寶石礦物的化學(xué)成分課件

第四章寶石礦物的化學(xué)成分.第四章.1第一節(jié)寶石礦物的化學(xué)成分特點(diǎn)

一、寶石礦物多屬于含氧鹽類硅酸鹽、氧化物類和自然元素類，一些次要的寶石可以是硼酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、鹵化物、硫化物等.第一節(jié)寶石礦物的化學(xué)成分特點(diǎn).2(一)含氧鹽類大部分寶石礦物屬于含氧鹽類，其中又以硅酸鹽類礦物居多。據(jù)統(tǒng)計，寶石礦物中硅酸鹽類礦物約占一半。還有少量寶石礦物屬磷酸鹽類等。

.(一)含氧鹽類.3

1．硅酸鹽類

在硅酸鹽類礦物的晶體結(jié)構(gòu)中，硅氧配位四面體SiO44-是它們的基本構(gòu)造單元。硅氧四面體在結(jié)構(gòu)中可以孤立地存在，也可以以其角頂相互連接而形成多種復(fù)雜的絡(luò)陰離子(基型)。.1．硅酸鹽類.4

(1)島狀基型表現(xiàn)為單個硅氧四面體SiO44-或是每兩個四面體以一個公共角頂相連組成雙四面體Si2076-在結(jié)構(gòu)中獨(dú)立存在，它們彼此之間靠其他金屬陽離子(如Zr4+、Fe2+、Mg2+、Ca2+等)來連接，自身并不相連，因而呈獨(dú)立的島狀。屬于此類的寶石礦物有：鋯石ZrSiO4，橄欖石(Mg，F(xiàn)e)2SiO4，石榴石A3B2(SiO4)3(A為Fe2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+等二價陽離子，B為Al3+、Fe3+、Cr3+等三價陽離子)，黃玉A12Si04(F,OH)2,榍石CaTi(SiO4)O，十字石Fe2Al9(SiO4)4O6(O，OH)2，，綠簾石Ca2FeAl2(Si2O7)(SiO4)O(OH)，紅柱石Al2SiO4O等。.(1)島狀基型.5

(2)環(huán)狀基型

包括由三個、四個或六個硅氧四面體所組成的封閉的環(huán)(分別叫三方、四方和六方環(huán))。環(huán)內(nèi)每一四面體均以兩個角頂分別與相鄰的兩個四面體連接，而環(huán)與環(huán)之間則靠其他金屬陽離子來連接。屬于此類的寶石礦物有：藍(lán)錐礦BaTiSi3O9，(三方環(huán))、綠柱石Be3A12Si6O18。(六方環(huán))、堇青石(Mg，F(xiàn)e)2A13A1Si5O18。(六方環(huán))電氣石(六方環(huán))等。

.(2)環(huán)狀基型.6(3)鏈狀基型

指每一SiO44-四面體以兩個角頂分別與相鄰的兩個SiO44-四面體連成一條無限延伸的鏈，鏈與鏈之間通過其他金屬陽離子而連接。屬于此類的寶玉石有翡翠、軟玉、透輝石和薔薇輝石等。軟玉Ca2(Mg,Fe)5(Si4O11)2(OH)2透輝石CaMgSi2O6

硬玉NaAlSi2O6

鋰輝石LiAlSi2O6.(3)鏈狀基型.7（4）層狀硅酸鹽硅氧四面體SiO4成層連接，兩層硅氧骨干層錯開聯(lián)成“雙層”構(gòu)造。在硅氧骨干中，陽離子八面體層中以及雙層之間的離子都可以發(fā)生其他相似離子的替代。.（4）層狀硅酸鹽.8（4）層狀硅酸鹽

蛇紋石質(zhì)玉（岫玉）

蛇紋石：Mg6(Si4O10)(OH)8

雕刻石,如壽山石、青田石、雞血石等的礦物成分為地開石、高嶺石、伊利石、葉蠟石等層狀硅酸鹽。地開石、高嶺石：Al4(Si4O10)(OH)8葉蠟石:Al2(Si4O10)(OH)2

葡萄石：Ca2Al

(AlSi3O10)(OH)2

.（4）層狀硅酸鹽.9(5)架狀基型

每個硅氧四面體均以其全部的四個角頂與相鄰的四面體連接，組成在三維空間中無限擴(kuò)展的骨架。屬于此類的寶石有：月光石、日光石、拉長石、天河石和方柱石等。長石系列：KAlSi3O8—NaAlSi3O8—CaAl2Si2O8.(5)架狀基型.10硅酸鹽硅氧骨干

與寶石礦物物理性質(zhì)的關(guān)系硅氧骨干島狀環(huán)狀鏈狀層狀架狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)化學(xué)鍵力較強(qiáng)結(jié)構(gòu)緊密化學(xué)鍵力較強(qiáng)較不緊密化學(xué)鍵力較強(qiáng)較緊密層內(nèi)較強(qiáng)，層間較弱較不緊密化學(xué)鍵力較強(qiáng)不緊密硬度較大較大中等較小中等密度較大中等-較小中等較小較小折射率光澤較大較強(qiáng)中等-較小中等-較弱中等-較大中等-較強(qiáng)較小較弱較小較弱.硅酸鹽硅氧骨干

與寶石礦物物理性質(zhì)的關(guān)系硅氧骨干島狀環(huán)狀鏈狀112．硼酸鹽類

[BO3]3-、[BO4]5-兩種絡(luò)陰離子是硼酸鹽的基本構(gòu)造單位，在晶體結(jié)構(gòu)中他們可以獨(dú)立出現(xiàn)，形成島狀結(jié)構(gòu)；也可以通過共角頂聯(lián)結(jié)成復(fù)雜的絡(luò)陰離子，形成環(huán)狀、鏈狀、層狀、架狀結(jié)構(gòu)的硼酸鹽。硼鋁鎂石：MgAlBO4（島狀結(jié)構(gòu)）.2．硼酸鹽類.123．磷酸鹽類

該鹽類含有磷酸根PO43-。由于PO43-半徑較大，因而要求半徑較大的陽離子(如Ca2+、Pb2+等)與之結(jié)合才能形成穩(wěn)定的磷酸鹽。此類礦物成分復(fù)雜，往往帶有附加陰離子。屬于此類的寶石礦物有：磷灰石Ca5(P04)3(F、Cl、OH)綠松石CuAl6(PO4)4(OH)8·4H20等。.3．磷酸鹽類.133．碳酸鹽類

孔雀石CuCO3(OH)2、方解石、冰洲石CaCO3、白云石CaMg(CO3)2

菱錳礦MnCO3等硬度較低，溶于冷的或熱的鹽酸。.3．碳酸鹽類.14

(二)氧化物類氧化物是一系列金屬和非金屬元素與氧陰離子O2-化合(以離子鍵為主)而成的化合物，其中包括含水氧化物。這些金屬和非金屬元素主要有Si、Al、Fe、Mn、Ti和Cr等。陰離子O2-一般按立方或六方最緊密堆積，而陽離子則充填于其四面體或八面體空隙中。屬于簡單氧化物的寶石有剛玉礦物(Al2O3的紅寶石、藍(lán)寶石)，石英礦物(SiO2和SiO2·nH20)的紫晶、黃晶、水晶、煙晶、芙蓉石、玉髓、歐泊和蛋白石以及金紅石(TiO2)等。屬于復(fù)雜氧化物的寶石礦物有尖晶石(Mg，F(xiàn)e)Al2O4和金綠寶石BeAl2O4等。.(二)氧化物類.15..16(三)自然元素類

有些金屬、半金屬和非金屬元素可呈單質(zhì)形式獨(dú)立出現(xiàn)。屬于此類的寶石礦物有鉆石(成分為C)等。(四)氟化物類螢石CaF2.(三)自然元素類.17(五)硫化物類硫化物（sulfides）是包括一系列金屬、半金屬元素與S結(jié)合而成的礦物。依據(jù)成分中硫離子價態(tài)的不同和絡(luò)陰離子的存在與否，硫化物礦物相應(yīng)分為三類：單硫化物：硫以S2-形式與陽離子結(jié)合而成，絕大多數(shù)為黑色；雙硫化物，硫以啞鈴狀對陰離子[S2]2-形式與陽離子結(jié)合而成；硫鹽礦物，硫與半金屬元素砷、銻或鉍組成錐狀絡(luò)陰離子[AsS3]3-、[BiS3]3-，以及由這些錐狀絡(luò)陰離子相互聯(lián)接組成復(fù)雜形式的絡(luò)陰離子與陽離子結(jié)合而成。

.(五)硫化物類.18(五)硫化物類

閃鋅礦ZnS、黃鐵礦FeS2、辰砂HgS等.(五)硫化物類.19二、寶石礦物的化學(xué)組成

具有一定范圍的可變性

許多寶石礦物的化學(xué)組成并不是固定不變的，而是有一定的變化幅度。引起礦物化學(xué)成分變化的原因主要類質(zhì)同象替代和一些微細(xì)組分的機(jī)械混入作用(以顯微包裹體形式存在)。.二、寶石礦物的化學(xué)組成

具有一定范圍的可變性20

對寶石礦物而言，雜質(zhì)組分的介入是極其重要的，它使寶石礦物呈現(xiàn)各種漂亮迷人的顏色(如祖母綠因含有微量雜質(zhì)Cr和V而呈現(xiàn)美麗的翠綠色)，也使部分寶石礦物具有特殊的光學(xué)效應(yīng)(如星光效應(yīng)和貓眼效應(yīng)等)。.對寶石礦物而言，雜質(zhì)組分的介入是極其重要的，21第二節(jié)類質(zhì)同象對寶石化學(xué)成分的影響

類質(zhì)同象：是指在晶體結(jié)構(gòu)中部分質(zhì)點(diǎn)為其他性質(zhì)類似的質(zhì)點(diǎn)所替代，僅使晶格常數(shù)發(fā)生不大的變化而晶體結(jié)構(gòu)保持不變的現(xiàn)象。分類：完全類質(zhì)同象、不完全類質(zhì)同象

等價類質(zhì)同象、異價類質(zhì)同象.第二節(jié)類質(zhì)同象對寶石化學(xué)成分的影響類質(zhì)同象：是指在22完全類質(zhì)同象——在類質(zhì)同象混晶中，若A、B兩種質(zhì)點(diǎn)可以任意比例相互取代，則稱為完全內(nèi)質(zhì)同象。不完全類質(zhì)同象——在類質(zhì)同象混晶中，若A、B兩種質(zhì)點(diǎn)相互代替的數(shù)量局限在一個范圍內(nèi)，則稱為不完全類質(zhì)同象。等價類質(zhì)同象——指相互替代的兩種質(zhì)點(diǎn)電價相同。不等價類質(zhì)同象——指相互替代的兩種質(zhì)點(diǎn)電價不相同，如硅酸鹽中的Si4+被Al3+代替。.完全類質(zhì)同象——在類質(zhì)同象混晶中，若A、B兩種質(zhì)點(diǎn)可以任意比23二、類質(zhì)同象的條件1．質(zhì)點(diǎn)大小相近

相互替代的離子半徑相差越小，則彼此間替換能力越強(qiáng)，替換量越大，反之則越弱、越小。2.離子類型相近惰性氣體型離子，銅型離子，過渡性離子3．電價的總和平衡4．熱力學(xué)條件溫度、壓力、化學(xué)組分.二、類質(zhì)同象的條件.24三、類質(zhì)同象對寶石礦物物理性質(zhì)的影響(一)對寶石礦物顏色的影響

類質(zhì)同象對于寶石礦物具有非常重要的意義，因為大部分寶石礦物是由于少量類質(zhì)同象混入物呈現(xiàn)各種美麗誘人的顏色。.三、類質(zhì)同象對寶石礦物物理性質(zhì)的影響(一)對寶石礦物顏色的影251．剛玉純的剛玉礦物是無色的，其化學(xué)成分為A12O3，當(dāng)其中A13+被微量雜質(zhì)Cr3+替代(即Cr3+→A13+)時則呈現(xiàn)玫瑰紅一紅色色調(diào)，稱紅寶石；當(dāng)其中A13+被微量雜質(zhì)Ti4+和Fe2+等替代(即Ti4++Fe2+——2Al3+)時則呈現(xiàn)漂亮的藍(lán)色，稱藍(lán)寶石。Fe2+和Ti4+含量越高則藍(lán)寶石的藍(lán)色越深，反之越淺。我國山東藍(lán)寶石的深藍(lán)色就是由于其中含有過多的Fe所致。.1．剛玉.262．綠柱石綠柱石的化學(xué)成分為Be3A12Si6O18，純凈的綠柱石是無色的，當(dāng)綠柱石的Be、Al被不同雜質(zhì)替代時，可以呈現(xiàn)不同的顏色，如綠色、黃綠色、藍(lán)色、黃色和粉紅色等。當(dāng)綠柱石中含有Cr、V等雜質(zhì)時，就呈現(xiàn)美麗的翠綠色，這就是祖母綠；當(dāng)含有Fe和Sc等雜質(zhì)時，呈現(xiàn)漂亮的藍(lán)色，這就是海藍(lán)寶石；當(dāng)含有Cs、Mn等雜質(zhì)時則呈現(xiàn)粉紅色—紅色；當(dāng)含有Fe或U時則呈現(xiàn)黃色色調(diào)或黃綠色色調(diào)。.2．綠柱石.273．電氣石

電氣石的化學(xué)成分為(Na，Ca)R3A16Si6O18(BO3)3(O,OH,F)4式中R主要為Mg、Fe、Cr、Li、A1、Mn等，這些元素之間復(fù)雜的類質(zhì)同象替代，導(dǎo)致了電氣石的化學(xué)成分十分復(fù)雜，也導(dǎo)致了電氣石具有各種各樣的顏色。.3．電氣石.28

在電氣石化學(xué)組成中，Mg2+—Fe2+之間和Fe2+—Li+、Al3+之間呈完全類質(zhì)同象，其中3Fe2+→2Al3++Li+替代的負(fù)電荷不足，由附加陰離子中OH-被O2-替代來補(bǔ)償；Mg和Li之間的替代，以及Mg、Fe和Cr、Mn之間的替代都是不完全的。當(dāng)電氣石化學(xué)組成中R位以Fe為主時則電氣石呈深藍(lán)色甚至黑色；當(dāng)R位以Mg2+為主時則電氣石呈黃色——褐色；當(dāng)電氣石富含Li和Mn時則呈玫瑰色或淺藍(lán)色；當(dāng)電氣石富含Cr時則呈深綠色。.在電氣石化學(xué)組成中，Mg2+—Fe2+之間和294．翡翠

翡翠主要由硬玉礦物組成，硬玉的化學(xué)組成為NaAlSi206，純的硬玉巖是白色的，但當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al被不同雜質(zhì)替代時，則顯示不同的顏色。.4．翡翠.30

(1)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的A1被Cr、V替代時，則翡翠呈誘人的綠色，綠色的深淺與替代程度有關(guān)。當(dāng)Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1％～2％之間時，翡翠的顏色最美麗，呈濃艷的綠色，且為半透明；但當(dāng)Cr含量很高時，翡翠則呈不透明的黑綠色，即干青種。.(1)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的A1被Cr、V替代時，則翡翠呈誘31(2)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al被Fe3+替代時，則翡翠呈發(fā)暗的綠色(不像含Cr翡翠那么鮮艷、明快，而是呆板，缺乏靈氣)。若Fe3+只是少量替代Al3+，翡翠呈淺綠色；若Fe3+大量替代Al3+，則翡翠呈暗綠色，甚至墨綠色。顏色發(fā)陰。油青種。.(2)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al被Fe3+替代時，則翡翠呈發(fā)32

(3)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al同時被Fe3+和Cr3+替代時，翡翠的顏色則視Fe3+和Cr3+相對比例而定。Cr3+較多則綠色鮮艷一些；Fe3+較多時則綠色偏暗一些。.(3)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al同時被Fe3+和Cr3+替代33

(4)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al同時被Fe2+和Fe3+替代時，則翡翠呈紫色。也有人認(rèn)為紫色是由Mn取代Al引起。（未決問題）.(4)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al同時被Fe2+和Fe3+替代34(二)對寶石礦物折射率、

相對密度和硬度的影響類質(zhì)同象不但使寶石礦物的化學(xué)成分發(fā)生一定程度的改變，而且也在—定程度上影響它的折射率和相對密度等物理性質(zhì)。.(二)對寶石礦物折射率、

相對密度和硬度的影響.351．電氣石(碧璽)電氣石的顏色基本上受類質(zhì)同象的種類和程度的控制，實(shí)際上電氣石的相對密度和折射率也與類質(zhì)同象有密切聯(lián)系。鎂電氣石NaMg3Al6Si6Ol8(BO3)3(O,OH,F)4中的Mg2+和鋰電氣石Na(Li,A1)3Al6Si6Ol8(BO3)3(O,OH,F)4中的Li、Al都有可能被Mn2+和Fe2+替代。.1．電氣石(碧璽).36研究表明，隨著電氣石成分中Mn、Fe的增加，電氣石的相對密度(3．03—3．25)，折射率(no=1.635～1.675，ne＝1.610～1.650)和雙折射率(0.016—0.033)都隨之增大。.研究表明，隨著電氣石成分中Mn、Fe的增加，372．綠柱石在綠柱石Be3A12Si6O18組成中，當(dāng)Be被Li替代(即Li+一Be2+)時，所虧損的電荷主要由半徑較大的Cs+進(jìn)入綠柱石的結(jié)構(gòu)通道來平衡。.2．綠柱石.38含Cs越高，則綠柱石的相對密度(2.6—2.9)，折射率(no＝1.566—1.602，ne＝1.562～1.594)和雙折射率(0.004～0.009)也越高，Cs(Cs2O)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)4.13％。.含Cs越高，則綠柱石的相對密度(2.6—2393．橄欖石

在橄欖石(Mg，F(xiàn)e)2SiO4組成中，F(xiàn)e和Mg可以呈完全類質(zhì)同象(Mg2+→Fe2+)，隨著其中Fe含量增加，不但橄欖石的顏色加深，而且它的相對密度(3.32～3.37)和折射率(1.65一1.69)也逐漸增大，摩氏硬度(HM＝6.5一7)也略有增加。.3．橄欖石.404．黃玉

在黃玉A12SiO4(F,OH)2的化學(xué)組成中，F(xiàn)—作為附加陰離子有時可被OH—所替代，替代最高時可達(dá)F含量的1／3(與黃玉形成時的溫度有關(guān))。研究表明，隨著OH—對F—替代程度的增加，黃玉的相對密度逐漸減小，折射率逐漸增大。.4．黃玉.41第三節(jié)寶石礦物中的水

許多寶石礦物含有水，根據(jù)礦物中水的存在形式以及它們在晶體結(jié)構(gòu)中的作用，可以把水分成以下幾大類：吸附水：歐泊SiO2·nH2O結(jié)晶水：綠松石CuAl6(P04)4(OH)8·4H20結(jié)構(gòu)水：黃玉A12SiO4(OH、F)2層間水:雕刻石中有的含多水高嶺石等。Al4[Si4O10](OH)8·4H2O.第三節(jié)寶石礦物中的水許多寶石礦物含有42

(一)吸附水

吸附水不參加晶格，滲入在礦物集合體中，為礦物顆?；蛄严侗砻鏅C(jī)械吸附的中性水分子(H20)。吸附水不屬于礦物的化學(xué)成分，不寫入化學(xué)式。它們在礦物中的含量不定，隨溫度和濕度而不同。常壓下溫度達(dá)到l00～110℃時，吸附水就基本上從礦物中逸出而不破壞晶格。吸附水可以呈氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)。.(一)吸附水.43

有些隱晶質(zhì)或非晶質(zhì)(相當(dāng)于水膠凝體)物質(zhì)含有一種特殊類型的吸附水，它被微弱的聯(lián)結(jié)力固著在微粒的表面，通常計入礦物的化學(xué)組成，但其含量變化很大。例如蛋白石，其分子式為SiO2·nH2O(n為H2O分子數(shù)，不固定)。

.有些隱晶質(zhì)或非晶質(zhì)(相當(dāng)于水膠凝體)物質(zhì)含44(二)結(jié)晶水

結(jié)晶水以中性水分子(H20)存在于礦物中，在晶格中具有固定的位置，起著構(gòu)造單位的作用，是礦物化學(xué)組成的一部分。水分子的數(shù)量與礦物其他成分之間有固定的比例。結(jié)晶水從礦物中逸出的溫度一般不超過600℃，通常為100~200℃。當(dāng)結(jié)晶水失去時，晶體的結(jié)構(gòu)將被破壞并形成新的結(jié)構(gòu)。比如綠松石就是一種含水的磷酸鹽，分子式為CuAl6(P04)4(OH)8·4H20，其中H2O含量可達(dá)19．47％。.(二)結(jié)晶水.45

(三)結(jié)構(gòu)水

結(jié)構(gòu)水(也稱化合水)是以O(shè)H-、H+、H3O+等離子形式參加礦物晶格的“水”，其中OH-形式最為常見。結(jié)構(gòu)水在晶格中占有固定的位置，在組成上具有確定的比例。由于與其他質(zhì)點(diǎn)有較強(qiáng)的鍵力聯(lián)系，結(jié)構(gòu)水需要較高的溫度(通常在600—1000℃之間)才能逸出。當(dāng)其逸出后，晶體結(jié)構(gòu)完全破壞。.(三)結(jié)構(gòu)水.46

許多寶石礦物都含有這種結(jié)構(gòu)水，例如：碧璽NaMg3A16(Si6Ol8)(BO3)3(OH)4十字石Fe2Al9(SiO4)4O6(O、OH)2黃玉A12SiO4(OH、F)2磷灰石Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)等。.許多寶石礦物都含有這種結(jié)構(gòu)水，例如：.47(四)層間水以中性水分子形式存在于某些層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物晶格的結(jié)構(gòu)層之間的水。

層間水在礦物中的含量不定，隨外界條件而變。當(dāng)溫度升高時，水分即逐漸逸出，至110℃時便大部逸出。在失水過程中并不導(dǎo)致晶格的破壞，僅相鄰結(jié)構(gòu)層之間的距離減小，同時折射率、密度則增大；而在適當(dāng)?shù)耐饨鐥l件下，又吸水膨脹，并相應(yīng)地改變其物理性質(zhì)。

層間水的性質(zhì)是介于結(jié)晶水與吸附水之間的一種過渡類型。.(四)層間水.48第四章寶石礦物的化學(xué)成分.第四章.49第一節(jié)寶石礦物的化學(xué)成分特點(diǎn)

一、寶石礦物多屬于含氧鹽類硅酸鹽、氧化物類和自然元素類，一些次要的寶石可以是硼酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、鹵化物、硫化物等.第一節(jié)寶石礦物的化學(xué)成分特點(diǎn).50(一)含氧鹽類大部分寶石礦物屬于含氧鹽類，其中又以硅酸鹽類礦物居多。據(jù)統(tǒng)計，寶石礦物中硅酸鹽類礦物約占一半。還有少量寶石礦物屬磷酸鹽類等。

.(一)含氧鹽類.51

1．硅酸鹽類

在硅酸鹽類礦物的晶體結(jié)構(gòu)中，硅氧配位四面體SiO44-是它們的基本構(gòu)造單元。硅氧四面體在結(jié)構(gòu)中可以孤立地存在，也可以以其角頂相互連接而形成多種復(fù)雜的絡(luò)陰離子(基型)。.1．硅酸鹽類.52

(1)島狀基型表現(xiàn)為單個硅氧四面體SiO44-或是每兩個四面體以一個公共角頂相連組成雙四面體Si2076-在結(jié)構(gòu)中獨(dú)立存在，它們彼此之間靠其他金屬陽離子(如Zr4+、Fe2+、Mg2+、Ca2+等)來連接，自身并不相連，因而呈獨(dú)立的島狀。屬于此類的寶石礦物有：鋯石ZrSiO4，橄欖石(Mg，F(xiàn)e)2SiO4，石榴石A3B2(SiO4)3(A為Fe2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+等二價陽離子，B為Al3+、Fe3+、Cr3+等三價陽離子)，黃玉A12Si04(F,OH)2,榍石CaTi(SiO4)O，十字石Fe2Al9(SiO4)4O6(O，OH)2，，綠簾石Ca2FeAl2(Si2O7)(SiO4)O(OH)，紅柱石Al2SiO4O等。.(1)島狀基型.53

(2)環(huán)狀基型

包括由三個、四個或六個硅氧四面體所組成的封閉的環(huán)(分別叫三方、四方和六方環(huán))。環(huán)內(nèi)每一四面體均以兩個角頂分別與相鄰的兩個四面體連接，而環(huán)與環(huán)之間則靠其他金屬陽離子來連接。屬于此類的寶石礦物有：藍(lán)錐礦BaTiSi3O9，(三方環(huán))、綠柱石Be3A12Si6O18。(六方環(huán))、堇青石(Mg，F(xiàn)e)2A13A1Si5O18。(六方環(huán))電氣石(六方環(huán))等。

.(2)環(huán)狀基型.54(3)鏈狀基型

指每一SiO44-四面體以兩個角頂分別與相鄰的兩個SiO44-四面體連成一條無限延伸的鏈，鏈與鏈之間通過其他金屬陽離子而連接。屬于此類的寶玉石有翡翠、軟玉、透輝石和薔薇輝石等。軟玉Ca2(Mg,Fe)5(Si4O11)2(OH)2透輝石CaMgSi2O6

硬玉NaAlSi2O6

鋰輝石LiAlSi2O6.(3)鏈狀基型.55（4）層狀硅酸鹽硅氧四面體SiO4成層連接，兩層硅氧骨干層錯開聯(lián)成“雙層”構(gòu)造。在硅氧骨干中，陽離子八面體層中以及雙層之間的離子都可以發(fā)生其他相似離子的替代。.（4）層狀硅酸鹽.56（4）層狀硅酸鹽

蛇紋石質(zhì)玉（岫玉）

蛇紋石：Mg6(Si4O10)(OH)8

雕刻石,如壽山石、青田石、雞血石等的礦物成分為地開石、高嶺石、伊利石、葉蠟石等層狀硅酸鹽。地開石、高嶺石：Al4(Si4O10)(OH)8葉蠟石:Al2(Si4O10)(OH)2

葡萄石：Ca2Al

(AlSi3O10)(OH)2

.（4）層狀硅酸鹽.57(5)架狀基型

每個硅氧四面體均以其全部的四個角頂與相鄰的四面體連接，組成在三維空間中無限擴(kuò)展的骨架。屬于此類的寶石有：月光石、日光石、拉長石、天河石和方柱石等。長石系列：KAlSi3O8—NaAlSi3O8—CaAl2Si2O8.(5)架狀基型.58硅酸鹽硅氧骨干

與寶石礦物物理性質(zhì)的關(guān)系硅氧骨干島狀環(huán)狀鏈狀層狀架狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)化學(xué)鍵力較強(qiáng)結(jié)構(gòu)緊密化學(xué)鍵力較強(qiáng)較不緊密化學(xué)鍵力較強(qiáng)較緊密層內(nèi)較強(qiáng)，層間較弱較不緊密化學(xué)鍵力較強(qiáng)不緊密硬度較大較大中等較小中等密度較大中等-較小中等較小較小折射率光澤較大較強(qiáng)中等-較小中等-較弱中等-較大中等-較強(qiáng)較小較弱較小較弱.硅酸鹽硅氧骨干

與寶石礦物物理性質(zhì)的關(guān)系硅氧骨干島狀環(huán)狀鏈狀592．硼酸鹽類

[BO3]3-、[BO4]5-兩種絡(luò)陰離子是硼酸鹽的基本構(gòu)造單位，在晶體結(jié)構(gòu)中他們可以獨(dú)立出現(xiàn)，形成島狀結(jié)構(gòu)；也可以通過共角頂聯(lián)結(jié)成復(fù)雜的絡(luò)陰離子，形成環(huán)狀、鏈狀、層狀、架狀結(jié)構(gòu)的硼酸鹽。硼鋁鎂石：MgAlBO4（島狀結(jié)構(gòu)）.2．硼酸鹽類.603．磷酸鹽類

該鹽類含有磷酸根PO43-。由于PO43-半徑較大，因而要求半徑較大的陽離子(如Ca2+、Pb2+等)與之結(jié)合才能形成穩(wěn)定的磷酸鹽。此類礦物成分復(fù)雜，往往帶有附加陰離子。屬于此類的寶石礦物有：磷灰石Ca5(P04)3(F、Cl、OH)綠松石CuAl6(PO4)4(OH)8·4H20等。.3．磷酸鹽類.613．碳酸鹽類

孔雀石CuCO3(OH)2、方解石、冰洲石CaCO3、白云石CaMg(CO3)2

菱錳礦MnCO3等硬度較低，溶于冷的或熱的鹽酸。.3．碳酸鹽類.62

(二)氧化物類氧化物是一系列金屬和非金屬元素與氧陰離子O2-化合(以離子鍵為主)而成的化合物，其中包括含水氧化物。這些金屬和非金屬元素主要有Si、Al、Fe、Mn、Ti和Cr等。陰離子O2-一般按立方或六方最緊密堆積，而陽離子則充填于其四面體或八面體空隙中。屬于簡單氧化物的寶石有剛玉礦物(Al2O3的紅寶石、藍(lán)寶石)，石英礦物(SiO2和SiO2·nH20)的紫晶、黃晶、水晶、煙晶、芙蓉石、玉髓、歐泊和蛋白石以及金紅石(TiO2)等。屬于復(fù)雜氧化物的寶石礦物有尖晶石(Mg，F(xiàn)e)Al2O4和金綠寶石BeAl2O4等。.(二)氧化物類.63..64(三)自然元素類

有些金屬、半金屬和非金屬元素可呈單質(zhì)形式獨(dú)立出現(xiàn)。屬于此類的寶石礦物有鉆石(成分為C)等。(四)氟化物類螢石CaF2.(三)自然元素類.65(五)硫化物類硫化物（sulfides）是包括一系列金屬、半金屬元素與S結(jié)合而成的礦物。依據(jù)成分中硫離子價態(tài)的不同和絡(luò)陰離子的存在與否，硫化物礦物相應(yīng)分為三類：單硫化物：硫以S2-形式與陽離子結(jié)合而成，絕大多數(shù)為黑色；雙硫化物，硫以啞鈴狀對陰離子[S2]2-形式與陽離子結(jié)合而成；硫鹽礦物，硫與半金屬元素砷、銻或鉍組成錐狀絡(luò)陰離子[AsS3]3-、[BiS3]3-，以及由這些錐狀絡(luò)陰離子相互聯(lián)接組成復(fù)雜形式的絡(luò)陰離子與陽離子結(jié)合而成。

.(五)硫化物類.66(五)硫化物類

閃鋅礦ZnS、黃鐵礦FeS2、辰砂HgS等.(五)硫化物類.67二、寶石礦物的化學(xué)組成

具有一定范圍的可變性

許多寶石礦物的化學(xué)組成并不是固定不變的，而是有一定的變化幅度。引起礦物化學(xué)成分變化的原因主要類質(zhì)同象替代和一些微細(xì)組分的機(jī)械混入作用(以顯微包裹體形式存在)。.二、寶石礦物的化學(xué)組成

具有一定范圍的可變性68

對寶石礦物而言，雜質(zhì)組分的介入是極其重要的，它使寶石礦物呈現(xiàn)各種漂亮迷人的顏色(如祖母綠因含有微量雜質(zhì)Cr和V而呈現(xiàn)美麗的翠綠色)，也使部分寶石礦物具有特殊的光學(xué)效應(yīng)(如星光效應(yīng)和貓眼效應(yīng)等)。.對寶石礦物而言，雜質(zhì)組分的介入是極其重要的，69第二節(jié)類質(zhì)同象對寶石化學(xué)成分的影響

類質(zhì)同象：是指在晶體結(jié)構(gòu)中部分質(zhì)點(diǎn)為其他性質(zhì)類似的質(zhì)點(diǎn)所替代，僅使晶格常數(shù)發(fā)生不大的變化而晶體結(jié)構(gòu)保持不變的現(xiàn)象。分類：完全類質(zhì)同象、不完全類質(zhì)同象

等價類質(zhì)同象、異價類質(zhì)同象.第二節(jié)類質(zhì)同象對寶石化學(xué)成分的影響類質(zhì)同象：是指在70完全類質(zhì)同象——在類質(zhì)同象混晶中，若A、B兩種質(zhì)點(diǎn)可以任意比例相互取代，則稱為完全內(nèi)質(zhì)同象。不完全類質(zhì)同象——在類質(zhì)同象混晶中，若A、B兩種質(zhì)點(diǎn)相互代替的數(shù)量局限在一個范圍內(nèi)，則稱為不完全類質(zhì)同象。等價類質(zhì)同象——指相互替代的兩種質(zhì)點(diǎn)電價相同。不等價類質(zhì)同象——指相互替代的兩種質(zhì)點(diǎn)電價不相同，如硅酸鹽中的Si4+被Al3+代替。.完全類質(zhì)同象——在類質(zhì)同象混晶中，若A、B兩種質(zhì)點(diǎn)可以任意比71二、類質(zhì)同象的條件1．質(zhì)點(diǎn)大小相近

相互替代的離子半徑相差越小，則彼此間替換能力越強(qiáng)，替換量越大，反之則越弱、越小。2.離子類型相近惰性氣體型離子，銅型離子，過渡性離子3．電價的總和平衡4．熱力學(xué)條件溫度、壓力、化學(xué)組分.二、類質(zhì)同象的條件.72三、類質(zhì)同象對寶石礦物物理性質(zhì)的影響(一)對寶石礦物顏色的影響

類質(zhì)同象對于寶石礦物具有非常重要的意義，因為大部分寶石礦物是由于少量類質(zhì)同象混入物呈現(xiàn)各種美麗誘人的顏色。.三、類質(zhì)同象對寶石礦物物理性質(zhì)的影響(一)對寶石礦物顏色的影731．剛玉純的剛玉礦物是無色的，其化學(xué)成分為A12O3，當(dāng)其中A13+被微量雜質(zhì)Cr3+替代(即Cr3+→A13+)時則呈現(xiàn)玫瑰紅一紅色色調(diào)，稱紅寶石；當(dāng)其中A13+被微量雜質(zhì)Ti4+和Fe2+等替代(即Ti4++Fe2+——2Al3+)時則呈現(xiàn)漂亮的藍(lán)色，稱藍(lán)寶石。Fe2+和Ti4+含量越高則藍(lán)寶石的藍(lán)色越深，反之越淺。我國山東藍(lán)寶石的深藍(lán)色就是由于其中含有過多的Fe所致。.1．剛玉.742．綠柱石綠柱石的化學(xué)成分為Be3A12Si6O18，純凈的綠柱石是無色的，當(dāng)綠柱石的Be、Al被不同雜質(zhì)替代時，可以呈現(xiàn)不同的顏色，如綠色、黃綠色、藍(lán)色、黃色和粉紅色等。當(dāng)綠柱石中含有Cr、V等雜質(zhì)時，就呈現(xiàn)美麗的翠綠色，這就是祖母綠；當(dāng)含有Fe和Sc等雜質(zhì)時，呈現(xiàn)漂亮的藍(lán)色，這就是海藍(lán)寶石；當(dāng)含有Cs、Mn等雜質(zhì)時則呈現(xiàn)粉紅色—紅色；當(dāng)含有Fe或U時則呈現(xiàn)黃色色調(diào)或黃綠色色調(diào)。.2．綠柱石.753．電氣石

電氣石的化學(xué)成分為(Na，Ca)R3A16Si6O18(BO3)3(O,OH,F)4式中R主要為Mg、Fe、Cr、Li、A1、Mn等，這些元素之間復(fù)雜的類質(zhì)同象替代，導(dǎo)致了電氣石的化學(xué)成分十分復(fù)雜，也導(dǎo)致了電氣石具有各種各樣的顏色。.3．電氣石.76

在電氣石化學(xué)組成中，Mg2+—Fe2+之間和Fe2+—Li+、Al3+之間呈完全類質(zhì)同象，其中3Fe2+→2Al3++Li+替代的負(fù)電荷不足，由附加陰離子中OH-被O2-替代來補(bǔ)償；Mg和Li之間的替代，以及Mg、Fe和Cr、Mn之間的替代都是不完全的。當(dāng)電氣石化學(xué)組成中R位以Fe為主時則電氣石呈深藍(lán)色甚至黑色；當(dāng)R位以Mg2+為主時則電氣石呈黃色——褐色；當(dāng)電氣石富含Li和Mn時則呈玫瑰色或淺藍(lán)色；當(dāng)電氣石富含Cr時則呈深綠色。.在電氣石化學(xué)組成中，Mg2+—Fe2+之間和774．翡翠

翡翠主要由硬玉礦物組成，硬玉的化學(xué)組成為NaAlSi206，純的硬玉巖是白色的，但當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al被不同雜質(zhì)替代時，則顯示不同的顏色。.4．翡翠.78

(1)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的A1被Cr、V替代時，則翡翠呈誘人的綠色，綠色的深淺與替代程度有關(guān)。當(dāng)Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1％～2％之間時，翡翠的顏色最美麗，呈濃艷的綠色，且為半透明；但當(dāng)Cr含量很高時，翡翠則呈不透明的黑綠色，即干青種。.(1)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的A1被Cr、V替代時，則翡翠呈誘79(2)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al被Fe3+替代時，則翡翠呈發(fā)暗的綠色(不像含Cr翡翠那么鮮艷、明快，而是呆板，缺乏靈氣)。若Fe3+只是少量替代Al3+，翡翠呈淺綠色；若Fe3+大量替代Al3+，則翡翠呈暗綠色，甚至墨綠色。顏色發(fā)陰。油青種。.(2)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al被Fe3+替代時，則翡翠呈發(fā)80

(3)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al同時被Fe3+和Cr3+替代時，翡翠的顏色則視Fe3+和Cr3+相對比例而定。Cr3+較多則綠色鮮艷一些；Fe3+較多時則綠色偏暗一些。.(3)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al同時被Fe3+和Cr3+替代81

(4)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al同時被Fe2+和Fe3+替代時，則翡翠呈紫色。也有人認(rèn)為紫色是由Mn取代Al引起。（未決問題）.(4)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al同時被Fe2+和Fe3+替代82(二)對寶石礦物折射率、

相對密度和硬度的影響類質(zhì)同象不但使寶石礦物的化學(xué)成分發(fā)生一定程度的改變，而且也在—定程度上影響它的折射率和相對密度等物理性質(zhì)。.(二)對寶石礦物折射率、

相對密度和硬度的影響.831．電氣石(碧璽)電氣石的顏色基本上受類質(zhì)同象的種類和程度的控制，實(shí)際上電氣石的相對密度和折射率也與類質(zhì)同象有密切聯(lián)系。鎂電氣石NaMg3Al6Si6Ol8(BO3)3(O,OH,F)4中的Mg2+和鋰電氣石Na(Li,A1)3Al6Si6Ol8(BO3)3(O,OH,F)4中的Li、Al都有可能被Mn2+和Fe2+替代。.1．電氣石(碧璽).84研究表明，隨著電氣石成分中Mn、Fe的增加，電氣石的相對密度(3．03—3．25)，折射率(no=1.635～1.675，ne＝1.610～1.650)和雙折射率(0.016—0.033)都隨之增大。.研究表明，隨著電氣石成分中Mn、Fe的增加，852．綠柱石在綠柱石Be3A12Si6O18組成中，當(dāng)Be被Li替代(即Li+一Be2+)時，所虧損的電荷主要由半徑較大的Cs+進(jìn)入綠柱石的結(jié)構(gòu)通道來平衡。.2．綠柱石.86含Cs越高，則綠柱石的相對密度(2.6—2.9)，折射率(no＝1.566—1.602，ne＝1.562～1.594)和雙折射率(0.004～0.009)也越高，Cs(Cs2O)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)4.13％。.含Cs越高，則綠柱石的相對密度(2.6—2873．橄欖石

在橄欖石(Mg，F(xiàn)e)2SiO4組成中，F(xiàn)e和Mg可以呈完全類質(zhì)同象(Mg2+→Fe2+)，隨著其中Fe含量增加，不但橄欖石的顏色加深，而且它的相對密度(3.32～3.37)和折射率(1.65一