第四章第四章宝石矿物的化学成分宝石矿物的化学成分第一节第一节 宝石矿物的化学成分特点宝石矿物的化学成分特点 一、宝石矿物多属于含氧盐类硅酸盐、氧一、宝石矿物多属于含氧盐类硅酸盐、氧化物类和自然元素类，一些次要的宝石化物类和自然元素类，一些次要的宝石可以是硼酸盐、碳酸盐、磷酸盐、硫酸可以是硼酸盐、碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、卤化物、硫化物等盐、卤化物、硫化物等(一一)含氧盐类含氧盐类 大部分宝石矿物属于含氧盐类，其中大部分宝石矿物属于含氧盐类，其中又以硅酸盐类矿物居多。据统计，宝石矿又以硅酸盐类矿物居多。据统计，宝石矿物中硅酸盐类矿物约占一半。还有少量宝物中硅酸盐类矿物约占一半。还有少量宝石矿物属磷酸盐类等。石矿物属磷酸盐类等。 1硅酸盐类硅酸盐类 在硅酸盐类矿物的晶体结构中，硅氧配在硅酸盐类矿物的晶体结构中，硅氧配在硅酸盐类矿物的晶体结构中，硅氧配在硅酸盐类矿物的晶体结构中，硅氧配位四面体位四面体位四面体位四面体SiO4SiO44-4-是它们的基本构造单元。硅是它们的基本构造单元。硅是它们的基本构造单元。硅是它们的基本构造单元。硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，也可以氧四面体在结构中可以孤立地存在，也可以氧四面体在结构中可以孤立地存在，也可以氧四面体在结构中可以孤立地存在，也可以以其角顶相互连接而形成多种复杂的络阴离以其角顶相互连接而形成多种复杂的络阴离以其角顶相互连接而形成多种复杂的络阴离以其角顶相互连接而形成多种复杂的络阴离子子子子( (基型基型基型基型) )。 (1) (1) 岛状基型岛状基型岛状基型岛状基型 表现为单个硅氧四面体表现为单个硅氧四面体表现为单个硅氧四面体表现为单个硅氧四面体SiOSiO4 44-4-或是每两个四面体以一个公或是每两个四面体以一个公或是每两个四面体以一个公或是每两个四面体以一个公共角顶相连组成双四面体共角顶相连组成双四面体共角顶相连组成双四面体共角顶相连组成双四面体SiSi2 20 07 76-6-在结构中独立存在，它们在结构中独立存在，它们在结构中独立存在，它们在结构中独立存在，它们彼此之间靠其他金属阳离子彼此之间靠其他金属阳离子彼此之间靠其他金属阳离子彼此之间靠其他金属阳离子( (如如如如ZrZr4+4+、FeFe2+2+、MgMg2+2+、CaCa2+2+等等等等) )来连接，自身并不相连，因而呈独立的岛状。来连接，自身并不相连，因而呈独立的岛状。来连接，自身并不相连，因而呈独立的岛状。来连接，自身并不相连，因而呈独立的岛状。 属于此类的宝石矿物有：属于此类的宝石矿物有：属于此类的宝石矿物有：属于此类的宝石矿物有： 锆石锆石锆石锆石ZrSiOZrSiO4 4 ， 橄榄石橄榄石橄榄石橄榄石(Mg(Mg，Fe)Fe)2 2SiOSiO4 4 ， 石榴石石榴石石榴石石榴石AA3 3BB2 2(SiO(SiO4 4) )3 3(A(A为为为为FeFe2+2+、MgMg2+2+、CaCa2+2+、MnMn2+2+等二等二等二等二价阳离子，价阳离子，价阳离子，价阳离子，BB为为为为AlAl3+3+、FeFe3+3+、CrCr3+3+等三价阳离子等三价阳离子等三价阳离子等三价阳离子) )， 黄玉黄玉黄玉黄玉A1A12 2Si0Si04 4(F,OH)(F,OH)2 2, ,榍石榍石榍石榍石CaTi(SiOCaTi(SiO4 4)O)O， 十字石十字石十字石十字石FeFe2 2AlAl9 9(SiO(SiO4 4) )4 4OO6 6(O(O，OH)OH)2 2， 绿帘石绿帘石绿帘石绿帘石CaCa2 2FeAlFeAl2 2(Si(Si2 2OO7 7)(SiO)(SiO4 4)O(OH)O(OH)， 红柱石红柱石红柱石红柱石AlAl2 2SiOSiO4 4OO等。等。等。等。 (2) (2) 环状基型环状基型环状基型环状基型 包括由三个、四个或六个硅氧四面体所组成的封闭的环包括由三个、四个或六个硅氧四面体所组成的封闭的环包括由三个、四个或六个硅氧四面体所组成的封闭的环包括由三个、四个或六个硅氧四面体所组成的封闭的环( (分别叫三方、四方和六方环分别叫三方、四方和六方环分别叫三方、四方和六方环分别叫三方、四方和六方环) )。环内每一四面体均以两个角。环内每一四面体均以两个角。环内每一四面体均以两个角。环内每一四面体均以两个角顶分别与相邻的两个四面体连接，而环与环之间则靠其他金顶分别与相邻的两个四面体连接，而环与环之间则靠其他金顶分别与相邻的两个四面体连接，而环与环之间则靠其他金顶分别与相邻的两个四面体连接，而环与环之间则靠其他金属阳离子来连接。属阳离子来连接。属阳离子来连接。属阳离子来连接。 属于此类的宝石矿物有：属于此类的宝石矿物有：属于此类的宝石矿物有：属于此类的宝石矿物有： 蓝锥矿蓝锥矿蓝锥矿蓝锥矿BaTiSiBaTiSi3 3OO9 9，( (三方环三方环三方环三方环) )、 绿柱石绿柱石绿柱石绿柱石BeBe3 3A1A12 2SiSi6 6OO1818。( (六方环六方环六方环六方环) )、 堇青石堇青石堇青石堇青石(Mg(Mg，Fe)Fe)2 2A1A13 3A1SiA1Si5 5OO1818。( (六方环六方环六方环六方环) ) 电气石电气石电气石电气石( (六方环六方环六方环六方环) )等。等。等。等。 (3) (3) 链状基型链状基型链状基型链状基型 指每一指每一指每一指每一SiO4SiO44-4-四面体以两个角顶分别与相邻的两个四面体以两个角顶分别与相邻的两个四面体以两个角顶分别与相邻的两个四面体以两个角顶分别与相邻的两个SiO4SiO44-4-四面体连成一条无限延伸的链，链与链之间通过四面体连成一条无限延伸的链，链与链之间通过四面体连成一条无限延伸的链，链与链之间通过四面体连成一条无限延伸的链，链与链之间通过其他金属阳离子而连接。其他金属阳离子而连接。其他金属阳离子而连接。其他金属阳离子而连接。 属于此类的宝玉石有翡翠、软玉、透辉石和蔷薇辉石属于此类的宝玉石有翡翠、软玉、透辉石和蔷薇辉石属于此类的宝玉石有翡翠、软玉、透辉石和蔷薇辉石属于此类的宝玉石有翡翠、软玉、透辉石和蔷薇辉石等。等。等。等。 软玉软玉软玉软玉CaCa2 2(Mg,Fe)(Mg,Fe)5 5(Si(Si4 4OO1111) )2 2(OH)(OH)2 2 透辉石透辉石透辉石透辉石CaMgSiCaMgSi2 2OO6 6 硬玉硬玉硬玉硬玉 NaAlNaAl Si Si2 2OO6 6 锂辉石锂辉石锂辉石锂辉石 LiAlLiAl Si Si2 2OO6 6（4）层状硅酸盐）层状硅酸盐 硅氧四面体SiO4成层连接，两层硅氧骨干成层连接，两层硅氧骨干层错开联成层错开联成“双层双层”构造。在硅氧骨干中，构造。在硅氧骨干中，阳离子八面体层中以及双层之间的离子都阳离子八面体层中以及双层之间的离子都可以发生其他相似离子的替代。可以发生其他相似离子的替代。（4 4）层状硅酸盐）层状硅酸盐 蛇纹石质玉（岫玉）蛇纹石质玉（岫玉）蛇纹石质玉（岫玉）蛇纹石质玉（岫玉） 蛇纹石：蛇纹石：MgMg6 6(Si(Si4 4OO1010)(OH)(OH)8 8 雕刻石雕刻石雕刻石雕刻石, ,如寿山石、青田石、鸡血石如寿山石、青田石、鸡血石如寿山石、青田石、鸡血石如寿山石、青田石、鸡血石等的矿物成分为地开石、等的矿物成分为地开石、高岭石、伊利石、叶蜡石等层状硅酸盐。高岭石、伊利石、叶蜡石等层状硅酸盐。 地开石、高岭石：地开石、高岭石： AlAl4 4(Si(Si4 4OO1010)(OH)(OH)8 8 叶蜡石叶蜡石:Al:Al2 2(Si(Si4 4OO1010)(OH)(OH)2 2 葡萄石葡萄石葡萄石葡萄石： CaCa2 2AlAl (AlSi(AlSi3 3OO1010)(OH)(OH)2 2 (5) (5) 架状基型架状基型 每个硅氧四面体均以其全部的四个角顶与相邻的每个硅氧四面体均以其全部的四个角顶与相邻的四面体连接，组成在三维空间中无限扩展的骨架。四面体连接，组成在三维空间中无限扩展的骨架。 属于此类的宝石有：属于此类的宝石有： 月光石、日光石、拉长石、天河石和方柱石等。月光石、日光石、拉长石、天河石和方柱石等。 长石系列：长石系列：KAlSiKAlSi3 3OO8 8NaAlSiNaAlSi3 3OO8 8CaAlCaAl2 2SiSi2 2OO8 8硅酸盐硅氧骨干硅酸盐硅氧骨干与宝石矿物物理性质的关系与宝石矿物物理性质的关系硅氧硅氧硅氧硅氧骨干骨干骨干骨干岛状岛状岛状岛状环状环状环状环状链状链状链状链状层状层状层状层状架状架状架状架状结构结构结构结构特点特点特点特点化学键力较化学键力较化学键力较化学键力较强强强强结构紧密结构紧密结构紧密结构紧密化学键力化学键力化学键力化学键力较强较强较强较强较不紧密较不紧密较不紧密较不紧密化学键化学键化学键化学键力较强力较强力较强力较强较紧密较紧密较紧密较紧密层内较强，层内较强，层内较强，层内较强，层间较弱层间较弱层间较弱层间较弱较不紧密较不紧密较不紧密较不紧密化学键化学键化学键化学键力较强力较强力较强力较强不紧密不紧密不紧密不紧密硬度硬度硬度硬度较大较大较大较大较大较大较大较大中等中等中等中等较小较小较小较小中等中等中等中等密度密度密度密度较大较大较大较大中等中等中等中等- -较小较小较小较小中等中等中等中等较小较小较小较小 较小较小较小较小折射折射折射折射率率率率光泽光泽光泽光泽较大较大较大较大较强较强较强较强中等中等中等中等- -较小较小较小较小中等中等中等中等- -较较较较弱弱弱弱中等中等中等中等- -较大较大较大较大中等中等中等中等- -较强较强较强较强较小较小较小较小较弱较弱较弱较弱较小较小较小较小较弱较弱较弱较弱2硼酸盐类 BOBO3 3 3-3-、 BOBO4 4 5-5-两种络阴离子是硼酸盐的基两种络阴离子是硼酸盐的基本构造单位，在晶体结构中他们可以独立出现，本构造单位，在晶体结构中他们可以独立出现，形成岛状结构；也可以通过共角顶联结成复杂的形成岛状结构；也可以通过共角顶联结成复杂的络阴离子，形成环状、链状、层状、架状结构的络阴离子，形成环状、链状、层状、架状结构的硼酸盐。硼酸盐。 硼铝镁石：硼铝镁石：MgAlBOMgAlBO4 4 （岛状结构）岛状结构）3磷酸盐类 该盐类含有磷酸根该盐类含有磷酸根PO4PO43-3-。由于由于PO4PO43-3-半径较大，半径较大，因而要求半径较大的阳离子因而要求半径较大的阳离子( (如如CaCa2+2+、PbPb2+2+等等) )与与之结合才能形成稳定的磷酸盐。此类矿物成分复杂，之结合才能形成稳定的磷酸盐。此类矿物成分复杂，往往带有附加阴离子。往往带有附加阴离子。 属于此类的宝石矿物有：属于此类的宝石矿物有： 磷灰石磷灰石CaCa5 5(P04)(P04)3 3(F(F、ClCl、OH)OH) 绿松石绿松石CuAlCuAl6 6(PO(PO4 4) )4 4(OH)(OH)8 84H4H2 20 0等。等。3 3碳酸盐类碳酸盐类 孔雀石孔雀石CuCOCuCO3 3(OH)(OH)2 2、 方解石、冰洲石方解石、冰洲石CaCOCaCO3 3、 白云石白云石CaMg(COCaMg(CO3 3) )2 2 菱锰矿菱锰矿MnCOMnCO3 3等等 硬度较低，溶于冷的或热的盐酸。硬度较低，溶于冷的或热的盐酸。 ( (二二二二) )氧化物类氧化物类氧化物类氧化物类 氧化物是一系列金属和非金属元素与氧阴离子氧化物是一系列金属和非金属元素与氧阴离子OO2-2-化合化合( (以离子键为主以离子键为主) )而成的化合物，其中包括含而成的化合物，其中包括含水氧化物。这些金属和非金属元素主要有水氧化物。这些金属和非金属元素主要有SiSi、AlAl、FeFe、MnMn、TiTi和和CrCr等。阴离子等。阴离子OO2-2-一般按立方或六方一般按立方或六方最紧密堆积，而阳离子则充填于其四面体或八面体最紧密堆积，而阳离子则充填于其四面体或八面体空隙中。空隙中。 属于简单氧化物的宝石有刚玉矿物属于简单氧化物的宝石有刚玉矿物(Al(Al2 2OO3 3的红的红宝石、蓝宝石宝石、蓝宝石) )，石英矿物，石英矿物(SiO(SiO2 2和和SiOSiO2 2nHnH2 20)0)的紫的紫晶、黄晶、水晶、烟晶、芙蓉石、玉髓、欧泊和蛋晶、黄晶、水晶、烟晶、芙蓉石、玉髓、欧泊和蛋白石以及金红石白石以及金红石(TiO(TiO2 2) )等。属于复杂氧化物的宝石等。属于复杂氧化物的宝石矿物有尖晶石矿物有尖晶石(Mg(Mg，Fe)AlFe)Al2 2OO4 4和金绿宝石和金绿宝石BeAlBeAl2 2OO4 4等。等。(三三)自然元素类自然元素类 有些金属、半金属和非金属元素可呈单有些金属、半金属和非金属元素可呈单质形式独立出现。属于此类的宝石矿物有钻石质形式独立出现。属于此类的宝石矿物有钻石( (成分为成分为C)C)等。等。(四四)氟化物类氟化物类 萤石萤石CaFCaF2 2(五五)硫化物类硫化物类n n硫化物（硫化物（sulfidessulfides）是包括一系列金属、半金属）是包括一系列金属、半金属元素与元素与S S结合而成的矿物。结合而成的矿物。n n依据成分中硫离子价态的不同和络阴离子的存在依据成分中硫离子价态的不同和络阴离子的存在与否，硫化物矿物相应分为三类：与否，硫化物矿物相应分为三类： 单硫化物：硫单硫化物：硫以以S S2-2-形式与阳离子结合而成，绝大多数为黑色；形式与阳离子结合而成，绝大多数为黑色； 双硫化物，硫以哑铃状对阴离子双硫化物，硫以哑铃状对阴离子S2S22-2-形式与阳形式与阳离子结合而成离子结合而成 ；n n硫盐矿物，硫与半金属元素硫盐矿物，硫与半金属元素砷砷、锑或铋组成锥状、锑或铋组成锥状络阴离子络阴离子AsS3AsS33-3-、BiS3BiS33-3-，以及由这些锥状络，以及由这些锥状络阴离子相互联接组成复杂形式的络阴离子与阳离阴离子相互联接组成复杂形式的络阴离子与阳离子结合而成。子结合而成。 (五五)硫化物类硫化物类 闪锌矿闪锌矿ZnSZnS、黄铁矿黄铁矿FeSFeS2 2、辰砂辰砂HgSHgS等等二、宝石矿物的化学组成二、宝石矿物的化学组成具有一定范围的可变性具有一定范围的可变性 许多宝石矿物的化学组成并不是固定不变的，许多宝石矿物的化学组成并不是固定不变的，而是有一定的变化幅度。而是有一定的变化幅度。 引起矿物化学成分变化的原因主要类质同象引起矿物化学成分变化的原因主要类质同象替代和一些微细组分的机械混入作用替代和一些微细组分的机械混入作用( (以显微包裹以显微包裹体形式存在体形式存在) )。 对宝石矿物而言，杂质组分的介入是极其重对宝石矿物而言，杂质组分的介入是极其重要的，它使宝石矿物呈现各种漂亮迷人的颜色要的，它使宝石矿物呈现各种漂亮迷人的颜色( (如如祖母绿因含有微量杂质祖母绿因含有微量杂质CrCr和和V V而呈现美丽的翠绿而呈现美丽的翠绿色色) )，也使部分宝石矿物具有特殊的光学效应，也使部分宝石矿物具有特殊的光学效应( (如如星光效应和猫眼效应等星光效应和猫眼效应等) )。 第二节第二节 类质同象对宝石化学成分的影响类质同象对宝石化学成分的影响 类质同象：是指在晶体结构中部分质点为其他性类质同象：是指在晶体结构中部分质点为其他性质类似的质点所替代，仅使晶格常数发生不大的质类似的质点所替代，仅使晶格常数发生不大的变化而晶体结构保持不变的现象。变化而晶体结构保持不变的现象。 分类：分类： 完全类质同象、不完全类质同象完全类质同象、不完全类质同象 等价类质同象等价类质同象、异价类质同象异价类质同象 n n完全类质同象完全类质同象在类质同象混晶中，若在类质同象混晶中，若A A、B B两两种质点可以任意比例相互取代，则称为完全内质种质点可以任意比例相互取代，则称为完全内质同象。同象。n n不完全类质同象不完全类质同象在类质同象混晶中，若在类质同象混晶中，若A A、B B两种质点相互代替的数量局限在一个范围内，则两种质点相互代替的数量局限在一个范围内，则称为不完全类质同象。称为不完全类质同象。n n等价类质同象等价类质同象指相互替代的两种质点电价相指相互替代的两种质点电价相同。同。n n不等价类质同象不等价类质同象指相互替代的两种质点电价指相互替代的两种质点电价不相同，如硅酸盐中的不相同，如硅酸盐中的SiSi4+4+被被AlAl3+3+代替代替。二、类质同象的条件二、类质同象的条件1 1质点大小相近质点大小相近 相互替代的离子半径相差越小，则彼此间替换能力相互替代的离子半径相差越小，则彼此间替换能力越强，替换量越大，反之则越弱、越小。越强，替换量越大，反之则越弱、越小。2. 2. 离子类型相近离子类型相近 惰性气体型离子，铜型离子，过渡性离子惰性气体型离子，铜型离子，过渡性离子3 3电价的总和平衡电价的总和平衡4 4热力学条件热力学条件 温度、压力、化学组分温度、压力、化学组分三、类质同象对宝石矿物物理性质的影响三、类质同象对宝石矿物物理性质的影响( (一一一一) )对宝石矿物颜色的影响对宝石矿物颜色的影响对宝石矿物颜色的影响对宝石矿物颜色的影响 类质同象对于宝石矿物具有非常重要的意义，类质同象对于宝石矿物具有非常重要的意义，因为大部分宝石矿物是由于少量类质同象混入因为大部分宝石矿物是由于少量类质同象混入物呈现各种美丽诱人的颜色。物呈现各种美丽诱人的颜色。 1 1刚玉刚玉 纯的刚玉矿物是无色的，其化学成分为纯的刚玉矿物是无色的，其化学成分为A1A12 2OO3 3，当其中当其中A1A13+3+被微量杂质被微量杂质CrCr3+3+替代替代( (即即CrCr3+3+A1A13+3+) )时则呈现玫瑰红一红色色调，称红时则呈现玫瑰红一红色色调，称红宝石；宝石； 当其中当其中A1A13+3+被微量杂质被微量杂质TiTi4+4+和和FeFe2+2+等替代等替代( (即即TiTi4+4+Fe+Fe2+2+2Al2Al3+3+) )时则呈现漂亮的蓝色，称蓝时则呈现漂亮的蓝色，称蓝宝石。宝石。FeFe2+2+和和TiTi4+4+含量越高则蓝宝石的蓝色越深，含量越高则蓝宝石的蓝色越深，反之越浅。我国山东蓝宝石的深蓝色就是由于其反之越浅。我国山东蓝宝石的深蓝色就是由于其中含有过多的中含有过多的FeFe所致。所致。2 2绿柱石绿柱石 绿柱石的化学成分为绿柱石的化学成分为BeBe3 3A1A12 2SiSi6 6OO1818，纯净的纯净的绿柱石是无色的，当绿柱石的绿柱石是无色的，当绿柱石的BeBe、AlAl被不同杂质被不同杂质替代时，可以呈现不同的颜色，如绿色、黄绿色、替代时，可以呈现不同的颜色，如绿色、黄绿色、蓝色、黄色和粉红色等。蓝色、黄色和粉红色等。 当绿柱石中含有当绿柱石中含有CrCr、V V等杂质时，就呈现美丽等杂质时，就呈现美丽的翠绿色，这就是祖母绿；当含有的翠绿色，这就是祖母绿；当含有FeFe和和ScSc等杂质等杂质时，呈现漂亮的蓝色，这就是海蓝宝石；当含有时，呈现漂亮的蓝色，这就是海蓝宝石；当含有CsCs、MnMn等杂质时则呈现粉红色等杂质时则呈现粉红色红色；当含有红色；当含有FeFe或或U U时则呈现黄色色调或黄绿色色调。时则呈现黄色色调或黄绿色色调。 3电气石 电气石的化学成分为电气石的化学成分为 (Na(Na，Ca)RCa)R3 3A1A16 6SiSi6 6OO1818(BO(BO3 3) )3 3(O,OH,F)(O,OH,F)4 4 式中式中R R主要为主要为MgMg、FeFe、CrCr、LiLi、A1A1、MnMn等，这等，这些元素之间复杂的类质同象替代，导致了电气石的些元素之间复杂的类质同象替代，导致了电气石的化学成分十分复杂，也导致了电气石具有各种各样化学成分十分复杂，也导致了电气石具有各种各样的颜色。的颜色。 在电气石化学组成中在电气石化学组成中，MgMg2+2+FeFe2+2+之间和之间和FeFe2+2+LiLi+、AlAl3+3+之间呈完全类质同象，其中之间呈完全类质同象，其中3Fe3Fe2+2+2Al2Al3+3+Li+Li+替代的负电荷不足，由附加阴替代的负电荷不足，由附加阴离子中离子中OHOH- -被被OO2-2-替代来补偿；替代来补偿；MgMg和和LiLi之间的替代，之间的替代，以及以及MgMg、FeFe和和CrCr、MnMn之间的替代都是不完全的。之间的替代都是不完全的。 当电气石化学组成中当电气石化学组成中R R位以位以FeFe为主时则电气石为主时则电气石呈深蓝色甚至黑色；当呈深蓝色甚至黑色；当R R位以位以MgMg2+2+为主时则电气为主时则电气石呈黄色石呈黄色褐色；当电气石富含褐色；当电气石富含LiLi和和MnMn时则呈时则呈玫瑰色或浅蓝色；当电气石富含玫瑰色或浅蓝色；当电气石富含CrCr时则呈深绿色。时则呈深绿色。 4翡翠 翡翠主要由硬玉矿物组成，硬玉的化学组成为翡翠主要由硬玉矿物组成，硬玉的化学组成为NaAlSiNaAlSi2 20 06 6，纯的硬玉岩是白色的，但当硬玉化纯的硬玉岩是白色的，但当硬玉化学组成中的学组成中的AlAl被不同杂质替代时，则显示不同的被不同杂质替代时，则显示不同的颜色。颜色。 (1)(1)当硬玉化学组成中的当硬玉化学组成中的A1A1被被CrCr、V V替代时，则翡替代时，则翡翠呈诱人的绿色，绿色的深浅与替代程度有关。翠呈诱人的绿色，绿色的深浅与替代程度有关。当当CrCr的质量分数在的质量分数在1 12 2之间时，翡翠的颜色之间时，翡翠的颜色最美丽，呈浓艳的绿色，且为半透明；但当最美丽，呈浓艳的绿色，且为半透明；但当CrCr含含量很高时，翡翠则呈不透明的黑绿色，即干青种。量很高时，翡翠则呈不透明的黑绿色，即干青种。 (2)(2)当硬玉化学组成中的当硬玉化学组成中的AlAl被被FeFe3+3+替代时，则翡替代时，则翡翠呈发暗的绿色翠呈发暗的绿色( (不像含不像含CrCr翡翠那么鲜艳、明快，翡翠那么鲜艳、明快，而是呆板，缺乏灵气而是呆板，缺乏灵气) )。若。若FeFe3+3+只是少量替代只是少量替代AlAl3+3+，翡翠呈浅绿色；若翡翠呈浅绿色；若FeFe3+3+大量替代大量替代AlAl3+3+，则则翡翠呈暗绿色，甚至墨绿色。颜色发阴。油青翡翠呈暗绿色，甚至墨绿色。颜色发阴。油青种。种。 (3)(3)当硬玉化学组成中的当硬玉化学组成中的AlAl同时被同时被FeFe3+3+和和CrCr3+3+替代替代时，翡翠的颜色则视时，翡翠的颜色则视FeFe3+3+和和CrCr3+3+相对比例而定。相对比例而定。CrCr3+3+较多则绿色鲜艳一些；较多则绿色鲜艳一些；FeFe3+3+较多时则绿色偏较多时则绿色偏暗一些。暗一些。 (4)(4)当硬玉化学组成中的当硬玉化学组成中的AlAl同时被同时被FeFe2+2+和和FeFe3+3+替代替代时，则翡翠呈紫色。也有人认为紫色是由时，则翡翠呈紫色。也有人认为紫色是由MnMn取代取代AlAl引起。（未决问题）引起。（未决问题）(二二)对宝石矿物折射率、对宝石矿物折射率、相对密度和硬度的影响相对密度和硬度的影响n n类质同象不但使宝石矿物的化学成分发生一定程度的改变，而且也在定程度上影响它的折射率和相对密度等物理性质。 1电气石(碧玺) 电气石的颜色基本上受类质同象的种类和程度的控制，实际上电气石的相对密度和折射率也与类质同象有密切联系。镁电气石NaMg3Al6Si6Ol8(BO3)3(O,OH,F)4中的Mg2+和 锂电气石Na(Li,A1)3Al6Si6Ol8(BO3)3(O,OH,F)4中的Li、Al都有可能被Mn2+和Fe2+替代。 研究表明，随着电气石成分中Mn、Fe的增加，电气石的相对密度(303325)，折射率(no=1.6351.675，ne1.6101.650)和双折射率(0.0160.033)都随之增大。2绿柱石 在绿柱石Be3A12Si6O18组成中，当Be被Li替代(即Li+一Be2+)时，所亏损的电荷主要由半径较大的Cs+进入绿柱石的结构通道来平衡。 含Cs越高，则绿柱石的相对密度(2.62.9)，折射率(no1.5661.602，ne1.5621.594)和双折射率(0.0040.009)也越高，Cs(Cs2O)的质量分数最高可达4.13。3橄榄石 在橄榄石在橄榄石(Mg(Mg，Fe)Fe)2 2SiOSiO4 4组成中，组成中，FeFe和和MgMg可以呈可以呈完全类质同象完全类质同象(Mg(Mg2+2+FeFe2+2+) )，随着其中随着其中FeFe含量增含量增加，不但橄榄石的颜色加深，而且它的相对密度加，不但橄榄石的颜色加深，而且它的相对密度(3.32(3.323.37)3.37)和折射率和折射率(1.65(1.65一一1.69)1.69)也逐渐增大，也逐渐增大，摩氏硬度摩氏硬度(HM(HM6.56.5一一7)7)也略有增加。也略有增加。4黄玉 在黄玉在黄玉A1A12 2SiOSiO4 4(F,OH)(F,OH)2 2的化学组成中，的化学组成中，F F作为附加阴离子有时可被作为附加阴离子有时可被OHOH所替代，替代所替代，替代最高时可达最高时可达F F含量的含量的1 13(3(与黄玉形成时的温与黄玉形成时的温度有关度有关) )。研究表明，随着。研究表明，随着OHOH对对F F替代程替代程度的增加，黄玉的相对密度逐渐减小，折射度的增加，黄玉的相对密度逐渐减小，折射率逐渐增大。率逐渐增大。 第三节第三节 宝石矿物中的水宝石矿物中的水 许多宝石矿物含有水，根据矿物中水的存在许多宝石矿物含有水，根据矿物中水的存在形式以及它们在晶体结构中的作用，可以把水分形式以及它们在晶体结构中的作用，可以把水分成以下几大类：成以下几大类： 吸附水：欧泊吸附水：欧泊SiOSiO2 2nHnH2 2O O 结晶水：绿松石结晶水：绿松石CuAlCuAl6 6(P0(P04 4) )4 4(OH)(OH)8 84H4H2 20 0 结构水：黄玉结构水：黄玉A1A12 2SiOSiO4 4(OH(OH、F)F)2 2 层间水层间水: :雕刻石中有的含多水高岭石等。雕刻石中有的含多水高岭石等。 AlAl4 4SiSi4 4OO1010(OH)(OH)8 8 4H4H2 2O O (一一)吸附水吸附水 吸附水不参加晶格，渗入在矿物集合体中，吸附水不参加晶格，渗入在矿物集合体中，为矿物颗粒或裂隙表面机械吸附的中性水分子为矿物颗粒或裂隙表面机械吸附的中性水分子(H(H2 20)0)。吸附水不属于矿物的化学成分，不写入吸附水不属于矿物的化学成分，不写入化学式。它们在矿物中的含量不定，随温度和湿化学式。它们在矿物中的含量不定，随温度和湿度而不同。常压下温度达到度而不同。常压下温度达到l00l00110110时，吸附时，吸附水就基本上从矿物中逸出而不破坏晶格。吸附水水就基本上从矿物中逸出而不破坏晶格。吸附水可以呈气态、液态或固态。可以呈气态、液态或固态。 有些隐晶质或非晶质有些隐晶质或非晶质( (相当于水胶凝体相当于水胶凝体) )物质物质含有一种特殊类型的吸附水，它被微弱的联结力含有一种特殊类型的吸附水，它被微弱的联结力固着在微粒的表面，通常计入矿物的化学组成，固着在微粒的表面，通常计入矿物的化学组成，但其含量变化很大。例如蛋白石，其分子式为但其含量变化很大。例如蛋白石，其分子式为SiOSiO2 2nHnH2 2O(nO(n为为H H2 2OO分子数，不固定分子数，不固定) )。 (二二)结晶水结晶水 结晶水以中性水分子结晶水以中性水分子(H(H2 20)0)存在于矿物中，在存在于矿物中，在晶格中具有固定的位置，起着构造单位的作用，是晶格中具有固定的位置，起着构造单位的作用，是矿物化学组成的一部分。水分子的数量与矿物其他矿物化学组成的一部分。水分子的数量与矿物其他成分之间有固定的比例。结晶水从矿物中逸出的温成分之间有固定的比例。结晶水从矿物中逸出的温度一般不超过度一般不超过600600，通常为，通常为100200100200。当结。当结晶水失去时，晶体的结构将被破坏并形成新的结构。晶水失去时，晶体的结构将被破坏并形成新的结构。 比如绿松石就是一种含水的磷酸盐，分子式为比如绿松石就是一种含水的磷酸盐，分子式为CuAlCuAl6 6(P0(P04 4) )4 4(OH)(OH)8 84H4H2 20 0，其中其中H H2 2OO含量可达含量可达19194747。 (三三)结构水结构水 结构水结构水( (也称化合水也称化合水) )是以是以OHOH- -、H H+、H H3 3OO+等等离子形式参加矿物晶格的离子形式参加矿物晶格的“ “水水” ”，其中，其中OHOH- -形式形式最为常见。结构水在晶格中占有固定的位置，在最为常见。结构水在晶格中占有固定的位置，在组成上具有确定的比例。由于与其他质点有较强组成上具有确定的比例。由于与其他质点有较强的键力联系，结构水需要较高的温度的键力联系，结构水需要较高的温度( (通常在通常在60010006001000之间之间) )才能逸出。当其逸出后，晶才能逸出。当其逸出后，晶体结构完全破坏。体结构完全破坏。 许多宝石矿物都含有这种结构水，例如：许多宝石矿物都含有这种结构水，例如： 碧玺碧玺NaMgNaMg3 3A1A16 6(Si(Si6 6OOl8l8)(BO)(BO3 3) )3 3(OH)(OH)4 4 十字石十字石 FeFe2 2AlAl9 9(SiO(SiO4 4) )4 4OO6 6(O(O、OH)OH)2 2 黄玉黄玉A1A12 2SiOSiO4 4(OH(OH、F)F)2 2 磷灰石磷灰石CaCa5 5(PO(PO4 4) )3 3(F,Cl,OH)(F,Cl,OH)等。等。(四四)层间水层间水n n以中性水分子形式存在于某些层状结构以中性水分子形式存在于某些层状结构硅酸盐矿硅酸盐矿物物晶格晶格的结构层之间的水。的结构层之间的水。n n层间水在层间水在矿物矿物中的含量不定，随外界条件而变。中的含量不定，随外界条件而变。当温度升高时，水分即逐渐逸出，至当温度升高时，水分即逐渐逸出，至110110时便时便大部逸出。在失水过程中并不导致晶格的破坏，大部逸出。在失水过程中并不导致晶格的破坏，仅相邻仅相邻结构层结构层之间的距离减小，同时之间的距离减小，同时折射率折射率、密密度度则增大；而在适当的外界条件下，又吸水膨胀，则增大；而在适当的外界条件下，又吸水膨胀，并相应地改变其物理性质。并相应地改变其物理性质。 n n层间水的性质是介于层间水的性质是介于结晶水结晶水与与吸附水吸附水之间的一种之间的一种过渡类型。过渡类型。