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1、3宝玉石的物理化学性质,3.1晶体和晶系,水晶和金刚石,水晶,金刚石,一、晶体和非晶体1晶体,格子构造:不论晶体外部形态如何，其内部质点（原子、离子、或分子）都是有规律排列的。这种规律表现为同种质点作周期性的重复，构成了所谓的格子构造。抽象地选取晶体中任一个质点作为相当点，相当点的分布规律可以体现晶体构造中所有质点的重复规律。三度空间中相当点的格子状排列就称为空间格子。,隐晶质:一些矿物，虽然其内部原子结构作有序排列，但不具外部规则的几何形态，它们由无数的微晶组成，但这些微晶尺寸很小，甚至用普通显微镜都无法观察到，这些矿物称隐晶质，如玉髓、软玉、绿松石等。,红玉髓吊坠,晶体：晶体是具有格子构造
2、的固体，晶形的充分发育可导致其外部晶面呈规则的几何形态(由晶面、晶棱、角顶构成)。,多晶质:一些矿物也是由细小的晶体组成，然而其组成晶体可用放大镜、甚至肉眼观察到，这些矿物称多晶质，如翡翠、独山玉等。,独山玉雕,2.非晶质 有些貌似固态的物质,它们内部组成质点不作规则排列，即只按短程有序排列，不具格子构造，因而没有规则的几何外形，这类物质称非晶质或非晶质体。从内部结构的角度看，非晶质体中的质点分布类似于液体。如火山玻璃、玻璃、蛋白石、琥珀和松香等。,蒙镶琥珀烟壶,蛋白石,晶体具有固定的熔点，而非晶体无明显的熔点；晶体呈现各向异性，而非晶体是各向同性的；晶体具有自范性，即它通常能以平面作为其与周
3、围介质的分界面，具有形成规则多面体外形的倾向，非晶体无自范性；晶体还具有高度的对称性，非晶体无对称性。,晶体和非晶体物理性质的差异,晶体与非晶体之间的宏观性质上的差异，是由微观结构的不同所引起的,二、晶系,为描述晶体的形态，假设有某些固定线作为描述格点相对位置的坐标系统，这个坐标系统可认为是无限长的假想线，沿着晶体某些限定方向穿过理想晶体。它们相交在晶体内部被称为原点的一个点上。这些假想的线称为晶轴，根据晶轴的长短，相互之间的交角和晶体的对称性，晶体共分七大晶系。任何晶体所属的晶系均可由晶轴的数目、相对长度及夹角来确定。,1等轴晶系（立方晶系）,晶体中有三个晶轴(直立轴是c轴、前后轴是a轴、左
4、右轴是b轴)三轴长度相等，垂直相交，即abc，90。理想的晶形是立方体、八面体、菱形十二面体和由许多小面组成近圆的球型。,等轴晶系,萤石,青金石,属于等轴晶系的主要宝石有钻石、萤石、石榴石、青金石等,2四方晶系 3个相互垂直的晶轴，其中2个晶轴长度相等，另一个不等，不等的晶轴为纵轴，两个相等的晶轴为横轴，即abc，90。理想的晶形是四方柱和四方双锥。,四方晶系,符山石,锆石,四方晶系代表宝石有锆石、方柱石和符山石等,3六方晶系 3个或4个晶轴，以4晶轴表示法为例，其纵轴或主轴（c轴）比其他3个相等的晶轴长或短，3个相等的晶轴相互以120相交，纵轴垂直于3个相等晶轴组成的平面，即a1=a2=a3
5、c,=90，=120。如用三晶轴表示，则为a=bc，=90,=120。,六方晶系,理想的晶形是六方柱和六方双锥,代表的宝石有绿柱石、磷灰石和蓝锥矿等,绿柱石,蓝锥矿,4.三方晶系（菱方晶系）与六方晶系相似，但其对称程度较低。abc，特殊角。理想的晶形是三方柱、菱面体。代表性宝石有刚玉、石英、电气石、硅铍石、方解石和菱锰矿等。,三方晶系,方解石,刚玉（红宝石）,硅铍石,5.斜方晶系(正交晶系)晶体具有3个不等长的晶轴，彼此相互垂直，即abc，=90。其中最长的主轴（c轴）直立，其他两个晶轴水平。理想的晶形是柱状和柱状双锥。,斜方晶系,顽火辉石,代表性宝石有红柱石、金绿宝石、堇青石、橄榄石、托帕石
6、（黄玉）、黝帘石、顽火辉石等,黄玉,黝帘石,6.单斜晶系 三个轴不等长，两轴相互垂直，一轴斜交。即abc，=90，90。属这个晶系的宝石有翡翠、软玉、紫锂辉石、月光石、透辉石、孔雀石、蛇纹石等。,单斜晶系,紫锂辉石,透辉石,7.三斜晶系 三轴不等，皆相互斜交，即abc，90。常见的宝石仅有日光石。,三斜晶系,3.2宝石的光学性质,宝石的光学性质在宝石鉴定、评价以及设计加工中的意义 1.宝石的颜色、光泽以及所具有的一些特殊的光学效应都是光与宝石相互作用的结果；2.对宝石的鉴定，一般要求无损伤鉴定，所依据的主要是宝石的光学性质，如折射率、双折射率等；3.为了最大限度地体现宝石的美，必须将宝石所能产
7、生的最吸引人的效果显示出来，为此，在宝石加工中必须充分了解宝石的光学性质。,光,宝石,影响最佳加工琢型及比例,评价宝石的重要依据,鉴定宝石的理论基础及方法,产生的效应,相互作用,一、光的本质 光的本质是电磁波，它既具有波动性，又有粒子性。电磁波的振动方向垂直于传播方向，即光波是横波，并可用波长、波幅来表示。,电磁波谱,二、自然光和偏振光 1自然光 根据光振动的特点不同，可将光分成自然光和偏振光。自然光是一切普通光源所发出的光波，如太阳光和电灯光等，它们是光源中大量分子或原子辐射的电磁波的混合波。混合波中的光振动不是只沿一个方向，而是在垂直光传播方向的平面内的一切方向都有光振动。,自然光的振动与
8、传播方向,通过偏光片的自然光A自然光 B偏光片 C偏振光,2偏振光,自然光经过反射、双折射，或通过特制的偏光片以后，改变了光的振动方向，使其成为只在一个固定方向振动的光波，这种光波为平面偏光，简称偏振光或偏光。,三、光的折射、全反射和折光率1.光的折射 折射定律：光由光疏介质到光密介质时，光的传播方向向法线方向折射，入射角大于折射角()；光由密介质向疏介质传播时，向远离法线方向折射，入射角小于折射角()，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数；入射线、折射线，法线在同一平面内。,光由光疏质向光密质传播图,光由密介质向疏介质传播,2折光率和全反射 真空中的光速与介质中的光速之比，称为该介质的绝对
9、折光率。通常所说的折光率（refractive index），一般指的就是绝对折光率。由于光在空气中与在真空中的光速非常接近，因此实际上一般以空气中的光速与某介质中的光速之比称为该介质的折光率。入射角正弦与折射角正弦之比，等于光在入射介质中的速度与折射介质中的速度之比，是一个常数，即折光率,钻石和水晶的折光率分别为：,光由光密质向光疏质传播时，折射光将偏离界面的法线方向，当入射角达到某一临界角度时，折射角将达到90，折射光延界面传播，这时入射角就是“临界角”。如果入射角稍大于临界角，入射光就全部反射回原来的密介质中。这种现象称之为全反射。,全反射和临界角,常见的宝石临界角：钻石2425，红宝石
10、、蓝宝石4337，尖晶石3536，黄玉3750,水晶4050,正确切割的宝石,宝石太浅，光从亭部漏掉,宝石太深，光从亭部漏掉,四、光在均质体及非均质体中的传播1均质体 均质体也称各向同性体。均质体的宝石，在晶体的不同方向格子构造的排列相同。光在其中传播有两个特点：光从任意方向进入均质体时，各方向光速相等，折光率相等；光在其中传播，光的振动方式不变。自然光进入均质体仍为自然光，偏振光进人仍为偏振光。属均质体的宝石有等轴晶系和非晶质体宝石。,自然光和偏振光在均质体中的传播,2 非均质体和双折射 非均质体也称各向异性体，除等轴晶系以外的其他各晶系都属于非均质体。无论入射光是自然光还是偏光，当进入非均
11、质晶体时，会产生振动方向相互垂直而又同时垂直于光波的传播方向的两束折射光，且都是偏光；同时，两者在晶体中的传播速度除特殊情况外（光轴方向）也不等，相应地便有两个大小不等的折射率，此种现象称为双折射(double refraction)。,自然光射入非均质体后的现象,最大折光率值和最小折光率值间的差值，称为双折射率（birefringence）。双折射及双折射率是识别宝石的主要特征之一，如石英最大区别的折光率分别为1.544和1.553，因此，其双折射率等于1.553-1.544=0.009。,高的双折射率在宝石中的表现 由宝石台面向亭部的底刻面棱角处放大观察，转动宝石就会见到棱线呈现的双影。,
12、方解石的双折射现象,锆石也因为双折射率较高，放大检查时，可明显地看到刻面棱线呈双影。,五、一轴晶、二轴晶1.光轴 自然光在非均质晶体中传播，一般情况下均发生双折射现象，但也有一个或两个不发生双折射的方向，不发生双折射的方向就是该晶体的光轴方向，也称为光轴。,2一轴晶 在非均质晶体中，只有一个方向不发生双折射的晶体，称一轴晶。属一轴晶的宝石有四方晶系、三方晶系和六方晶系。,一轴晶晶体有两个折光率No和Ne，其中一个方向保持不变为常光（No），这个方向为光轴方向，它与晶体中的c轴平行一致；另一个折光率随晶体转动有所变化，当振动方向平行于光轴时，其折射率达到最大值（例如在石英等晶体中）或最小值（例如
13、在刚玉等晶体中），称非常光（Ne）。两者的差值则为晶体的双折射率，当NoNe时，为一轴负晶，当NeNo时为一轴正晶。No、Ne及都是每种一轴晶的特征性光学常数。,3二轴晶 在非均质晶体中，具有两个光轴的晶体，称为二轴晶。两光轴所在的平面称为光轴面（optic axial plane）,两光轴间的夹角成为光轴角（optic axial angle），记为2V。二轴晶包括斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系的宝石。这三个晶系的晶体，光在三个方向传播速度均不相同，故属二轴晶的晶体有三个折光率：Ng、Np、Nm。在二轴晶中，光沿任一光轴传播时均不发生双折射，并具有同一折射率Nm；光沿其他方向传播时均发生双折射
14、，且两个偏光的振动方向和对应的折射率均随光传播方向的改变而改变，其一大于Nm而另一个小于Nm；当光的传播方向与光轴面垂直时，2个折射率分别达到最大值Ng和最小值Np。其双折射率NgNp。Ng、Np、Nm、及2V都是每种二轴晶的特征性光学常数。,六、颜色,1颜色 宝石的颜色是宝石对可见光区域内（400700nm)，不同波长的光选择吸收后，透射或反射出光的混合色。可见光光波波段是：紫色 400450nm蓝色 450480nm青色 480510mn绿色 510550nm黄色 550590nm橙色 590630nm红色 630700nm,2 三原色 不同颜色的光源叠加在一起呈现的颜色，我们称之为加色。
15、物体对可见光选择吸收后透射（反射）出的颜色，我们称之为减色，也就是宝石的颜色。国际上统一使用的标准白色光源的色温是6500K，是由三束能量近似相等的三色光源红光、绿光、蓝光混合而成。红色、绿色、蓝色就称之为三原色。三原色含量不同，宝石的颜色也就不同。,3颜色的三要素 色调（色相color hue）所有宝石的颜色可分为彩色与非彩色两大类。非彩色的表示宝石是黑、白及各种灰色。彩色的有红、黄、蓝等颜色。色调是指彩色的类别，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等，通常以主波长表示。例如某宝石色调的主波长是 589nm，表明宝石颜色相当于波长 589nm的橙黄色；另一个宝石色调的主波长为 550nm，它也是黄色
16、，但与前一种不同，它较偏绿。,红宝石：红色中带玫瑰色调,红色尖晶石：红色中带冷灰色调,红色石榴石：红色中带褐色调,红色碧玺：红色中带粉色调,饱和度（纯粹度或彩度saturation）是指颜色的鲜艳程度。通常用色光与白光的比例来定量表示。例如主波长650nm，饱合度60的色光，主波长说明它是深红色，饱合度说明它相当于60波长为 650nm 的深红光加40的白光混合而成。它看起来不如100的650nm深红色光那样鲜艳，但比饱和度低于60的要鲜艳。,亮度（brightness）亮度即彩色的明亮程度。宝石戒面的亮度取决于4个方面：宝石本身折光率的大小；宝石翻面款式的设计是否合理，也就是说底刻面的每个小
17、面是否能将入射光全部反射到台面上来；宝石表面是否光洁；宝石颜色的浅深，一般色浅的亮度高，色深的亮度低。,综合三个要素，色调纯正、亮度大、饱和度高的宝石为佳品。,翡翠项链珠子直径：15.0915.84mm8000万港币，1997.10,4.颜色的表示方法目测法 人眼睛中的视网膜上有三种颜色的锥状感光细胞（红色、绿色、蓝色），能辨别不同的颜色。一般情况下根据人的视觉观感来描述宝石的颜色。颜色是宝玉石对光的吸收、反射、折射、衍射、干涉等物理效应的综合结果。因此目前宝玉石界广泛使用的是肉眼观察、定性描述的方法。描述时要力求准确、简明、通俗。2种色调的混合色用双重命名法，将为主的颜色写在后面。如蓝绿色祖
18、母绿，即该祖母绿颜色是以绿色为主，但带有蓝色。,橄榄石以绿色为主，但带黄色，就描述成黄绿色；镁铝榴石以红色为主，带有紫色就描述成紫红色。,橄榄石,镁铝榴石,若系同种色调，但有深浅之分则用比较法，如深红、浅黄等。若上面描述方法仍显不够形象时，则用比拟法，即用常见的物体作比喻。如优质红宝石之颜色多呈“鸽血红”，海蓝宝石则呈海蓝色(海水样的蓝色)。,对比法 为减少人为的视觉差别，出版有标准系列的颜色图册，图册上有各种不同的颜色，只要将宝石与图册对比，就得知宝石所属的标准颜色。颜色指数表示法 通过测量宝石在可见光范围内（400700nm),不同波长的三刺激值，也称色散值（即红光、绿光、蓝光的含量），对
19、颜色的三个要素（色调、亮度、饱和度）进行定量分析。表达颜色的各项指数：主波长（色调或色相）、视觉反射率（亮度）、饱和度（彩度）。,5.宝石的致色因子宝石的颜色主要是由宝石本身的化学组成决定的，宝石中含有某些致色元素，宝石中致色作用最大的是过渡元素，它们既可以是宝石的基本组成成分，也可以是微量元素。自色宝石：如果致色元素是宝石成分中的一种固有组分，则其颜色基本是不变的，此即所谓的自色（idiochromatic），相应的宝石称为自色宝石；,常见自色宝玉石,铁铝榴石,绿松石,锰铝榴石,他色宝石：有些宝玉石的主要成分中无稳定的致色组分，但若含有微量的某些过渡元素时，则显现出较为美丽的颜色，此即所谓的
20、他色（allochromatic)，相应的宝石称为他色宝石。,常见他色宝玉石,比如成分纯净的刚玉为无色，但若含有微量的Cr3时，显现红色，称之为红宝石；若含有Fe2和Ti4时，显现蓝色，称之为蓝宝石。,宝石的致色原因：过渡金属离子致色 当宝石组分中含有过渡金属元素（Cr、Ni、Co、V、Ti、Fe、Mn、Cu等）时，不论其含量多少，都是产生颜色的物质基础。缅甸红宝石中含2左右的Cr2O3，在可见光谱中400-460nm和500-600nm两处吸收，600-700nm 红色波段和460500nm青色波段通过。因此，红宝石呈微带紫色的玫瑰红色。,由过渡金属离子致色的有色宝石有红宝石、红色尖晶石（含
21、Cr3）、蓝宝石（含Ti4、Fe2）、绿松石（Cu2）、祖母绿（Cr3）、蓝色黝帘石（V4）、红色绿柱石（Mn3）、橙黄色锰铝榴石（Mn2）、紫红色镁铝榴石（Fe2）、蓝色尖晶石（Co2）等。,尖晶石,元素离子间的电子转移或电荷转移致色 在晶体结构中，相邻离子间在外来能量（光子）作用下可产生电子转移，即离子发生电荷转移。这种作用主要表现为氧化还原过程。许多过渡金属离子具有一个以上的价态，如Fe2和Fe3、Mn2和 Mn3以及Ti3和Ti4等。这种具有不同价态的过渡金属元素，最有利于电子转移。不同价态的元素可使宝石呈现不同的颜色。,色心致色 在宝石晶体结构中具有能吸收光而呈现颜色的晶体结构缺陷称
22、为色心(color center)。色心是一种晶体结构缺陷，即晶格位置上的离子被撵走造成晶格缺位。,绿色金刚石的绿色就是碳原子从原来的晶格位置上被撵走后形成空位所致。,如果钻石的中C元素被N所取代，就会多出一个电子，于是产生电子色心，使钻石产生黄色调；,如果钻石中C元素被B所取代，就会少一个电子，于是产生空穴色心，使钻石产生珍贵的蓝色调。,物理光学作用致色 以上所讨论的都是宝玉石内部的化学成分和晶体结构缺陷所引起的颜色，即所谓的体色(body color)。除此以外，宝玉石的颜色还可由于其中的包裹体、裂隙、双晶、定向排列的杂质夹层等，在可见光的照射下，发生物理光学作用，如干涉、散射、衍射等引起
23、。这种颜色是为假色(pseudo chromatism)。如：钻石五颜六色的闪光（钻石是无色透明的）。,干涉 光波的叠加或抵消，可以使宝石呈现不同的颜色。例如：珍珠是由同心圆形层状文石和角质两种物质构成。文石和角质在同一层中相间垂直层面排列，当入射光在两种折光率不同的层面间发生反射时，反射光波的相互干涉产生漂亮的晕色。再如，裂隙或其中充填的铁质因反光面不同，也会造成光的干涉而呈现颜色。,衍射 光干涉的一种特殊类型。即白光与一个规则的结构层相互作用产生光波定向传播的效应。欧泊中不同颜色的彩片，就是粒径相等的细小微粒状二氧化硅小球，作层状规则堆积，对入射光进行衍射而成。,欧 泊,散射 宝石内部结构
24、不规则或颗粒的大小超出衍射条件时，入射光通过宝石内部时与散射中心相互作用，造成在不同方向发生反射作用而呈现颜色。如月光石是由钾、钠长石交替平行排列，具格子双晶的条纹长石。但条纹层很薄，一般在501000nm之间。当入射光照在纵横交错的格子双晶面上造成光的散射，使其产生淡蓝的朦胧晕色。,月光石,七、条痕 宝石的条痕是宝石粉末的颜色，一般是指宝石在白色瓷板上划擦时留下的粉末的颜色，是宝石呈粉末状态时对白光中不同波长光波吸收的结果。宝石的条痕可以与其本来的颜色一致，也可以不一致。条痕在某些情况下有助于鉴定宝石。,一些矿物的体色和条痕色,黄铁矿,八、色散(火彩)白光斜射入宝石时，不同的色光因为折射角不
25、同而发生分离，将白光分解为七种色光的现象称色散。,色散度（dispersive power）通常用430.8nm的蓝光和686.7nm的红光分别测同一个宝石的折光率，折光率之间的差值，就是该宝石的标准色散值，即色散度。,色散现象较为明显的宝石,钻石（0.044）,合成金红石（0.3）,蓝锥矿（0.047）,九、多色性 宝石晶体在透射光照射下，不同方向呈显不同颜色的现象，称之为宝石的多色性。非均质的宝石晶体，当自然光进入晶体后，就被分解成为两条互相垂直的平面偏振光。每束光按自己的波长和光路在晶体中传播，晶体的不同方向对光波的吸收不同，所以呈现不同的颜色。具多色性的宝石均属非均质体，具二色性的有正
26、方、三方、六方晶系中的宝石；斜方、单斜、三斜晶系宝石，多具有三色性。例如：蓝宝石具二色性，在垂直c轴方向呈蓝色，而在平行c轴方向呈蓝绿色。坦桑尼亚石（黝帘石）具三色性，即蓝色、紫色和黄绿色。,返回变色效应,十、光泽（luster）宝石表面的总光量称为光泽。对于透明度很高的宝石来说，除了宝石表面反射光量之外，还应考虑透射光量。也就是说宝石表面的光泽，是反射光量（主要的）和透射光量（少数的）的总和。宝石的光泽与透明度和折光率有关：透明度高，光泽弱；折光率高，光泽强。,金属光泽（metallic luster）N3 表面所具有的一种象金属一样的光泽。,黄铁矿,金刚光泽（adamantine lust
27、er）N2.02.6 由金刚石表面所显示的一种光泽类型，是非金属矿物中最强的一种光泽。,亚金刚光泽（subadamantine luster）N1.90-2.0 锆石、苏联钻,锆石,强玻璃光泽 N1.701.90 金绿宝石、钙铝榴石,金绿宝石,石榴石,玻璃光泽（vitreous luster）N1.541.70 尖晶石、水晶、红宝石、祖母绿、托帕石、碧玺等,黄 玉,亚玻璃光泽（subvitreous luster）N1.21-1.54 欧泊、萤石,萤 石,蜡状光泽（waxy luster）,树脂光泽（resinous luster）琥珀、塑料,丝绢光泽（silky luster）透明宝石成纤维
28、状集合体时，表面具有明亮的、丝绢一样的光泽，称丝绢光泽。如纤维状木变石、虎睛石、石膏、孔雀石、猫眼石等。,木变石,珍珠光泽（pearly luster）由于珍珠具有放射同心圆状结构（在表面为具有叠瓦状构造），对光造成散射呈现出朦胧的晕色，即为珍珠光泽。是一种柔和、多彩的光泽，常见于珍珠表面或月光石表面。,油脂光泽（greasy luster）具贝壳状或似贝壳状断口的宝石，在平坦的断口上显出油脂般的光泽。如软玉、石榴石、磷灰石、石英。,沥青光泽（bitumen luster）半透明或不透明的黑色宝石，在平坦的断口上具有的乌亮的光泽，如煤玉。,十一、透明度（transparency）宝石透过可见光
29、的能力称为透明度。透明度的大小取决于宝石的化学成分与内部结构。含有较多自由电子的晶体，对光波的吸收较多，因而透过的光就少，透明度很低，称为不透明。反之，一些具离子键或共价键的矿物（如金刚石、冰洲石等），由于不存在自由电子，它们对可见光吸收较少，因而透过光就多，透明度较高，称为透明。通常将宝石的透明度划分为以下5个级别：,透明 可充分透过光线。通过宝石可极明显的看到对面的物体，如质地优良的钻石和水晶。,水 晶,半透明 宝石能透光，通过宝石可透视物体，但不太清楚，如电气石。,亚透明 虽可透光，但不能透视物体，如高档翡翠、软玉、黄玉。,半亚透明 透光很少，如优质玛瑙。,玛瑙雕梅花烟壶,不透明 磨成薄
30、片也不透明。如青金石、孔雀石。,青金石,孔雀石,十二、宝石中特殊的光学效应 常见的特殊光学效应有星光效应、猫眼效应、变色效应、变彩效应、晕色（月光）效应和砂金效应等。,1猫眼效应 弧面宝石在光线照射下，在宝石表面呈现可以平行移动的丝绢状光带，象猫眼睛的虹膜，这种现象称为猫眼效应（chatoyancy）。随着光源或宝石的摆动或观察角度的改变，光带在宝石表面作反方向平行移动。,宝石晶体中含有平行密集排列的纤维状气态、液态或固态包裹体，如果垂直纤维状包体的延长方向切割，并琢磨成光洁的弧面型宝石，光线照射到宝石中的纤维状包裹体上，一条纤维就是一个反射光点，无数平行纤维的光点连在一起就成了丝绢状光带，当
31、转动宝石，光带也随之平行移动。,形成猫眼效应必须具备下列条件：宝石中含有极其丰富的呈一个方向定向排列的包裹体；切磨宝石的底面平行于包裹体组成的平面；宝石必须切磨成弧面型，其长轴方向垂直于包裹体延伸的方向。,评价：眼线是否窄细、明亮；游动是否灵活；是否居中。,自然界中常见具猫眼效应的宝石有电气石、绿柱石、磷灰石、金绿宝石、石英、月光石、海蓝宝石等。由于具猫眼效应的金绿宝石多呈褐黄色，光带明亮，酷似猫的眼睛，所以宝石学界称其为“猫眼石”。其它具猫眼效应的宝石均需在“猫眼”前面注明宝石名称，如电气石猫眼、绿柱石猫眼、石英猫眼、月光石猫眼等。,电气石猫眼,月光石猫眼,2.星光效应 弧面宝石在光线照射下
32、，在宝石表面呈现相互交会的四射、六射或十二射星状光带，就像夜空中的星光，这种现象称之为星光（asterism）效应。随着宝石的转动或光源的转动，星光将在宝石表面作反向转动。,宝石晶体内部有平行晶面排列的管状、纤维状气态、液态、固态包裹体，或管状空隙。当垂直c轴截取宝石原料，并琢磨成光洁的弧面后，人射光与交织的包体发生定向的反射，交会在一起的反射光就呈现星光效应。,星光宝石的切割方向,形成星光效应必须具备下列条件：宝石必须含有极丰富的至少呈两个方向定向排列的包裹体；切磨宝石的底面平行于包裹体排列方向组成的平面；宝石必须切磨成弧面型评价：各亮带是否清晰、细窄、完整；亮带交叉点是否位于弧面中心。,当
33、星光是由宝石内部包裹体反射所致时，这种星光叫表星光（epi-asterism），如刚玉。若星光是由光透过宝石并照亮包裹体所致时，这种星光叫透星光（di-asterism），如铁铝榴石、蔷薇石英。许多宝石，具有定向排列的包裹体，但其数量不足以显示星光，当这些宝石偶尔可见到从所含包裹体反射出的光，这种光称为丝光。,六射星光的有，星光红宝石、星光蓝宝石、星光芙蓉石；四射星光有星光透辉石、星光铁铝榴石、星光尖晶石；十二射星光宝石有星光红宝石、星光蓝宝石等。,星光红宝石 星光蓝宝石,3.月光效应（乳光opalescence效应）月光石是钾、钠长石交替平行排列，互相垂直具格子状双晶的微斜长石。当双晶很薄、
34、厚度在50-1000nm时，入射光在微细双晶面上造成光的散射作用，无规律的反射光聚集在一起，造成朦胧状的蔚蓝色乳白晕色，如同月光，称为月光（乳光）效应。,月光石,4.变彩效应 光线从宝石的特殊结构中反射出经过干涉或衍射作用而产生的颜色，颜色随着光源或观察角度的变化而变化，这种现象称为变彩（chatoyance）效应。欧泊表面是直径为150400nm排列整齐的层状二氧化硅球粒，球粒之间孔洞的形状彼此相同，距离相等。在同一块彩片上的球粒，大小相等，当自然光照到规则排列的层状球粒上时，球层对自然光发生衍射作用，使之变成波长相同的单色光。球粒的大小决定着衍射光束的波长，当球粒增大时，衍射光的波长也增加
35、。因此，由小球组成的彩片呈现紫色变彩，而由大球粒组成的彩片呈现红色变彩。,欧 泊,欧泊是在同一宝石戒面上可以同时显示出多种光谱色（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫）的罕见宝石。欧泊呈不规则排列的各种彩片，但在同一彩片上的颜色还是相同的。,5.变色效应 金绿宝石有一个绿色变种，它在日光下照射时呈绿色，而在白炽灯光照射下呈紫红色，这种现象称为变色（color change）效应。其原因是这种金绿宝石有两个透光区，一个是绿色波段，一个是红色波段，由于日光成分中绿光偏多，所以在日光照射下绿色加浓，宝石就呈现绿色，而白炽灯光中红色成分多，所以在白炽灯照射下红色加浓，宝石现红色。具变色效应的金绿宝石又称为变石（
36、alexandrite即亚历山大石）。,返回多色性,变石烛光下呈红色，日光下为蓝绿色,产生变色的前提条件：宝石的可见光吸收光谱中存在着两个明显相间分布的色光透过带，而其余色光均被较强吸收。具变色效应的宝石还有：哥伦比亚含钒蓝宝石、泰国绿色蓝宝石、立方氧化锆变石、璧玺、人造刚玉变石、人造尖晶石变石等。,6.砂金效应 透明的宝石内部含有许多不透明的固态包体，如细小云母片、黄铁矿、赤铁矿和小金属片等，当观察宝石时，包体对光的反射作用呈现许多星点状反光点，宛若水中的砂金，称为砂金（aventurine）效应。具这种效应的天然宝石有日光石和砂金石。,日光石,东陵玉七星阵（砂金石）,十三、发光性,物体受外
37、在能量的激发，发出可见光的性质即为发光性(luminescence)。外在能量的激发，主要是紫外线、阴极射线、X射线等各种高能辐射。若外在能量的激发作用停止后的10-8s内，发光现象即消失，称之为荧光(fluorescence)；若超过这段时间后，仍能继续发光，则称之为磷光（phosphorescence)。宝玉石的发光性与晶体结构中的缺陷及杂质有着密切的联系，能够引起发光的晶格缺陷及杂质称为激活剂(activators)。发光性是宝玉石的鉴别特征之一。,紫外线辐照引起的发光效应，在宝玉石中应用得最为广泛，其常用紫外线的波长有二种：253.7nm 短波紫外线(short wave ultrav
38、iolet radiation，SWUV)365.4nm 长波紫外线(long wave ultraviolet radiation，LWUV),钻石在紫外光下的发光性,3.3宝石的力学性质一、宝石的密度和比重,金刚石 绿柱石 红宝石 金绿宝石 水,密度（density）是单位体积的质量。密度质量/体积，单位是g/cm3。,密度的大小取决于组成元素的原子量，原子或离子半径和结构紧密程度。密度计算需要知道宝石晶体化学式中元素的原子量之和(M)，单位晶胞中相当晶体化学式中的分子数(Z)和晶胞体积(V)，计算公式是:,比重(specific gravity，S.G.)是指宝石在空气中的重量与同体积水
39、在4时重量之比，是无量纲的。宝石在空气中的重量可以直接称重(P)。水的重量需根据阿基米德定律“如果一个物体全部浸在水中，它失去的重量（即受到的浮力）等于排开同体积水的重量”。PP1(P1：宝石在水中的重量)就是宝石在水中失去的重量。也就是排开同体积水的重量。比重：,所以比重又是相对密度，即 比重宝石的密度/水的密度。水在4时密度是1g/cm3，故宝石的比重值与密度的数值相等，在其它温度下，二者有差别，但差别不大。国际上统一用比重值后面冠以密度单位(g/cm3)，即测定密度(Dm)，来表示宝石的密度。密度或比重的大小取决于组成元素的原子量、原子或离子的半径和结构紧密程度，因此，它们是宝玉石鉴别的
40、重要标志之一。,二、宝石的硬度 宝玉石的硬度(hardness)是指：宝玉石在受到外来机械作用力刻划、压入或研磨时，所表现出来的机械强度。1.摩氏硬度,摩斯硬度计（Mohs scale of hardness）,常见宝石和有关矿物硬度表,其它常见物质：指甲硬度为2.5，铜针是3，小刀5-5.5，玻璃5.0-6.0，钢锉6.5-7.0，碳化硅9.5。,2.绝对硬度 绝对硬度的测定常用显微硬度计，其方法是在宝石磨光面上加一定质量的金刚石角锥压入，以质量和压痕面积之比（kg/mm2）来表示宝石的硬度。产生单位面积压痕所需的质量越大，宝石的绝对硬度也就越大。这样测得的硬度叫压入硬度，压入硬度是绝对硬度
41、的一种。,摩氏硬度与绝对硬度的比较,布氏硬度（HB）：以一定的载荷把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2。维氏硬度（HV）：以120kg以内的载荷和顶角为136的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。,布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等方法多用于材料、尤其是金属等性能的测试，在宝玉石界很少使用。,洛氏硬度（HR）：当HB450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18
42、mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的情况。HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度较高的材料（如硬质合金等）。HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。,3.宝石硬度的各向异性 宝石硬度的各向异性指的是同一宝石晶体的不同方向上，因晶体结构的不同而硬度有所差异的现象。,金刚石晶体三种常见晶形：八面体、菱形十二面体和立方体,三、韧性和脆性 宝石在外力作用下
43、抵抗碎裂的性质称为韧性（toughness）。相对韧性而言，宝石受外力作用易碎裂的性质称为脆性（brittleness）。韧性和脆性是一个问题的二个方面，它们是宝玉石抗碎裂程度的一种标志。韧性或脆性与宝玉石的硬度之间没有必然的联系，硬度大的宝石不一定比硬度小的宝石耐破损。在考虑宝石耐久性这一问题上，除化学组分稳定之外，要综合硬度和韧度两个方面的因素。,宝石韧度表,常见宝石的韧度从高到低的排序为：黑色金刚石、软玉、翡翠、刚玉、金刚石、水晶、海蓝宝石、橄榄石、绿柱石、黄玉、月光石、金绿宝石、萤石。,四、解理、裂解和断口 解理(cleavage)是指晶体在外力作用下，严格按照晶体中一定结晶方向发生破
44、裂，并或多或少留下光滑平面的性质。因解理而裂开的平面称为解理面。解理总是沿着晶体结构的薄弱处发主，且同种宝石必定具有相同的解理，因此，解理是宝石晶体所固有的性质，是宝玉石的鉴别标志之一，并可以根据宝石的解理特征选择琢型，并对宝石进行有效保养。,根据解理发生的难易程度和解理面发育的程度，将其分为五级：极完全解理：极易发生，解理面显著、平整、光滑。完全解理：易于发生，解理面显著，较平滑。中等解理：能够发生，解理面显著但不够平滑。不完全解理：虽能发生，但较困难，解理面断续分布。极不完全解理：很难发生，一般称作无解理。,方解石具有三组非常发达的解理，且不同方向解理面之间的夹角为105度(或75度)，所
45、以一般我们可以看到三个面,裂理(parting),刚玉晶体的裂理,晶体在外力作用下，沿着双晶接合面或杂质夹层等裂开的性质称为裂理。因裂理而裂开的平面称为裂理面。同种晶体若形成双晶，则必定遵循一定的双晶规律，若存在杂质夹层则必有一定的结晶学方位，因此裂理的产生也有一定的方位。但它与解理不同，同种晶体中必定具有完全相同的解理，而裂理则未必。,断口(fracture)断口指在外力作用下，沿任意方向裂开的性质。断口的发生是无固定方向的，且其断面不平整，但常具有一些特征的形态，因而断口也是宝玉石的鉴别标志之一。断口与解理不同，不论在晶体或非晶体宝石上均可发生，常见的宝石断口有贝壳状断口(conchoid
46、al fracture)、参差状断口(uneven fracture)和锯齿状断口(haekly fracture)。具贝壳状断口的宝石有水晶、锆石、玻璃等。具参差状断口的有石榴子石、橄榄石等宝石，其断口形态常为参差不平状；软玉的纤维状结构，使它出现所谓的锯齿状断口。,3.4宝石的电学性质,一、导电性 在宝石的两端加上电压时，有电流通过，称之为导电性。能导电的宝石有赤铁矿、人造金红石和天然蓝色钻石。尤其是天然蓝色钻石的半导体性，与微量硼元素有关，对钻石的鉴别十分有利。而辐射改色蓝钻石的没有半导体性。可以用这个特点来区别天然蓝色钻石和改色蓝钻石。二、热电效应 具热电效应的宝石有电气石。当给电气石
47、加热时，就会在晶轴的两端产生数量相等、符号相反的电荷。这就是电气石为何因阳光或灯光照射时，加热面有吸尘现象的原因。,三、静电性 当将琥珀和其它塑料制品用力摩擦，其表面能产生静电电荷，可以吸起小纸片。用这种特性可以快速鉴别琥珀和塑料制品。四、压电性 压力与电荷互相转换的性能称为压电性。净度很高的水晶，当受到压力作用时，会产生电荷（其多少随压力而变）；相反，当受到电压作用时，又会产生频率较高的振动（其频率随电压而变）。,3.5 宝石的热学性质 宝石的热学性质与晶体化学结构有关。宝石对热的传导本领称热导性。即热量通过宝石由热的部分向冷的部分传导，一般用热导率表示。热导率是以穿过给定厚度的材料，并使该材料升高一定温度所需要的能量度量的。热导率的测量单位是卡厘米秒度。,导热性的强弱，也可以用导热系数来表示，导热系数越大，物质的导热性就越强。,宝石学界用相对热导率法来分辨钻石及其赝品，以尖晶石的热导率为1做基准，测试相对热导率值。,相对热导率表,利用热导仪鉴定钻石,
