クイズ問題: 屈折率や透明度を高くするため、クリスタルガラスに加えられる金属元素は何でしょう?
答え: 鉛

関連するWikipedia記事の抜粋:
title: 酸化アルミニウム
text: 天然には、結晶がコランダム(三方晶系)として産出するほか、水和物がボーキサイトの主成分として存在する。ルビーとサファイアはコランダムの変種で、微量の金属イオンが混入することにより呈色し宝石として珍重される。ルビーはクロムが混入することにより深赤色を呈し、ルビーレーザーなどの用途がある。サファイアは鉄やチタンなどが微量混入し、赤以外の色を呈するコランダムである。
title: 酸化アルミニウム
text: 酸化アルミニウム(さんかアルミニウム、英: aluminium oxide)は、化学式がAl2O3で表されるアルミニウムの両性酸化物である。通称はアルミナ(α-アルミナ)、礬土(ばんど)。天然にはコランダム、ルビー、サファイアとして産出する。おもに金属アルミニウムの原料として使われるほか、硬度を生かして研磨剤、高融点を生かして耐火物としての用途もある。立方晶系のγ-アルミナは高比表面積を持つことから触媒として重要である。
title: ルビー
text: コランダムは不純物(金属イオン)の違いで色が変わる。不純物としてクロムが1%ほど混入すると、濃い赤色のルビーになる。鉄・チタンが混入すると青色のサファイアとなり、クロムが0.1%しか混ざっていない薄い赤色のものを「ピンクサファイア」と呼ぶ(ルビーの発色機構は色素を参照)。このクロムの含有割合1%以内という微妙なバランスが、自然界において非常に稀な状況下でしか起こらないため、天然ルビーが貴重とされるのである。なお、クロムが増えるにつれ色合いは濃い赤から黒っぽくなり、価値も下がってゆく。さらに5%を超えると、エメリーという灰色の工業用研磨剤になり、価値は激減する。
title: アクアマリン
text: 化学組成はベリル(Beryl)である。結晶系は六方晶系、モース硬度は7と1/2。緑のエメラルドや黄のヘリオドールを熱処理(トリートメント)によってアクアマリンの色に変化させる事が可能。
title: 不純物
text: シリコンのような半導体においては、不純物を人工的に混ぜることにより、p型半導体、n型半導体を作ることができる。鉄がより強度の高い鋼になるのも不純物の効果による。また、不純物は物質の色(あるいは発光)に影響を及ぼすことがある。たとえば宝石において、主成分は同じ酸化アルミニウム(Al2O3, コランダム)だが、不純物の違いにより、サファイア(不純物:鉄、チタン)やルビー(不純物:クロム)となるのがこの場合である。
title: ブラック・オパール
text: オパールの特徴である遊色は、ルビーやエメラルド、サファイヤのように微量元素によるものではなく、形成過程で無数の微少な二酸化ケイ素の球状粒子がシリカゲルで接合するという、顕微鏡的規模で発展した珍しい構造によるものである。
title: 色素
text: 遷移金属元素を含む化合物で、配位子場の作用で内殻の不対電子の励起による配位子吸収帯が可視領域と合致して発色する場合があり、結晶場着色とも呼ばれる。代表的な例ではルビーが挙げられる。ルビーはコランダムを構成しているAlの一部がCrに置換した構造を持つ。配位子場の影響でCrの内殻励起は紫と黄緑に配位子吸収帯を持ち、透過光は赤色に見える。同様な例として、他にもエメラルド、ヒスイ、アクアマリン、トルコ石、クジャク石あるいはザクロ石などが挙げられる。
title: ジルコニア
text: 立方晶ジルコニアは、モース硬度が8から8.5とコランダム(サファイヤ、ルビー)に次いで硬く、また、ダイヤモンドと同程度の高い屈折率を持つため、宝飾品に用いる。
title: 炭化タングステン
text: ヤング率は約550 GPaに達し、鋼の約2倍の剛性を持ち、鋼やチタンよりはるかに緻密な構造を呈する。基本的な性状は粉状で灰色のα-酸化アルミニウム(コランダム・サファイア・ルビー)に匹敵する硬さを持つ。
title: エメラルド
text: また、中には黄緑色をした石もあるが、エメラルドとして扱われることはほとんどなく、ヘリオドール、グリーンベリルなどと呼ばれ価値も著しく下がる。発色の仕組みも鉄イオンが関係しており、クロムやバナジウムにより発色するエメラルドとは原理が異なる。これらの石は加熱処理によりアクアマリンへと変色させることができる。
title: ベルヌーイ法
text: 人工宝石をうまく結晶化させる重要な要因の一つは、少なくとも99.9995 %以上の純度を持つ純粋な出発原料を用いるという点にある。ルビーもしくはサファイアを合成する際にはこの出発原料はアルミナである。不純物としてナトリウムが含まれていると得られた結晶が不透明になるため、ナトリウムの存在は特に不都合である。結晶に望ましい色を与えるため、例えば赤色のルビーであれば酸化クロム、青色のサファイアであれば酸化鉄(III)およびチタニアなど、様々な少量の酸化物が添加される。他の出発原料としては、ルチルを合成するためのチタニアもしくは、チタン酸ストロンチウムを合成するためのシュウ酸チタニル塩が含まれる。あるいは、目的とする宝石の小さく無価値な結晶を原料とすることもある。
title: 宝石
text: 宝石としての必須条件は何よりその外観が美しいこと、次に希にしか産しないこと(希少性)であるが、第三の重要な条件として、耐久性、とりわけ硬度が高いことが挙げられる。これは、硬度が低い鉱物の場合、時とともに砂埃(環境に遍在する石英など)による摩擦風化・劣化のために表面が傷ついたりファセットの稜が丸みを帯びたりして、観賞価値が失われてしまうためである。例としてダイヤモンドはモース硬度10、ルビー・サファイアはモース硬度9である。石英のモース硬度は7であり、これらの宝石の硬度は石英のそれより高いことに注意されたい。例外的に硬度が7以下であってもオパール、真珠、サンゴなどはその美しさと希少性から宝石として扱われる。
title: カーネリアン
text: カーネリアン(carnelian)は、鉱物の一種で、玉髄(カルセドニー)の中で赤色や橙色をしており、網目模様がないもの。紅玉髄(べにぎょくずい)ともいう。網目模様があるものを瑪瑙と呼ぶ。carnelian の名は、ラテン語で「肉」を意味する carnis に由来すると言われている。
title: コランダム
text: コランダム (corundum) は、酸化アルミニウム (Al2O3) の結晶からなる鉱物。鋼玉(こうぎょく)とも呼ばれる。赤鉄鉱グループに属する。
title: コランダム
text: 純粋な結晶は無色透明であるが、結晶に組みこまれる不純物イオンにより色がつき、ルビー(赤色)、サファイア(青色などの赤色以外のもの)などと呼び分けられる。
title: クリスタル・ガラス
text: 一般的には、珪砂(SiO2)、カリウム、ソーダ灰というガラスの主成分に、酸化鉛(PbO)を添加して形成される鉛ガラスの一種を指す。 ガラスの製造時に酸化鉛等を添加することでガラスの溶解温度が低く抑えられ成形もソーダガラスに比べて容易になること、また透明度と屈折率が高まり水晶(クリスタル)のように輝く透明なガラスになることから、通称として「クリスタル」と呼ばれる。
title: コランダム
text: 方法自体は水晶合成のために1960年代に開発されたが、ルビーの場合はクロムの拡散が難しく、ニッケルを着色剤とすることで1990年代後半になってロシアでようやく成功した。生成する単結晶は格子欠陥が少ないが、装置の構造が複雑で生成速度が遅いので、あまり行われない。包有物、赤外線吸収特性などにより天然物とは区別できる。
title: 光沢
text: 遊色効果(英: Play of Color、イリデッセンス、英: Iridescence)とは、前述のシラー効果と同様に、石の表面で干渉した光が反射して変色を示す現象だが、不均一な層状によって干渉光にさまざまな波長が含まれるためシラー効果よりも多色の範囲が多彩である。真珠、アンモライト、螺鈿など霰石を外骨格とした生物由来の宝石に多い。
title: ニオブ
text: チタン、タンタル、アルミニウムなどと同様に、ニオブは熱して陽極酸化処理をすることができ、多彩な玉虫色を呈して宝飾用にすることができる。アレルギーを起こしにくい性質はこの点でも好ましいものとなっている。
title: コランダム
text: CrでなくFeなどが入ると青色になり、これが、サファイアである。ただし、人造単結晶(後記)では、ルビー色でないコランダムを、無色透明のものも含め、サファイアと総称することがある。
title: ベルヌーイ法
text: 錬金術の時代から宝石を人工的に合成しようという試みは行われており、5つの非常に重んじられた宝石のうちの1つであるルビーは長らく合成宝石の主要なターゲットであった。1817年に初めての人工ルビーが2つの小さなルビーをいっしょに溶融させることで作られ、1837年には研究室において初めて酸化アルミニウム(アルミナ)から微細なルビーの結晶が合成された。1877年までには、エドモンド・フレミーは溶融アルミナ槽を用いることによって初めて宝石としての品質を備えた合成石を得、商業的にルビーを生産するための効果的な方法を考案していた。パリの化学者であったオーギュスト・ベルヌーイはこの方法をフレミーに協力して開発していたが、すぐに独立して火炎溶融法の開発を続け、最終的にその方法にはベルヌーイの名が付けられた。
title: ベリリウム
text: ベリリウムは緑柱石などの鉱物から産出される。緑柱石は不純物に由来する色の違いによってアクアマリンやエメラルドなどと呼ばれ、宝石としても用いられる。常温常圧で安定した結晶構造は六方最密充填構造(HCP)である。単体は銀白色の金属で、空気中では表面に酸化被膜が生成され安定に存在できる。モース硬度は6から7を示し、硬く、常温では脆いが、高温になると展延性が増す。酸にもアルカリにも溶解する。ベリリウムの安定同位体は恒星の元素合成においては生成されず、宇宙線による核破砕によって炭素や窒素などより重い元素から生成される。
title: 光沢
text: 金剛光沢(こんごうこうたく、英: adamantine lustre、adamantine luster)は、ダイヤモンドにおいて最も顕著にみられるような光沢である。そのような鉱物は透明もしくは半透明であり、1.9を超える高い屈折率を有している。金剛光沢を有する鉱物は非常に稀であり、その例として白鉛鉱(英語版)やジルコンが挙げられる。
title: 宝石
text: 宝石の名称は地名やギリシャ語から名付けられることが多い。特に古くから宝石として扱われてきたものには、ルビーとサファイア、エメラルドとアクアマリンのように無機物としての組成は同一だが、微量に混入する不純物(ドーパント)により色が変わると名称も変わるものがある。中でも水晶を代表とする二酸化ケイ素を組成とするものは、その結晶形や昌質、色や外観が異なるだけで石英(クォーツ)、水晶(クリスタル)、アメシスト(紫水晶)、シトリン(黄水晶)、玉髄(カルセドニー)、メノウ(アゲート)、ジャスパー、カーネリアン、クリソプレーズ、アベンチュリンなど様々な名称で呼ばれている。また近年宝石として評価されるようになった新発見の鉱物に関しては、ゾイサイトやスギライトなど発見者や研究者の名に由来するものが多い。
title: ダイヤモンド類似石
text: 天然鉱物で無色のダイヤモンドの代用品になるものは希である。というのも、天然の鉱物にはどうしても微量な不純物が混じって、その効果として色が付いてしまうからだ。最古のダイヤモンド類似石は石英(二酸化ケイ素の一形態、黒曜石、天然ガラス、ケイ砂といった形態になることも)、水晶(二酸化ケイ素の結晶)、トパーズ、緑柱石(ゴシェナイト)である。これらは比較的ありふれている鉱物で、モース硬度もそこそこ (7-8) ある。だが屈折率が著しく低く、それに対応して分散もまた乏しい。しばしば「ダイヤモンド」の名を付けられ流通する非常に透明度が高い良質の水晶に、ニューヨーク州ハーキマー郡で産出される、いわゆる「ハーキマー・ダイヤモンド」がある。このほか、トパーズの比重 (3.50-3.57) はダイヤモンドのそれに収まる。
title: 第13族元素
text: アルミニウムは種々の金属と強度の大きい合金を形成し、軽金属の中心となる元素の一つである。また、酸素との親和性が高くテルミット法に利用される側面を持つ一方、強固な酸化皮膜が不動態を形成する(アルマイト)ので単体金属も広く金属製品素材として利用される。
title: 資源
text: ダイヤモンドやコランダム(サファイア・ルビー)などは、宝石としてのみならず、その硬度から工業用途に研磨剤などとしても利用される。その他、エメラルドやアクアマリン、水晶、トルコ石、翡翠など、希少で美しいものは高い価値を有するものとして、古くから装飾品などに用いられてきた。アレキサンドライトやタンザナイトなどは、比較的最近発見されたものである。採掘では、ダイアモンドなど機械を用いた大規模な採掘も行われる一方で、人力による採掘が行われている地域も存在する。
title: チタン
text: チタンは、酸化物が非常に安定で侵されにくく、空気中では空気に触れる表面が強力な酸化物(不動態酸化皮膜)で覆われる不動態となり、白金や金などの貴金属とほぼ同等の強い耐食性を持つ。貴金属並みの耐食性を持つ金属の中で、もっとも軽く安価な金属と言える。
title: トラックボール
text: これを解決すべく登場したのが、非常に硬度の高いルビーや酸化アルミニウムセラミックスを用いた支持球で、これらはダイヤモンドに次ぐ硬度を持ち、通常まず摩耗しないことから、摩耗問題の決定打として比較的高級なトラックボール製品には好んで用いられる。
title: ルビーレーザー
text: レーザー装置はレーザー媒体・励起装置・光共振器から成る。ルビーレーザーの場合、レーザー媒質には合成ルビー、すなわちアルミナ骨格 (Al2O3) の Al 原子のうち0.01~0.5%程度が発光原子であるクロムに置換されたものを用いる。まずポンピング用ランプ光源(フラッシュランプ)によりレーザー媒質を励起し反転分布を起こさせる。次に誘導放出により放出された光が光共振器により増幅され、ある一定以上のエネルギーになるとレーザービームとして出力される。
title: サファイア
text: 宝飾品として市場に供給されているルビー・サファイア等のコランダムは、そのほとんどが人為的な加熱処理(約500°C - 1,600°C)によって鮮やかな色彩や内部的に汚れの少ない状態に変化させられたものである。
title: コランダム
text: コランダム(ルビー、サファイア)の単結晶は、次のような方法で人造できる。
title: 金属アレルギー
text: 金属アレルギーを起こしやすい金属としてはニッケル、コバルト、クロムがある。一方で金・銀はアレルギーを起こしにくい。近年インプラントで多用されるチタンや、宝飾品に用いられるタンタルやジルコニウムもアレルギーを起こしにくい。それは化学的に安定な不動態を形成し、金属イオンが溶出しないからである。
title: クリソプレーズ
text: 多くの不透明な水晶類とは異なり、クリソプレーズを価値あるものとするのは、模様の出かたよりむしろその色である。その色は、通常は黄緑色だが、深緑色のものもある。エメラルドの美しい緑色はクロムを含有するためであるが、クリソプレーズの色はエメラルドとは異なり、その構造に含まれる微量のニッケルによるものである。
title: クリスタル・ガラス
text: 本来、「クリスタル」とは二酸化ケイ素 (SiO2) が結晶してできた鉱物(石英)のうち、大きく透明度が高く、宝石(半貴石)としての価値を持つものである。一方、科学(化学)的な意味での「ガラス」とは結晶を形成していない非晶質のことであるため、「クリスタルガラス」という言葉は科学的な語義の上では明らかな矛盾があるといえる(「クリスタルガラスはクリスタルかガラスか?」といえば「クリスタルではなくガラス」である。)。 科学的な用語というよりはむしろマーケティング上の用語であり、下記に述べる用途を中心に、高級・装飾向けのガラスの代名詞として様々なガラス食器ブランドに利用されている。
title: ベルヌーイ法
text: ベルヌーイ法とは、1902年にフランスの化学者オーギュスト・ヴィクトル・ルイ・ベルヌーイ(英語版)によって開発された、初めて商業的に成功した人工宝石の製造法であり、火炎溶融法とも呼ばれる。ベルヌーイ法は主にコランダムの一種であるルビーとサファイア、ダイヤモンド類似石のルチルやチタン酸ストロンチウムの製造に用いられており、原則として、微細な粉末原料を酸水素炎を用いて溶融させ、液滴をブールへと滴下して結晶化させるという操作を含む。この製造法は最新の産業における結晶成長技術の黎明期のものと考えられており、今日でもなお広く用いられている。
title: サドベリー隕石孔
text: 現在重要な合金としては、熱膨張が極めて小さいインバー(鉄、ニッケル36%)、耐食性に優れたステンレス(鉄、クロム、ニッケル8%)、赤熱状態でも酸化されないニクロム(クロム、ニッケル78-89%)、海水に侵されないモネルメタル(銅、ニッケル70%)、ガラスと同じ熱膨張率を示すプラチナイト(鉄、ニッケル46%)、ステンレスを侵す硫化水素に耐えるINCO-276(クロム、モリブデン、ニッケル57%)、形状記憶合金 の先駆けニチノール(チタン、ニッケル55%)、このほか洋銀(亜鉛、銅、ニッケル10-20%)、コンスタンタン(銅、ニッケル45%)、マンガニン(銅、マンガン、ニッケル2-4%)、ニッケリン(亜鉛、銅、ニッケル20-30%)などがある。これらの合金を製造するには当然のことながらニッケルが欠かせない。
title: 光沢
text: 変色効果とは、光源の種類によって異なる色を示す現象であり、変色効果を示す代表的な宝石であるアレキサンドライトの名を取ってアレキサンドライト効果とも呼ばれる。例えばウラル山脈で産出するアレキサンドライトは、日光の下では緑色を示し、白熱電球の下では赤色を示す。これの特徴的な緑から赤への色変化は、鉱物中のアルミニウムの極一部が酸化クロムに置き換わることによって生じる。アレキサンドライトなどの金緑石由来の宝石において最もよくみられ、他にもサファイヤや柘榴石、スピネルにおいて見られる。
title: 水ガラス
text: 水ガラスが凝固した物を加熱乾燥させると、シリカゲルと呼ばれる二酸化ケイ素のキセロゲルとなり、多孔質で表面積が大きいため、乾燥剤や触媒などとして利用されている。シリカゲル作成の際に、水分の指示薬として塩化コバルト(II)を添加して、青から薄桃色に呈する変化が知られている。
title: トルマリン
text: トルマリン (tourmaline) は、ケイ酸塩鉱物のグループ名。結晶を熱すると電気を帯びるため、電気石(でんきせき)と呼ばれている。
title: ベリリウム
text: ベリリウム鉱物である緑柱石のうち、状態のいいものは宝石として利用される。緑柱石由来の宝石としては、不純物としてクロムを含み濃い緑色を呈するエメラルド、2価の鉄を含み水色を呈するアクアマリン、3価の鉄を含み黄色を呈するゴールデンベリル、マンガンを含むレッドベリルやモルガナイトなどがある。
title: セメンタイト
text: 非常に硬く(ビッカース硬度は約1340HV)、脆い組織で腐食しにくい。金属と非金属の化合物であり、セラミックスの一種である。融解した銑鉄を急冷すると、主成分がセメンタイトである白銑鉄となる。
title: バイト (工具)
text: サーメット・セラミックス・cBN・ダイヤモンドは、超硬合金に対して硬度や耐摩耗性に優れる反面、粘りがなく脆いという特徴がある。このうちサーメットは超硬合金に近い性質を持ち、原料としてタングステンを大量に消費する超硬合金を代替する動きもある。ダイヤモンドは非常に高い硬度を有するが、700°C以上で鉄と化学反応するため、鉄鋼の加工には向かない。
title: アメシスト
text: 光沢はガラス光沢で、色は淡いライラック色から、濃紫色まで幅広い色合いがある。紫色の発色は、ケイ素を置換した微量の鉄イオンが放射線を受けると電子が飛ばされ電荷移動が酸素原子と鉄イオンとの間で起こり、三価の鉄イオンが四価の鉄イオンになり、これが形成した色中心(カラーセンター)が光のスペクトルの黄色を吸収するために、その補色である紫色が通過する様になるのが原因とされる。紫外線に曝露すると退色する(直射日光の当たる窓際などに置くと色が褪せてくる)。照射する光のスペクトル組成によって、見た目の色を大きく変化させる紫水晶は、「カラーチェンジアメシスト」もしくは「カラーチェンジタイプアメシスト」と称されている。 また、加熱すると色が黄色に変化し、宝石名としてはシトリンとなる(現在出回っているシトリンはアメシストを加熱したものが殆どである)。
title: ダイヤモンド
text: 宝石の耐久性の表し方は他にも靱性という割れや欠けに対する抵抗力などがある。靱性は水晶と同じ7.5であり、ルビーやサファイアの8よりも低い。よくダイヤモンドは耐衝撃性に優れているような印象があるが、鉱物としては靱性は大きくないので緩やかに加重されていく圧力に対しては高い強度を持つが、瞬時に与えられる力に対しては弱く、金鎚で上から叩けば粉々に割れてしまう。また、3次元性の結晶構造なのでグラファイトなどに備わっている自己潤滑性はない。
title: ダイヤモンド
text: ダイヤモンドの炭素原子が一部窒素原子に置換された立方晶窒化炭素は、ダイヤモンド以上の硬度を持つ可能性があると予測されている。さらに、六方晶ダイヤモンドとの別名を持つロンズデーライトは、ダイヤモンドよりも58%高い硬度を持つことが計算により予想されている。人工素材と含めると、2009年時点で存在するダイヤモンドより硬い物質は、ハイパーダイヤモンドで市販の多結晶質ダイヤモンドの3倍程度の硬さ。また同程度の硬さの物質は超硬度ナノチューブがある。
title: 灰鉄柘榴石
text: また透明度の高いものは宝石として利用され、とりわけクロムを含んだ緑色の変種のデマントイド(Demantoid)はアメリカなどで人気が高い。 「ダイヤモンドに似た」という語源を持ち、光の屈折率(ダイヤモンドよりやや低い1.89)と分散値(ダイヤモンドを上回る0.057)の高さが特徴。 また黄色のものは「トパーズに似た」という語源からトパゾライト(Topazolite)、もしくはイエロー・デマントイドと呼ばれる。
title: 光沢
text: オパールは水晶と同じ二酸化ケイ素が潜晶質となって他の成分とともに乳濁しているもので瑪瑙に近い。しかし、わずかな結晶質が干渉を起こしてやはり遊色効果を示すものがあり、これを「プレシャス・オパール」と呼んでいる。宝石業者によってはこれをイリデッセンスと区別して「オパレッセンス(英: Opalescence)」と呼んでいることがある。
title: 江越彬紀
text: また安価に人工合成できるキュービック・ジルコニア(CZ)や、サファイア、スピネルについては人工合成されたそれらが合成アレキサンドライトという触れ込みで安物のジュエリーに取り付けられ、販売されることがある。またガラスにも変色効果が認められる製品があり、ダイクロイック・ガラスと呼ばれる。
title: 炭素
text: 炭素は4本の共有結合ができ、結合の状態によって数種類の同素体を形成する。炭素同士がsp混成軌道を形成し、正六角形の平面構造を取った膜が重なったものがグラファイトになる。2009年、グラファイトの基本構造である薄いグラフェンは非常に高い硬度を持つことが判明した。しかし、グラファイトから薄いグラフェンを経済的に剥ぎ取る技術は確立されておらず、事業性の確立は今後の開発を待つ必要がある。また、炭素がsp混成軌道を形成して正四面体の立体結晶構造を取った巨大分子となったものがダイヤモンドとなる。同じ炭素の同素体であるが、前者は電気伝導性が高く軟らかい、後者は絶縁体で硬いなど、まったく異なる性質を示す。ダイヤモンドが炭素の同素体であることを示したのはラヴォアジエである。実験内容は、密閉容器に納めたダイヤモンドを虫眼鏡により燃焼させると二酸化炭素だけが生成されるというものである。
title: リチウム
text: リチウムは耐熱ガラスや光学ガラスの配合剤としても利用される。リチウムアルミノケイ酸塩を熱処理によって結晶化ガラスとしたセラミックスは非常に熱膨張係数が低いため、急激な温度変化に強く耐熱食器に用いられ、このような結晶化ガラスを利用したセラミックスはパイロセラムと呼ばれる。また、リチウムはイオン半径が小さく電場強度が強いため、ガラス中で隣接する酸素イオンを大きく分極させて屈折率を上昇させることができ、この効果を利用して光学ガラスのひとつである屈折率分布型光学レンズに利用される。フッ化リチウムは紫外から赤外までの広範囲の光を透過し、特に紫外域の透過性能が優れているため、光学窓材料などに利用される。
title: 砥石
text: 人造砥石の研磨剤として使われる砥粒は、JIS R 6111:2005によれば、大きく分けて酸化アルミニウム(アルミナ、アランダム)を原料とするものと、炭化ケイ素(カーボランダム)を原料とするものの2つに分けられる。硬度としては炭化ケイ素系の方が大きく、主として荒砥から中砥に使われ、それより硬度が落ちるがじん性(破壊されにくさ)に優れるアルミナ系は中砥から仕上げ砥に使われる。この2種類以外に、人造ダイヤモンドや立方晶窒化ほう素も研磨剤として用いられる。
title: クロムグリーン
text: 窯業関係で「クロムグリーン」といえば2種類ある。1つはセラミック顔料における本来のクロムグリーンであり、もう1つはオキサイド・オブ・クロミウムの異名である。なおオキサイド・オブ・クロミウムはセラミック顔料における本来のクロムグリーンと異なり釉薬の着色にも使用される。
title: ルビー
text: ルビー(英: Ruby、英語発音: [rúːbɪ](ルービィ)、紅玉)は、コランダム(鋼玉、Al2O3)の変種である。ダイヤモンドに次ぐ硬度の、赤色が特徴的な宝石である。
title: スワロフスキー
text: スワロフスキー・クリスタルは、通常のクリスタル・ガラス(酸化鉛 (PbO) の含有量比は約24%)に比べ、酸化鉛が最低32%と多くなっている。そのため、通常のクリスタル(透明)カット製品でも、光の反射加減により虹色に見えることがある。
title: ダイヤモンドの物質特性
text: ダイヤモンドは様々な色を示す。ダイヤモンドの構造的な欠陥や不純物の存在により結晶構造に欠陥が生じ、その結果着色したダイヤモンドが生成される。理論的には、純粋なダイヤモンドは無色透明である。ダイヤモンドは不純物である窒素元素の有無により、主に2つの型(タイプ)に区別され、タイプごとに結晶欠陥や光の吸収スペクトルが異なる。
title: クリスタル・ガラス
text: また酸化鉛を含まず、酸化亜鉛を単独または酸化カリウム、酸化バリウム、酸化チタニウムを共に10%以上含むものを、主要成分を基にそれぞれ「カリクリスタルガラス」、「バリウムクリスタルガラス」、「チタンクリスタルガラス」などと呼ぶ。
title: フェライト (磁性材料)
text: フェライト(ferrite)は、酸化鉄を主成分とするセラミックスの総称である。 強磁性を示すものが大半であり、磁性材料として広く用いられている。 軟磁性を示すものをソフトフェライト、硬磁性を示すものをハードフェライトと呼ぶ。東京工業大学の加藤与五郎と武井武によって発明された。
title: サファイア
text: 工業的に生成される単結晶コランダムは人工サファイアと呼ばれる。サファイアガラスとも呼ばれるが、結晶質のサファイアは非晶質のガラスとは異なる。
title: 自然アルミニウム
text: アルミニウムは地殻において金属の中では最も多い8.3重量%を構成するが、自然アルミニウムは極めて稀な鉱物である。アルミニウムは酸と塩基の両方に反応する両性金属であり、酸化されやすい金属元素である。そのため、天然では長石や角閃石、輝石といったアルミノケイ酸塩化合物に多く存在し、造岩鉱物の主成分となっている。資源的にもギブス石 (Gibbsite) やダイアスポア (Diaspore) のような水酸化アルミニウムを主成分とするボーキサイトと呼ばれる鉱石が使われている。逆に、アルミニウムは酸素との結合が強く、酸素を切り離すには大量のエネルギーを導入しなければならないため、「電気の缶詰」と言われることがある。
title: クロム
text: 金属としての利用は、光沢があること、硬いこと、耐食性があることを利用するクロムメッキとしての用途が大きい。また、鉄とニッケルと10.5パーセント以上のクロムを含む合金(フェロクロム)はステンレス鋼と呼ぶ。ステンレス鋼ではクロムが不動態皮膜を形成し、ほとんど錆を生じないため車両や機械といった重工業製品から流し台、包丁などの台所用品まで幅広い用途がある。
title: 白金
text: 単体では、白い光沢(銀色)を持つ金属として存在する。化学的に非常に安定であるため、装飾品に多く利用される一方、触媒としても自動車の排気ガスの浄化をはじめ多方面で使用されている。酸に対して強い耐食性を示し、金と同じく王水以外には溶けないことで知られている。なお、同じく装飾品として使われるホワイトゴールド(白色金)は金をベースとした合金であり、単体である白金(プラチナ)とは異なる。
title: ジルコニア
text: ジルコニア(化学式:ZrO2)とは、ジルコニウムの酸化物、二酸化ジルコニウムの事である。常態では白色の固体として存在する。常圧での融点が2700 °Cと高いため、耐熱性セラミックスの材料として利用されている。また、透明でダイヤモンドに似て高い屈折率を有するため模造ダイヤモンドとも呼ばれ、宝飾品としても用いられている。
title: リシア電気石
text: リシア電気石は色の深さや結晶の品質の多様性に富むことから、理想的なトルマリン宝石である。特に緑色のものは「ブラジルエメラルド」として知られる。
title: 同素体
text: 典型的な例としてよく取り上げられるものに、ダイヤモンドと黒鉛(グラファイト)がある。 炭素の同素体である両者は硬度以外にも、透明度や電気伝導性が大きく異なるが、これはダイヤモンドの分子(正四面体の格子) とグラファイトの分子(平面的な六方格子の層)の構造に大きな違いがあるためで、物性における分子構造の重要性を示す例となっている。
title: フェナカイト
text: フェナカイト、フェナサイト、フェナス石、phenakite/phenaciteとは、クォーツやトパーズなどに間違うほどの、無色透明のケイ酸塩鉱物。
title: カラシン目
text: 体色は銀色を主体とするものが多いが、鮮やかな色彩に富む種類も多数知られ、水族館あるいは個人のアクアリウムで広く飼育対象とされている。 また一部の種類や個体では、本来の色ではなく、金色になるゴールデン化、銀色になるプラチナ化と呼ばれる現象を起こすものがある。これは、魚に無害なバクテリアが寄生することで出現し、そのバクテリアがグアニンと呼ばれる金属光沢を起こす成分を作り出すことによるものである。
title: パーライト
text: 光沢が真珠(パール)に似ているため、パーライトと称される。イギリスの顕微鏡学者ヘンリー・ソービーにより命名された。金属組織学上では、共析晶と呼ばれる。
title: アンモニア
text: 液体アンモニアは単体アルカリ金属、アルカリ土類金属およびユウロピウムなどを溶解する性質を持つ。アルカリ金属、特にセシウムの溶解度は非常に大きく、これらの金属の希薄溶液は溶媒和電子により青色を呈するが、濃厚溶液は金属光沢ブロンズ様の液体となる。液体アンモニアに溶解した金属ナトリウムは、有機反応に利用される。さらに、金属溶液は高濃度で金属的な伝導挙動を示すことが知られている。
title: クリスタル・ガラス
text: 一般的には鉛の含有量が上がるほど光の透明度や屈折率が高くなり、また比重が大きくなるとともに打音が澄んで余音を持つ。このため、特にワイングラスなど工芸用では酸化鉛が多いものが好まれる。 しかし、その実現には、溶解・成形・徐冷・加工などの高度な製造技術や、鉄分など不純物の除去や他の混合物の配合など全体的な化学組成の調整が重要であり、一概に鉛の含有量が高ければ良いという訳ではない。光学的に無色透明であるよりもわずかに青みを帯びた方が肉眼では「美しい透明」と感じがちなため、アルカリ金属酸化物などの着色剤を用いて調整することが多い。
title: 鉱物
text: 鉱物の種は結晶構造と化学組成によって特徴付けられている。化学組成が同じであっても結晶構造が異なれば違う鉱物(この関係を多形と呼ぶ)となる。たとえば、石墨(グラファイト)とダイヤモンドの化学組成は共に純粋な炭素(C)であるが、結晶構造が異なるため別種の鉱物であり、全く異なった物性を有する。また、結晶構造が同じでも化学組成が異なれば違う鉱物(この関係を同形と呼ぶ)となる。方解石(CaCO3)と菱苦土石(MgCO3)は結晶構造はほぼ同一だが、化学組成が異なるため別種の鉱物である。
title: 超硬合金
text: 超硬合金の事実上の代名詞ともなっている物質で幅広く使用され、不可欠なものとなっている。ダイヤモンド等、タングステンカーバイドより硬い物質は存在するが近年、タングステンが紛争鉱物に指定されるに至るなどにより高い含有率を嫌って代替化する動きがあり、特に潤滑油使用用途でその弱点が露呈するなどにより工具鋼系への転換が進んできている。
title: 無定形炭素
text: 無定形炭素フィルムの性質は、沈着に用いられたパラメータによって変わる。無定形炭素を特徴付ける主要な性質は、物質中のspとsp炭素-炭素結合の比である。グラファイトは純粋なsp、ダイヤモンドは純粋なspで構成される。spが多いものは、多くの物理的性質がダイヤモンドに近く、ダイヤモンドライクカーボンと呼ばれる。
title: クロンデジゾイド
text: クロンデジゾイトの内で、純度の高いものは「レッドデジゾイト」と呼ばれるレアメタルに、純度の低いものは「ブルーデジゾイト」と呼ばれる特に希少なレアメタルへと変わる。前者は硬度に優れ、後者は軽いため機動性に優れ、用途によって使い分ける事が可能であり、クロンデジゾイドは純度が高い方が優れているとは限らない。また、レッドデジゾイドは高純度のクロンデジゾイドを精錬したとの記述もあり、元々鉱石のクロンデジゾイトと生物と同化する際に精錬されたりされる場合も考えられ、単に純度の高い「クロンデジゾイト」はレッドデジゾイトとは限らない。なお、レッドデジゾイドとレッドデジゾイトの違いは不明である。
title: 石英
text: 石英(せきえい、独: Quarz、英: quartz、クォーツ、クオーツ)は、二酸化ケイ素 (SiO2) が結晶してできた鉱物。六角柱状のきれいな自形結晶をなすことが多い。中でも特に無色透明なものを水晶(すいしょう、独: Bergkristall、英: rock crystal、ロッククリスタル)と呼び、古くは玻璃(はり)と呼ばれて珍重された。
title: リチウム
text: リチウムは窯業において、釉薬の融点を下げるための強力な媒熔剤として利用される。釉薬の融点を下げる方法としては、水溶性のアルカリ性化合物をガラスと溶融させて不溶化したフリットと呼ばれる媒熔剤を用いる方法と、フリットを用いずに、もともと不溶性のアルカリ性化合物を用いる方法があるが、リチウムはおもに後者として用いられる。リチウム源としてはおもに炭酸リチウムが用いられ、焼成によって酸化リチウムもしくはケイ酸リチウムの形で釉層を形成する。リチウムはほかのアルカリ金属、アルカリ土類金属元素と比較して熱膨張係数が小さいため、リチウムを釉薬に加えることで釉薬の貫入(ひび割れ)を少なくすることができる。また、リチウムによって釉薬の流動性が高まるため、釉薬のむらを防ぎ全体的に均一な層を形成することができる。
title: カドミウム
text: 銀白色の軟らかく展性に富む金属であり、比較的さびにくく美しい金属光沢を持つが、湿気の多い空気中では徐々に酸化され灰色になり光沢を失う。塩酸および希硫酸などとは徐々に反応し無色の2価の水和カドミウムイオンを生成する。薄いアルカリ水溶液とはほとんど反応しない。
title: ステンレス鋼
text: ステンレス鋼の基礎となるのが、鉄・クロム系の状態図である。2成分系合金の状態図とは、縦軸に温度を取り、横軸に2つの元素の質量比を取り、温度と質量比によって決まる熱力学的平衡状態の金属組織を示す図である。鉄・クロム系2元状態図によると、クロム濃度 0 % のとき約 900–1400 °C の範囲で組織はオーステナイトとなる。クロム濃度を 0 % から増やすと、オーステナイトが存在する温度域は狭くなっていき、ついにはオーステナイトは存在しなくなり、組織は融点までフェライト単相となる。このように、濃度を増やすとフェライトが生成する方に寄与する元素を「フェライト生成元素」「フェライト形成元素」「フェライト安定化元素」などと呼ぶ。クロムの他にも、フェライト形成元素にはモリブデン、チタン、ニオブ、ケイ素などがある。
title: 炭素
text: 炭素原子同士の共有結合は非常に堅牢であり、それがつくる単体において、自然物としてはもっとも硬いことで知られるダイヤモンドからもっとも柔らかい部類に入るグラファイトまで、幅広い形態や同素体を持つ。
title: 半金属
text: いくつかの元素では、同じ元素の同素体であっても異なる性質(金属的、半金属的もしくは非金属的)を示すことがある。例えば、炭素の同素体のうち、ダイヤモンドは明らかに非金属であるが、グラファイトは半金属に特有の限定的な電気伝導度を示す。リン、セレン、スズおよびビスマスも金属もしくは半金属もしくは非金属的なふるまいを示す同素体を有している。そのため櫻井らは、半金属性は元素に固有のものではなく単体に固有の性質であると注記した。
title: トルマリン
text: また、特殊効果として、キャッツアイトルマリンが有名である。品質は様々で、キャッツアイが出るからといって価格にプレミアはつかない。そして数は少ないが、緑から赤もしくはピンクにかわるアレキタイプトルマリンもあるが、これも緑色の部分がきわめて黒に近く、また変色効果も鮮やかなものは少なく、高品質のものはなかなかない。
title: 宝石学
text: たとえば、ルビーの固有質量は4.00であり、硝子の場合は3.15から4.20の間であり、ジルコニアでは5.6から5.9の値を示す。このため、ルビーと硝子はジルコニアと判別するのは簡単である。しかし、この時点ではルビーと硝子の区別はつかない。
title: 酸化アルミニウム
text: 高純度の結晶鉱石は宝石として珍重される(サファイア、ルビー)。
title: サファイア
text: サファイア(sapphire)は、呈色コランダム(Al2O3のうち、赤色(ルビー)以外の鉱物の総称。
title: 窒化ホウ素
text: 熱伝導はダイヤモンドと同程度に高い。ダイヤモンドと同じく電導性は持たず、純粋な結晶は無色透明である。
title: タイガーズアイ
text: 主成分は石英(SiO2)で、モース硬度7.0、比重2.7、ガラス光沢の性質を持つ。 石英化したクロシドライトの繊維組織が幾重も平行に走っているため、タイガーズアイは研磨することにより光の反射に差が生じ、独特な光の筋が生み出される(シャトヤンシー効果)。
title: フェライト系ステンレス鋼
text: フェライト系の中にも様々なバリエーションの鋼種があり、クロム以外では、モリブデン、ニオブ、銅、チタンなどの合金元素が性能向上のために添加される。クロム含有量は、フェライト系の代表的鋼種の場合で 18 %(質量パーセント濃度)程度である。日本工業規格(JIS)で制定されているものとしては、SUS430が代表例である。特に、炭素および窒素の含有量を 0.03 % 以下のような極低量まで低減してチタンやニオブなどの炭化物安定化元素を添加し、耐食性や加工性を従来のフェライト系ステンレス鋼よりも高めた鋼種を高純度フェライト系ステンレス鋼と呼ぶ。
title: コランダム
text: 酸化クロムの結晶はコランダムと相似で、図2の黒球のAlは、Crと入れ替わることができる。微量のCrが入れ替わるとコランダムはピンクになり、2%くらい入れ替わると全くのルビー色になる。これが、ルビーである。
title: ダイヤモンド類似石
text: 最近では、ダイヤモンドの屈折率と非常に近い値を持つチタン酸バリウム、キュービックジルコニアなどの模造ダイヤモンドが世に出回るようになってきており、これらは屈折率がダイヤモンドと非常に近いために、ブリリアンカットを施すと肉眼で見分けることは困難である。
title: 金
text: 見かけは光沢のあるオレンジがかった黄色すなわち金色に輝く。金属としては重く、軟らかく、可鍛性がある。展性と延性に富み、非常に薄く延ばしたり、広げたりすることができる。同族の銅と銀が比較的反応性に富むこととは対照的に、標準酸化還元電位に基くイオン化傾向は全金属中で最小であり、反応性が低い。金を溶解する水溶液としては、王水(塩化ニトロシル)、セレン酸(熱濃セレン酸)、ヨードチンキ、酸素存在下でのシアン化物の水溶液がある。熱水鉱床として生成され、そのまま採掘されるか、風化の結果生まれた金塊や沖積鉱床(砂金)として採集される。
title: オパール
text: プレシャス・オパールは、直径150nmから300nmくらいの二酸化ケイ素の分子が六方最密充填構造または立方最密充填構造を形成しており、それゆえ準鉱物(Mineraloid)として扱われる。分子の大きさがどれだけ揃っているかと、分子の充填度が、宝石としてのオパールの品質を決定する。分子の大きさがバラバラで、あまり充填されていないものは遊色を見せず、コモン・オパールに分類される。
title: チタン
text: 特に純度の高いチタンは無酸素空間においての塑性に優れ、鋼と似た色合いの銀灰色光沢を持つ。チタンは鋼鉄以上の強度を持つ一方、質量は鋼鉄の約55パーセントと非常に軽い。チタンはアルミニウムと比較して、約60パーセント重いものの、約2倍の強度を持つ。これらの特性により、チタンはアルミよりも金属疲労が起こりにくいが、工具鋼などの鉄鋼材料には劣る。
title: ステンレス鋼
text: インコ法は、硫酸と酸化クロムの浴に浸漬して発色させる工程と、さらに硫酸とリン酸の浴で浸漬・電解し、酸化皮膜を強固にする工程から成る。できあがる酸化皮膜は「化学発色皮膜」と呼ばれる。化学発色皮膜の組成はクロムに豊み、厚みはステンレス鋼元来の不働態皮膜よりも著しく大きい。ただし、化学発色法による酸化膜は、元来の不働態皮膜と異なり傷ついたら回復しない。浸漬時間に応じて化学発色皮膜の厚みが変わり、厚みが増すにしたがって発色が「ブロンズ → 青 → 金色 → 赤 → 緑」と変わる。化学発色皮膜の厚さは、ブロンズのときに 0.02 μm 程度、緑のときに 0.36 μm 程度である。現在では発色と硬化を分けずに、同じ工程で一度に行う技術も実用化されている。以前の化学発色法は発色の不均一さを克服できなかったが、現在では前処理技術の向上などによって均一な発色も可能となっている。
title: ファイテン
text: 金属をナノレベルで水の中に分散させる「水溶化メタル技術」はファイテン独自のもので、「アクアチタン」のほか、「アクアゴールド」「アクアシルバー」などの水溶化メタルが生み出されている。
title: 並木精密宝石
text: 任意の断面形状を得られるEFG法を採用し、単結晶のサファイアの育成から切断、研磨まで一貫した生産を行っている。地球上で一番硬いと言われるダイヤモンドの精密加工技術 が基本技術の根幹をなしており、この基本技術を基盤としてダイヤモンドマイクロドリル、工業用宝石軸受製品の開発及び製造を行う。また、サファイア・ダイヤモンド以外にもルビー、セラミック、超硬など硬い素材の加工を得意とする。
title: アメシスト
text: 緑色透明の水晶が「グリーンアメシスト」と称され、市場に出回っている場合があるが、これは主に紫水晶に、熱処理や放射線処理を施し、変色(エンハンス)させたものである。採掘時に緑色透明であるものは、プラシオライトとも呼ばれ、アメリカ合衆国のカリフォルニア州とネバダ州の境界付近や、ブラジルのパラー州のマラバ、ポーランドのドルヌィ・シロンスク県、カナダのオンタリオ州のサンダーベイ地区などのごく一部の地域から産出する。緑色の発色は、三価の鉄イオンの他に相当量の二価の鉄イオンを含んでいた場合に、三価の鉄イオンによる補色の黄色の発色と、二価の鉄イオンは黄色の光を吸収し補色は青色になるため、その黄色と青色が混ざって緑色に発色するといわれている。
title: ヴェネツィアン・グラス
text: ベネチアン・グラスは鉛を含まないソーダ石灰を使用する事が特徴で、コバルトやマンガンなどの鉱物を混ぜることで様々な色合いを表現することが出来る。 混ぜた鉱物により硬度が変化し、赤色のものが最も硬度が高い。
title: セラミック顔料
text: セラミック顔料は耐熱性・耐候性・耐薬品性に優れている。陶磁器・セラミックス以外のさまざまな分野での利用も検討されるが、総じて一般の無機顔料より単独での色は鈍く着色力が小さいためその利用は限られている。そのため黒色・茶褐色・青色のスピネル系顔料や二酸化チタンを母格子とする褐色顔料では焼成温度を低くして粒子径を小さくおさえることで陶磁器・セラミックス以外のさまざまな分野でも利用が拡大している。また、プラセオジム黄やクロムチタン黄、クロムスズピンクは絵具にも使用されている。
title: ウルトラマリン
text: ウルトラマリンの構造は基本的にはソーダライトと同じで、3次元のアルミノシリケート格子中に、結合してイオンを形成した3つの硫黄原子を含む。このイオンの対イオンは天然ではナトリウムイオンである。対イオンはリチウムやカリウムで置き換えることもでき、それによって格子構造は劇的に変化する。ナトリウムより小さなリチウムは格子を縮小させ、より大きなカリウムは拡張させる。硫黄イオンの対イオンとの相互作用や格子構造が変化することによって、最終的に出来上がる顔料の色合いに影響を与える。
title: ダイヤモンド
text: 工業用ダイヤモンドには用途により、数ナノメートルから数ミリメートルまでの粒径、形状、破砕性、表面状態などによる多くの品種がある。また、前述のバイトは超硬合金を基板にダイヤモンドをコバルトなどと共に焼結することによって得られるダイヤモンド焼結体を指すこともある。しかしながら、ダイヤモンドは高温下で鉄 (Fe)、コバルト (Co)、ニッケル (Ni) と容易に化学反応を起こす、などの性質のために、鋼など鉄基合金や耐熱合金の切削には適さない。ダイヤモンドが使用できない分野では、代わりに立方晶窒化ホウ素 (cubic Boron Nitride, cBN) の焼結体(「ボラゾン」)を用いる。