1.2+第一篇+宝石学基础+第二章+宝石矿物的化学成分
宝石矿物的化学成分50页PPT
15、机会是不守纪律的。——雨果
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
2、宝石矿物的化学成分
宝石矿物的化学成分一、名词解释氧化物、类质同象、同质多象、吸附水、结晶水、结构水二、填空题1、类质同象的条件有、、和等。
2、硅氧四面体在晶体结构中的连接方式有５种类型，分别是、、、和。
3、类质同象对宝石、、和等物理性产生影响。
4、根据晶体化学分类方案，自然界产出的宝石矿物主要属于、和三大类。
5、引起宝石矿物化学成分变化的原因主要是替代和一些微细组分的机械混入作用，后者即以形式存在。
6、吸附水不参加，渗入在矿物集合体或单晶裂隙中，为矿物颗粒表面机械吸附的。
它们在矿物中的含量不定，随和而不同。
7、形成类质同象的内因是质点本身的性质，如、、等，外因是外部条件，如、和。
三、是非题1、结晶水是水参加晶体结构中并作为结构的一个组成部分。
2、宝石大多数都属于氧化物类矿物，如红、蓝宝石、尖晶石、金绿宝石等。
3、自然元素类的宝石只有钻石一种。
4、异价的离子之间不会发生类质同相替代作用。
5、宝石中的吸附水都不写入其化学式。
四、选择题1、绿松石含有水，它是：（）a.吸附水b.结晶水c.结构水2、Cr3+替代绿柱石中的：（）a.Be3+b.Al3+c.Si4+d.1/2Be2++1/2Si4+3、宝石的结晶水在加热到（）温度时会发生失水作用。
a.120℃b.200℃c.100-600℃d.600℃以上4、下列宝石矿物可含结构水的有（）a.水钙铝榴石b.黄玉c.绿帘石d.蛋白石e.绿松石f.磷灰石5、（）中常存在复杂的类质同象替换。
a.钻石b.碧玺c.锆石6、橄榄石的颜色主要由（）致色。
a.Feb.Fe和Tic.Crd.Mn五、简答题1、试述宝石矿物中水的类型和特点。
2、试述影响宝石化学成分的因素及宝石化学成分的鉴定意义。
3、举例说明类质同象对宝石矿物物理性质的影响。
2。
第二章 岩石与矿物
4 胶体吸附作用 对于某些胶体矿物，因胶体的吸附作用，会引起矿物的化学成分的变化。 胶体是一种微小团粒，具有很强的吸附作用，能吸附多种离子。胶体矿物有 蛋白石，软锰矿等。
纳米TiO2的TG和DTA热分析图 The results of TG of nano-sized TiO2
纳米TiO2不同温度处理下的红外光 谱图 The IR-spectra of nano-sized TiO2 atdifferent heatedtreatment temperature a: sol at room temperature; b:100℃; c:200℃; d:300℃; e:400℃; f:500℃
沸石族矿物硬度较低（3.5-5.5），相对密度小,空隙率大，多呈淡红色、淡 黄色、浅绿色、无色；具玻璃光泽（透明）纤维状的呈丝绢光泽。准确鉴定需要 借助X-RAY，光学显微镜，热分析（失水的特征温度），红外光谱。 Na，K，Ca处于离子状，[Si-O4] 四面体中的Si有一部分被Al取代，结构比较 松散，还有些结点被H2O占据，Na+、K+、Ca2+易被其他离子取代，所以工业上与K+ 或NH+4的交换容量作为工业指标（沸石在我国尚处于摸索阶段，无严格的工业要 求）。 边界指标：K+交换量大于等于10mg/g±，或NH+4交换量大于等于100mmol(毫克 当量)/100g（相当于沸石总量的40%±） 工业指标：K+交换量大于等于10mg/g±；NH+4交换量大于等于130mmol(毫克当 量)/100g（相当于沸石总量的55%±）
XPS是表面分析，对表面的组成进行价态和含量分析
类质同象替换有三个条件： A、互相替换的原子或离子半径相等或相近； B、互相替换的原子或离子类型及极化性相似； C、互相替换的离子的总电价相应。（也可以置换的离子价态不同，但要借 助其他离子来平衡电价，OH-，F-，Cl-,Na+,K+等，所以矿物的化学成分应 该是相对稳定的，有一定量的杂质离子。） 2 类质同象类型 A、完全类质同象：组分间可以任意相互取代，以至完全取代。如橄榄石中 的铁与镁。(Ca,Mg)(CO3)3中的Ca和Mg B、不完全类质同象：替代组分受量的限制，不能完全取代。如闪锌矿中铁 可代锌，但不超过30％。 C、异电价类质同象。
宝石矿物化学成分的特点
镍（Ni）
在某些宝石中可导致绿 色，如绿玉髓中的镍元
素。
铜（Cu）
可导致宝石呈现蓝色或 绿色，如孔雀石中的铜
元素。
晶体结构与化学成分关系
晶体结构决定了宝石矿物的物理性质
01
不同的化学成分会导致不同的晶体结构，从而影响宝石的硬度、
光泽等物理性质。
化学成分影响宝石的颜色
02
宝石中的微量元素或杂质元素会影响其对光的吸收和反射，从
缺点
需要样品制备和处理，对样品有一定的破坏性。
激光拉曼光谱法
01 02
原理
利用激光照射宝石样品，使样品中分子或晶格振动产生拉曼散射光，通 过测量拉曼光谱的波长和强度，可以确定宝石样品的化学成分和结构信 息。
优点
非破坏性、快速、准确度高，可以分析无机物和有机物。
03
缺点
对于某些颜色较深或透明度较低的宝石样品分析难度较大。
价值体现
宝石矿物的价值体现在其稀有性、美观性、耐久性和工艺性 等方面。
文化意义
不同文化和历史背景下，宝石具有不同的象征意义和文化内 涵，如权力、财富、爱情等。
02
宝石矿物化学成分组成
主要元素组成
硅（Si）
宝石矿物中最常见的元素之一，以硅酸盐或二氧化硅的形式存在，如 石英、玉髓等。
氧（O）
宝石矿物的主要组成元素之一，与硅等元素结合形成氧化物或硅酸盐， 如红宝石、蓝宝石中的氧化铝。
宝石分类
根据宝石的成因，可分为天然宝 石和人工合成宝石。根据宝石的 价值，可分为高档宝石和中低档 宝石。
宝石矿物的形成
形成条件
宝石矿物的形成需要特定的地质环境 和条件，如高温、高压、特定的化学 成分等。
形成过程
常见宝石的矿物化学成分你知道吗
常见宝⽯的矿物化学成分你知道吗宝⽯是岩⽯中最美丽⽽贵重的⼀类⽯。
它们颜⾊鲜艳，质地晶莹，光泽灿烂，坚硬耐久，同时赋存稀少，是可以制作⾸饰等⽤途的天然矿物晶体，如钻⽯、⽔晶、祖母绿、红宝⽯、蓝宝⽯和⾦绿宝⽯（变⽯、猫眼）绿帘⽯等；也有少数是天然单矿物集合体，如冰彩⽟髓、欧泊。
还有少数⼏种有机质材料，如琥珀、珍珠、珊瑚、煤精和象⽛，也包括在⼴义的宝⽯之内。
宝⽯（jewel）指那种经过琢磨和抛光后,可以达到珠宝要求的⽯料或矿物装嵌。
该⾊泽美丽、硬度⾼、在⼤⽓和化学药品作⽤下不起变化的贵重矿⽯。
宝⽯⼀向是爱美⼈⼠的追求，它的化学成分是什么？⼜为何如此绚丽？宝⽯之王—钻⽯⾦刚⽯，亦名⾦刚，俗称⾦刚钻、钻⽯或⽔钻，成分为C,是碳元素的⼀种同素异形体，常为⽆⾊透明，硬度为10，是矿物中最硬的。
⼈⼯制造的⼜叫⼈造⾦刚⽯。
钻⽯属于单质类宝⽯，其晶莹通透，硬度极⾼，其化学成分是碳，常含有0.05%-0.2%的杂质元素，其中最重要的是N和B，他们的存在关系到钻⽯的类型和性质。
纯净的钻⽯⽆⾊透明，由于微量元素的混⼊⽽呈现不同颜⾊。
钻⽯的化学性质很稳定，在常温下不容易溶于酸和碱，酸碱不会对其产⽣作⽤。
⾦刚⽯和⽯墨的区别?⾦刚⽯：共价晶体，碳原⼦是sp3杂化，形成正四⾯体结构，很稳定。
⽯墨：层状结构，碳原⼦是sp2杂化，每个层状结构就是这个六边形构成，层与层之间是范德法⼒，作⽤⽐较弱，然后碳原⼦还有⼀个电⼦空余，形成⼀个很⼤的∏键，因此导电性、导热性很好。
常林钻⽯重158.786克拉，长17.3毫⽶，颜⾊呈淡黄⾊，质地纯洁，透明如⽔，晶莹剔透。
晶体形态为⼋⾯体和菱形⼗⼆⾯体的聚形，⽐重3.52。
常林钻⽯是由⼭东省临沂市临沭县华侨乡常林村农民（时称临沂地区岌⼭公社常林⼤队社员)魏振芳于1977年12⽉21⽇在⽥间松散的沙⼟中翻地时发现的。
她把这块宝⽯献给了国家，成为我国的国宝。
常林钻⽯是我国到⽬前为⽌发现的第⼆块超过100克拉的宝⽯级天然⼤钻⽯，也是我国现存的最⼤钻⽯。
宝石学(基础)
宝石学第一章绪论§1 概述一、概论考古发现，人类于文明时期以前就会使用天然矿物作为一种朴素的装饰品，计时、计天或用作护身的佩戴物。
随着社会生产的发展，科学技术的进步和文化艺术的繁荣，人们已经认识到，天然宝石矿物不仅是制作华丽精美首饰的珍贵佳品，而且很多高、中档宝石如红宝石、电气石和黄玉等，又都是现代尖端工业的特种矿物原料。
特别是近代，一些优质高档宝石生产大幅度下降，造成国际市场宝石价格成倍增涨，尤以高档名贵宝石，如钻石、祖母绿、红宝石等价值极为昂贵，如一克拉无缺陷祖母绿正常国际市场价格达二千英磅，而稍大的祖母绿每克拉价格则可高达到一万英磅。
因此宝石作为一种硬通货，它比黄金、白银体积小，价格高，便于保存和携带，成为一种特种财产。
同时，一些高档珍贵宝石，如世界名钻往往保存富贵之家手中，因此它也是一种富贵和权势的象征。
二、宝石学的发展史宝石学是一门年轻的学科，它集地质学（结晶学、矿物学、晶体光学、岩石学和矿床学）、经济、贸易、加工工艺学、首饰设计及制作等学科与一身。
宝石学的发展最初因合成红宝石问世引起商人们的恐慌，英国率先开始研究宝石学教育。
1．英国FGA率先开创宝石学教育合成红宝石1905年问世，1908年英国开始进行这方面的研究，1913年在全世界进行宝石学考试，考试通过者发英国宝石协会宝石鉴定师资格证书（FGA），成为英国宝石协会会员。
2．1931年美国GIA开始建立宝石学院在英国FGA的基础上开办的，随着几十年的发展，形成自已的特色，世界上钻石的4C评价是由该院创立的。
GIA的教学主要偏重宝石商贸。
3．1931年德国FGG建立宝石学院德国伊达-奥伯斯坦最初是一个小城市，这里也是一个小的宝石市场。
德国宝石学院就在这个小城市中建立。
发展至今，已成为德国的一个宝石城，创始人也是FGA证书的获得者，发展至今也有自已的特色。
4．中国的宝石学教育我国的宝石教育起步较晚，20世纪八十年中期，中国地质大学率先开始宝石学培训，1992年2月我国的第一所珠宝学院—中国地质大学（武汉）珠宝学院宣告成立。
宝石的化学成分PPT课件
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翠绿榴石
镁铝榴石
钙铝榴石
钙铬榴石
铁铝榴石
镁铝榴石
钙铝榴石
钙铁榴石
石榴石族
不同成分的石榴石（2）
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（1）岛状硅酸盐 4）黄晶（黄玉）成分 Be3Al2(SiO3)6
黄晶
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黄晶
黄晶
黄晶
贵黄晶
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（2）环状硅酸盐 1）绿柱石，化学成分 Be3Al2(SiO3)6
祖母绿
祖母绿
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（2）环状硅酸盐 1）绿柱石，化学成分 Be3Al2(SiO3)6
祖母绿
极罕有的达碧兹品种
The star of Andes(安第斯之星）：重80.61克拉，现存于大英帝国，伦敦维多利亚及艾博特博物馆
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（2）环状硅酸盐 1）绿柱石，化学成分 Be3Al2(SiO3)6
绿松石
绿松石
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磷灰石
磷灰石
磷灰石
(2)磷灰石成分：Ca5[PO4](OH,F)
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独居石
独居石
独居石
(3)独居石成分：(Ce,La,Nd,Th)PO4
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大多数宝石属于硅酸盐岩。 （1）岛状硅酸盐 1）锆石化学成分 ZrSiO4
锆石
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元素与元素之间通过原子（或原子团）、离子（或离子团）之间靠化学键结合在一起。 与宝石有关的化学键主要为离子键合共价键。硅酸盐主要靠 Si-O骨干组成的。
岛状
三方环
六方环
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四方环
单链
双链
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三、宝石中常见的化合物 1）石英：SiO2 2) 欧泊: SiO2.nH2O 3）尖晶石：MgO.Al2O3 4）金绿宝石：BeO.Al2O3 5）刚玉：Al2O3
宝石学基础
第二单元无机宝石按教学大纲要求，本教材要求掌握的常见无机宝石有钻石、刚玉、绿柱石、金绿宝石、锆石、尖晶石、橄榄石、电气石、托帕石（黄玉）、石榴石、石英、常见玉石有翡翠、软玉、蛇蚊石、绿松石、青金岩、欧泊。
重点掌握每个宝石种的基本性质、鉴定特征。
并能对宝玉石的质量进行评价。
本课程理论 12 课时，实践 6 课时。
钻石钻石的形成（1）钻石形成的条件金刚石由碳原子组成，当碳原子呈六方环状的层状排列时，形成的是低硬度的高温耐火材料石墨，当碳原子呈立方最紧密堆积，彼此以共价键相连时，就形成自然界最硬的矿物金刚石。
钻石来源于地幔深处，它是高温高压的矿物。
钻石分橄榄岩型和榴辉岩，从其中的包裹体分析出，橄榄岩型形成温度为9000C—13000C，压力为（45—60）×108Pa，相当于地球130—180Km的深度；榴辉岩型形成温度大约12500C，可能来自180Km以下的深度。
（2）钻石形成的年代从钻石包裹体年代推测，橄榄岩型钻石大约形成于33亿年前；而榴辉岩型钻石大约形成于10—15年。
（3）钻石产出的环境、类型1827年前首先在印度和巴西的砂、砾石中发现了钻石，而在1866年这种类型的钻石原岩才在南非的金伯利镇发现。
金伯利岩是一种混杂成因的岩石，流体捕虏了含钻石的橄榄岩和榴辉岩，使得岩浆携带这些捕虏体、晶（包括钻石），以直立岩筒或层状体形式，沿构造薄弱地带到达地表。
1979年在西澳大利亚的金伯利地区发现另一种赋存钻石的岩石—钾镁煌斑岩。
具有经济价值的金刚石矿床有两大成因：金刚石原生矿和砂矿。
前者在世界范围内有广泛分布，但所产的金刚石极其有限，约占金刚石总产量的四分之一；后者提供四分之三的金刚石产量，并有大量的宝石级金刚石产出。
形成宝石级金刚石的首要条件是：高温高压下形成的无色透明的金刚石，在上升过程中压力基本保持不变或下降速度很慢。
钻石的基本特性1、钻石的化学成和分类钻石主要成分是C，其质量分数可达99.95%，次要成分有N、B、H ，微量元素有Si、Ca、Mg、Mn、Ti、Cr、S、惰性气体及稀土稀有元素，达50多种，这些次要组分决定了钻石的类型、颜色及物理性质。
矿物学基础课件
✓同一矿物中的结晶水与晶格联系的牢固程度也不同，水的溢出 表现为分阶段的、跳跃式的，并有固定的温度与之适应。
如：胆矾中结晶水的析出
120℃
150 ℃
石膏(CaSO4.2H2O)→半水石膏(CaSO4.0.5H2O) →硬石膏
CaSO4
③ 结构水
又称化合水，是以OH－、H+、H3O+ 离子形式存在于矿 物晶格中的一定配位位置上，并有确定含量比的“水”。
结构水在晶格中与其它离子联结得非常牢固，需要较高 的温度（大约在600～1000℃）才能逸出。当其逸出后， 结构完全破坏，晶体结构重新改组
孔雀石 Cu[CO3]（OH）2
黄玉 Al2[SiO4]（F，OH）2
④ 层间水
存在于某些层状结构硅酸盐矿物的结构层间的中性水分子。
如蒙脱石中，在结构层的表面有过剩的负电荷，能吸附其它金属阳
吸附水不参与晶格的形成，不属于矿物的化学组成。 吸附水含量不定，常压下在温度达100～110℃时将逸
出，但不破坏矿物晶格。
吸附水的特殊类型——胶体水： 作为胶体矿物中分散媒被微弱的联结力固着在胶体
的分散相的表面
如：蛋白石 （欧泊） SiO2 ·nH2O 作为矿物的固有成分而加入化学组成之中，但其含
2.2 矿物规则连生体形态
天然矿物晶体，除以单体存在外，还常常规 则地连生在一起，形成各种所谓的连生体。
多个晶体连在一起生长，可分为不规则连生 和规则连生。
前者的晶体相互处于偶然的位置，彼此间没 有严格的规律。规则连生分为平行连生、双 晶和浮生。
规则连生
平行连晶 双晶
同种晶体
连生
浮生和交生 异种晶体
② 二向延伸：晶体在空间沿两个方向特别发育，常形 成板状，片状。如硅灰石的板状晶体（图2-2）
宝玉石的矿物组成和化学组成、宝玉石的矿床类型和宝玉石产地
宝石矿物的形成是地壳中各种化学元素在地球内、外 动力地质作用下，经过迁移、运动、分散、聚集作用的 产物。宝石矿物的化学组成受控于地壳的化学组成和矿 物形成时的物理化学环境。 矿物化学组成按其所含有的元素种类大致可以分为两 种类型：一类是由单元素的原子结合形成的单质，如钻 石(C)、自然金(Au)等等。另一类是由多种元素组成的 化合物。化合物又可分为简单化合物（如石盐(NaCl)、 黄铁矿(FeS2)等）和复杂化合物（如白云石(CaMg〔C03〕 2)、透辉石(CaMg[Si206])等等）。 按照晶体化学分类，将复杂化合物通常分为硫化物、 氧化物、含氧盐、卤化物等。宝石矿物多属于含氧盐类、 氧化物类和自然元素类。
接触交代成因分镁质矽卡岩和钙质矽卡岩。 其中以镁质矽卡岩价值最大。这类矿床中富产最 优质的红蓝宝石、青金石、尖晶石、钙铝榴石、 蔷薇辉石等。 著名的缅甸抹谷红宝石和蓝宝石矿床，主要 产于矽卡岩中，它是由花岗岩和正长岩中的长石 和富氧化铝的介质发育形成的。 这种类型的矿床在我国有新疆和田软玉，辽 宁岫玉，北京昌平蔷薇辉石，内蒙古昭盟朝阳和 青海唐古拉山的水晶。
3.3 变质矿床
(1) 与 高 中 温 变 质 相 有关的宝石矿床 矿床成矿的温度约为 450～850°C，形成在绿 帘石—角闪岩相、角闪 岩相和麻粒岩相区域变 质条件下。这类宝石有 美国阿拉斯加、印度和 斯里兰卡的铁铝榴石矿 床；美国北卡罗来纳等 地的红宝石和蓝宝石矿 床；斯里兰卡等地的月 光石矿床。
②淋积矿床：在地表化 学风化作用下，硅酸盐、 氧化物、碳酸盐及硫化 物等矿物发生分解，溶 解于地表水溶液中，形 成新的矿物，在原地或 附近得到充分富集形成 矿床。属于该种成因类 型的矿床有：欧泊、绿 玉髓、孔雀石及绿松石 矿床。
宝石矿物的化学成分
第一节 宝石矿物的化学成分特点
一、宝石矿物多属于含氧盐类硅酸盐、氧 化物类和自然元素类，一些次要的宝石 可以是硼酸盐、碳酸盐、磷酸盐、硫酸 盐、卤化物、硫化物等
(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 石矿物属磷酸盐类等。
硫盐矿物，硫与半金属元素砷、锑或铋组成锥状 络阴离子[AsS3]3-、[BiS3]3-，以及由这些锥状 络阴离子相互联接组成复杂形式的络阴离子与阳
离子结合而成。
(五)硫化物类
闪锌矿ZnS、黄铁矿FeS2、辰砂HgS等
二、宝石矿物的化学组成 具有一定范围的可变性
许多宝石矿物的化学组成并不是固定不变的， 而是有一定的变化幅度。
（4）层状硅酸盐
硅氧四面体SiO4成层连接，两层硅氧骨干 层错开联成“双层”构造。在硅氧骨干中， 阳离子八面体层中以及双层之间的离子都 可以发生其他相似离子的替代。
（4）层状硅酸盐
蛇纹石质玉（岫玉）
蛇纹石：Mg6(Si4O10)(OH)8 雕刻石,如寿山石、青田石、鸡血石等的矿物成分为地开石、 高岭石、伊利石、叶蜡石等层状硅酸盐。
中等较大 中等-
较小 较小 较弱
较小 较小 较弱
2．硼酸盐类
[BO3]3-、 [BO4]5-两种络阴离子是硼酸盐的 基本构造单位，在晶体结构中他们可以独立出现， 形成岛状结构；也可以通过共角顶联结成复杂的 络阴离子，形成环状、链状、层状、架状结构的 硼酸盐。
硼铝镁石：MgAlBO4 （岛状结构）
3．磷酸盐类
地开石、高岭石： Al4(Si4O10)(OH)8 叶蜡石:Al2(Si4O10)(OH)2 葡萄石： Ca2Al (AlSi3O10)(OH)2
宝石各论-钻石
1宝石各论---钻石1 基本性质1.1矿物名称：金刚石1.2化学成分：C1.3分类：类型氮原子存在形式颜色特征Ⅰ型（含N，N max达0.25%) Ⅰa型C原子被N取代N在晶格中呈聚合体不纯物存在无色--黄色（一般天然黄钻均属此类，占自然界98%）Ⅰb型C原子被N取代N在晶格中呈单独不纯物存在无色--黄色、棕色（几乎所有合成钻石及少量天然钻石）Ⅱ型(不含N或N含量<0.001%）Ⅱa型不含N,C原子因位置错移造成缺陷无色--棕色、粉红色（极少）Ⅱb型含少量硼（B)元素蓝色（极稀少）22结构与形态2.1结构：等轴晶系（具立方面心格子，C原子配位数4，共价键（C--C间距0.154nm)2.2形态：●属六八面体晶类，O h-m3m(3L44L36L29PC)●常见单形：八面体 o{111} 菱形十二面体d{110} 立方体a{100}聚形：i平截八面体立方-菱形十二面体立方八面体平截八面体八面体-菱形十二面体菱形-立方十二面体●晶体常呈歪晶单型面蚀象晶面表现产生原因八面体倒三角凹坑晶面棱弯曲阶梯状生长纹生长锥或蚀象溶蚀作用立方体四边形凹坑十二面体綫理与显微圆盘状花纹3●双晶：常依（111）晶面成双晶：类型鉴定特征接触双晶三角薄片（macle)接触双晶具典型扁平三角形外观，两平面结合处环钻石有明显青鱼骨刺纹，贸易术语称结节星状穿插双晶轮式双晶3光学性质颜色分两系列：1、无色--浅黄色系列钻石：无色至浅黄、浅褐2、彩色系列钻石：彩钻致色原因1、少量N、B、H原子进入晶格形成色心致色；2、晶体塑性变形产生错位、缺4深黄、褐、灰与浅--深的蓝、绿、橙黄、粉红、红、紫红，偶见黑色陷，致某些光能吸收致色。
3、辐射作用致色。
黄至棕黄色N原子替代C原子（Ⅰ型）蓝色微量B(Ⅱb型,不含N)粉红色与褐色高温与各向异性压力作用致晶格变形绿色天然辐射作用光泽金刚光泽，为自然界透明矿物最强透明度透明--不透明（杂质影响）光性等轴晶系，均质体正交偏光下全消光，偶见异常消光5折射率单折射，N(钠光589.3nm)=2.417,为自然界透明矿物最大。
宝石矿物的化学成分与化学式.
宝石矿物的化学成分与化学式目前已知的矿物约有3000种左右，绝大多数是固态无机物。
液态的（如自然汞）、气态的（如氮）以及有机物（如琥珀），仅占数十种。
在固态矿物中，绝大部分都属于晶质矿物，只有极少数（如水铝英石、蛋白石）属于非晶质矿物。
（1）矿物的化学成分a.化学组成基本固定的矿物这类矿物的化学成分基本上是固定不变的，或者说其成分上变异范围非常小，以致在通常情况下可以忽略不计，它们遵守化学上的定比定律或倍比定律。
如：金刚石C 红宝石Al2O3等b.化学组成不固定的矿物如固溶体，含沸石水和层间水的矿物、胶体等SiO2·nH2O欧泊c.不符合化学比的矿物如方铁矿Fe1-x 0是由于晶体结构中存在某种缺陷所造成的。
水钙铝榴石Ca3Al2[SiO4]3 – x（OH）4x主要成分：1-100%次要成分：1%-1/万微量成分：<1/万（2）矿物的化学式化学式：表示矿物组成、元素种类、比例及某些结构特征的符号。
矿物的化学式有两种，即实验式和结构式实验式：仅表示出组成矿物元素的种类及其原子数之比的化学式，可用元素的形式写出如BeAl2O4，也可用简单氧化物组合方式写出BeO·Al2O3结构式（晶体化学式）：除了能表示出组成元素的种类及其原子数之比外，还可反映矿物晶体结构中各组分相互结合的情况。
如方解石：实验式CaO·CO2结构式Ca[CO3]※结构式（晶体化学式）的书写原则（自己复习）（1）阳离子在前，阴离子在后，如果有一种以上阳离子则按碱性强弱的顺序排列。
如MgAl2O4（2）当出现阴离子团时，一定用方括号括起来，如锆石Zr[SiO4]。
（3）附加阴离子氟、氯及羟基等，一般写在络阴离子之后如托帕石 Al2[SiO4]（F，OH）（4）类质同象元素，写在小括号中，用逗号隔开，含量高者写在前面，如橄榄石（Mg, Fe）2[SiO4]。
（5）若有分子水则排在最后，中间用·隔开如欧泊SiO2·nH2O矿物的化学式是根据矿物的定量化学全分析数据，经过换算得来的，但由此得到的只是实验式、结构式要根据晶体结构和晶体化学原理确定或进行晶体结构分析。
新大结晶学与矿物学课件02矿物的化学成分
• 分散元素(dispersedelement)：
• 另外一些元素的丰度虽然远比上述元 素丰度值高，但趋于分散，不易聚集 成矿床，甚至很少能形成独立的矿物 种，而是通常以类质同像形式出现， 称为分散元素。
• 具有巨大表面能量的胶体矿物，不具 有规则的几何多面体形态，通常呈肉 冻妆、钟乳状、葡萄状、肾状等形态。
3.胶体矿物的形成
• 地壳中的水胶凝体矿物，大部分形成 于表生作用中。表生作用中形成的胶 体矿物，大体上经历了两个阶段，即 形成胶体溶液和胶体溶液的凝聚。
• 如蛋白石（SiO2·nH2O）、大多数粘土 矿物。
2.地壳中化学元素丰度的矿物学意 义
• 地壳中化学元素的丰度反映了地壳的 平均化学成分，决定了地壳中各种地 质作用过程的总的物质背景。同时地 壳中化学元素的丰度在一定程度上影 响着元素在成岩成矿作用中的浓度， 从而支配着矿物的生成。
二、元素的离子类型
• 元素在矿物中的结合，主要取决于元素本 身与原子外电子层。根据离子的最外电子 层结构，可将离子分为以下三种基本类型
五、矿物中的水
• 水不仅是矿物的重要组成部分，而且在矿物中起 重要作用，同时决定矿物的多种特性。
• 根据矿物中水的存在形式以及是否参加矿物晶格， 可把水分为两类：一类是不参加晶格，与矿物晶 体结构无关的，称为吸附水（与外界条件如温度、 湿度有关）；另一类是参加晶格或与矿物晶体结 构密切相关的，包括结晶水（以水分子形式存 在）、沸石水、和结构水（以OH-、H+、H3O+ 离子形式存在）。
元 质量克拉克值 原子克拉克值 体积百分比
素
（%）
12+第一篇+宝石学基础+第二章+宝石矿物的化学成分
第二章宝石矿物的化学成分第一节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ZrSi O4、橄榄石(Mg,Fe)2Si O4、石榴石A3B2(Si O4)，(其中A为Fe2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+等二价阳离子，B为A13+、Fe3+、Cr3+等三价阳离子)、黄玉A12SiO4(F，OH)2、榍石CaTi(SiO4)O、十字石Fe2A19(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Be3A12Si6O18。
(六方环)、堇青石(Mg,Fe)2A13A1Si5O18。
(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。
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第二章宝石矿物的化学成分第一节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ZrSi O4、橄榄石(Mg,Fe)2Si O4、石榴石A3B2(Si O4)，(其中A为Fe2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+等二价阳离子，B为A13+、Fe3+、Cr3+等三价阳离子)、黄玉A12SiO4(F，OH)2、榍石CaTi(SiO4)O、十字石Fe2A19(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Be3A12Si6O18。
(六方环)、堇青石(Mg,Fe)2A13A1Si5O18。
(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-，广阴离子。
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,C1,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于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、A1、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(A12O3)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)A12O4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A12O3，，不含任何次要或微量成分时，呈无色透明，A1和O均为其主要化学成分。
但A1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A1，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，通常计人矿物的化学组成，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~C，通常为100～200~C。
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(P04)4(OH) 8·4H2O，其中H2O 含量达19．47％。
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NaMg3A16(Si6O18)(BO3) 3 (OH)4、十字石Fe2A19(SiO4)4O6(O,OH)2、黄玉A12SiO4(OH，F)2和磷灰石Ca5(PO4)3(F,C1,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。
第二节类质同象对宝石化学成分的影响一、类质同象的概念正如前节所述，矿物化学成分在一定范围内是可以变化的。
这主要是由于两方面的原因，一是类质同象替代；二是外来物质机械混入，即含有不进入晶格的包体。
所谓类质同象，是指在晶体结构中部分质点被其他性质类似的质点所替代，仅使晶格常数和物理化学性质发生不大的变化，而晶体结构保持不变的现象。
如果相互替代的质点可以任意比例替代，即替代是无限的，则称为完全类质同象，此时它们可以形成一个成分连续变化的类质同象系列。
例如，橄榄石(Mg，Fe)2(SiO4)中的Mg2+↔Fe2+之间的替代，当二者都存在时，可统称为橄榄石；当Mg全部被Fe替代时，便成为铁橄榄石Fe2(SiO4)，Fe全部被Mg替代时，就成为镁橄榄石Mg2(SiO4)。
又如，斜长石(由钙长石分子和钠长石分子组成)中Na++Si4+↔Ca2++ A13+的替代，都可以在一定条件下形成完全类质同象。
如果质点替代只局限于一个有限的范围内，则称为不完全类质同象。
例如闪锌矿(ZnS) 中的Zn2+可部分地(最多26％)被Fe2+所替代，在这种情况下，Fe2+被称为类质同象混人物。
此外，当相互替代的质点电价相同时(如Na+↔K+，Fe2+↔Mg2+)称为等价类质同象，如果相互替代的质点电价不同(如A13+替代Si4+)则称为异价类质同象，当然后者必须有电价的补偿以维持电价平衡。
比如在钠长石(NaAlSi3O8)—钙长石(CaAl2Si2O8)系列中，A13+与Si4+之间的替代和Na+与Ca2+之间的替代都是异价的，但由于这两种替代同时进行，所以替代前后总电价仍是平衡的。
二、类质同象的条件形成类质同象的条件，一方面取决于质点本身的性质，如原子或离子半径大小、电价、离子类型、化学键性等；另一方面也取决于外部条件，如温度、压力和介质条件等。
1．质点大小相近相互替代的原子或离子必须有近似的半径。
一般而言，如果相互替代的质点半径相差越小，相互替代的能力越强，替换量也越大；反之则越弱、越小。
在异价类质同象替代中，在元素周期表上对角线方向的阳离子半径近于相等，容易发生替代，从而存在着所谓的对角线规则(一般都是右下方的高价阳离子替代左上方的低价阳离子)(见表1-2-1)。
2．电价的总和平衡在离子化合物中，类质同象替代前后离子电价总和应保持平衡，因为电价不平衡将引起晶体结构的破坏。
对于异价类质同象，电价的平衡可以通过下列方式完成：①电价较高的阳离子被数量较多的低价阳离子替代(如云母中3 Mg2+替代2 A13+)，或者相反；②成对替代，即高价阳离子替代低价阳离子的同时另有其他低价阳离子替代高价阳离子，使离子总电位达到平衡，如斜长石中Na++Si4+→Ca2+ +A13+；蓝宝石中Fe2++Ti4+→2A13+等；③高价阳离子替代低价阳离子伴随高价阴离子替代低价阴离子，如磷灰石(Ca2+,Ce3+)5(PO4)3，(F，O)中Ce3+替代Ca2+ ，伴随O2-→替代F+④低价阳离子替代高价阳高子，所亏损的电价由附加阳离子平衡，如绿松石中Li→Be2+、Fe2++ A13+所亏损的正电荷分别由半径较大的Cs+和Na+进人绿松石结构通道中平衡。
3．相同的化学键性类质同象替代一般是在同种离子类型之间发生的，如果离子类型不同则很难发生类质同象。