宝石矿物化学成分的特点

一、宝石矿物晶体化学的分类

从晶体化学的角度，宝石矿物可划分为含氧盐类、氧化物类和自然元素类等。

（一）含氧盐类

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。

1硅酸盐类

在硅酸盐类矿物的晶体结构中，硅氧络阴离子配位的四面体［SiO4]4-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，也可以以其角顶相互连接而形成多种复杂的络阴离子（基型）。根据硅氧四面体在晶体结构中的连接方式，可分成以下几种。

（1）岛状基型

表现为单个硅氧四面体［SiO4]4-或每两个四面体以一个公共角顶相连组成双四面体在结构中独立存在。它们彼此之间靠其他金属阳离子（如Zr4+、Fe2+、Mg2+、Ca2+等）来连接，它们之间并不相连，因而呈独立的岛状。属于此类的宝石矿物有锆石ZrSiO4、橄榄石（Mg,Fe）2SiO4、石榴石A3B2（SiO4）3（其中A为Mg2+、Fe2+、Ca2+、Mn2+等二价阳离子，B为Al3+、Fe3+、Cr3+等三价阳离子）、黄玉Al2SiO4（F,OH）2、榍石CaTi（SiO4）O、十字石Fe2Al9（SiO4）4O6（O,OH）2和绿帘石Ca2FeAl2（Si2O7）（SiO4）O（OH）等。

（2）环状基型

结构中包含由三个、四个或六个［SiO4]4-硅氧四面体所组成的封闭的环（分别叫三方、四方和六方环）。环内每一个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属阳离子连接。属于此类的宝石矿物有蓝锥矿BaTiSi3O9（三方环）、绿柱石Be3Al2Si6O18（六方环）、堇青石（Mg,Fe）2Al3AlSi5O18（六方环）和电气石（六方环）等。

（3）链状基型

指每一［SiO4]4-四面体以两个角顶分别与相邻的两个［SiO4]4-四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来连接。属于此类的宝玉石有翡翠、软玉、透辉石和蔷薇辉石等。

（4）架状基型

每个［SiO4]4-四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。属于此类的宝石矿物有月光石、日光石、拉长石、天河石和方柱石等。

2磷酸盐类

该类含有磷酸根［PO4]3-阴离子。由于半径较大，因而要求半径较大的阳离子（如Ca2+、Pb2+等）与之结合才能形成稳定的磷酸盐。此类矿物成分复杂，往往有附加阴离子。属于此类的宝石矿物有磷灰石Ca5（PO4）3（F,Cl,OH）和绿松石CuAl6（PO4）4（OH）8·4H2O等。

（二）氧化物类

氧化物是一系列金属和非金属元素与氧阴离子O2-化合（以离子键为主）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Si、Al、Fe、Mn、Ti、Cr等。阴离子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空隙中。属于简单氧化物的宝石有刚玉矿物（Al2O3）的红宝石、蓝宝石，SiO2类矿物（SiO2和SiO2·nH2O）的紫晶、黄晶、水晶、烟晶、芙蓉石、玉髓、欧泊、蛋白石及金红石（TiO2）等。属于复杂氧化物的宝石矿物有尖晶石（Mg,Fe）Al2O4和金绿宝石BeAl2O4等。

（三）自然元素类

有些金属和元素可呈单质独立出现。属于此类的宝石矿物有钻石（成分为C）等。

二、宝石矿物的化学组成及其变化

宝石矿物的化学成分和晶体结构是决定一个宝石矿物种的两个最基本的因素。只考虑其化学成分，不考虑结构不能确定一个宝石种；同样，只考虑其结构而不考虑化学成分也不能确定一个宝石种。例如，化学成分为碳（C）的固体，只有当C以立方对称排列时，才能确定其为钻石或金刚石；而如果C以六方对称排列时，只能确定为石墨。同样，都具立方面心格子构造的固体，化学成分为NaCl时，其为石盐，而化学成分为CaF2时，只能确定其为萤石。因此，化学成分是宝石矿物存在的物质基础，晶体结构是其存在的表现形式，二者是相互依存的，离开一方，另一方也就不再存在。很显然，矿物的化学成分和结构是决定宝石矿物一切性质的最基本因素。

作为一个宝石矿物种，其化学成分可分为主要化学成分和次要或微量成分。主要化学成分是指能保持其结构的化学成分，如果缺某个成分，其结构便不能存在或保持。但在保持其结构和物化性质基本不变的条件下，主要化学成分是可以有一定变化的，或者说它可以有一个变化范围。因此我们说，宝石矿物的化学组成并不是固定不变的，而是可以有一定的变化幅度的。如刚玉宝石矿物，是具三方对称的Al2O3，不含任何次要或微量成分时，呈无色透明，Al和O均为其主要化学成分。但Al可以被少量的Cr所替代，而呈现红色，这时的Cr就可称为刚玉的次要化学成分或微量元素。但Cr的替代量是有限的，更不能全部替代Al，否则就不能保持其三方对称的结构，刚玉也就不能存在了。引起矿物化学成分变化的原因很多，主要是类质同象替代（下一节将详述）和一些微细组分的机械混入（可以以显微包体形式存在）。对宝石矿物而言，杂质组分的介入是极其重要的，它可使宝石矿物呈现各种漂亮迷人的颜色（如祖母绿因含有微量Cr元素而呈现美丽的翠绿色），也可使部分宝石矿物具有特殊的光学效应（如星光效应和猫眼效应等）。

三、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形式及它们在晶体结构中的作用，可以把水分成以下几大类。

1吸附水

吸附水不参加晶格，是渗入在矿物集合体中，为矿物颗粒间隙或裂隙表面机械吸附的中性水分子（H2O）。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，随温度和湿度变化而不同。常压下温度达到100～110℃时，吸附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。

另外，水胶凝体中含有一种特殊类型的吸附水，称为胶体水。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，但其含量变化很大。例如蛋白石，其分子式为SiO2·nH2O（n为H2O分子数，不固定）。

2结晶水

结晶水以中性水分子（H2O）存在于矿物中，在晶格中占有固定的位置，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600℃，通常为100～200℃。当结晶水失去时，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结晶水的磷酸盐，分子式为CuAl6（PO4）4（OH）8·5H2O，其中H2O含量达1947%。

3结构水

结构水（也称化合水）是以OH－、H＋、H3O＋等离子形式参加矿物晶格的“水”，其中OH－形式最为常见。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的键力联系，结构水需要较高的温度（通常在600～1000℃之间）才能逸出。当其逸出后，晶体结构完全破坏。

许多宝石矿物都含有这种结构水，例如：碧玺NaMg3A l6（Si6O18）（BO3）3（OH）4、十字石Fe2Al9（SiO4）4O6（O,OH）2、黄玉Al2SiO4（OH,F）2和磷灰石Ca5（PO4）3（F,Cl,OH）等。

此外，在堇青石和绿柱石平行Z轴的结构通道中，常会有一定数量的水，含量有一定的变化。其存在形式和结构状态到目前仍不太清楚。它是一种特殊类型的结构水，它的失去需要很高温度。

珠宝玉石以其特有的晶莹剔透，色彩缤纷，光彩夺目的属性，自古被人们视为高贵圣洁之物，一直是人们追求和寻觅的对象。

自然界的矿物多达3000多种，而可作为宝石的仅有240多种，可见宝石是众多矿物岩石的精华。

那什么样的矿物或者岩石才可以出现在常用在珠宝设计中呢？

颜色，光色，透明度，色散（是否闪），特殊光学效应（如月光石，欧泊，猫眼石）

2耐久

硬度，韧性，稳定性（热稳定，光稳定）

3稀少

钻石开采后精选出的原石

物以稀为贵钻石：250吨矿石才可产出1ct的钻石（总重，不一定是大钻）

常见的祖母绿原矿

祖母绿：质量上的稀有—高质量祖母绿产量相当的稀少

紫水晶原石

漂亮的紫水晶，因产量太多而廉价

我们经常会被问到，如何保养自己的珠宝。

那问题就来了，什么情况下宝石会被损坏？

当外力介入时，比如平时的剐蹭，磕碰，刻划。

我们经常会看到翡翠断裂等新闻，但几乎未曾听说过和田玉断裂的说法，这是为何呢？

同为链状硅酸盐结构的硬玉（翡翠）与软玉（和田玉）的莫氏硬度都在65左右（一般翡翠略硬于和田玉），但由于其链状结构略有不同和田玉韧性大于翡翠。是的，除了硬度之外宝石的基本物理性质还包括，解理，裂理，韧性等力学性质。

我们常说的钻石是世界上最硬（硬度）的物质，这里的硬度特指当物体抵抗外力刻划、压入或研磨等机械作用的能力；

修复断开的翡翠手镯

翡翠手镯摔断时，我们会说岁岁平安（韧性差），这里的韧性也称为打击硬度，很难破碎的性质为韧性;

祖母绿的高硬度高脆性，易破碎的性质为脆性。

红宝石多裂理

红宝石的多裂理都是我们在设计镶嵌过程中需要十分注意的。

所以说物理性质稳定的钻石其实是在制作珠宝时最省心的宝石是有原因的。

八面体的钻石原石

钻石-the king of Jewelry ，作为人们最为熟知的珠宝，长期处于珠宝贸易的霸主地位的钻石与其自身的特性密不可分。

作为等轴晶系的代表，钻石给人常规映像是闪亮，透明，坚硬。

这些都是来自它的物理性质，闪亮来源于钻石的金刚光泽以及高色散。

钻石原石的晶形与其内部结构密不可分

坚硬则由于钻石内部C原子的八面体共价键结构。

天然彩色钻石的形成来源于钻石生长过程中的晶格缺陷以及色心。

钻石（白钻）的价格主要尤其4C来决定

也就是大家常说的 大小 净度 颜色 切工

钻石的4c分级方式对于彩色宝石的评级有很大的参考价值

自古以来只有鲜艳的红宝石赢得过钻石“king of jewelry”的称号。

红宝石中鸽血红最为珍贵

实际上大颗粒的顶级红宝石相对于钻石来说更加的稀有且珍贵。现在的市场上1ct红宝石均价格在2000usd/ct，若是大颗粒者，价格则以几何级增长（适用于所有宝石）。

热情的红色主要由其中微量的Cr元素（01~3%）所致。

其莫氏硬度为9，耐磨性非常好，强玻璃光泽抛光量好的红宝石非常闪亮。

红宝石的姐妹（们）蓝宝石那可就太多了。

各色的彩色蓝宝石

根据GB/T 16552-2017《珠宝玉石名称》国家标准，除去红宝石以外的所有刚玉类宝石，包括蓝色、蓝绿色、绿色、**、橙色、粉色、紫色、灰色、黑色、无色等多种颜色刚玉统称蓝宝石。

蓝色蓝宝石颜色也多样 可以看出有的带有强烈的紫色调

可以看出实验室的不同对于颜色的分级也极大的不同

其中最为贵重的两种颜色矢车菊与皇家蓝。

矢车菊色蓝宝石

矢车菊：一种朦胧的略带紫色色调的浓重蓝色，给人以天鹅绒般的外观，透明度略低的蓝宝石。

皇家蓝色蓝宝石

皇家蓝：颜色纯正、清澈、浓艳饱和度高的蓝宝石。

然而对于我这种对颜色不太敏感的人而言，一句话，皇家蓝比矢车菊蓝且黑。

莫氏硬度9，强玻璃光泽至亚金刚光泽（理论上蓝宝石应比红宝石亮，但由于颜色为冷色调的所以亮度看起来差不多）

星光红宝石

星光蓝宝石

同为三方晶系刚玉家族的红蓝宝石都可具有星光效应

其成因是刚玉生长常伴有金红石，以至其内部呈现与其对称轴对应的三向金红石包体。

红宝石内部金红石包体

五大宝石中不光红蓝宝石，环状硅酸盐结构，六方晶系的祖母绿也具备生成星光效应的特性。

星光祖母绿

祖母绿也是由Cr致色的宝石，由于其内部的结构不同，Cr3+给了它柔和而鲜亮，具丝绒质感如嫩绿草坪的翠绿色，其优质艳色无油者比同等级钻石（无色）更值钱。（哥伦比亚的无油祖母绿，价格可高达10-15万/ct）

祖母绿内部也被称作为裂隙与包体的花园

祖母绿天生多裂隙，硬度高75-8、脆性大，在设计与镶嵌时需十分注意避免与其他硬度高的宝石磕碰。

彩色宝石的颜色决定了它的价值，颜色浓郁色度明亮为极品，太深或太浅皆非是佳品。

穆佐色祖母绿

一般认为最好的祖母绿产自哥伦比亚著名的穆佐矿区。

以上是在设计中4种常用为主石的宝石，其中提到的特殊星光效应以及5大宝石中的金绿宝石会在下篇宝石几种特殊光学效应中展开讲述。

红宝石的英文名称为Ruby，源于拉丁文 Ruber，意思是红色。红宝石的日文名称为ルビー。红宝石的矿物名称为刚玉[2]。

　　（注：粉红色的刚玉不是叫做红宝石，而是叫做粉红色蓝宝石。）

　　只有由Cr致色的红色的刚玉才能够叫做红宝石。

　　而粉红色的刚玉不是Cr致色的。

　　结晶习性：属三方晶系、复三方偏方面体晶类；晶体形态常呈桶状、短柱状、板状等。集合体多为粒状或致密块状。

　　透明度：透明至半透明，

　　光泽：亮玻璃光泽至亚金刚光泽。

　　折射率：1762-1770，（+0009，-0005）

炫丽红宝石(18张)　双折射率：0008~0010。

　　色散：低 0018

　　多色性：二色性明显，常表现为：紫红/褐红，深红/红，红/橙红，玫瑰红/粉红

　　光性：U—（一轴晶负光性）。

　　特殊光学效应：星光效应，在光线的照射下会反射出迷人的六射星光或十二射星光，变色效应

　　摩氏硬度为：9，

　　SG（相对密度）：399-400

　　解理：无解理，底面裂理发育。

　　发光性：红宝石在长、短波紫外线照射下发红色及暗红色萤光。

　　吸收光谱：Cr的典型的吸收光谱。688nm 690nm吸收双线 668nm 659nm有吸收弱线 以550nm为中心的吸收宽带（黄绿区吸收） 蓝区476nm 475nm 468nm 紫区吸收。

　　色彩来源：微量铬使它显红色，铬含量越高越红，最红的俗称“鸽血红”。

蓝宝石

蓝宝石的矿物名称为刚玉，属刚玉族矿物。实际上自然界中的宝石级刚玉除红色的称红宝石外，其余各种颜色如蓝色、淡蓝色、绿色、**、灰色、无色等，均称为蓝宝石。 蓝宝石的化学成分（AL2O3）,主要以Fe、Ti、致色。

　　蓝宝石属于三方晶系，具有六方结构，如图所示  晶格常数为：a=b=4758A, c=12991A

　　折射率1762-1770

　　双折射：0008~0010

　　一轴晶负光性[2]，个别情况下具有异常的二轴晶光性

　　光泽：亮玻璃光泽至亚金刚光泽

　　多色性：有色蓝宝石具有二色性，一般有，深蓝色/蓝色，蓝色/浅蓝色、蓝绿色、蓝灰色，**蓝宝石有金**/**，橙**/浅**，浅**/无色，等。

蓝宝石的成分为氧化铝，因含微量元素钛（Ti4+）或铁（Fe2+）而呈蓝色。属三方晶系。晶体形态常呈筒状、短柱状、板状等，几何体多为粒状或致密块状。透明至半透明，玻璃光泽。  蓝宝石原石折光率176-177，双折射率0008，二色性强。非均质体。有时具有特殊的光学效应-星光效应。硬度为9，密度395-41克/立方厘米。无解理，裂理发育。在一定的条件下，可以产生美丽的六射星光，被称为"星光蓝宝石"。[4]

　　蓝宝石可以分为蓝色蓝宝石和艳色（非蓝色）蓝宝石。颜色以印度产"矢车菊蓝"为最佳。据说蓝宝石能保护国王和君主免受伤害，有"帝王石"之称。国际宝石界把蓝宝石定为"九月诞生石"，象征慈爱、忠诚和坚贞。蓝宝石是世界五大珍贵高档宝石之一。

　　蓝宝石与相似蓝色宝石、合成蓝色宝石的区别。与其相似的蓝色宝石有蓝色尖晶石、蓝色碧玺、蓝锆石、蓝锥矿、蓝晶石、堇青石等。与其相似的合成宝石有合成蓝宝石、合成尖晶石、含钴蓝玻璃。蓝色尖  未加工蓝宝石晶石：颜色均一，微带灰色，晶体呈八面体，均质体，无二色性。蓝色碧玺：颜色为带绿蓝色，晶体为复三方柱状，硬度、密度、折光率都较蓝宝石低，二色性极明显，双折射率大。蓝锆石：经加热处理的锆石，颜色鲜艳，色散强，双折射率高。合成蓝宝石：颜色均一，洁净，包裹体稀少，有圆气泡，均质体。

通常来说，宝石是取材于天然单晶体矿物，也就是说一粒宝石通常是取自一个单独晶体，晶体用我们的肉眼就可以看见（所以又叫显晶质），宝石通常是透明的，光线进入切割后的宝石内部，经过一系列的反射折射，我们就可以看到宝石的闪光，如红宝石、蓝宝石、祖母绿等；宝石也有少数是天然单矿物集合体，如欧泊、青金石，还有一些有机质，如琥珀、珍珠、珊瑚、象牙，也包括在广义的宝石之内，他们又被称作生物宝石。而玉石则是另一个概念，它是由无数细小的我们肉眼无法看到的晶体组成，只有在高倍电子显微镜下我们才能看清它的结构，所以人们把玉石称作隐晶质矿物，广义来说，这些微小晶体的集合体都可以称作玉石。通常人们谈论时提及的玉石主要是指和田玉（白色为典型颜色）和翡翠（绿色为典型颜色），这两种玉石是目前国际上公认比较有价值的玉石。 宝石通常是透明的，由于表面极光滑，使宝石表面反射光线的能力比较强，并且光线可以进入宝石内部经过反射和折射再离开宝石到达我们的眼睛，所以我们看到的净度高切割好的宝石通常总是闪闪发亮。而玉石由于它是由无数个细小的晶体组成，晶体之间总是有缝隙的，所以加工的师傅抛光的再好，也不可能达到宝石表面的光洁程度，光线在玉石表面形成的轨迹如同阳光洒在有波浪的湖面上，这种效应又称作漫反射。如果你有兴趣对比表面光泽，可以仔细看一下自家的窗玻璃和淋浴室毛玻璃的区别，是否是越光滑光泽越强呢？所以我们通常看到的玉的表面是水润或油润的质感。由于光线很少能深入宝石内部，所以我们通常感觉玉石是半透明的，当然例外也是有的，顶级的翡翠也可以是近乎透明的。宝石的七种效应

璀璨的宝石绚丽多彩，是通过颜色、光泽、透明度、折光和琢型等衬托出来。由于其结晶时其内部常含有包裹体、双晶纹、晶格结构缺陷等，造成光的干涉、衍射、散射等现象，在光照下会出现一些特殊的光学效应，常见的特殊光学效应有星光效应、猫眼效应、变色效应、月光效应、游彩效应、金星效应、发光效应等。

星光效应

又称星彩效应或星状图形效应。弧形凸面水晶在日光或点光源的照射下，水晶表面呈现交会的四射、六射和最多十二射星状光芒的光学现象，似夜空中的星光。

猫眼效应

弧面水晶在光线照射下，水晶表面呈现的明亮的光带，转动水晶时，光带移动，似猫眼细长的眸子，称猫眼效应或游彩效应。 </ol> 3 变色效应 水晶在日光或灯光（富于红光的灯光）等不同光源下，呈现不同的颜色，称为水晶的的变色或变彩效应。 4游彩效应

游彩效应又称游色效应。即在白光照射下，同一水晶戒怖上同时显示出多色变换闪光的一种现象。当转动水晶或光源时，可见水晶色彩不断游动变换，闪闪迷人，出现红、橙、黄、绿等的多种色谱。 5 月光效应

月光石是具格子状双晶的微斜长石，两组相互近似垂直的双晶纹，对入射光散射，密集的散射光线集中在一起，呈朦胧的晕色，如同月光，所以称为月光效应。具月光效应的微斜长石称为月光石。 6金星效应

透明、半透明的水晶，当内部含有许多不透明的微小固体包体时，在光照射下，经反射而闪闪发光，这种现象称金星效应，又称砂金效应，如金星石英等。 7发光效应有荧光或磷光现象的宝石称为发光宝石，其中磷光强的宝石，俗有“夜明珠”之称。如红宝石的红色荧光，白钨矿的蓝色荧光，金刚石的蓝色磷光等。本草纲目 宝石释名：李时珍说:宝石产于西蕃。宝石有红 绿 碧 紫几种颜色；红的叫刺子，碧色的叫靛子，翠色的叫马价珠，**的叫木难珠，紫色的叫蜡子。还有鸦鹘石 猫睛石（形状如猫眼 随时辰的变化而转变），还有石榴子 红扁豆等品种，都属同一类型 主治：主治去眼球上白膜，加到点中，治灰尘入眼，用它拭拂即除去。