Xét về nguyên nhân tạo mầu, ruby, saphia thuộc nhóm ngoại sắc, mầu của chúng do các tạp chất khác nhau, chủ yếu là các nguyên tố chuyển tiếp, gây ra.
Các tinh thể Al203kết tinh trong phụ hệ 3 phơng của tinh hệ 6 phơng. ở trạng thái tinh khiết chúng hoàn toàn không mang mầu, nhng khi lẫn các tạp chất khác nhau chúng có thể có mầu khác nhau: nếu có Cr thì sẽ cho mầu đỏ hoặc hồng, lẫn Fe và Ti sẽ cho mầu lam. Chúng cũng có thể có các mầu khác nh vàng, lục, tím v.v. Tên gọi chung của khoáng vật Al203 là corinđon, khi có mầu đỏ đợc gọi là ruby, có mầu lam là saphia, có các mầu khác cũng đợc gọi là saphia kèm theo chỉ dẫn mầu cụ thể, ví dụ nh saphia lục, saphia vàng, saphia da cam.
Mầu sắc của hầu hết các loại corinđon đều là do sự có mặt của các nguyên tố thuộc nhóm “chuyển tiếp”. Các nguyên tố mang mầu này nằm ở phần giữa của bảng hệ thống tuần hoàn, có thể có mặt trong corinđon ở các trạng thái hoá trị khác nhau và trong các cấu hình khác nhau: là các ion đơn hoặc kép của cùng một nguyên tử, hoặc kết hợp với các ion thuộc các nguyên tử khác, thờng ở trạng thái nhiều hoá trị, và khi có
sự pha trộn các hoá trị sẽ tạo ra nhiều mầu sắc khác nhau. Trong số các nguyên tố chuyển tiếp này thì đáng chú ý nhất là crom, sắt, titan, vanađi, mangan và đồng.
Ngoài các nguyên tố chuyển tiếp trên, trong corinđon còn tìm thấy nhiều tạp chất khác nh Ca, Sr, Ga, Th, Nb, Hf, La, Na, K, Si, Mg v.v. Chúng thờng không có vai trò (hoặc vai trò không rõ ràng) đối với mầu sắc của corinđon.
Mầu của ruby là do sự có mặt của Cr+3 dới dạng tạp chất Cr2O3 khi Cr+3 thay thế đồng hình Al+3 trong hợp chất ôxit nhôm Al2O3. Khoảng 0,1% Cr+3 trong corinđon sẽ tạo ra mầu đỏ của ruby. Khi hàm lợng Cr+3 giảm xuống thì, tuơng ứng, mầu đỏ của ruby cũng giảm theo. Khoảng 0,04% Cr+3 sẽ tạo ra mầu hồng đậm, trong khi 0,03% Cr+3 thì tạo ra mầu hồng nhạt.
Trong khi mầu sắc của ruby và saphia hồng chỉ do một ion phân tán Cr3+ gây ra thì mầu lam của saphia lại đợc tạo thành theo một cơ chế hoàn toàn khác: cơ chế chuyển dịch điện tích giữa hoá trị (intervalence charge transfer-IVCT) giữa cặp ion kim loại kép Fe2+ và Ti4+.
Trong cấu trúc của corinđon 0,0n% Ti riêng nó không tạo ra một mầu nào cả, còn cũng một lợng nh vậy của Fe chỉ tạo ra đợc mầu vàng nhạt của saphia. Nhng nếu cả Fe và Ti cùng có mặt thì sẽ tạo nên mầu lam đậm khá đẹp trong corinđon. Cả Fe và Ti đều thay thế Al trong cấu trúc của tinh thể corinđon. Sắt thì có thể có mặt ở 2 trạng thái hoá trị là Fe2+ và Fe3+, trong khi titan chỉ tồn tại ở hoá trị Ti4+. Khi có mặt đồng thời Fe2+ và Ti4+ thì sẽ xảy ra tơng tác giữa chúng nếu chúng nằm cạnh nhau. Một điện tử đơn lẻ sẽ nhảy từ ion Fe sang ion Ti khi bị kích thích bởi ánh sáng, kèm theo đó là sự hấp thụ ánh sáng nhìn thấy.
Ngoài hai gam mầu chủ đạo là đỏ/hồng và lam, corinđon còn có thể có rất nhiều các gam mầu khác (lục, vàng, da cam, tím, không mầu...) với đủ các sắc thái mầu khác nhau. Tổng hợp các nguyên nhân và cơ chế tạo mầu của ruby, saphia đợc dẫn ra ở bảng 5.1.
Bảng 5.1. Nguyên nhân và cơ chế tạo mầu của corinđon
Mầu Nguyên nhân và cơ chế tạo mầu
Đỏ
-Cr3+ , ruby đỏ tía, đỏ máu bồ câu chỉ chứa 0,1% Cr2O3.
-Thờng bị biến đổi sang mầu đỏ sắc nâu (Fe3+) hoặc sang đỏ ánh tím do quá trình chuyển dịch điện tích giữa hoá trị
(Fe2+ -O-Ti4+)
Hồng
-Cr3+, saphia hồng sáng chứa khoảng 0,03% Cr2O3, hồng xẫm-0,04% -Thờng bị biến đổi sang mầu hồng sắc nâu (do Fe3+) hoặc ánh tím, tím/lam (do quá trình chuyển dịch điện tích giữa hoá trị
Fe2+ -O-Ti4+
Lam -Quá trình chuyển dịch điện tích giữa hoá trị Fe2+ -O-Ti4+
Lam tím -Quá trình chuyển dịch điện tích giữa hoá trị Fe2+ -O-Ti4+ và Cr3+ -Cặp Fe2+/Fe3+ và Cr3+
Tím sáng -Fe3+ và Cr3+
-Quá trình chuyển dịch điện tích giữa hoá trị Fe2+ -O-Ti4+
Tím xẫm - Fe3+ và Cr3+ cùng với quá trình chuyển dịch điện tích giữa hoá trị Fe2+ -O-Ti4+
Đỏ tía Quá trình chuyển dịch điện tích giữa hoá trị Fe2+ -O-Ti4+ cùng Cr3+ trong phối trí 8 mặt