2024年9月30日星期一

【晶彩礦物】趣談礦物的同質多像體

以下文章若出現藍字乃本人註解。

礦晶世界是一個充滿神秘和奇蹟的領域，蘊藏著地球深處的奧妙。在這個令人著迷的領域裡，「礦物的同質多像體」是一個相當有趣的話題，它展現了自然界多樣性和創造力的奇妙之處。

礦物的同質多像體，指在相同物理環境條件下，化學成分相同而晶體結構不同的晶體。換句話說，就是礦物的化學成分相同，但是原子排列方式不同便可以呈現出不同形態，這種改變既可以表現在物理性質上（如晶體形狀），也可以發生在化學性質上（如晶體顏色）。好比世界各地的人們，雖然膚色、樣貌有所區別，但同屬於人類範疇。

同種物質的每一種變體都是一個獨立的相，在礦物學中就是獨立的礦物種類，可賦予不同的名稱。如Al2SiO5會經過不同的壓力和溫度條件，成為「紅柱石」、「藍晶石」和「夕線石」三種變體，與「橘生淮南則為橘，生於淮北則為枳」有異曲同工之妙。一種物質的各個變體，依其數目的不同而可稱為同質二像、同質三像等，或一般地泛稱為同質多像。已知同質多像數目最多的物質是石英（SiO2），多達八種。

夕線石

紅柱石藍晶石

同質多像體廣泛存在於我們的生活之中，如學生時代就被津津樂道的碳，其兩種變體－鑽石和石墨，就是最具代表性的實例。

石墨

鑽石　

上面提到的石英的同質多像體，既可以是透明的水晶，也可以是不常見的斯石英、柯石英、方石英和磷石英等等。這些都是由二氧化矽組成，但它們的晶體結構不同，導致了它們外觀的差異。

水晶

再如閃鋅礦和纖鋅礦，兩者都是硫化鋅（ZnS）的同質多像體，但它們的結構卻截然不同。閃鋅礦的晶體屬於立方晶系，而纖鋅礦則屬於六方晶系。這兩種礦物都以其獨特的外觀和性質而聞名。

閃鋅礦

纖鋅礦

同質多像體的形成與外在條件密切相關，因此同質多像體的研究有助於確定晶體形成時的物理化學條件及所經歷的變化。如SiO2等物質的同質多像，被廣泛用作地質溫度計和地質壓力計。又如HgS的兩種變體辰砂和黑辰砂，分別形成於鹼性和酸性介質中，它們的存在可說明成礦介質的酸鹼性。

在能源儲存領域，同質多像體的應用也較為常見，例如鋰離子電池和燃料電池的研究中，同質多像晶體的探索對於提高電池的能量密度、充放電速度和循環壽命非常重要。透過調控晶體結構，科學家可以改善電池的性能，推動再生能源和便攜式電子設備的發展。

2024年9月18日星期三

「世界上最鮮豔的寶石」—螢石

摘自中國湖南國際礦物寶石博覽會

以下若有藍字乃本人註解。

螢石，又稱氟化鈣，屬於常見礦物，也是產地在中國分佈較廣的典型礦物之一。以其鮮豔豐富的顏色和光滑無瑕的晶體而備受讚賞，被稱為「世界上最鮮豔的寶石」。

螢石的晶體結構透明或半透明，呈現多種色彩，如無色、黃色、紫色和綠色等。這些色彩是由微量金屬離子的存在引起的，使得螢石充滿了絢麗多彩的魅力。不僅如此，螢石還具有螢光特性。當螢石受到紫外線照射時，它會發出明亮的螢光光芒，不同的摻雜元素會賦予螢石不同的螢光顏色，研究發現，絕大多數夜明珠的原石都是螢石。

江蘇礦物文化交流中心藏品

根據史籍記載，炎帝、神農時期就已發現過夜明珠（螢石）。春秋戰國時代，夜明珠更是價值連城，可比和氏璧，只有富甲一方的大戶才能買得起。秦始皇殉葬夜明珠，在陵墓中「以代膏燭」。漢光武皇后的弟弟郭況「懸明珠於四垂，晝視之如星，夜望之如月」以炫耀其富有。除了用作賞玩裝飾，螢石在古代還可作為工藝品，唐朝詩人王翰的「葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催。」中的夜光杯指的其實就是用螢石做成的酒杯。於：原文章作「與」。

不過在漫長的古代中國史中，並沒有人細究螢石的成分及科學價值，直至1529年德國礦物學家阿格里科拉（G.Agricola）在他的著作中最早提到了螢石並加以研究。 1556年，他在研究螢石的過程中，發現了螢石是低熔點的礦物，在鋼鐵冶煉中加入一定量的螢石，不僅可以提高爐溫，除去硫、磷等有害雜質，而且還能同爐渣形成共熔體混合物，增強活動性、流動性，使渣和金屬分離。

後來又經過多位科學家多年的研究，最終在1797年，義大利工程師Carlos Antônio Napion將該礦物正式命名為「Fluorite」，此詞源自拉丁語「Fluere」，意為「流動」。

1886年法國化學家莫桑（Moissan）首次從螢石中分離出氣態的氟元素，揭示螢石是由鈣元素和氟元素化合組成的礦物，定名為氟化鈣（CaF2）。

螢石（Fluorite）基本資料

類別：鹵化物
化學式：氟化鈣 - CaF2
分子量：78.07u
顏色：無色、白、藍、綠、黃、紅色、紫色、丁香色、粉紅色、香檳色、棕色
晶體慣態：單晶主要為立方體，集合體為粒狀或塊狀等
晶系：等軸晶系
解理：[111]四組完全解理
斷口：參差狀
韌性/脆性：易脆
硬度：4
光澤：玻璃光澤
條痕：白色
透明性：透明至微透明
比重：3.18
折射率：1.433 - 1.435
發光性：紫外線照射時發出藍色螢光
熔性：3
溶解度：微溶於水
其他特徵：熱發光性

如今，一些品相優質，能達到寶石的等級的螢石晶體標本，仍是收藏家和科學家們的收藏珍品，也是藝術家與設計師手中的常客。

而那些品質與觀賞性較為一般者，則會被送入工廠，提煉大量氟元素，用於煉鋼中的助溶劑以除去雜質。在製作生產部分類型的玻璃和搪瓷時也有螢石的應用。

當顏色呈現紫色時，螢石便有了入藥的可能，此時它有另一個中醫藥名稱－紫石英。《本草衍義》稱：「紫石英明澈如水精，其色紫而不勻。」似與螢石相符。不過因為含氟元素，紫石英的使用不可過量，更不建議自行配置。

螢石的產地很多，較主要的：英國、法國、瑞士、德國、西班牙、俄羅斯、哈薩克、中國、墨西哥、美國、加拿大、秘魯、納米比亞、巴基斯坦等。其中，中國湖南、廣東、江西、四川、河南、福建、內蒙古等地所產的螢石晶體因產量高、品質佳而聞名於世。

螢石晶體標本一覽

2024年9月10日星期二

奇妙的觀賞石—五彩繽紛的礦物晶體

摘自中國湖南國際礦物寶石博覽會

以下若有藍字乃本人註解。

俗話說「石頭開花，千年一遇。」其實，在礦物晶體的世界裡，石頭不僅能開花，而且常常開的五彩繽紛，這樣美妙的視覺盛宴，可以說是大自然賦予人類的寶貴財富。

方解石花

這些美妙的石頭花叫做礦物晶體。礦物既是組成岩石的基本單元，也是組成礦物晶體類觀賞石的基本來源。目前地球上現已發現近4000種礦物，它是如何形成的呢？通常情況下，液態變固態是礦物形成的主要方式，也就是透過溶液蒸發或冷凝析出晶體。那麼為什麼礦物晶體會長得「有模有樣」，異常絢美呢？

其實，在一定條件下，礦物晶體是可以自動長成特定的幾何多面體外形的，有點像不同的動物攜帶著不同的基因，會自發性長成不同的模樣是一個道理。例如黃鐵礦是立方體狀，像個「正方塊」，石榴石是多面體狀，像個「足球」。當然，礦物晶體要長成漂亮的模樣，還需要大自然媽媽像照顧小寶寶一樣，給它較好的條件，例如要有寬敞的空間，要有充足的礦物來源和一定的溫度、壓力等環境。