寶石結(jié)晶學(xué)和礦物學(xué)性質(zhì)

關(guān)于寶石結(jié)晶學(xué)和礦物學(xué)性質(zhì)1第1頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三2目的要求:1.掌握結(jié)晶學(xué)基本的理論2.準(zhǔn)確理解基本概念及寶石學(xué)意義3.認(rèn)識及描述常見寶石晶體第一節(jié)結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)第2頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三3一、晶體與非晶體1.晶體

是具有格子構(gòu)造的固體。內(nèi)部質(zhì)點在三維空間有序排列，晶形的充分發(fā)育導(dǎo)致外部具有一定的幾何形態(tài)。如：石榴石、水晶、剛玉等。第3頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三4鉆石和碧璽晶體3.單晶體整個寶石僅由一個晶體，或者幾個密切相連的晶體組成，大多數(shù)寶石為單晶體第4頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三5非晶態(tài)的歐泊與玻璃2.非晶體

內(nèi)部質(zhì)點無規(guī)則排列，不具有格子構(gòu)造的固體。如玻璃、琥珀、塑料等第5頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三64.多晶集合體部分寶石（玉石）由大量細(xì)小的晶體組成顯晶質(zhì)集合體肉眼或10×放大鏡可以辯認(rèn)晶體顆粒大小，如石英巖、翡翠隱晶質(zhì)集合體普通光學(xué)顯微鏡也難觀察的微晶集合體。如岫玉、玉髓、綠松石第6頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三7

5.晶體與玻璃的區(qū)分特征晶體玻璃內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)點規(guī)則排列（近程和長程均有序）質(zhì)點不規(guī)則排列（可以近程有序，但長程無序）外部形態(tài)具有一定的規(guī)則形態(tài)無規(guī)則形態(tài)表面特征有規(guī)則晶面及生長紋有壓模痕或收縮坑及無定型的隨機(jī)形態(tài)內(nèi)部特征天然或合成的典型包裹體漩渦紋、氣泡等熔點固定的熔點無固定的熔點物理性質(zhì)光性、相對密度、折射率和雙折射率、光澤、硬度、解理和斷口、光譜和熒光等均有差別導(dǎo)熱性良好較差方向性特征有無對稱性具有一定規(guī)則的對稱性無穩(wěn)定性良好的穩(wěn)定性不穩(wěn)定（有向晶態(tài)轉(zhuǎn)換趨勢）第7頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三8玻璃的漩渦紋脫?；ＡРＡж堁鄣?頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三9二、空間格子（十四種空間格子）1.定義由一系列有規(guī)律地在三維空間呈周期性重復(fù)排列的幾何點（即結(jié)點）所連結(jié)成的無限的立體幾何圖形。它是從具體的晶體結(jié)構(gòu)中抽象出來的。（1）結(jié)點結(jié)點在直線上的排列構(gòu)成行列（2）面網(wǎng)結(jié)點在平面上的分布構(gòu)成面網(wǎng)第9頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三102.空間格子的特點（1）同一行列中及相互平行的行列上，結(jié)點間距是相同的；（2）不同方向的行列中，結(jié)點間距通常是不同的。（3）凡相互平行的面網(wǎng)，其單位面積的結(jié)點數(shù)（面網(wǎng)密度）和相鄰面網(wǎng)間的距離（面網(wǎng)間距）必定全部相同；（4）互不平行的面網(wǎng)，面網(wǎng)密度一般不同。第10頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三113.平行六面體（1）定義一個空間格子總是可以被三組相交的面網(wǎng)劃分成一系列相互平行疊置的一個最小重復(fù)單位，那就是單位平行六面體。第11頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三12

（2）分類根據(jù)單位平行六面體對稱性的不同，空間格子分別歸屬于7個晶系；再根據(jù)結(jié)點在單位平行六面體中的分布情況,將其劃分為原始格子、底心格子、體心格子和面心格子。在晶體中共有14種不同的空間格子型式。第12頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三13第13頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三14三、晶體分類1.晶體對稱：不同的晶體因其內(nèi)部質(zhì)點排列的規(guī)則不同具有不同的對稱性。它包括幾何對稱和物理性質(zhì)（光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)）對稱。2.對稱要素：通常描述晶體對稱的幾何要素包括：對稱面、對稱軸、對稱中心。第14頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三151）對稱面（P）：

為一假想的平面，它將晶體平分為互為鏡像的兩個相同部分。對稱面可以包含晶棱、垂直晶棱并通過它的中心，垂直并平分晶面。同一晶體內(nèi)可以包含多個對稱面。第15頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三162）對稱軸（Ln）：為一根假想的直線，當(dāng)晶體圍繞此直線旋轉(zhuǎn)一周時，晶體中相同的部分可重復(fù)2次、3次、4次或6次。對應(yīng)的分別描述為L2、L3、L4、L6。第16頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三173.對稱中心（C）：為一假想的點，通過此點作任意直線，則在此直線上距對稱中心等距離的兩端必定可找到對應(yīng)點。晶體若存在對稱中心時其晶面必然是兩兩平行并且相等。第17頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三184.晶體分類六方晶系三斜晶系

斜方晶系單斜晶系三方晶系四方晶系等軸晶系晶系根據(jù)晶體對稱性特點，分為七大晶系第18頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三19根據(jù)是否有高次軸及其數(shù)量分三大晶族（2）晶族高級晶族：有多個高次軸，等族晶系中級晶族：一個高次軸四方、三方、六方晶系低級晶族：無高次軸斜方、單斜、三斜晶系第19頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三20等軸晶系第20頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三21四方晶系第21頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三22四方晶系第22頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三23三方晶系第23頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三24六、方晶系第24頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三25斜方晶系第25頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三26單斜晶系三斜晶系第26頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三27四、晶體形態(tài)分類1.單形由對稱要素聯(lián)系起來的一組晶面的總合。在理想情況下同一單形的所有晶面同形等大，包括開形和閉形。第27頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三28（1）開形：單形的晶面不能夠完全包圍空間，如四方柱、四方錐、平行雙面等。（2）閉形：單形的晶面能夠完全包圍空間，如立方體、八面體、四方雙錐等。（3）聚形：由2個或2個以上的單形聚合。通常是屬于同一對稱型的單形才能相聚。如立方體與八面體聚形、方柱與四方雙錐聚形等。第28頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三29開形閉形閉形聚形第29頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三302.單形的種類共47種幾何單形，146種結(jié)晶單形第30頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三31五、結(jié)晶習(xí)性

2.影響因素由成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生長條件共同決定的。生長條件包括溫度、壓力、空間、組份濃度和成份等。1.定義礦物常見的晶體形態(tài)稱為結(jié)晶習(xí)性。第31頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三32鉆石八面體、菱形十二面體孔雀石同心圓放射狀水晶六方柱狀石榴子石菱形十二面體常見寶石晶體習(xí)性第32頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三33第33頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三34第34頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三35托帕石晶體第35頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三36第36頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三37第37頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三38第38頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三39尖晶石晶體綠柱石晶體第39頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三40六、平行連生和雙晶兩類

1.平行連生：指同種晶體的個體彼此平行地連生在一起，連生著的每一個晶體的相應(yīng)的晶面和晶棱都相互平行。如熒石立方體晶體的平行連生。第40頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三41

2.雙晶是兩個或兩個以上的同種晶體按一定的對稱規(guī)律形成的規(guī)則連生，相鄰的兩個個體的相應(yīng)的面、棱并非完全平行，但它們可以對稱操作，使兩個單體彼此重合或平行。第41頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三42雙晶要素包括雙晶面、雙晶軸和雙晶中心（3）雙晶中心為一假想的點，雙晶的一個單體可以通過它的反伸可與另一個單體重合（1）雙晶面為一個假想的平面，通過反映可以使相鄰的兩個個體重合或平行（2）雙晶軸為一根假想的直線，其中一個單體圍繞此直線旋轉(zhuǎn)一定角度（常為180°）后可與另一個單體平行或重合第42頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三43

3.雙晶的類型按照雙晶個體的連生方式可分為：（1）接觸雙晶：兩個個體以某一平面相接觸而形成的。如尖晶石、石膏的接觸雙晶等。（2）聚片雙晶：由多個個體以同一雙晶律連生在一起，結(jié)合面相互平行。如鈉長石的聚片雙晶。第43頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三44（3）穿插雙晶兩個個體相互穿插而形成的雙晶。如螢石和十字石的穿插雙晶。（4）輪式雙晶由兩個以上的單體，按同一雙晶律組成，結(jié)合面表現(xiàn)為等角的相交，總體稱環(huán)狀或放射狀。如金綠寶石和文石的三連晶。第44頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三45

4.雙晶的形成（1）在晶體生長過程中形成；（2）在同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變過程中形成，如β石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣潦⑹尚纬呻p晶；（3）由機(jī)械作用形成，如方解石在機(jī)械壓力作用下可形成雙晶。

5.雙晶識別（1）雙晶多有凹角，單晶為凸多面體；（2）聚片雙晶在解理面上顯示聚片雙晶紋；（3）雙晶的結(jié)合面在晶體表面表現(xiàn)為“縫合線”（可以是直線或不規(guī)則曲線）。第45頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三46七、晶體的定向

1.晶軸：通過晶體中心、描述晶體或晶面在空間分布的坐標(biāo)軸。

2.坐標(biāo)系：常用X、Y、Z或a、b、c表示。三方、六方晶系用4根軸的坐標(biāo)系，用a1、a2、a3、c表示4根軸。第46頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三47晶系選軸原則晶體常數(shù)特點最高對稱型等軸以相互垂直的L4或相互垂直的L2為X、Y、Z軸a=b=cα=β=γ=90°3L44L36L29PC四方以L4為Z軸，以垂直Z軸并相互垂直的L2或P的法線方向為X、Y軸a=b≠cα=β=γ=90°L44L25PC六方和三方以L6、L3為Z軸，以垂直Z軸并彼此相交為120°的三個L2或P的法線為X、Y、U軸a1=a2=a3≠cα=β=90°γ=120°L33L23PcL66L27Pc斜方以相互垂直的3個L2為X、Y、Z軸a≠b≠cα=β=γ=90°3L23PC單斜以L2或P的法淺為Y軸，以垂直Y軸的主要晶棱方向為Z及X軸a≠b≠cα=γ=90°β≠90°L2PC三斜以不在同一平面內(nèi)的三個主要晶棱的方向為X、Y、Z軸a≠b≠cα≠β≠γ=90°C第47頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三48

第二節(jié)、礦物的類質(zhì)同象目的要求:1.掌握結(jié)晶學(xué)基本的理論2.準(zhǔn)確理解基本概念及寶石學(xué)意義3.認(rèn)識及描述常見寶石晶體第48頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三49

1．類質(zhì)同象的定義：晶體結(jié)構(gòu)中某質(zhì)點（原子、離子或分子）為其它類似的質(zhì)點所代替，其結(jié)構(gòu)型式不發(fā)生改變，晶格常數(shù)發(fā)生不大的變化，物理性質(zhì)可發(fā)生較大的變化。（注意與同質(zhì)多象的區(qū)分）。

2.按相互替代質(zhì)點的價態(tài)分：（1）同價類質(zhì)同象：如K+→Na+、Zn2+→Fe2+（2）異價類質(zhì)同象：如Al3+→Si4+

、Na+→Ca2+第49頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三50（1）

原點半徑相近—易發(fā)生替代（2）相同的化學(xué)鍵或者離子類型化學(xué)?。x子鍵、共價鍵、金屬鍵）離子類型(銅型離子、惰性氣體型)（3）電價平衡：單一：Mg2+→Fe2+或Ca2+

方解石成對：Na++Si4+→Ca2++Al3+

斜長石不等量：2Al3+→3Mg2+

云母2.類質(zhì)同象的條件

內(nèi)部條件：質(zhì)點半徑，離子類型，化學(xué)鍵外部條件：溫度、壓力和成分第50頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三51（4）溫度：溫度升高有利于類質(zhì)同象發(fā)生及替代比例增大；（5）壓力：壓力升高限制類質(zhì)同象替代比例，并使其出溶。（6）環(huán)境組分和濃度的作用當(dāng)介質(zhì)中某一組分不足時，與之相似組分最容易以類質(zhì)同象方式進(jìn)行補償。第51頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三52

3．類質(zhì)同象的意義（1）通過研究化學(xué)成分的規(guī)則變化，了解寶石物理性質(zhì)的變化規(guī)律，如顏色、RI、DR、SG、硬度、熔點等，為鑒定寶石的種屬服務(wù)。（2）研究寶石的成礦的環(huán)境條件。第52頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三53

4.類質(zhì)同象對寶石性質(zhì)影響（1）對寶石顏色的影響：

如碧璽：顏色的復(fù)雜性體現(xiàn)有各種顏色均有且深淺不一；同一晶體沿C軸不同位置顏色不同，如雙色、三色碧璽；同一晶體自中心至邊緣不同，如西瓜碧璽。第53頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三54（2）對RI、DR、SG的影響

寶石系列折射率雙折率相對密度鎂鋁榴石--

鐵鋁榴石1.74-1.83/3.7-4.2

鎂碧璽--

鐵碧璽1.61-1.680.014-0.0303.03-3.25

鈉柱石--

鈣柱石1.54-1.580.006-0.0362.50-2.78

鎂橄欖石--

鐵橄欖石1.64-1.690.035-0.0403.28-3.50

鈉長石--

鈣長石1.53-1.580.007-0.0132.6-2.8第54頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三55（3）對寶石硬度的影響礦物中化學(xué)成分的差異影響寶石的硬度，例如橄欖石中：Fe2+→Mg2+H：6.5→7，F(xiàn)e2+含量增大，H增大；碧璽、尖晶石等成分中Fe含量的增高大，導(dǎo)致硬度增大。碧璽硬度變化為7-7.5

尖晶石硬度變化為8~8.25。（4）對寶石光譜的影響如：剛玉、翡翠、綠柱石等。第55頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三56第三節(jié)寶石的礦物學(xué)特征目的要求:1.掌握結(jié)晶學(xué)基本的理論2.準(zhǔn)確理解基本概念及寶石學(xué)意義3.認(rèn)識及描述常見寶石晶體第56頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三57一、實際晶體與晶面條紋1.理想晶體與實際晶體理想晶體：面平棱直的規(guī)則幾何多面體，屬同一單形的各晶面同形等大.實際晶體：因自然生長條件復(fù)雜性使晶體偏離理想狀況，常見的有：歪晶、凸晶、彎晶。2.實際晶體（1）歪晶：在非理想環(huán)境下生長的、偏離理想晶體的實際晶體，表現(xiàn)為同一單形的各晶面發(fā)育不等或缺失。但晶面交角與理想晶體一致。第57頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三58（2）凸晶晶面相對凸起而呈曲面，晶棱彎曲而呈弧線的實際晶體，如鉆石的菱形十二面凸晶，常因遭受不均勻溶蝕所致。（3）彎晶晶體總體呈彎曲形態(tài)，如白云石晶體。2.晶面條紋晶體在生長過程中由鄰接面與主晶面交替出現(xiàn)所形成的表面直線紋。石英：六方柱與菱面體交替組成；碧璽：三方柱與六方柱交替組成；黃鐵礦：立方體與五角十二面體交替組成。第58頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三59黃鐵礦碧璽第59頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三60

二、寶石的光學(xué)性質(zhì)

1.顏色：是眼底視神經(jīng)對光波的感應(yīng)而在大腦中產(chǎn)生的感覺?？梢姽饨?jīng)物體選擇性吸收后，其殘余光的混合色即是該物體的顏色。第60頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三61

2.條痕：是指將礦物在白色無釉瓷板上刻劃后留下的礦物粉末的痕跡，條痕色是指留下的礦物粉末的顏色。礦物的條痕可消除假色，減弱他色，因而比礦物顏色更有鑒定意義。條痕測試是破壞性測試，只能用于未加工的寶石或琢型寶石不顯眼的部位。第61頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三62

3.光澤：材料表面反光的能力和特征。它主要與材料的折射率、反光率有關(guān)，但也與材料的顆粒集合方式表面平整程度以及拋光質(zhì)量和硬度有關(guān)。礦物學(xué)中，通常按光澤的強弱將光澤分為四級：金屬光澤、半金屬光澤、金剛光澤和玻璃光澤以及一些特殊的光澤如：絲絹光澤、珍珠光澤、蠟狀光澤、油脂光澤等。第62頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三63

4.透明度：指寶石材料透光的程度。分為：透明、次透明、半透明、微透明、不透明。第63頁，講稿共71頁，2023年5月2日，星期三64三、寶石的力學(xué)性質(zhì)

1.解理：礦物受外力(敲打,擠壓等)作用后,沿著一定的結(jié)晶方向發(fā)生破裂,并能裂出光滑平面的性質(zhì)稱為解理。解理是由礦物的晶體結(jié)構(gòu)決定的。由于晶體具有各向異性，鍵力在不同的結(jié)晶方位是有差異的，解理往往沿著面網(wǎng)間化學(xué)鍵力最弱的方向產(chǎn)生。解理按產(chǎn)生的難易程度，一般分以下幾種