Thạch anh là khoáng vật silic điôxít, công thức SiO₂, kết tinh trong hệ ba phương, độ cứng 7 trên thang Mohs, tỉ trọng khoảng 2,65 và chiết suất khoảng 1,544–1,553. Thạch anh tím, thạch anh hồng, thạch anh khói, thạch anh vàng, thạch anh tóc, thạch anh trắng mà bạn gặp ở tiệm vật phẩm đều là cùng một khoáng vật đó; chúng chỉ khác nhau ở vài nguyên tử lạ lẫn vào mạng tinh thể, ở bao thể nằm bên trong, hoặc ở lịch sử nhiệt và bức xạ mà viên đá đã trải qua.
Hiểu được điều này giúp bạn đọc mọi món đá "họ thạch anh" bằng cùng một bộ chỉ số. Khi người bán gọi một chuỗi hạt là "thạch anh", câu hỏi đúng không phải là nó tên gì cho đẹp, mà là các chỉ số vật lý của nó có khớp với SiO₂ kết tinh hay không. Bài này đi qua từng chỉ số: chúng nghĩa là gì, vì sao chúng gần như cố định, và chỉ số nào bạn tự đối chiếu được, chỉ số nào phải nhờ phòng giám định.
SiO₂ kết tinh: vì sao một công thức sinh ra cả một họ đá
Trong mạng tinh thể thạch anh, mỗi nguyên tử silic nằm giữa bốn nguyên tử ôxy tạo thành một khối tứ diện. Các khối tứ diện này dùng chung đỉnh ôxy với nhau, nối thành những chuỗi xoắn ốc chạy dọc theo một trục của tinh thể. Cách nối chặt chẽ đó là lý do thạch anh cứng, bền với hoá chất thông thường và không tan trong nước ở điều kiện đời sống.
Thạch anh tinh khiết thì không màu và trong suốt. Màu xuất hiện khi có một lượng rất nhỏ nguyên tố khác chen vào: sắt trong thạch anh tím và thạch anh vàng, nhôm trong thạch anh khói, hoặc khi bên trong có tinh thể khoáng vật khác bị bao lại như kim rutile trong thạch anh tóc, chlorite trong thạch anh ưu linh. Lượng tạp chất ấy thường chỉ tính bằng phần triệu, nên không làm thay đổi đáng kể độ cứng hay tỉ trọng của đá. Đó là điểm mấu chốt: màu có thể đổi, chỉ số thì gần như giữ nguyên.
Cũng cần tách hai nhánh của cùng gia đình SiO₂. Nhánh thạch anh đơn tinh gồm những tinh thể nhìn thấy được bằng mắt, từ đầu nhọn sáu cạnh đến khối lớn mài cầu. Nhánh vi tinh gồm chalcedony, mã não, jasper, nơi các tinh thể nhỏ tới mức phải soi kính hiển vi mới thấy. Bài này và cả danh mục chỉ bàn nhánh đơn tinh; mã não và họ chalcedony có hồ sơ riêng, vì cách hình thành, độ xốp và chuyện nhuộm màu của chúng khác hẳn.
Bảng chỉ số khoáng vật của thạch anh
Các số dưới đây lấy theo giá trị thường ghi trong sách khoáng vật học và tài liệu ngọc học phổ thông. Đá thật có thể lệch rất nhẹ ở chữ số cuối do tạp chất và bao thể.
| Chỉ số | Giá trị của thạch anh | Ý nghĩa khi bạn cầm viên đá |
|---|---|---|
| Công thức | SiO₂ | Cùng công thức với cát thạch anh, chalcedony, opal (opal có thêm nước và không kết tinh) |
| Hệ tinh thể | Ba phương (trigonal); trên 573 °C chuyển sang dạng lục phương | Tinh thể tự nhiên thường có lăng trụ sáu mặt và đầu nhọn |
| Độ cứng Mohs | 7 | Rạch được thuỷ tinh thường; bụi trong không khí có nhiều hạt thạch anh nên đá vẫn mòn dần khi va chạm đá cứng hơn |
| Tỉ trọng | Khoảng 2,65 | Chỉ số đo được tại nhà bằng cân thuỷ tĩnh; thuỷ tinh pha chì nặng hơn rõ |
| Chiết suất | Khoảng 1,544–1,553 | Cần khúc xạ kế ở phòng giám định |
| Lưỡng chiết | Khoảng 0,009, một trục dương | Viên lớn có thể thấy ảnh nhân đôi rất nhẹ khi nhìn xiên |
| Vết vỡ | Vỏ sò, gần như không có cát khai | Chỗ mẻ có dạng gợn tròn, giống mảnh chai vỡ |
| Ánh | Thuỷ tinh | Mặt mài bóng sáng nhưng không lấp lánh nhiều màu như kim cương |
Bảng cho thấy vì sao thạch anh hay bị thuỷ tinh giả mạo: hai thứ có ánh giống nhau, chiết suất gần nhau và mắt thường khó tách. Khác biệt nằm ở cấu trúc tinh thể, tỉ trọng, độ dẫn nhiệt và bao thể, là những thứ phải nhìn kỹ hoặc đo mới thấy.
Độ cứng 7 nghĩa là gì trong đời sống
Thang Mohs là thang so sánh, không phải thang đo tuyến tính. Nhà khoáng vật học Friedrich Mohs đặt thang này đầu thế kỷ 19 bằng cách xếp mười khoáng vật theo thứ tự cái nào rạch được cái nào. Thạch anh đứng thứ 7, trên orthoclase (6) và dưới topaz (8). Khoảng cách giữa các bậc không đều nhau, nên "7" không có nghĩa là cứng gấp đôi bậc 3,5.
Thạch anh đủ cứng để đeo hằng ngày. Vòng hạt, mặt dây thạch anh chịu được cọ xát với vải, da, gỗ, nhựa mà không xước. Kim loại làm vòng, như bạc hay vàng, mềm hơn thạch anh nhiều.
Nhưng thạch anh vẫn xước khi cọ vào đá cứng hơn. Topaz, corundum (ruby, sapphire) và kim cương rạch được thạch anh. Bụi cát bám trên khăn lau cũng chủ yếu là hạt thạch anh, cùng độ cứng với viên đá, nên lau khô mạnh tay lâu ngày sẽ làm mờ mặt bóng.
Cứng không có nghĩa là không vỡ. Độ cứng nói về khả năng chống xước, còn độ dai nói về khả năng chịu va đập. Thạch anh không có cát khai nhưng giòn vừa phải; rơi xuống nền gạch vẫn có thể mẻ hoặc nứt, nhất là ở hạt có sẵn vết rạn bên trong.
Đừng tự thử độ cứng bằng cách rạch. Lấy dao hay mảnh kính rạch vào đá để kiểm là phép thử phá huỷ: nếu đá là thuỷ tinh hay đá mềm thì bạn để lại vết xước vĩnh viễn trên món đồ, mà kết quả đọc bằng mắt còn dễ nhầm giữa vết xước và vệt kim loại bám.
Tỉ trọng 2,65: chỉ số dễ kiểm nhất mà ít người dùng
Tỉ trọng là tỉ số giữa khối lượng của viên đá và khối lượng của một thể tích nước bằng thể tích viên đá. Với thạch anh, con số này rất ổn định quanh 2,65 vì cấu trúc tinh thể chặt và tạp chất ít. Nhờ vậy, nếu một viên "thạch anh" đo ra 2,9 hay 3,1 thì gần như chắc chắn nó không phải thạch anh; nhiều loại thuỷ tinh pha chì nằm ở vùng tỉ trọng cao hơn hẳn.
Cách đo tại nhà gọi là cân thuỷ tĩnh: cân viên đá ngoài không khí, rồi cân lần nữa khi viên đá treo ngập trong cốc nước (không chạm đáy, không chạm thành). Tỉ trọng bằng khối lượng ngoài không khí chia cho phần chênh lệch giữa hai lần cân. Ví dụ giả định: viên đá nặng 26,5 g ngoài không khí và 16,5 g trong nước, chênh 10 g, tỉ trọng là 2,65. Cân nhà bếp loại 0,01 g là đủ cho viên từ vài chục gam trở lên; viên quá nhỏ thì sai số lớn.
Phép đo này có giới hạn rõ ràng. Một chuỗi hạt có dây, khoen kim loại sẽ cho số sai; phải đo từng hạt hoặc đo món đá rời. Đá có nhiều vết nứt hở hoặc lỗ khoan giữ bọt khí cũng lệch số. Và vì thuỷ tinh soda vôi thông thường có tỉ trọng khoảng 2,5, khá gần thạch anh, nên tỉ trọng chỉ giúp loại trừ một phần hàng giả chứ không xác nhận được viên đá là thạch anh tự nhiên. Danh mục phân biệt thật – giả của trang có bài riêng hướng dẫn từng bước đo và đọc số.
Chiết suất, lưỡng chiết và tính quang học: thứ phòng giám định nhìn
Khi giám định, chuyên viên đặt viên đá lên khúc xạ kế để đọc chiết suất. Thạch anh cho hai giá trị khoảng 1,544 và 1,553 vì nó là đá lưỡng chiết: ánh sáng đi vào bị tách thành hai tia với tốc độ hơi khác nhau. Hiệu số giữa hai giá trị, khoảng 0,009, gọi là độ lưỡng chiết. Thuỷ tinh là chất vô định hình, chỉ cho một chiết suất duy nhất. Đây là một trong những cách chắc chắn nhất để tách thạch anh khỏi thuỷ tinh trên mặt mài phẳng.
Dưới kính phân cực, thạch anh còn có một nét riêng. Khi nhìn dọc theo trục quang học, nhiều mẫu thạch anh cho hình giao thoa kiểu "mắt bò" với tâm sáng, do thạch anh có tính quay mặt phẳng phân cực. Chuyên viên dùng dấu hiệu này để xác nhận khoáng vật, nhất là với quả cầu hay khối mài tròn không đặt được lên khúc xạ kế.
Với người mua, ý nghĩa thực tế là: các chỉ số quang học cho câu trả lời rất chắc về việc viên đá có phải thạch anh hay không, nhưng chúng không trả lời được đá tự nhiên hay nuôi cấy. Thạch anh nuôi trong phòng thí nghiệm có cùng công thức, cùng chiết suất, cùng tỉ trọng với đá mỏ. Phân biệt hai loại đó cần soi bao thể, xem kiểu phân vùng màu, và khi cần thì dùng phổ hồng ngoại. Phiếu giám định ghi "thạch anh tự nhiên" hay "thạch anh tổng hợp" là kết luận dựa trên những phép thử sâu hơn đó.
Các thành viên trong họ thạch anh đơn tinh
Mỗi tên dưới đây là một biến thể của cùng khoáng vật, khác nhau ở nguồn màu hoặc bao thể. Các bài khác trong danh mục đi sâu từng loại.
- Thạch anh trắng (rock crystal): không màu, trong suốt; dạng phổ biến nhất trong tự nhiên, cũng là dạng hay bị thuỷ tinh giả nhất.
- Thạch anh tím (amethyst): màu tím do sắt kết hợp với bức xạ tự nhiên trong lòng đất; có thể nhạt khi phơi nắng hoặc đổi màu khi nung.
- Thạch anh vàng (citrine): vàng nhạt đến vàng cam; citrine tự nhiên ít, phần lớn hàng trên thị trường là thạch anh tím đã qua nung.
- Thạch anh khói (smoky quartz): nâu xám đến gần đen (loại đen gọi là morion), màu do nhôm và bức xạ tự nhiên.
- Thạch anh hồng (rose quartz): thường ở dạng khối mờ đục; màu được cho là liên quan tới các sợi khoáng vật cực nhỏ bên trong.
- Thạch anh tóc: thạch anh trong suốt chứa kim rutile (vàng, đỏ, bạc) hoặc kim tourmaline đen.
- Thạch anh ưu linh: có "bóng" tinh thể bên trong do lớp chlorite hoặc khoáng vật khác phủ lên bề mặt tinh thể ở một giai đoạn tăng trưởng.
- Ametrine: tím và vàng trong cùng một tinh thể, do điều kiện tăng trưởng khác nhau theo từng vùng.
- Prasiolite: thạch anh xanh lá nhạt, phần lớn là thạch anh tím từ một số mỏ đem nung.
Danh sách này không gồm aventurine ("ngọc Đông Linh"), vốn là thạch anh dạng hạt chứa vảy mica lấp lánh, hay các loại "thạch anh" mang tên thương mại khác; những tên gọi đó được bàn ở danh mục tên bán hàng và tên khoáng vật thật.
Ý nghĩa dân gian và điều bộ chỉ số không nói
Trong văn hoá vật phẩm, mỗi màu thạch anh thường được gắn với một ý nghĩa: thạch anh hồng với tình cảm, thạch anh tím với sự tĩnh tâm, thạch anh vàng với tài lộc. Đó là những quan niệm dân gian và thương mại hình thành qua nhiều thập niên, chủ yếu dựa trên liên tưởng màu sắc. Chúng có giá trị như một phần văn hoá quà tặng, nhưng không có bằng chứng khoa học cho thấy viên đá tác động tới sức khoẻ, tình duyên hay tiền bạc.
Bộ chỉ số khoáng vật cho bạn một thứ chắc chắn hơn: biết món đồ trong tay là gì, có đáng với số tiền bỏ ra hay không, và giữ gìn nó thế nào cho bền. Một chuỗi thạch anh tím thật, màu tự nhiên, ít vết rạn có giá trị thẩm mỹ và độ bền mà thuỷ tinh nhuộm không có, bất kể bạn tin vào ý nghĩa nào. Còn khi được tặng một món đá, hiểu nó là khoáng vật gì cũng là một cách trân trọng món quà đó.
Nếu bạn định mua thêm, hãy hỏi người bán hai câu đơn giản: đây là khoáng vật gì, và có qua xử lý (nung, nhuộm, chiếu xạ, nuôi cấy) hay không. Người bán tử tế sẽ trả lời rõ. Bạn có thể xem thêm vật phẩm đá có ghi rõ chất liệu trên Vật Phẩm Phong Thủy để quen với cách mô tả hàng minh bạch.
Câu hỏi thường gặp
Thạch anh và pha lê có phải là một không?
Không hẳn. Trong tiếng Việt, "pha lê" thường chỉ thuỷ tinh cao cấp do người nấu, có khi pha chì hoặc bari để tăng độ sáng. Thạch anh là khoáng vật kết tinh tự nhiên. Một số người gọi thạch anh trắng là "pha lê tự nhiên", nên khi mua bạn cần hỏi rõ món đó là khoáng vật hay thuỷ tinh.
Thạch anh có tan hay hỏng khi ngâm nước không?
Thạch anh gần như không tan trong nước ở nhiệt độ thường, nên rửa bằng nước sạch không làm hại bản thân khoáng vật. Thứ dễ hỏng là dây xâu hạt, lớp keo gắn chân đế, hoặc bao thể và vết rạn hở có thể đọng cặn. Đá đã nhuộm hay phủ màu thì nước và xà phòng có thể làm phai lớp màu bên ngoài.
Vì sao cùng là thạch anh mà giá chênh nhau rất nhiều?
Giá phụ thuộc màu có tự nhiên hay không, độ đậm và đều màu, độ trong, số vết rạn và bao thể, kích thước, tay nghề mài, và độ hiếm của biến thể. Ví dụ giả định: hai chuỗi thạch anh tím cùng cỡ hạt có thể chênh nhau nhiều lần chỉ vì một chuỗi trong và đều màu, chuỗi kia đục và loang.
Có cần mang mọi món thạch anh đi giám định không?
Không cần với món đồ giá trị nhỏ mua để đeo cho vui. Giám định đáng cân nhắc khi món đồ có giá trị lớn, khi người bán khẳng định đá là loại hiếm như citrine tự nhiên, hoặc khi bạn nghi ngờ đó là thuỷ tinh. Phiếu giám định giúp xác nhận khoáng vật và tình trạng xử lý.
Thạch anh có phóng xạ không vì nghe nói màu do bức xạ?
Màu của thạch anh tím và thạch anh khói hình thành do bức xạ tự nhiên rất yếu từ đá xung quanh tác động trong thời gian địa chất dài. Quá trình này không biến viên thạch anh thành vật phát phóng xạ. Riêng một số đá chiếu xạ nhân tạo để tạo màu, nhất là loại chiếu neutron, mới cần lưu giữ và kiểm tra trước khi bán; danh mục lời đồn và khoa học có bài riêng về chuyện này.
Tại sao thạch anh được dùng trong đồng hồ điện tử?
Thạch anh có hiệu ứng áp điện: khi bị nén hoặc chịu điện áp, tinh thể sinh điện tích hoặc rung với tần số rất ổn định. Đồng hồ quartz dùng một miếng thạch anh nhỏ cắt chính xác để giữ nhịp. Hiệu ứng này là tính chất vật lý đo được, không liên quan tới các quan niệm về năng lượng của đá.