファレライト　0.156
モアッサナイト　0.104
デマントイド　0.057
スフェーン　0.051～0.055
ダイヤモンド　0.044
ベニトアイト　0.044
ジルコン　0.039
タンザナイト　0.030
スペサルティン　0.027

【中】
パイロープ　0.022
カイヤナイト　0.020
ペリドット　0.020
スピネル　0.020
ルビー　0.018
サファイア　0.018
クロムダイオプサイド　0.017-0.020
アイオライト　0.017
クンツァイト　0.017
トルマリン　0.017
アンダルサイト　0.016
クリソベリル　0.015
ベリル　0.014
トパーズ　0.014
アメジスト　0.013
アパタイト　0.013
アベンチュリン　0.013
水晶　0.013

【低】
フローライト　0.007

フローライトはここでも劣等生ですね。まあ別の美しさがあるから。

　　　　　＊　　　　　＊　　　　　＊

もう一つ、光の問題で時たま言及されるのが「複屈折」。
一本の光が二つに分かれる。有名なのはカルサイトで、透明なやつを新聞の上に載せると、文字が二重に見える。水晶も同様で、ガラスと区別する方法になっている。
複屈折は「立方晶系（等軸晶系）」以外のすべての鉱物に見られるとのこと。立方晶系は、ダイヤモンド、ガーネット、スピネル、フローライト、パイライトなど。ありゃ、ダイヤモンドもフローライトも複屈折しないのね。
これがあると光の反射が複雑になり、また輝きが柔らかくなるらしい。ちょっとここまで来ると、素人にはわかりにくそう。
ちなみに、立方晶系は「光学的異方性」も持たない。つまり、「方向変色」がないということ。どこから見ても色が一定というのは、面白いか面白くないか。いずれにしろ、立方晶系というのは、ちょっと独特なのですね。

つうことで、宝石の輝きには、①屈折率、②分散度、③複屈折の三つが大きく関わっているというお話。けど、それらが起こる科学的な仕組みはあちきはまったく理解していない。
まあ頭の隅っこに入れておくのもいいかな、と。