宝石玉石知识系列之宝玉石的物质组成和性质
宝石玉石知识系列之宝玉石的物质组成和性质
一、宝玉石由元素组成
元素（Element）为万物的基础，亦为组成宝玉石的基本物质。人类已知地壳里的元素有92种，其中含量较多的有氧、硅、铝、铁、钙、钾、镁、氢、钛、碳、氯、磷等。它们也是组成天然宝玉石的主要或重要元素，其他则含量较少。
地壳是同一种元素组成、绝对纯净的宝玉石极少，一般的宝玉石总是以一种、两种或多种元素为主要或主导成分，并常常伴生有种种其它元素。因此，在任何独立的宝玉石中，不同元素之间的相互结合千差万别，其存在形式（Existence form）甚为复杂。据研究，现知元素在宝玉石中的存在形式主要有三：
（1）独立矿物
（2）类质同像
（3）胶体吸附形式
地壳里各种宝玉石矿物的存在形式是很复杂的。调查研究表明，许多矿物常以“单晶体”（独立的单个晶体）的形式存在着。但大量或占优势的矿物却又以“多晶集合”的形式出现，构成“矿物集合体”。那种由同一种矿物所构成的集合体称为“单矿物集合体”，而由两种或两种以上的矿物所构成者则称为“多矿物集合体”。
（1）单晶体型宝玉石材料
单晶体（Monocrystal）型宝玉石材料由一个独立的天然矿物晶体所构成，如金刚石、红宝石、蓝宝石、水晶、金绿宝石、锆石、橄榄石、石榴石、黄玉、海蓝宝石、祖母绿、碧玺等。
（2）集合体型宝玉石材料
集合体（Aggregate）型宝玉石材料又称“多晶体型宝玉石材料”，由很多个、但通常是由无数个各自独立的矿物晶体所构成。那种由同一种矿物晶体（粒）所构成者称为“单矿物集合体型宝石材料”，如翡翠、软玉、青金石等；由两种及其以上的矿物晶体（粒）所构成者称为“多矿物集合体型宝玉石材料”，如南阳玉、梅花玉、各种花岗石等。
二、宝玉石的成分类型
1、单质型宝玉石
2、化合物型宝玉石
3、混合物型宝玉石性质（Property）指宝玉石的本质属性，通俗地说，指各种天然宝玉石所具有的物性。它主要由宝玉石的物质成分和内部结构所决定及支配，一般将其分为物理性质（光学、力学、磁学、电学、热学、声学性质等）和化学性质两大类。
一、光学性质
光学性质（Optical property）是指宝石因“光”这种物质对其作用所产生的一系列光学现象及与其有关的特性的总称。各种天然宝玉石之所以具有优良的工艺美术性能，特别是具有十分迷人的外观美，关键在于它们各具独特的光学性质。
1、颜
颜（Colour），俗称“彩”，为人眼视觉的基本特征之一。它是宝玉石最为重要和起决定
性作用的光学性质及工艺美术特征。一切宝玉石质量的好坏、经济价值的高低，在很大程度上均取决于其颜是否美丽和引人入胜。那些由特殊光学效应所决定的特异彩，更被视为宝玉石的“绝”。具有绝的宝玉石，从古至今皆为“稀世奇珍”或“无价之宝”。
⑴宝玉石颜与电磁波福射
据物理学研究，颜为一定波长范围内的电磁波辐射。当波长约在390-770nm的可见光范围内的电磁波辐射通过适当途径刺激人的视觉神经时，人们就会有颜的感觉。
颜与可见光  宝玉石的颜是由于其中的矿物晶体对可见光（Visible light）中不同波长的光（光子）产生选择性吸收，其余未被吸收的光经透射或反射后在人眼中所引起的感觉或反映。原来，在可见光区从长波至短波方向包括有红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七种单光，即著名的“牛顿七光”或“牛顿七”（红、橙、黄、绿、蓝、青、紫）。其波长是：
红光  770-622nm
橙光  622-597nm
黄光  597-577nm
绿光  577-492nm
蓝-靛光  492-455nm
紫光  455-390nm
⑵宝玉石颜分类
根据宝玉石矿物的化学成分和晶体结构，颜的形成原因及其影响因素等，可以将宝玉石的颜分为三类。
①自  指由宝玉石矿物的内在因素所控制而形成的其身固有的颜（Idiochromatic colour），如橄榄石的橄榄绿、孔雀石的孔雀绿、蓝铜矿的蓝、磁铁矿的铁黑、辰砂的朱红等。这种自的形成取决于宝玉石的物质成分和内部结构，而与外界杂物的混入无关。
②它  指在宝玉石矿物晶体中由于外界带杂质的机械混入而产生的非固有的颜（Allochromatic colour），而与其自身的物质成分和内部结构无关。有些宝玉石矿物晶体的
颜即使主要与一定的素离子有密切的成因联系，但这些素离子也仅仅是机械混入物。只不过它们在“混入”过程中不能“随意”行事，而必须与被混入的宝玉石矿物晶体本身的内部结构及成因密切结合或适应才能成功。如使著名的红宝石成为红、祖母绿成为翠绿的Cr3+及的结构和使蓝宝石成为蓝的Fe2+、Ti4+等就是其中的典型。
③假  指那些不直接决定于宝玉石矿物晶体所固有的物质成分和内部结构等，而由物理因素（如物理光学作用等）所引起的假颜（Pseudochromatic colour）。例如，拉长石因内部存在着定向排列的极薄的聚片双晶或显微包裹体，当白光入射后竟产生反射、干涉等作用，从不同方向观察时，它乃出现蓝、绿、黄、白等徐徐变幻的“变彩”。那些具有极完全解理或裂理的透明宝玉石矿物，因其中一系列平行的解理面或裂理面对入射白光产生反射、干涉等作用，竟形成如同水面上的油膜那样的彩。这就是常说的“晕”，如萤石、冰洲石、透石膏等即有之。某些金属宝玉石矿物，由于其表面氧化薄膜的存在，竟呈现出不同于其新鲜断面颜那样的彩，此即“锖”（Tarnish)。例如，斑铜矿的新鲜断面本为暗铜红，但因其被氧化的表面上存在着薄膜，竟呈现出紫、蓝混杂的美丽彩。
美国学者Ｋ·纳素（Nassau）根据晶体场理论、分子轨道理论、能带理论和物理光学理论，
结合各种矿物的颜，将矿物（包括宝玉石矿物）的颜成因类型划分为十二种（表2-4）。其分类方案是将晶体结构和致离子进行了综合考虑，既包括了经典矿物学中自、他、假的分类，又突破了一种颜是由一种离子所引起的传统认识，如蓝绿由Cu2+引起，深蓝由Co2+引起，红或绿由Cr3+引起，等等。研究表明，同一种致离子在不同的宝玉石矿物中可以引起不同的颜。如同是Cr3+，在红宝石中引起红，而在祖母绿中则引起绿。但是，不同宝玉石矿物中的同一种颜就不一定是由同一种离子所引起的，而可能具有多种致因素和复杂的致过程。例如，同样是蓝，就至少有七种致原因：a.带隙中硼的中介作用引起蓝，如蓝金刚石；b.铁与钛间电荷转换引起的蓝，如蓝蓝宝石；c.铜导致的自而呈现出的蓝，如羟铜辉石；d.钴导致的他而呈现出的蓝，如蓝尖晶石；e.衍射作用导致的假而呈现出的蓝，如欧泊石变彩中的蓝属之；f.心引起的蓝，如辐照锂铯型绿柱石；g.S3-的分子轨道效应引起的蓝，如青金石。

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