Наконец, к одним из самых древних самоцветов относится бирюза. Ассирийцы называли ее бирути. Отсюда пошло персидское слово «пируз» (победитель) и арабское «фирузадж». В средние века перстень с бирюзой носили воины. Они верили, что это помогает побеждать врагов.
Из чего построены самоцветы? Молекула кремнезема состоит из одного атома кремния и двух атомов кислорода. Во многих случаях кремний частично замещается железом, алюминием, другими металлами. Часто кремнеземы содержат механические примеси других оксидов. В яшмах, например, количество примесей достигает 20 процентов. В кварце химических примесей крайне мало. Тем не менее на цвет камня они влияют самым решительным образом: горный хрусталь бесцветен, аметист фиолетов, цитрин желт, хризопраз зелен. В состав опала входит довольно большое количество воды (до 10 процентов).
Как известно, кремний четырехвалентен, а кислород двухвалентен. Легко представить маленький ион кремния (шарик радиусом 26 пм[1]), окруженный четырьмя крупными ионами кислорода (радиус 138 пм). Такая группа называется кремнекислородным тетраэдром. Она может присоединить к своим вершинам еще четыре кремнекислородных тетраэдра, те, в свою очередь, еще, еще и еще. В результате собирается трехмерная кольчуга из тетраэдров, как ее образно назвал академик Н. В. Белов. Такую «кольчугу» легко построить, соединяя свободными вершинами пустые молочные пакеты в виде тетраэдров.
Общеизвестно, что атом является наименьшей частицей химического элемента и носителем его свойств. Наименьшей частицей вещества, обладающей его основными химическими свойствами, является молекула. А вот наименьшей частицей кристалла является элементарная ячейка. Она может иметь вид кубика, прямоугольного или косоугольного параллелепипеда. Из них, как из строительных кирпичиков, воздвигается огромное и прекрасное здание кристалла.
Алмаз и графит состоят из одинаковых атомов углерода, но резко отличаются друг от друга. Происходит это вот почему. В графите атомы углерода уложены слоями. Структуру кристалла можно представить в виде стопки бумажных листков, легко отделяемых друг от друга. Минимальная частичка, сохраняющая все свойства графита, представляет собой параллелепипед со стороной основания 247 и высотой 679 пикометров. В такой «квартире» живут четыре углеродных атома.
Элементарная ячейка алмаза имеет вид правильного куба, сторона которого равна 356 пикометров. В ячейке на одинаковых расстояниях друг от друга расположились восемь атомов углерода. Несложные расчеты показывают, что ячейка алмаза по объему в 1,6 раза меньше графитовой, а углеродных атомов содержит вдвое больше. Поэтому плотность алмаза значительно выше.
Основным свойством кристаллов является симметричность. Кристаллографы различают три вида симметрии: высший, или кубический, средний и низший. Средний вид симметрии подразделяют на гексагональный, тетрагональный и тригональный, а низший — на ромбический, моноклинный и триклинный. Эти слова легко расшифровать, зная русские эквиваленты греческих терминов. Например, тетрагонами называют четырехугольники, а словом «триклинная» обозначается элементарная ячейка, в которой все три угла больше или меньше 90 градусов. Элементарная ячейка кубических кристаллов имеет вид кубика, элементарные ячейки кристаллов других сингоний представляют собой то или иное искажение кубика.
Чаще всего кристаллы одного и того же вещества кристаллизуются в каком-то одном виде симметрии. Например, все гранаты кубические, а рубины и сапфиры — тригональные. В разных видах симметрии кристаллизуются алмаз и графит: первый кубический, второй гексагональный. Кремнеземы могут кристаллизоваться почти во всех видах симметрии. Бериллы гексагональные, шпинели кубические, а бирюза триклинная. Янтарь и вулканическое стекло аморфны, а потому ни к какому виду симметрии отнесены быть не могут.
Невидимая глазом структура определяет форму зримого кристалла. Формы эти многообразны, однако описать их можно немногими словами.
Единичная грань кристалла, не имеющая аналога, называется моноэдром (моно — один, эдр — грань). Например, в граненом стакане моноэдром можно считать дно. Две одинаковые грани, расположенные параллельно, называются пинакоидом (пинакс — доска). Каждый легко найдет в спичечном коробке три пинакоида. Если те же две грани поставить под углом друг к дружке, то получится диэдр (ди — два). Пример диэдра — раскрытая книга.