宝石的热学、电学、磁学性质

一、宝石的热学性质

宝石的热学性质主要介绍导热性。宝石的导热性指的是宝石对热的传导能力。物理学以热能穿过给定厚度的材料，使材料升高一定温度所需的能量来度量。单位为W/m·℃(瓦特每米每摄氏度)。如刚玉为40，Ⅰ型钻石为1000，Ⅱa型钻石为2600。也有以卡/厘米·秒·度表示。宝石界通常用相对导热率表示，以尖晶石为1，其他一些宝石的相对导热率列于表5-6-1。从表5-6-1可知钻石的相对导热率是最高的，甚至比良导体金属还高，因此对金刚石的鉴定特别有效；此外，热导率对刚玉、黄玉和尖晶石的鉴定也很有效。一些玻璃制品，特别是塑料制品的导热率特别低，用手感就容易与宝石相区别。前者有温感，后者有凉感。测定导热性有专门的仪器(导热仪)，将在后面介绍。

表5-6-1 一些宝石矿物等的相对导热率

二、宝石的电学性质

电学性质有导电性、介电性、热电性、静电性等。这些性质在矿物学中皆有涉及，但在宝石学中讨论不多，不过随着对宝石认识的深入，这些性质对宝石的鉴定和研究将是很有用的。

1导电性

导电性是指宝石的导电能力。导电能力大小主要看其中自由电子的多少，如金属等为导体；黄铁矿、金红石、锐钛矿、菱锌矿、赤铁矿、榍石及金刚石等为半导体；大部分宝石为非导体。导电性用仪器可以定量测定。表示导电性的物理参数为电导率或电阻率(ρ)。电阻率的单位为欧姆·厘米(Ω·cm )。电阻率在10-6至10 者为导体；在10 至1010之间为半导体；大于1010为非导体。电阻率可因晶体中杂质成分而变化。

2介电性

介电性指非导体或半导体在电场作用下被极化的性能，以介电常数(ε)表示。导体的介电常数为无穷大，宝石的一般为一不大的正数。如石英为45～68、刚玉为67～81、锆石为7～86、黄玉为74～95、镁铝榴石为125、榍石为16～18、金红石为31～42。用特制的仪器可以测定宝石材料的介电常数。

3压电性

压电性是指某些晶体在机械压力作用下可在晶体两端产生正负电荷的性质。具压电性的晶体中没有对称心，如石英等。

4热电性

热电性也称焦电性，是指宝石晶体被加热时两端产生正负电荷的性质。电气石(碧玺)最为明显，因而得名。带电后的电气石可吸引微小物体。如果将几个电气石晶体放在一起，加热后它们因正负电荷的吸引而头尾相接，也可以起到一定的鉴定作用。

5静电性

静电性指一些非导电性材料因摩擦而表面产生电荷的性质。这些材料摩擦带电后可吸引细小物体，可用此鉴别某些宝石和宝石代用品，如琥珀和塑料、玻璃等。

三、宝石的磁学性质

磁性是宝石矿物在磁场中被磁化的性质。一般将磁性分为三级，即铁磁性(强磁性)、顺磁性(弱磁性)和无磁性。具铁磁性的物质可被一般的磁铁(永久磁铁)吸引，宝石很少有这种强磁性，但一些宝石，如石榴子石、尖晶石、辉石等含有磁铁矿包裹体时会出现这种现象。具顺磁性的宝石矿物可被磁力很强的电磁铁吸引，很多宝石都具有这种性质，如某些石榴子石、尖晶石、辉石、角闪石、电气石、橄榄石、绿帘石、翡翠、软玉、蓝宝石、金刚石、金红石等。产生顺磁性的原因是由于宝石中含一些具有不成对电子的元素离子，如过渡元素离子铁、铬、钛、锰等。而Ⅰb型金刚石中因含孤氮(N)造成电子不配对而具顺磁性。因上述过渡元素还是致色元素，因此顺磁性宝石总是有色的。无磁性的宝石矿物不能被强磁性的电磁铁吸引，它们不含有上述具不配对电子的元素，质地很纯净。如水晶、黄玉等。

磁性与成分有密切关系，其变化范围较大，可以作为辅助的鉴定手段。磁性还可以了解同种宝石的一些产状特征。

思考题

一、是非判断题

1宝石在受外力作用后，沿一定的结晶方向裂开成平面的性质必定是解理。

2裂理与解理不同，没有共同之处。

二、选择题

1摩氏硬度计硬度为6的标准矿物是：( )

a正长石

b斜长石

c石英

d刚玉

2摩氏硬度计的硬度间隔是：( )

a均匀分布相等的

b间隔不等，不均匀分布的

c基本是等间距的

3宝石矿物的解理分级是根据：( )

a解理方向

b裂成平面的难易度

c解理的组数

三、多项选择题

1以下对裂理的描述正确的是：( )

a裂理面不如解理面平整光滑

b裂理是由外因引起的，对同种晶体可能出现，也可以不出现

c裂理可以起因于沿一定方向分布的其他物质的夹层或起因于双晶

d裂理是宝石在外力打击下有时可以沿一定的结晶方向裂成平面的性质

e只要是这种宝石矿物就有这一方向的裂理

2裂理是：( )

a沿一定结晶方向裂成平面的性质

b晶体在受外力作用后沿一定结晶方向裂成平面的性质

c不是这种晶体的每一粒宝石都必有这种裂理

d只要是这种晶体就有一定有这种裂理

3宝石晶体在外力作用下沿一定的结晶方向裂成平面的性质，可以是：( )

a解理

b裂理

c断口

d晶面

e双晶结合面

四、填空题

1裂理是__________的性质。

2宝石在外力作用下，沿这种晶体一定结晶方向裂开成平面的性质叫______、沿双晶面裂开成平面的性质叫______。

3韧性从高到低的顺序为黑金刚石→硬玉→软玉→金刚石→刚玉→黄玉→萤石。

材料 导热系数W/mk

铝合金 121-151

铸铁 544

铅 327

氧化铍 1968

氧化铝 293

云母 0712

硬橡胶 01884

丁基橡胶 02596

从上列数据可知，绝缘、导热系数高的材料，氧化铍陶瓷管最好，导热系数比铝合金还高，只是价格高。其次可选氧化铝陶瓷管，导热系数与铅差不多，价格低，好采购。

云母有天然的，还有人造的，五金市场的经营电热器材的摊位能联系到，那里一般还能提供氧化铝陶瓷管。

成分不一样：钻石的成分是碳，锆石的成分是立方氧化锆。物理性质不一样：钻石的硬度比锆石高很多，钻石有亲油疏水性，导热不导电。还有密度，折射率这些都不一样。价值不一样：钻石价值远远高于锆石。

是良好的半导体。

根据查询今日头条得知，钻石具有良好的导热性，绝大多数钻石都不导电，电绝缘加上优秀的导热性能也就是我们所谓的半导体。

半导体，指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，二极管就是采用半导体制作的器件。

物质传导热量的性能称为导热性一般金属导热性好,导热性就是传递热量的性质

金刚石是自然界导热率最高的材料(13816W/(mK))金刚石靠声子传热,与金属的电子导热不同,这是具有超导热性的原因)a-型金刚石热导性特别好,在液氮温度下为铜的25倍,室温下为铜的5倍,具有超导热性

钻石导热性事最强的其次是莫桑石（亦称人造钻石）其热导仪就是根据其导热原理做出来的依次来鉴别钻石真假 其强导热性主要被其等轴晶体类型及不同晶形所决定

石墨的导热性更好。

石墨的主要成分是碳，虽然并非金属但却有同样优秀的导热性能，其导热系数可达到 2000 W/m k。加上其优秀的可塑性和化学稳定性，而且重量比铜更轻，这种散热材料不仅手机上很常见，它在电子、通信、照明、航空及国防军工等许多领域都有广泛运用。

钻石具有895 W/m-K的极高导热率，远优于铝、银和铜等热导金属此外，它还具有优越的电绝缘性，该天然钻石的电阻率约为1011至1018Ω-m ,实际值取决于也会影响其色泽的内部杂质。

其实导热性能最好最佳的材料不一定就是最好的导热材料。我们应该要把产品的结构、散热要求、产品性能要求等等纳入导热材料选择的范畴中。因为不需最好的导热材料，只需最适合产品的导热材料。

如有反应，是钻石或莫桑石；无反应则不是二者二、用其它仪器：反射计、导电信仪、C3测试机等仪器判别是钻石或莫桑石。反射计：当测试样品放置反射计平台上面时，测试石的反光量会转为数值，我国产的反射计，钻石及莫桑石的数值分别是85～96及100～118。导电仪：莫桑石是导电体，而钻石大部分是绝缘体，只有小量的Ⅱb型天然蓝钻及合成钻石是导电体。将样品放置在金属承托器上，握着导电仪，轻力使探针按下于测试石表面，如果是莫桑石，仪器会亮**及红灯并发出警告；如果是钻石，导电仪无反应。如果鉴定样品是镶嵌的珠宝，电线夹应该夹在金属部分。如果探针接触金属也会导电，出现假性反应，所以使用者必须注意。浮度差及有颜色包体的钻石地可能引起导电仪有反应，应该考虑再附加其它测试以确保准确性。　　C3测试机：主要是用作鉴定钻石。将测试石靠近探针，如果是钻石，测试机会发出声响，如果不是钻石则无反应。据以上几点，即可鉴定出合成碳化硅。