Đá đơn tinh thể là một khối mà cả viên chỉ có một mạng tinh thể liền mạch, như sapphire, topaz, emerald; đá đa tinh thể là khối gồm rất nhiều tinh thể nhỏ (hạt hoặc sợi) xếp theo nhiều hướng, như ngọc nephrite, ngọc jadeite, mã não. Khi các tinh thể nhỏ đến mức chỉ thấy dưới kính hiển vi, người ta gọi là vi tinh thể; nhỏ hơn nữa, kính hiển vi quang học cũng khó thấy, gọi là ẩn tinh.
Khác biệt này giải thích vì sao đá mài giác thường trong suốt còn ngọc thường mờ như sáp, vì sao ngọc mềm hơn thạch anh mà lại khó vỡ hơn, và vì sao người giám định đọc kết quả đo của hai loại theo hai cách khác nhau.
Một mạng liền mạch và một khối hạt đan nhau
Hãy hình dung một bức tường xây bằng một khối gạch duy nhất kéo dài từ đầu này sang đầu kia, so với một bức tường xây từ hàng triệu viên gạch nhỏ đặt mỗi viên một hướng. Đá đơn tinh thể giống bức tường thứ nhất: các nguyên tử lặp đều theo một hướng xuyên suốt viên đá. Đá đa tinh thể giống bức tường thứ hai: mỗi hạt là một tinh thể nhỏ có hướng riêng, giữa các hạt là ranh giới.
Ánh sáng đi qua đá đơn tinh thể ít bị cản, nên nếu đá sạch bao thể thì nó trong suốt. Ánh sáng đi qua đá đa tinh thể gặp vô số ranh giới hạt, mỗi lần gặp lại bị khúc xạ và tán xạ một chút, nên đá thường chỉ trong mờ hoặc đục. Độ "thuỷ" của ngọc jadeite, tức mức trong, phụ thuộc lớn vào độ mịn và độ đều của các hạt.
Cùng một loài khoáng vật có thể xuất hiện ở cả hai dạng. Thạch anh là ví dụ rõ nhất: thạch anh tím, thạch anh trong là đơn tinh thể; mã não, carnelian, chrysoprase, onyx là thạch anh vi tinh thể dạng sợi, gọi chung là chalcedony; jasper là thạch anh hạt mịn lẫn nhiều tạp chất.
So hai kiểu cấu trúc
Bảng dưới đặt cạnh nhau những điểm người làm nghề hay để ý. Có những đá nằm giữa hai cột, nhưng phần lớn đá ngọc rơi rõ vào một bên.
| Điểm so | Đá đơn tinh thể | Đá đa tinh thể |
|---|---|---|
| Ví dụ | Ruby, sapphire, emerald, topaz, peridot, thạch anh tím | Ngọc nephrite, ngọc jadeite, mã não, jasper, ngọc lam, lapis lazuli |
| Độ trong | Có thể trong suốt nếu ít bao thể | Thường trong mờ đến đục |
| Ánh bề mặt | Thường ánh thuỷ tinh trở lên | Thường ánh sáp, ánh mỡ, ánh thuỷ tinh nhẹ |
| Kiểu mài phổ biến | Mài giác để lấy ánh sáng | Cabochon, chạm, hạt, vòng |
| Tính chất theo hướng | Có: đa sắc, lưỡng chiết, cát khai theo hướng | Gần như không: các hướng triệt tiêu nhau |
| Kiểu hỏng hay gặp | Mẻ theo cát khai, nứt theo bao thể | Mòn, xỉn bề mặt, ngấm chất lạ qua lỗ rỗng |
Cột phải cho thấy một điều quan trọng với người chăm đá: đá đa tinh thể ít khi vỡ đột ngột nhưng lại dễ ngấm và dễ xỉn, nên cách giữ khác với đá mài giác.
Độ cứng khác độ dai: bài học từ ngọc
Độ cứng là khả năng chống trầy xước; độ dai là khả năng chống vỡ, mẻ khi va đập. Hai tính chất này không đi cùng nhau. Kim cương cứng nhất nhưng có cát khai, nên có thể mẻ. Ngọc nephrite chỉ cứng khoảng 6 – 6,5 theo Mohs, nhưng thuộc nhóm đá dai nhất mà con người từng chạm khắc.
Bí mật nằm ở cấu trúc. Trong nephrite, các sợi khoáng vật nhóm amphibole dài và mảnh đan vào nhau như nỉ. Một vết nứt muốn đi qua phải đổi hướng liên tục quanh các sợi, mất dần năng lượng và dừng lại. Ngọc jadeite gồm những hạt tinh thể đan cài chặt, cũng rất dai dù thấp hơn nephrite một chút theo nhiều tài liệu.
Khác với độ cứng có thang Mohs quen thuộc, độ dai trong tài liệu đá quý học thường được mô tả bằng chữ: kém, khá, tốt, rất tốt, xuất sắc. Lý do là độ dai phụ thuộc cả cấu trúc, bao thể, vết nứt sẵn có và hướng lực tác động, nên khó gói vào một con số. Nephrite và jadeite thường đứng ở mức cao nhất; nhiều đá mài giác cứng lại chỉ ở mức khá hoặc tốt.
Trong một đơn tinh thể, vết nứt gặp ít trở ngại: chỉ cần một cú va đúng hướng cát khai là có thể chạy thẳng qua viên đá. Đó là lý do topaz, đá mặt trăng, kunzite cần ổ gắn bảo vệ, còn ngọc có thể làm vòng nguyên khối đeo nhiều năm.
Những dạng đa tinh thể hay gặp trong đá ngọc
Dạng sợi đan. Nephrite là ví dụ điển hình. Các sợi đan theo mọi hướng cho độ dai cao và vẻ mờ như mỡ đông.
Dạng hạt đan cài. Jadeite gồm những hạt tinh thể dẹt hoặc dạng cột ngắn khoá vào nhau. Hạt càng mịn và đều, ngọc càng trong và mặt đánh bóng càng đẹp.
Dạng sợi xếp lớp. Chalcedony như mã não gồm các sợi thạch anh rất nhỏ xếp thành lớp đồng tâm, tạo nên các dải vân. Giữa các sợi có lỗ li ti chứa nước, đó là lý do mã não ăn thuốc nhuộm.
Dạng hạt rời có chất kết dính. Một số đá như lapis lazuli là hỗn hợp hạt của nhiều khoáng vật khác nhau. Độ bền phụ thuộc khoáng vật yếu nhất và mức gắn kết giữa các hạt.
Dạng sợi song song. Khi các sợi xếp song song thay vì đan, đá có ánh tơ và có thể cho hiệu ứng mắt mèo khi mài cabochon đúng hướng, như ở mắt hổ. Dạng này dai theo một hướng, yếu theo hướng khác.
Đo đá đa tinh thể: con số đọc khác đi thế nào
Trên khúc xạ kế, một đơn tinh thể có lưỡng chiết cho hai vạch và khoảng cách giữa chúng thay đổi khi xoay viên đá. Một khối đa tinh thể thì thường chỉ cho một vạch mờ hoặc một "điểm" khi đo trên mặt cong, vì các hạt hướng lộn xộn cho chiết suất trung bình. Người giám định ghi kết quả này như một giá trị gần đúng.
Dưới kính phân cực, đá đơn tinh thể lưỡng chiết sẽ sáng tối luân phiên khi xoay; đá đa tinh thể thì luôn sáng, vì luôn có hạt ở vị trí cho ánh sáng đi qua. Phản ứng này được gọi là phản ứng của khối tập hợp, và là một dấu hiệu nhanh để biết vật liệu có cấu trúc đa tinh thể.
Tỉ trọng của đá đa tinh thể cũng dao động hơn, vì có thể có lỗ rỗng, nước hoặc khoáng vật lẫn. Kết hợp ba phép đo này, cộng với quan sát kết cấu dưới kính hiển vi, phòng lab xác định được vật liệu chính và nhận ra hàng nhựa hay thuỷ tinh giả ngọc.
Hiệu ứng ánh sáng: mỗi kiểu cấu trúc cho một loại
Một số hiệu ứng quang học chỉ xuất hiện ở đơn tinh thể. Hiệu ứng sao ở ruby và sapphire cần những kim rutile xếp theo ba hướng mà chính mạng tinh thể chủ quy định; chỉ một khối tinh thể liền mạch mới giữ được ba hướng đó xuyên suốt viên đá. Đa sắc, lưỡng chiết thấy bằng mắt, lửa tán sắc của đá mài giác cũng là hiện tượng của đơn tinh thể trong suốt.
Đá đa tinh thể có những hiệu ứng riêng. Dải vân đồng tâm của mã não là dấu vết của từng đợt lắng đọng sợi chalcedony. Ánh tơ và mắt mèo ở mắt hổ đến từ sợi song song. Vẻ mờ "như mỡ đông" của nephrite, vẻ trong như nước của jadeite hạt mịn cũng là hiệu ứng của cách ánh sáng lách qua hàng triệu ranh giới hạt.
Nhìn kiểu hiệu ứng, bạn đoán được cấu trúc, và ngược lại. Đây là lý do người giám định hay hỏi "ánh sáng đi trong viên đá này như thế nào" trước khi đo bất cứ con số nào.
Hệ quả khi mài và đánh bóng
Đá đơn tinh thể trong suốt được mài giác để các mặt phản xạ ánh sáng ngược lên mắt người xem. Đá đa tinh thể mờ đục thì mài giác ít có lợi, vì ánh sáng không đi xuyên qua để phản xạ, nên chúng thường được mài cabochon, chạm hình hoặc tiện thành hạt và vòng. Mặt cong của cabochon làm nổi bật màu và vân thay vì độ lấp lánh.
Đánh bóng đá đa tinh thể có một khó khăn riêng: nếu các hạt có độ cứng khác nhau theo hướng, mặt đá sau khi đánh bóng có thể lồi lõm vi mô, gọi là vỏ cam. Thợ có kinh nghiệm chọn bột mài và tốc độ để giảm hiện tượng này. Một miếng ngọc có mặt bóng phẳng như gương thường cho thấy cả chất liệu hạt mịn lẫn tay nghề thợ tốt.
Ngược lại, khi mài đơn tinh thể, thợ phải tránh mặt cát khai và để ý đa sắc. Hai loại đá vì vậy cần hai kiểu chuyên môn khác nhau, và nhiều xưởng chỉ làm một loại.
Áp dụng khi chọn và giữ đá
Biết cấu trúc của một viên đá, bạn có thể suy ra vài điều thực tế ngay mà không cần dụng cụ.
- Đá đơn tinh thể có cát khai rõ (topaz, đá mặt trăng, kunzite) nên được gắn ổ bao quanh và tránh va đập.
- Đá đa tinh thể xốp (mã não, ngọc lam, jasper) nên tránh dầu, mỹ phẩm và nước hoa để khỏi ngấm và đổi màu.
- Vòng nguyên khối, đồ chạm mảnh nên làm từ đá đa tinh thể dai như nephrite, jadeite thay vì đá đơn tinh thể giòn.
- Đá đa tinh thể trông "quá trong" so với loại đó là chỗ nên hỏi về xử lý tẩm nhựa hoặc khả năng là thuỷ tinh.
- Khi cất chung, đá đơn tinh thể cứng có thể làm trầy đá đa tinh thể mềm hơn; nên cất riêng từng món.
Mấy điều này không thay cho thông tin cụ thể của từng loại đá, nhưng là khung suy luận đáng nhớ khi bạn gặp một vật liệu lạ.
Câu hỏi thường gặp
Mã não và thạch anh có phải cùng một khoáng vật không?
Có. Mã não là chalcedony, tức thạch anh ở dạng vi tinh thể dạng sợi xếp thành lớp. Thành phần hoá học giống thạch anh tím hay thạch anh trong, khác ở cấu trúc và lượng nước nhỏ nằm giữa các sợi.
Vì sao ngọc mềm hơn thạch anh mà lại khó vỡ hơn?
Vì độ cứng đo khả năng chống trầy, còn độ dai đo khả năng chống vỡ. Ngọc có cấu trúc sợi hoặc hạt đan cài, làm vết nứt phải đổi hướng liên tục và dừng lại. Thạch anh đơn tinh thể ít trở ngại nên dễ vỡ hơn khi va mạnh.
Đá đa tinh thể có mài giác được không?
Mài được, nhưng ít khi có lợi. Vì đá thường mờ đục, các mặt giác không tạo được độ lấp lánh như đá trong suốt. Một số ngọc jadeite rất trong đôi khi được mài giác, nhưng phổ biến hơn vẫn là cabochon và chạm khắc.
Ẩn tinh và vi tinh thể khác nhau ở đâu?
Cả hai đều là đá gồm tinh thể rất nhỏ. Vi tinh thể là khi các hạt còn thấy được dưới kính hiển vi quang học; ẩn tinh là khi hạt nhỏ đến mức kính hiển vi quang học cũng khó phân giải. Ranh giới giữa hai chữ này trong tài liệu không thật chặt.
Đá tổng hợp có dạng đa tinh thể không?
Có những vật liệu nhân tạo dạng đa tinh thể, ví dụ một số loại gốm và vật liệu ép từ bột khoáng. Phần lớn đá tổng hợp dùng trong trang sức lại là đơn tinh thể, mọc để bắt chước ruby, sapphire, emerald, spinel.
Làm sao biết một viên đá là đơn tinh thể hay đa tinh thể khi không có dụng cụ?
Chỉ đoán được sơ bộ. Đá trong suốt, mài giác, có thể thấy đa sắc thường là đơn tinh thể. Đá mờ đục, ánh sáp, có hạt hoặc vân lớp thường là đa tinh thể. Kết luận chắc chắn cần kính phân cực và quan sát dưới kính hiển vi.
