红鹦鹉为什么老在氧气?

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红宝石晶体内部含有Cr3+离子, 光照后,会辐射出鲜亮的红色荧光,这就是红宝石之所以成为“石中之王”的主要缘由。红宝石鲜亮的红色来自于Cr3+离子, 它在晶格中取代Al3+离子,进入Al2O3的晶格中。Al3+离子、Cr3+离子都带有3个正电荷,性质很相似,Al3+离子很易被Cr3+离子取代。Al2O3中Al3+离子与O2-离子按照一定规律连接成三维骨架结构。Cr3+离子取代Al3+离子后,进入AlO6八面体空隙中。AlO6八面体空隙的大小正好能够允许刚取代的Cr3+离子在其内部稍有松动而不能扩散, 从而保持了红宝石高度的稳定性,并可保持鲜艳的颜色不褪去。

但是有一种情况例外, 这就是氧气的参与。纯净的红宝石在氧气中经1500℃以上高温加热处理后,鲜艳的红色会褪去, 甚至变成蓝色。这是为什么呢?这是因为氧气在高温下十分活跃,它与AlO6八面体中Al3+离子反应生成Al2O3,使Al的数目减少,晶格中AlO6八面体不能存在,代替它的只能是大的CrO6八面体,同时由于AlO6八面体的分解,产生许多缺陷,这些缺陷与O2-离子作用,O2-离子再与Cr3+离子作用,使Cr3+离子变成Cr2+离子, 即Cr3++e- = Cr2+。这些Cr2+离子便进入很大的CrO6八面体空隙,处于扩散状态,变成一种亚稳定状态。在这样的状态下,各种颜色辐射失去了选择性,晶体变成深黑色。将上述黑色产物置于还原性气氛中重行加热, 扩散的Cr2+离子被氧化为原来高度稳定的Cr3+离子,在CrO6八面体空隙中重新生成新的AlO6八面体,在这种高度稳定状态下,红宝石选择性发出深红色光,宝石由原来黑色变为深蓝色。

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