為什麼物質相同的寶石有不同的顏色？

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比如金剛石都是碳，但是最普遍是透明的，也有粉鑽、黃鑽、黑鑽存在。
再比如剛玉都是Al2O3，但是有紅寶石（Ruby），也有藍寶石（Sapphire）
是因為分子排布不一樣？還是因為有雜質？

關於寶石顏色的成因，傳統寶石學主要基於寶石的化學成分和外部構造特點，將寶石顏色劃分為自色、他色和假色。
1．自色
「由作為寶石礦物基本化學組分中的元素而引起的顏色，這些致色元素多為過渡金屬離子，如鐵鋁榴石、綠松石、孔雀石、藍銅礦等。」

也就是說，寶石的固有化學組分中，就有元素可以使得寶石產生顏色。這些顏色一般比較穩定，隨時間流逝不易變色。這種顏色也是該種寶石的一項重要鑒別特徵，想起某種寶石，會自然能想起它的顏色。比如橄欖石的橄欖綠色（Fe致色），綠松石的天藍色（Cu致色），都十分典型，在其他寶石中很少可以看到這樣的顏色。

2．他色
「由寶石礦物中所含雜質元素引起的顏色。他色寶石在十分純凈時呈無色，當其含有微量致色元素時，可產生顏色，不同的微量元素可以產生不同的顏色。如尖晶石，其化學成分主要是MgAl2O4，純凈時無色，含微量的Co 元素時呈現藍色，含微量Fe 元素時呈現褐色，而含微量Cr 元素時呈現紅色。另外同一種元素的不同價態可產生不同的顏色，如含Fe2+常呈棕色，含Fe3+則呈現淺藍色。同一元素的同一價態在不同的寶石中也可引起不同的顏色，如Cr3+產在剛玉中產生紅色，在綠柱石中產生綠色。」

這種顏色是由寶石中的雜質元素引起的。之所以說雜質元素，就是說這些元素原本並不是寶石的化學組分，可能在形成過程中自然加入進去的元素。剛玉寶石，即俗稱的紅藍寶石，就是他色寶石，純凈時無色，當晶格中含有微量元素時可致色。剛玉寶石的顏色十分豐富，它幾乎包括了可見光光譜中的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的所有顏色。以下是多種顏色的剛玉寶石。

3．假色
「假色與寶石的化學成分和內部結構沒有直接關係，而與光的物理作用相關。寶石內常存在一些細小的平行排列的包裹體、出溶片晶、平行解理等。它們對光的折射、反射等光學作用產生的顏色就是假色。假色不是寶石本身所固有的，但假色能為寶石增添許多魅力。」

稱之為假色，也就是這種顏色不是寶石本身就具有的，而是應該在一定的光源和觀察角度下，由於光的物理作用而呈現的。看起來比較飄渺的感覺。如下圖歐泊（即蛋白石）的變彩

--------------以上是科普，下面簡答問題：
簡單來說，寶石的顏色很大程度上是由其含有的元素及其含量所引起的，結構什麼的，除了晶格缺陷致色（馬上就給你講的鑽石）和上面的第三點假色的成因，其餘都可以說是由於元素引起的。因為近代寶石顏色的成因，無論晶體場理論、分子軌道理論、能帶理論，都是由於所含有的粒子（原子、離子、電子）發生了一定的活動而使寶石呈色的。

金剛石：「鑽石主要成分是C，其質量分數可達99．95％，微量元素有N、B、H、Si、Ca、Mg、
Mn、Ti、Cr、S、惰性氣體及稀土稀有元素，達50 多種。這些微量元素決定了鑽石的類
型、顏色及物理性質。」

注意，C只是主要成分！含B致藍色；含N可以根據其在經各種的狀態而使鑽石呈現無色-黃色；至於粉色就不屬於主流的元素致色，而是結構上的問題。

剛玉：「顏色十分豐富，它幾乎包括了可見光光譜中的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的所有顏色。剛玉屬他色礦物，純凈時無色，當晶格中含有微量元素時可致色。不同的微量元素導致不同的顏色，其中Cr 主要導致紅色（紅寶石），而Fe、Ti 的聯合作用導致藍色。」

注意，藍寶石不止限於藍色，而是除了紅寶石以外的剛玉寶石哦，如無色透明的藍寶石，黃色藍寶石、紫色、綠色藍寶石等。

總結：有一個誤區：鑽石成分就是C，剛玉寶石成分就是Al2O3，這是大錯特錯的！不要忽略了次要成分的存在，而且很多時候，次要成分恰恰是決定寶石顏色、凈度等光學特性的重要因素。

從晶體場理論的角度考慮。摻雜的金屬離子在周圍晶體場的影響下，5個簡併的d軌發生能級分裂。這時候分裂後的d軌道可以允許d-d躍遷，在受到光照時可以吸收可見光，顯現補色。顏色主要取決於d軌道的分裂能。

由於寶石形成方式的區別，摻雜的位點的對稱性可能是不一樣的，晶體場分裂方式和分裂能不一樣，這是原因一。多數情況下裡面的金屬離子不一樣，對分裂能的影響也很大，原因二。此外，以及周圍配體（離子）的貢獻，同樣對稱環境同樣金屬不同配體分裂能不大一樣，原因三。

上述三條原因導致了顏色的差異。

手機碼字，一切從簡，見諒。

取決於其中的微量元素。

是因為有有色金屬離子侵入。

因為結構不同啊。物質組成只是最最基本的一部分。
比如石墨和金剛石。一個廉價地要命，一個是鑽石。物質完全一樣。排列結構和空間交錯不一樣。
再比如。人和人物質組成都是一樣的吧。怎麼各自的命運就那麼不同呢？