คุณสมบัติของแร่ที่เป็นอัญมณี - คุณสมบัติทางกายภาพ

โดย นายโพยม อรัณยกานนท์  , ผศ.ดร. กาญจนา   ชูครุวงศ์

คุณสมบัติทางกายภาพ (Physical properties)

รูปแบบที่อะตอมต่างๆของธาตุที่ประกอบเป็นอัญมณี จัดเรียงตัวเกาะกลุ่มในโครงสร้างของผลึกของอัญมณีนั้นๆ เป็นตัวกำหนดถึงคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกันของอัญมณีนั้นกับอัญมณีชนิดอื่นๆ ที่สามารถนำมาใช้ในการตรวจจำแนกชนิดของอัญมณีได้ โดยวิธีการที่ไม่ทำให้อัญมณีนั้นเสียหายหรือถูกทำลายไป บางวิธีอาจจะใช้การคาดคะเน หรือโดยการใช้เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ หรือเครื่องมือธรรมดาโดยทั่วไป คุณสมบัติทางกายภาพต่างๆ ได้แก่

ความแข็ง (Hardness)  คือความสามารถของอัญมณีในการต้านทานต่อการขูดขีด ขัดสี สึกกร่อนบนผิวหน้าเรียบ เป็นสิ่งที่พิจารณาได้ว่า อัญมณีชนิดใดมีความสามารถต่อการสวมใส่เพียงใด อัญมณีชนิดสามารถนำมาจัดเรียงลำดับความสามารถต้านทานต่อการขูดขีด จัดเป็นชุดลำดับของความแข็งที่มากกว่าหรือน้อยกว่า ในการวัดหาค่าความแข็งของอัญมณี ทำได้โดยการทดสอบการขูดขีดด้วยแร่ หรือด้วยปากกา
วัดค่าความแข็ง ระดับค่าความแข็งที่เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในทุกวันนี้ เป็นค่าความแข็งสัมพัทธ์ของโมส์ (Moh's scale) ซึ่งจัดแบ่งเรียงลำดับความแข็งของแร่ที่เพิ่มขึ้นจาก 1-10 ดังนี้
          1. ทัลก์ (Talc)  ความแข็ง  1-2  สามารถขูดขีดได้โดยเล็บมือ
          2. ยิปซัม  (Gypsum) สามารถขูดขีดได้โดยเหรียญทองแดง
          3. แคลไซต์  (Calcite) ความแข็ง  2-3  สามารถขูดขีดได้โดยใบมีดหรือกระจกหน้าต่าง
          4. ฟลูออไรต์ (Fluorite) ความแข็ง  3.5-4.5
          5. อะพาไทต์ (Apatite) ความแข็ง 5-6.5 มีดเล็ก ๆ ไม่สามรถขูดขีดได้ง่าย
          6. ออร์โทเคลส (Orthocleas) เฟลด์สปาร์ (Feldspar)
          7. ควอตซ์ (Quartz)
          8. โทพาซ (Topaz) แข็งมาก ไม่สามารถขูดขีดได้ด้วยแท่งเหล็ก
          9. คอรันดัม (Corrundum)
          10. เพชร (Diamond)

ภาพประกอบ AllAboutGemstones.com

แร่แต่ละชนิดดังกล่าว จะสามารถขูดแร่ พวกที่มีเลขต่ำกว่าได้แต่จะไม่สามารถขูดขีดแร่พวกที่มีเลขสูงกว่าได้ ตัวอย่างเช่น เพชร สามารถขูดขีดแร่ได้ทุกชนิด คอรันดัมจะไม่สามารถขูดขีดเพชรให้เป็นรอยได้ แต่สามารถขูดขีดโทแพซ ควอตซ์ ออร์โทเคลส ที่มีความแข็งรองลงมาได้ เป็นต้น อัญมณีที่มีค่าความแข็งเท่ากันสามารถขูดขีดกันให้เป็นรอยได้ ความแข็งของอัญมณีชนิดเดียวกันอาจจะ มีการเปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อยได้ตามส่วนประกอบและลักษณะของการเกาะกลุ่มรวมกันของเนื้อแร่ หรือตามการผุเสื่อมสลายโดยธรรมชาติ ค่าความแข็งดังกล่าวนี้ เป็นค่าความแข็งที่เปรียบเทียบกันเท่านั้น มิใช่เป็นหน่วยวัดค่าความแข็ง ความแตกต่างของค่าความแข็งในแต่ละระดับก็ไม่เท่ากันเช่น ความแตกต่างของความแข็งระหว่างเพชร กับ คอรันดัม จะไม่เท่ากับความแตกต่างของความแข็งระหว่างคอรันดัมกับโทแพซ โดยทั่วไปแล้วอัญมณีที่มีค่าความแข็งตั้งแต่ 7 ขึ้นไปจะมีความคงทนเหมาะสมต่อการสวมใส่ในชีวิตประจำวัน ในการตรวจสอบชนิดของอัญมณีนั้นจะไม่นิยมใช้การทดสอบความแข็งกัน เนื่องจากจะทำให้อัญมณีที่ถูกทดสอบนั้นเสียหาย และอาจทำลายคุณค่าความสวยงามได้ แต่ในบางครั้งอาจจะใช้ได้ในกรณีจำเป็นสำหรับอัญมณีที่ยังไม่ได้เจียระไนหรือแกะสลัก ซึ่งมีความโปร่งแสงถึงทึบแสง แต่ไม่ควรใช้ทดสอบอัญมณีที่โปร่งใสเจียระไนแล้วเป็นอันขาด

ความแข็งของอัญมณีมีผลต่อการขัดเงาเมื่อเจียระไนคือ ความวาวและการสะท้อนของแสงที่ผิวหน้าของอัญมณีนั้น ๆ ซึ่งโดยทั่วไปอัญมณีที่มีความแข็งมากก็จะขัดเงาได้ง่าย มีความวาวสูงและสะท้อนแสงได้มาก การดูแลความวาวของอัญมณีก็จะคาดเดาความแข็งของอัญมณี และอาจเป็นแนวทางการวิเคราะห์อัญมณีได้

ในบางครั้งพบว่าอัญมณีจากแหล่งที่ต่างกันหรือมีสีต่างกัน มีความแข็งต่างกันด้วย ทั้งนี้อาจเนื่องมาจากความแตกต่างของสารประกอบในตัวอัญมณีนั้น ๆ เพียงเล็กน้อยก็ส่งผลต่อความแข็งของอัญมณีได้ เช่น ช่างเจียระไนพบว่าทับทิมเนื้อนิ่มกว่าแซปไพร์ (sapphire) สีอื่น ๆ หรือ เพชรที่มาจากแหล่ง Australia และ Bumeo มีเนื้อที่ผิดปกติจากเพชรจาก แหล่งอื่น ทำให้เจียระไนยากซึ่งช่างเจียระไนจะต้องหาแนวที่จะเจียระไนให้เหมาะสม

 
ความเหนียว (Toughness) คือ ความสามารถของอัญมณีในการต้านทานต่อการแตกหักแตกร้าว การเกาะเกี่ยว เกาะกลุ่มอยู่ติดกันแน่นมาก แต่ก็มีปัจจัยหลายอย่างที่มีบทบาทในการลดค่าความเหนียวของอัญมณี เช่น
การมีแนวแตกเรียบ (cleavage) เป็นการแตกอย่างมีทิศทางแน่นอน ขึ้นกับลักษณะโครงสร้างของผลึกแร่การแตกมีระนาบเรียบตามโครงสร้างอะตอมในผลึกแร่อาจเป็นแนวเดียวหรือหลายแนวก็ได้
การแตกแบบขนาน (parting) เป็นการแตกที่เกิดขึ้นในแนวโครงสร้างของแร่ที่ไม่แข็งแรงมักเป็นรอยต่อของผลึกแฝด
รอยแตกร้าว (fracture) เป็นการแตกที่เกิดขึ้นโดยไม่มีทิศทางที่แน่นอน มักมีลักษณะแตกต่างกันไปและเป็นลักษณะเฉพาะของแร่ เช่น แบบโค้งเว้าเหมือนก้นหอย หรือแบบเสี้ยนไม้ เป็นต้น

ความเหนียวไม่จำเป็นต้องมีความสัมพันธ์เกี่ยวข้องกับความแข็ง ตัวอย่างที่เห็นได้ง่ายและชัดเจน ได้แก่ เพชร ซึ่งเป็นวัตถุธรรมชาติที่มีความแข็งมากที่สุดในโลก  สามารถขูดขีด ตัดสลักวัตถุหรืออัญมณีใดๆ ได้ แต่เพราะมีแนวแตกเรียบ (cleavage) ที่สมบูรณ์ ซึ่งสามารถแตกละเอียดได้หากถูกกระแทกในรอยแยกแนวเรียบ ดังนั้นในการตำหรือบดเพชรให้ละเอียดเพื่อนำเอาผงเพชรมาทำเป็นผงขัดหรือประลงในผิวใบเลื่อยต่างๆจึงใช้เหล็กซึ่งมีความเหนียวมากกว่าเป็นตัวตำให้ละเอียดลงไป ในขณะที่หยกเจไดต์ (Jadite) หรือเนไฟรต์ (Nephrite) ซึ่งเป็นอัญมณีที่มีความเหนียวมากเป็นพิเศษ สามารถที่จะนำมาเจียระไนตัดเป็นแผ่นบาง หรือแกะสลักในรูปแบบที่ซับซ้อนได้โดยไม่มีการแตกร้าว นำมาทำเครื่องประดับได้อย่างคงทนสวยงามดี การจัดแบ่งระดับความเหนียวของอัญมณีโดยทั่วไปแบ่งได้ดังนี้

exceptional ได้แก่ หยก jadeite และ nephrite
excellent ได้แก่ corundum
good ได้แก่ quartz และ spinel
fair ได้แก่ tourmaline
poor  ได้แก่ feldspar และ topaz

ความถ่วงจำเพาะ  หรือ ความหนาแน่นสัมพัทธ์ (Specific gravity) เป็นอัตราส่วนระหว่างน้ำหนักของวัตถุกับน้ำหนักของน้ำที่มีปริมาตรเท่ากัน (ในอุณหภูมิ 4°c) ตัวอย่างเช่นทับทิมที่มีน้ำหนัก 5 กะรัตและน้ำที่มีปริมาณเท่ากันมีน้ำหนัก 1.25 กะรัต ค่าความถ่วงจำเพาะของทับทิมจะเท่ากับ 4.00 หรืออัญมณีใดๆ ที่มีค่าความถ่วงจำเพาะเท่ากับ 3 อัญมณีนั้นๆก็จะมีน้ำหนักเป็น 3 เท่าของน้ำหนักของน้ำที่มีปริมาตรเท่ากันนั่นเอง โดยทั่วไปแล้วค่าความถ่วงจำเพาะของอัญมณีแทบทุกชนิด จะมีค่าอยู่ในช่วงระหว่าง 1-7
อัญมณีที่มีค่าต่ำกว่า 2 ถือว่าเป็นชนิดเบา เช่น อำพัน
พวกที่มีค่าอยู่ระหว่าง 2 และ 4 เป็นชนิดปกติ เช่น ควอตซ์
พวกที่มีค่ามากกว่า 4 เป็นชนิดหนัก เช่น ดีบุก
สามารถนำค่าความถ่วงจำเพาะมาใช้เป็นข้อมูลเสริมช่วยในการตรวจจำแนกชนิดของอัญมณีได้ โดยเฉพาะพวกที่ไม่ได้อยู่ในตัวเรือน เพราะค่าความถ่วงจำเพาะของอัญมณีแต่ละชนิดนั้นมักจะมีค่าที่ค่อนข้างคงที่และสามารถตรวจสอบได้ง่ายโดยไม่ทำให้อัญมณีเสียหายด้วย วิธีการตรวจสอบค่าความถ่วงจำเพาะที่ได้ผลดี และเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป มีอยู่ 2 วิธีคือ
1) วิธีการชั่งน้ำหนักอัญมณีแบบแทนที่น้ำในเครื่องชั่ง (ใช้หลักการของอาร์คีมีเดส)
2) การใช้น้ำยาเคมีหนัก เช่น เมทิลีนไอโอไดด์โบรโมฟอร์ม ฯลฯ เป็นหลักในการตรวจสอบ

แต่ก็ยังมีปัญหาไม่ว่าในวิธีใดๆ นั่นคือ การมีมลทินตำหนิภายในเนื้ออัญมณี หรือรอยแตกร้าวต่างๆ เป็นต้น สิ่งเหล่านี้จะมีผลต่อการตรวจสอบเพราะอาจทำให้ค่าที่ได้มีความผิดพลาดไปจากความเป็นจริง ถึงแม้ว่าอัญมณีนั้นจะเป็นผลึกเดี่ยวก็ตาม จึงควรจะต้องพิจารณาดูอัญมณีให้ละเอียดถึงลักษณะผิวเนื้อภายนอกและภายในทำความสะอาดอัญมณีให้หมดจด ระมัดระวังในการเตรียมตัวอย่างและเครื่องมือ มีการควบคุมอุณหภูมิขณะทำการตรวจให้คงที่ มีความละเอียดและทำการตรวจหลายๆ ครั้ง เพื่อนำมาสรุปผลให้ได้ค่าที่ถูกต้องมากขึ้น

ค่าความถ่วงจำเพาะยังช่วยในการคาดคะเนน้ำหนักและขนาดของอัญมณีได้ด้วย เช่น เพชรที่มีน้ำหนัก 1 กะรัตจะมีขนาดเล็กกว่าอะความารีนที่มีน้ำหนัก 1 กะรัตและเจียระไนแบบเดียวกัน ที่เป็นเช่นนี้เนื่องจากเพชรมีค่าความถ่วงจำเพาะหรือมีความหนาแน่นมากกว่าอะความารีน อัญมณีต่างชนิดกันแม้ว่ามีน้ำหนักเท่ากันแต่จะมีขนาดที่แตกต่างกันเสมอและอีกประการหนึ่ง อัญมณีที่มีค่าความแข็งสูงก็มักจะมีค่าความถ่วงจำเพาะสูงด้วย

รูปแบบของผลึก (Forms)  เป็นรูปร่างลักษณะผลึกภายนอกของแร่ที่เป็นอัญมณีชนิดต่างๆ ที่มองเห็นและพบได้โดยทั่วๆ ไปส่วนใหญ่มักจะเกิดเป็นผลึกเดี่ยวและมีการเติบโตขยายออกเป็นรูปร่างเห็นเด่นชัดเฉพาะตัว เช่น โกเมน (Garnet) มักจะพบในลักษณะรูปร่างแบบกลมคล้ายลูกตะกร้อ เพชร และ สปิเนล มักจะพบในรูปร่างลักษณะแบบแปดหน้ารูปพีระมิดประกบฐานเดียวกัน รูปแบบของผลึกยังอาจหมายถึง ชนิดของลักษณะผลึก (habits) ซึ่งอาจจะเป็นลักษณะแผ่นแบน รูปเข็มเล็กยาว แผ่นเรียวยาว แท่งหกเหลี่ยม แผ่นหนาก้อน กลุ่ม คล้ายเข็มคล้ายต้นไม้ คล้ายพวงองุ่น คล้ายไต เป็นต้น ในธรรมชาติจริงๆ แล้ว ผลึกอัญมณีที่เกิดขึ้นเป็นผลึกเดี่ยวและมีรูปร่างครบทุกหน้าผลึกที่ได้สัดส่วนหรือรูปร่างสมบูรณ์จะพบได้ยากมาก โดยมากจะพบเป็นผลึกขนาดเล็กละเอียดเกาะกลุ่มรวมกันเป็นผลึกแฝด หรือเป็นผลึกแฝดซ้ำซ้อน ชนิดของอัญมณีที่เป็นแร่ประเภทเดียวกันถ้าเกิดอยู่ในแหล่งหรือบริเวณที่แตกต่างกัน ก็อาจจะมีรูปร่างลักษณะผลึกภายนอกที่ต่างกันได้ โดยสรุปแล้วความรู้และความเข้าใจถึงความแตกต่างที่หลากหลายของรูปแบบของผลึก และรูปร่างลักษณะภายนอกของอัญมณีอาจมีประโยชน์ช่วยในการตรวจจำแนกชนิดอัญมณีที่เป็นผลึกก้อนได้อย่างง่ายๆ หรือบางครั้งอาจสามารถบอกแหล่งกำเนิดได้ด้วย

ภาพผลึกของโกเมน จาก www.khulsey.com

ข้อมูล : วิชาปฎิบัติการวิเคราะห์อัญมณี สาขาวิชา วัสดุศาสตร์ (อัญมณีและเครื่องประดับ) คณะวิทยาศาสตร์   มหาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ เล่มที่ 20

Posted by NonNY~* on 3/13/2552. Filed under amber, cleavage, colored stone, crystal form, Database, diamond, fracture, garnet, gemstone, habits, hardness, Library, March09, Mohs scale, natural gemstone, physical properties, ruby, Sapphire, semi-precious stone, specific gravity, topaz, toughness . You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0. Feel free to leave a response