Physical Properties of Gemstones

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As a gemologist and someone how handles gemstones every day, a lot can be identified about a gem simply by looking at it and using some basic gemological knowledge. People who handle gemstones frequently can identify gems based purely on their physical properties.

Physical Properties Of Gemstones

Weight or Specific gravity (SG)

This relates to how heavy a certain size gemstone feels. For example, a diamond dealer will know that 5.2mm diamond will weigh 0.50 cts and how that gemstone feels in the hand because it has a specific gravity of 3.52. However a diamond stimulant such as Cubic Zirconia (CZ) has a S.G of 5.6, so a CZ of 5mm will feel a lot heavier than a diamond. This technique is known as “heft” and can be practiced by picking up different gemstones everyday and just feeling how heavy it is compared to how big it is. To test this for yourself, if you have something like an opal, feel how heavy it feels in the palm of your hand. Bounce it up and down and get a feeling for it. Then pick up any other gemstone you have. Opal is very light (S.G of 1.45), so even larger opals feel light compared to smaller coloured gemstones.

Harness and the MOHS Scale

Hardness is the resistance of a gemstone to scratching. It is measured on a scale called the MOHS scale. The hardest gemstone is Diamond, with a hardness of 10. Only a diamond can scratch another diamond, nothing else can. Corundum (Sapphire and Ruby) is a 9 so it is also very hard. Quartz has a MOHS of 7, which is a very important hardness number. In jewelery, it is generally recommended to use a gemstone with a hardness of 7 or greater. Why? Well Quartz is a very common mineral on earth, and the air around us actually contains minute particles of Quartz. If you think about how much dust and dirt can get on your ring, you can assume that there is small amount of Quartz on your beautiful ring finger gemstone, so when you wipe that dirt off, the Quartz will scratch whatever surface it is on. If your gemstone has a hardness of 7 or less, it will become scratched and slowly loose its lustre or “shininess”. Since Diamond is the hardest, it explains why Diamonds that are 100 years old still sparkle even to this day. Hardness can be used as a clue when buying certain gemstones. For example, if someone is trying to sell you a white Sapphire (Hardness of 9), and it looks scratched or the facet junctions (where the facet points meet) look like they have eroded away, the question should be asked if this is really a white Sapphire or something else, like glass.

Figure 1 MOHS Scale

Figure 2 Diamond simulant. Very scratched, abraded facets

Durability

This is a very important property of gemstones. Durability can relate to many aspects such as resistance to corrosion, resistance from chemical attack (perfume ect), resistance to mechanical shock and resistance to exposure to light. Lets look at diamond again. It is the hardest gemstone, meaning it cannot be scratched by anything other than Diamond. But it is not very Tough. Diamond has cleavage meaning along certain planes it is weak against mechanic shock. Some gemstones, such as Pearls, which are organic, can be damaged by everyday things such as perfume, perspiration and other chemicals. Pearls require special care such as only wearing them after you have finished putting your makeup on and perfume on, and then at the end of the night, they should be washed in warm soapy water only. This will keep the pearly luster (known as Orient). Another factor for durability concerns exposure to light. This might sound ridiculous, but some gemstones suffer from a reduction in their colour when exposed to sunlight. The most common gemstone to have this property is Kunzite and recently fake Imperial Topaz. Both of these gemstones can be treated via irradiation, and these treated gemstones can reduce in colour when exposed to sunlight. Some gems have been known to even become colourless. Kunzite is commonly known as the “Evening gemstone” for this exact reason. Maxixe is a natural collector gemstone that has the natural property of being a stunning blue when it comes out of the ground and then becoming crystal clear within 30 minutes of exposure to sunlight. Lapis Lazuli is a very tough gemstone and is very durable. This property can be used when looking at Lapis because if the gemstone in question has small divets or smooth breaks, chances are it is not natural lapis but perhaps a synthetic version which is made of a clay type substance (this is made by a company called Gilson from France).

Figure 3 Maxixe: Before and After exposure to sunlight

Figure 4 Rough Lapis shows the granular type fracture

Cleavage

Great name, but it doesn’t mean what you think it means. It refers to a property in some gemstones where there is an atomic weakness along certain planes in the gemstone. These planes can cause the gemstone to break easily when exposed to mechanical shock. Cleavage is identified by “step like” breaks on the gemstone with a very shiny lustre. If a gemstone is broken and it shows a granular fracture (think about a rock breaking like Lapis) then it does not have cleavage. Gemstones can have basal cleavage, such as mica and Topaz, where the weakness is parallel to the base of the crystal. Other gemstones have prismatic cleavage which is a weakness parallel to the crystal faces. Diamond has cleavage that is parallel to the octahedral faces. Kunzite has a great looking cleavage, where it creates small triangular shapes on the surface of the stone. Cleavage can be used to separate crystals that look very similar. For example Topaz and Quartz. Topaz has basal cleavage whereas Quartz has no cleavage. If the base of the crystal has “step like” breaks, then it is a good indication of Topaz.

Figure 5 Step like breaks indicate cleavage in this mineral

Figure 6 Mica has basel cleavage. Slices can be made parallel to the base

Figure 7 Kunzite patterns caused by cleavage. Note the step like shape

Twinning

This is defined as a change in crystal growth direction within a gemstone. Spinel has a beautiful twin (called a contact twin) where the octahedral shape of the Spinel stops and begins growing in another direction. This twining plane can be seen inside a cut gemstone which gives a good indication of the gemstone being natural. Quartz has twining (known is penetration twinning), as can be seen by most Quartz specimens. Amethyst has another twinning known as Brazil Twinning which has been used to spate natural Quartz from the synthetic counterpart. Chrysoberyl has what is called a cyclic twin, where the gem continually changes direction and completes a full circle.

Figure 8 Spinel Twin. The change in crystal direction can be seen

Figure 9 Spinel Twin. Full 180 degree twin

Figure 10: Chrysoberyl cyclic twin

Crystal Habit

This is the physical shape of how the gemstone crystals grow. This is not to be confused with the crystal system of a gemstone. Diamond and Spinel have a crystal habit of Octahedral. Corundum has what is known as the bi-pyramid hexagonal crystal habit. Tourmaline has a round triangle appearance and Garnet is a rhombic dodecahedra. All gemstone habits can be modified and sometimes do not resemble the official crystal habit at all

Figure 11 Garnet Crystal habit

Figure 12 Tourmaline Crystal Habit

Crystal System

This is how the atoms inside the crystal lattice are structured. This property can determine how hard the gemstone is, how the gem reacts to light and even the gemstones durability. The crystal systems are Cubic, Tetragonal, Hexagonal, Trigonal, Orthorhombic, Triclinic and Monoclinic.

Als Gemologe und jemand, der jeden Tag mit Edelsteinen umgeht, kann man viel über einen Edelstein herausfinden, indem man ihn einfach anschaut und ein paar grundlegende gemologische Kenntnisse einsetzt. Menschen, die häufig mit Edelsteinen umgehen, können Edelsteine nur anhand ihrer physikalischen Eigenschaften identifizieren.

Physikalische Eigenschaften von Edelsteinen

Gewicht oder spezifisches Gewicht (SG)

Dies bezieht sich darauf, wie schwer sich ein Edelstein bestimmter Größe anfühlt. Ein Diamantenhändler weiß zum Beispiel, dass 5,2 mm Diamant 0,50 cts wiegen und wie sich dieser Edelstein in der Hand anfühlt, weil er ein spezifisches Gewicht von 3,52 hat. Ein Diamantstimulans wie Cubic Zirconia (CZ) hat jedoch einen SG von 5,6, so dass sich ein CZ von 5 mm viel schwerer anfühlt als ein Diamant. Diese Technik wird als "heftig" bezeichnet und kann geübt werden, indem Sie jeden Tag verschiedene Edelsteine aufheben und einfach fühlen, wie schwer sie im Vergleich zu ihrer Größe sind. Um dies für sich selbst zu testen, sollten Sie, wenn Sie so etwas wie einen Opal haben, fühlen, wie schwer es sich in Ihrer Hand anfühlt. Hüpfen Sie auf und ab und bekommen Sie ein Gefühl dafür. Dann holen Sie sich einen anderen Edelstein, den Sie haben. Opal ist sehr leicht (SG von 1,45), daher fühlen sich auch größere Opale im Vergleich zu kleineren farbigen Edelsteinen leicht an.

Geschirr und die MOHS-Skala

Härte ist die Kratzfestigkeit eines Edelsteins . Es wird auf einer Skala gemessen, die als MOHS-Skala bezeichnet wird. Der härteste Edelstein ist Diamant mit einer Härte von 10. Nur ein Diamant kann einen anderen Diamant kratzen, nichts anderes. Korund (Saphir und Rubin) ist eine 9, daher auch sehr hart. Quarz hat eine MOHS von 7, was eine sehr wichtige Härtezahl ist. Bei Schmuck wird generell empfohlen, einen Edelstein mit einer Härte von 7 oder mehr zu verwenden. Warum? Nun, Quarz ist auf der Erde ein sehr verbreitetes Mineral, und die Luft um uns herum enthält tatsächlich winzige Quarzpartikel. Wenn Sie darüber nachdenken, wie viel Staub und Schmutz in Ihren Ring gelangen können, können Sie davon ausgehen, dass sich auf Ihrem schönen Ringfinger-Edelstein eine geringe Menge Quarz befindet. Wenn Sie diesen Schmutz abwischen, zerkratzt der Quarz die Oberfläche, auf der er sich befindet. Wenn Ihr Edelstein eine Härte von 7 oder weniger hat, wird er zerkratzt und verliert langsam seinen Glanz oder "Glanz". Da Diamond der härteste ist, erklärt es, warum 100-jährige Diamanten auch heute noch funkeln. Die Härte kann beim Kauf bestimmter Edelsteine als Hinweis dienen. Wenn zum Beispiel jemand versucht, Ihnen einen weißen Saphir (Härte 9) zu verkaufen, der zerkratzt aussieht oder die Facettenkreuzungen (wo sich die Facettenpunkte treffen) aussehen, als hätten sie abgefressen, sollte die Frage gestellt werden, ob dies wirklich der Fall ist ein weißer Saphir oder etwas anderes, wie Glas.

Abbildung 1 MOHS-Skala

Abbildung 2 Diamantsimulanz. Sehr zerkratzte, abgeriebene Facetten

Haltbarkeit

Dies ist eine sehr wichtige Eigenschaft von Edelsteinen. Die Haltbarkeit kann sich auf viele Aspekte beziehen, wie Korrosionsbeständigkeit, Beständigkeit gegen chemischen Angriff (Parfüm), Beständigkeit gegen mechanischen Schock und Beständigkeit gegen Lichteinwirkung. Schauen wir uns noch einmal Diamant an. Es ist der härteste Edelstein, was bedeutet, dass er nur durch Diamant zerkratzt werden kann. Aber es ist nicht sehr zäh. Diamant hat auf bestimmten Ebenen Spaltbedeutung, er ist schwach gegen mechanischen Schock. Einige Edelsteine, wie z. B. Pearls , die organisch sind, können durch alltägliche Dinge wie Parfüm, Schweiß und andere Chemikalien beschädigt werden. Perlen erfordern besondere Sorgfalt, z. B. wenn Sie sie erst tragen, nachdem Sie Ihr Make-up und Parfüm angezogen haben, und am Ende der Nacht sollten sie nur in warmem Seifenwasser gewaschen werden. Dadurch bleibt der perlige Glanz (bekannt als Orient). Ein weiterer Faktor für die Haltbarkeit betrifft die Lichteinwirkung. Das hört sich vielleicht lächerlich an, aber einige Edelsteine leiden unter einer Verringerung ihrer Farbe, wenn sie Sonnenlicht ausgesetzt werden. Der häufigste Edelstein, der diese Eigenschaft besitzt, ist Kunzit und vor kurzem gefälschter imperialer Topas . Beide Edelsteine können durch Bestrahlung behandelt werden, und diese behandelten Edelsteine können bei Sonneneinstrahlung ihre Farbe verringern. Es ist bekannt, dass einige Edelsteine sogar farblos werden. Aus genau diesem Grund ist Kunzit allgemein als "Abendedelstein" bekannt. Maxixe ist ein natürlicher Sammlerstein, der die natürliche Eigenschaft hat, ein atemberaubendes Blau zu sein, wenn er aus dem Boden kommt und innerhalb von 30 Minuten nach Einwirkung von Sonnenlicht kristallklar wird. Lapislazuli ist ein sehr robuster Edelstein und sehr langlebig. Diese Eigenschaft kann bei der Betrachtung von Lapis verwendet werden, denn wenn der fragliche Edelstein kleine Divets oder glatte Brüche aufweist, besteht die Chance, dass er kein natürliches Lapis ist, sondern möglicherweise eine synthetische Version, die aus einem tonartigen Stoff besteht (dies wird von einer Firma namens gemacht.) Gilson aus Frankreich).

Abbildung 3 Maxixe: Vor und nach dem Sonnenlicht

Abbildung 4 Raue Lapis zeigt die Bruchfraktur des Granulats

Spaltung

Großartiger Name, aber es bedeutet nicht, was Sie denken, dass es bedeutet. Es bezieht sich auf eine Eigenschaft in einigen Edelsteinen, bei der entlang bestimmter Ebenen des Edelsteins eine atomare Schwäche vorliegt. Diese Ebenen können dazu führen, dass der Edelstein bei mechanischen Stößen leicht zerbricht. Die Spaltung wird durch "schrittweise" Brüche auf dem Edelstein mit einem sehr glänzenden Glanz identifiziert . Wenn ein Edelstein zerbrochen ist und einen körnigen Bruch aufweist (denken Sie an einen Felsen wie Lapis), dann hat er keine Spaltung. Edelsteine können eine Basalspaltung haben, wie Glimmer und Topas , wobei die Schwäche parallel zur Basis des Kristalls liegt. Andere Edelsteine haben eine prismatische Spaltung, eine Schwäche parallel zu den Kristallflächen. Diamant hat eine Spaltung, die parallel zu den oktaedrischen Flächen verläuft. Kunzit hat ein toll aussehendes Dekolleté, wo kleine dreieckige Formen auf der Steinoberfläche entstehen. Die Spaltung kann verwendet werden, um Kristalle zu trennen, die sehr ähnlich aussehen. Zum Beispiel Topas und Quarz. Topas hat eine basale Spaltung, während Quarz keine Spaltung hat. Wenn die Basis des Kristalls „stufenartige“ Brüche aufweist, ist dies ein guter Hinweis auf Topaz.

Abbildung 5 Schrittartige Brüche zeigen die Spaltung in diesem Mineral an

Fig. 6 Glimmer weist eine Baselspaltung auf. Schnitte können parallel zur Basis gemacht werden

Abbildung 7 Kunzitmuster durch Spaltung. Beachten Sie die stufenartige Form

Twinning

Dies ist definiert als eine Änderung der Kristallwachstumsrichtung innerhalb eines Edelsteins. Spinell hat einen schönen Zwilling (als Kontaktzwilling bezeichnet), bei dem die oktaedrische Form des Spinells stoppt und in eine andere Richtung wächst. Diese Zwillingsfläche kann in einem geschliffenen Edelstein gesehen werden, der einen guten Hinweis darauf gibt, dass der Edelstein natürlich ist. Quarz hat Zwillinge (bekannt als Durchdringungszwillinge), wie die meisten Quarzproben zeigen. Amethyst hat eine weitere Partnerschaft, die als Brazil Twinning bekannt ist und die verwendet wurde, um natürlichen Quarz aus dem synthetischen Pendant zu spucken. Chrysoberyl hat einen sogenannten zyklischen Zwilling, bei dem der Edelstein ständig seine Richtung ändert und einen vollständigen Kreis schließt.

Abbildung 8 Spinell Twin. Die Änderung der Kristallrichtung ist zu sehen

Abbildung 9 Spinell Twin. Voller 180-Grad-Zwilling

Abbildung 10: Zyklischer Chrysoberyl-Zwilling

Kristallgewohnheit

Dies ist die physische Form, wie die Edelsteinkristalle wachsen. Dies ist nicht mit dem Kristallsystem eines Edelsteins zu verwechseln. Diamant und Spinell haben eine kristalline Angewohnheit von Oktaeder. Korund hat den sogenannten hexagonalen Kristallbau aus zwei Pyramiden. Turmalin hat ein rundes Dreieck und Granat ist ein rhombisches Dodekaeder. Alle Edelsteingewohnheiten können modifiziert werden und ähneln manchmal nicht den offiziellen Kristallgewohnheiten

Abbildung 11 Granatkristall-Gewohnheit

Abbildung 12 Turmalinkristallgewohnheit

Kristallsystem

So sind die Atome im Kristallgitter strukturiert. Diese Eigenschaft kann bestimmen, wie hart der Edelstein ist, wie der Edelstein auf Licht und sogar die Haltbarkeit des Edelsteins reagiert. Die Kristallsysteme sind kubisch, tetragonal, hexagonal, trigonal, orthorhombisch, triklin und monoklin.

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