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2024年9月30日星期一

【晶彩礦物】趣談礦物的同質多像體

摘自中國湖南國際礦物寶石博覽會

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。

水晶

礦物的顏色極為豐富，常見的有白色，如石英、方解石；黑色，如磁鐵礦、黑雲母；紅色，如赤鐵礦、辰砂；綠色，如綠泥石、蛇紋石；黃色，如褐色鐵礦、黃鐵礦等。

礦物晶體可以是比較完整的單種礦物晶體，也可以是多種礦物晶體的組合（又稱晶簇）。常見的礦物晶體類觀賞石有方解石、螢石、水晶、輝銻礦、黃鐵礦、雄黃、雌黃、辰砂、孔雀石等。

雌黃

礦物晶體的收藏在國外已有百年歷史，歐洲有句名諺：「礦物晶體是上帝用尺子精心設計出來的。」礦物晶體是具有科研和觀賞雙重價值的珍奇資源，是大自然賜予人類天然獨特、精美珍貴、不可再生的藝術品。

2024年8月26日星期一

這幾種寶石，知道的人竟然這麼少

摘自中國湖南國際礦物寶石博覽會

以下若有藍字為本人註解。

珠寶的世界真是多姿多彩，什麼樣的寶石都有，平常為大家介紹的都是常見的寶石，想必大家都看膩了……那麼，今天我們來點新鮮的！下面要介紹的四種寶石，不知道你看過幾個：

一、水晶精靈－阿霍石

「阿霍石」這個名字，聽起來像是《哈利波特》裡的神奇魔法石。其實它長得還真蠻「魔幻」的。阿霍石是目前世界上最為礦標藏家追逐的礦物之一。以下是經過打磨的阿霍石，就像晶瑩的天空中漂浮著藍色的雲，如夢幻般神奇的色澤。阿霍石是水晶的一種，主要產於南非，它內部那抹神奇的藍色包裹體是因為含有銅元素而形成的。嚴格來講，阿霍石不能算是Quartz，兩者的化學方程式差很多的，但是反過來說，所謂的「水晶」又代表著什麼呢？

阿霍石於1942年在亞利桑那州皮馬縣被發現，Arizona第一次發現這種藍色礦物——斜矽鋁銅礦，該礦也因此得名。但當時並沒有名聲大噪被大家所熟知，直到在南非墨西拿發現，從而名聲大噪，從不起眼的水晶搖身一變成為「夢幻藍水晶」，更被譽為——水晶精靈。

二、顏值最高－希登石

希登石最早於1879年發現於美國北卡羅萊納州亞歷山大城，後來陸陸續續在巴西、緬甸、馬達加斯加、巴基斯坦等地都有產出。希登石，是鋰輝石的另一個重要品種，由鉻元素致色的綠色鋰輝石，與紫鋰輝石同系，塊大、透明度高、色散值高、火彩好，顏色從黃綠色到綠色，再到藍綠色都有，最美麗、最稀少、價值最高的顏色，還要屬濃綠色品種。

但也因為知道的人不多，所以大家常常將它和橄欖石、祖母綠、沙弗萊石等等混淆，我不禁為希登石掬一捧淚了。

三、閃閃發光——錫石

錫石它的色散值為0.071，隨便打磨一下亮度就能比過鑽石，在黑暗裡，就像天上掉下了一顆星星。錫石是最難拍攝的寶石之一，照片無法反映它的美，能達到寶石等級的不多，大部分錫石的透明度、淨度都很糟糕。錫石的產地還蠻多，東南亞、非洲、南美、中國都有分佈。但是寶石級錫石，目前只有雲南和玻利維亞有產出！

四、向日葵石－斜矽鎂石

向日葵石其實就是斜矽鎂石，長得跟芬達石一模一樣！向日葵石是在1892年被發現的，主要產地是緬甸和塔吉克斯坦。為啥會叫「向日葵石」這麼可愛的名字呢？是因為它的顏色多為黃色、橙色、橙紅色、紅褐色，而且還具有極為瑰麗的橙黃色螢光。

左向日葵石，右芬達石，真的很像！

雖然芬達石的名聲大於向日葵石，但它只能算向日葵石的「平價替代品」。因為向日葵石十分稀有（且昂貴）。根據一家曼谷的寶石公司表示，他們公司從1986年就開始在帕米爾山脈開採寶石了.....結果到現在才獲得了幾百顆寶石級向日葵石！而且個頭還不算大，從半克拉到10克拉不等。

今天就先介紹這四款小眾又冷門的珠寶，各位朋友們認識或看過哪些呢？

2024年8月5日星期一

【科普】如果礦物也有朋友圈

摘自中國湖南國際礦物寶石博覽會

以下藍字為本人的註解。

地球上孕育著無數珍貴的礦物，它們無聲無息地生長、演變，見證著地球的滄桑變化。如果礦物也有朋友圈，它們會分享怎樣的故事和感悟呢?

金剛石

我是堅不可摧的寶石之王，

我喜歡在黑暗的地底深處沉睡，

感受著時間的沉澱和歲月的流轉。

剛從地下深處來到這裡，一切都是那麼新鮮和陌生。

最近被開採出來，成為了一顆璀璨的鑽石，每天都在熠熠生輝。

可惜的是，人類把我切成了很多小塊，做成了一枚枚閃亮的戒指和項鍊。

雖然有些懷念那無拘無束的日子，但我也知道，這也是我存在的意義和價值所在。

石墨、鋯石、石英說：

石墨：聽說你是世界上最堅硬的寶石，真是令人驚嘆。我只是世界上最軟的礦物之一，但我也有自己的價值和用途。

鋯石：聽說你的形成需要很長的時間和特殊的地質條件，我們鋯石的形成過程也很漫長，希望我們可以一起探討彼此的形成過程和故事。

石英：聽說你非常耀眼和璀璨，相比之下，我沒有你那麼稀有和珍貴。我希望我們能夠互相學習、一起成長。

石英

我喜歡靜靜地躺在山間、河床和海灘上，

感受著大自然的氣息和節奏，見證著時間的流轉。

作為最常見的造岩礦物之一，

雖然不像金剛石那樣璀璨奪目，但我有著自己獨特的美麗和價值。

無論是在高山之巔還是在平原河床，

我們會盡自己的力量去守護大自然的美好，

希望人類能更珍惜和保護我們這一些自然的瑰寶。

普通角閃石、黃鐵礦說：

普通角閃石：我覺得平凡也是一種美。我們隨處可見，雖然不像鑽石和石英那樣美麗透明，卻也擁有著自己獨特的價值和意義。

黃鐵礦：你的朋友圈總是充滿了溫暖和正能量，讓我感受到了大自然的魅力和力量。從平凡中看到不平凡，從平凡中體驗到自己的價值和意義。

礦物作為大自然的孩子，或許璀璨奪目，或許平凡普通，或許色彩鮮豔，或許樸實無華，它們都默默地守護著地球，承載著時間的沉澱和歷史的記憶。

2024年6月14日星期五

礦晶寶石大揭秘

摘自中國湖南國際礦物寶石博覽會

大自然的礦物寶石五彩繽紛，
正是因為這豐富多彩的顏色
而吸引大家的目光，
也成為礦物愛好者們關注的焦點。

許多珍貴的礦物寶石都有自己獨特的顏色特徵，如鴿血紅、矢車菊藍、祖母綠等，還有一些同一種礦物呈現出不同的顏色，那這些顏色究竟是怎麼形成的呢？讓我們來揭秘五彩繽紛的礦物！

顏色的形成

1.顏色的本質

一定的物體包括發光體具有固定的光譜特徵，具有特定的顏色，所以顏色是客觀存在的。但是，另一方面，顏色又受到人眼和大腦對物體輻射的接收和判斷，接收和判斷的正確度影響到不同人對顏色的表達。形成顏色要具備三個條件：

（1）（白）光源；
（2）反射或折射時改變這種光的物體；
（3）接受光的人眼和解釋它的大腦。

三個條件缺一不可，否則就沒有顏色。

2.光輻射的特徵

太陽的光輻射包括了從紅外光到宇宙射線的各種電磁輻射，人的眼睛能夠感覺到的光線僅限於波長為400到800nm（或頻率在12500-25000波數）的一小段。當這個波段的電磁輻射（或光線）的強度大致相同時，我們看到的是白光。

3.寶石對光的吸收

白光照射到寶石上，會被寶石吸收，如果均勻地吸收所有的可見光，寶石將呈現灰色到黑色，如果只是吸收了可見光中的某些波長的光線，對光線不均衡地吸收，寶石將呈現出色，這種性質稱為「選擇性吸收」。

4.寶石的顏色

寶石不均衡地吸收（選擇性吸收）白光，導致被吸收的較弱波長的光線和未被吸收的較強的波長的光線混合在一起透射（或者反射）出寶石，形成顏色。這種由殘餘光線的形成的顏色稱為「剩餘色」，由剩餘色性形成的顏色稱為寶石的「體色」。

與寶石體色對應的是寶石的輝光和暈彩，例如黑歐泊的體色是深藍色，它的變彩有紅、黃、綠等多種顏色。

寶石顏色的描述方法

1.顏色的互補

寶石對白光中各色光波不等量吸收，選擇性吸收後所呈現的顏色遵從色光的混合—互補原理。當兩種色光混合後呈現白色，則稱這兩種色光為互補色光。紅光與青光、綠光與品紅光、藍光與黃光等都是互補色光。如寶石對白光中的黃光吸收較多，對其他色光吸收程度相近，則呈現藍色。

寶石礦物顏色的深淺，取決於寶石對各色光波吸收的總強度。吸收的總強度大，顏色就深，反之顏色則淺。

2.顏色要素

寶石的顏色特徵可以用色度學規定的色調、明度、飽和度三要素來描述：

（1）色調（色相，Hue）指顏色的種類，彩色寶石的色調取決於光源的光譜組成和寶石對光的選擇性吸收，也是彩色間相互區分的特性，如紅色、綠色和藍色。

（2）明度（亮度，Value）指人眼對顏色明暗度的感覺。彩色寶石的明度的大小取決於寶石對光的反射或透射能力，即寶石本身顏色的深淺和加工的光學效果。

（3）飽和度（純度，彩度，Chroma，Saturation）指顏色的純淨度和鮮豔度。彩色寶石的飽和度取決於寶石對可見光光譜選擇性吸收的程度。可見光光譜中各種單色光的飽和度最高，其值為1，白光的飽和度最小，其值為0。

3.顏色的定性描述

通常對顏色的命名方法是將主色調放在後面，用顏色修飾詞描述次要的色調，如綠黃色、紫紅色等，把顏色濃度的修飾詞放在最前面，如淺黃綠色，淡藍紫色等。

4.顏色的定量描述

顏色的定量描述可以採用色度學的三要素的數值，但是，數值不夠直觀，現在常用的一種方法是孟塞爾表色系統（Munsell Color System），在孟塞爾表色系統中將色調分為10種，分別以英文名稱的字頭表示：紅（R）、黃（Y）、綠（G）、藍（B）、黃紅（YR）、綠黃（GY）、藍綠（BG）、紫藍（ PB）、紅紫（RP）。每種色調又細分為10個等級，分別從1-10；再對顏色的明度從暗到明亮分為0到10共11個等級，透明的有色寶石的明度級別都在2-8級之間。

寶石顏色的呈色機理

1.致色元素

化學元素中有些元素的氧化物和水合物帶有顏色，這些元素主要屬於元素週期表的過渡元素和鑭系元素，稱為致色元素，主要有Ti、V、Cr、Mn、Fe、 Co 、Ni、Cu和稀土等。在寶石中，這些元素對寶石的顏色也扮演著重要的角色。但是，物體具有顏色的機制非常複雜，有些非致色元素在特定的分子結構中會產生顏色，同樣，致色元素在不同的分子結構，具有不同的致色作用，例如紅寶石中的Cr3+導致紅色，祖母綠中的Cr3+導致綠色。當致色元素的化合價不同時，產生的顏色也不一樣，例如鈣鐵榴石中的Fe3+導致淺黃色，鐵鋁榴石中的Fe2+深紅色。過渡元素致色作用的機制可用各種物質結構的理論來解釋。

2.色心

色心是一種能導致物體產生顏色的晶格缺陷，可分為電子色心和空穴色心兩類：

①電子色心：電子佔據了陰離子空位時所產生的色心。也可認為電子被捕獲並佔據了通常情況下，本不應有電子存在的位置時，就形成了電子色心。

②空穴色心：由於陽離子缺失而相應產生的電子空位。也可認為一個本該存在電子的位置上缺少一個電子，留下一個「空穴」和一個能吸收光的未配對的電子，這種缺陷稱為「空穴」色心。

色心是某些寶石品種的主要致色原因，如螢石、紫水晶、煙晶、藍色托帕石和鑽石等。

色心和致色元素的最大區別是，色心形成的顏色在一定條件下（如高溫），會由於晶格缺陷的變化或者消失，從而改變色心的性質，致使顏色發生改變或者褪色，稱為色心轉移和漂白。這種機制在寶石的顏色改質處理中發揮很大的作用。

3.物理呈色

由於光的干涉、繞射、色散、散射和反射等物理現象導致的顏色，它常常疊加在寶石因選擇性吸收而呈現的體色上，進一步增加寶石顏色的美麗和神秘感。如歐泊的變彩、日光石的褐紅色反射、鑽石的火彩等。

4.寶石顏色的成因分類

（1）自色寶石：致色元素以寶石的主要成分出現的稱為自色寶石，如菱錳礦（MnCO3）的粉紅色是由成分中的Mn元素致色；橄欖石（(Mg,Fe) 2SiO4）綠色由成分中Fe元素致色。

（2）它色寶石：致色元素以微量元素的形式出現的稱為它色寶石，如剛玉(Al2O3),當成分純淨時無色，當含微量元素Cr3+時形成紅色，稱為紅寶石；當含微量Fe和Ti元素時形成藍色，稱為藍寶石。。

（3）色心致色寶石：由電子色心或空穴色心致色的寶石。如紫水晶為電子色心致色，加熱後會轉變為黃色，成為黃水晶，進一步加熱，會退色成無色。

（4）物理色：由於光的物理現象造成的顏色，有些人也稱之為假色，表示不是選擇性吸收造成的顏色。

表一：自色寶石與它色寶石一覽表

自色寶石			它色寶石
寶石	致色元素	顏色	寶石	致色元素	顏色
鈣鉻榴石	Cr3+	綠色	藍錐礦	Ti4+	藍色
錳鋁榴石	Mn3+	橙色	藍寶石	Ti4++Fe2+	藍色
薔薇輝石	Mn3+	粉紅	綠色綠柱石	V3+	綠色
磷錳礦	Mn2	紫色	紅寶石、尖晶石	Cr3+	紅色
橄欖石	Fe2+	黃綠	祖母綠	Cr3+	綠色
鐵鋁榴石	Fe2+	暗紅	紅色綠柱石	Mn3+	紫紅
綠松石	Cu1+	天藍	海藍寶石	Fe2+	藍綠
孔雀石	Cu2+	綠色	綠玉髓	Ni2+	綠色
矽孔雀石	Cu2+	藍綠	合成藍尖晶石	Co2+	藍色

解釋寶石致色機制的理論

除了物理呈色，寶石顏色的形成機制可以用各種物質結構的理論來解釋，目前常用的，對顏色現象的解釋具有成效的理論有：晶體場理論、配位場理論、分子軌道理論、能帶理論等。

生活中的礦石

礦物究竟和我們的生活有哪些息息相關的面向，我們今天就來一探究竟。

我們生活中最熟悉的礦物之一就是黃金了，黃金也是最早發現和使用的金屬之一。

早在新石器時代（約1萬年～4000年前）人類就已認識了黃金。中國最遲在商代中期（西元前14～13世紀）已掌握了製造金器的技能，在河南安陽等地出土的殷商文物中即有金箔。人類發現並利用黃金的歷史，比我們現在所熟悉的銅、鐵、鋁等眾多常見金屬還早幾千年。

黃金之所以最早被人類認識，是因為黃金的特殊物理性質所決定的，黃金在自然界可以單質形態存在，而其他金屬往往以化合物的形態存在。

隨著人類社會的不斷發展，黃金現在不僅是做為首飾的首選材質，身分、地位的象徵，更是成為了全世界的硬通貨。

除此之外，銀、銅、鐵、鋁等眾多的礦物在我們的日常生活中也是無所不在，例如銀飾、銅電線、鐵鍋、鋁鍋、瓷器裡的高嶺土、化妝品中的雲母、爽身粉裡的滑石、止瀉用的蒙脫石等等。

粉筆裡的石膏、裝潢使用的石膏板，雕塑家常用到石膏模型，製作豆腐需要用石膏做凝固劑，骨折了，醫生在正骨之後用石膏將受傷的肢體固定起來；

人類對石棉的使用已被證明上溯到古埃及，當時，石棉被用來製作法老王們的裹屍布。在芬蘭，石棉纖維還在舊石器時代的陶器工坊被發現了。希臘歷史學家希羅多德（西元前5世紀）曾談到用來裝盛被焚燒屍體骨架的耐火容器。據說查理曼大帝（742年-814年）擁有一塊用石棉製成的白色桌布，他在一次宴請客人的飯後將桌布扔於火中以使客人感到驚奇。

中國周代已能以石棉纖維製成織物，因沾污後經火燒即潔白如新，故有火浣布或火烷布之稱。

石棉製品或含石棉的製品有近3000種。主要用於機械傳動、煞車以及保溫、防火、隔熱、防腐、隔音、絕緣等方面，其中較重要的是汽車、化學、電器設備、建築業等製造部門。