大自然的杰作

戚鸣+郭颖

说到晶体，其实我们并不陌生，生活中常见的水晶、食盐、蔗糖、雪花、维生素C都是晶体。有的晶体较大，肉眼可见；有的则较小，要在放大镜或显微镜下才能看见。在我们的科学课本中，就指导大家用显微镜观察过食盐、蔗糖、碱面、味精四种晶体的颗粒形状。我们会发现，这四种晶体颗粒的形状各不相同，但同种物质的颗粒都有大致相同而且规则的几何形状。所以，在有些人的印象里，仿佛晶体就是像水晶、食盐一样晶莹剔透、质地纯净的固体。其实不然，自然界中的矿物晶体是色彩斑斓的，外观更是多种多样。而且天然的矿物，绝大多数都是以晶体状呈现的。

那么，为什么晶体会有这样的外形呢？它们众多的特性因何而来？随着研究的深入，越来越多晶体的秘密被人们发现。就请跟随笔者一起来探索矿物晶体的奇妙世界吧！

什么样的固体我们称其为晶体呢？

晶体的结构有其特殊性，其内部质点在三维空间内会呈周期性重复排列，这种固体，我们就称之为晶体。反之，如果物质内部质点在三维空间不成周期性重复排列的话，我们则称之为“非晶体”。

举个简单的例子，水晶和玻璃的化学成分都是SiO2，通过对两种物质内部结构的观察发现，作为晶体的水晶，其内部具有规则的格子构造，而作为非晶体的玻璃，其内部的结构排列则杂乱无章。这就决定了水晶具有晶体的特殊性：一是有一定的几何外形；二是有固定的熔点；三是有各向异性的特点。因此可以概括地说：晶体是具有格子状构造的固体，或内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。

矿物晶体都长什么样？

矿物晶体会具有一定的几何外形，同一种矿物在自然条件下自由生长，所形成晶体的几何外形是一定的，这是由晶体特殊的化学成分和晶体结构造成的。晶体的外形多种多样，我们一般将其划分为以下三种类型：

1.晶体沿一个方向延伸生长，形成柱状、针状、纤维状等长条形的晶体。比如水晶、绿柱石、电气石、金红石等矿物，会长成柱状晶体。

2.晶体沿平面内的两个方向延展生长，形成板状、片状、鳞片状等形态的晶体，如黑钨矿、云母和石墨等。

云母是一种主要的造岩矿物，是片状矿物的典型代表，因其具有连续层状硅氧四面体格子构造，因此呈现出六方形的片状晶形。其特性是绝缘、耐高温，工业上用得最多的是绢云母，广泛应用于涂料、油漆、电绝缘等行业。

3.晶体在空间内的三个方向上均匀发育，呈块状、粒状等形态，如钻石、黄铁矿、石榴石等。

石榴石族的矿物是非常典型的三向等长的矿物，通常具有完好的晶形，常见的晶形有菱形十二面体、四角三八面体（单形名称）以及上述二者的聚形。石榴石因形似石榴的果实而得名。

电气石（俗称碧玺）是典型的柱状晶体，晶体表面发育有纵纹。碧玺颜色十分丰富，常见单个晶体上出现多种颜色。

绿柱石是典型的六方柱状晶体，它是提炼铍的主要矿物原料，色泽美丽者是珍贵的宝石，如祖母绿、海蓝宝石。

五光十色从何而来？

晶体的颜色是对入射的可见光进行选择性吸收后，透射和反射的各种可见光的混合色。不同的晶体具有不同的化学成分和格子构造，使得晶体对光的吸收存在很大差距，因此，我们看到的晶体是五彩缤纷的。晶体的颜色按其成因，分成三种类型：

自色：主要由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定，是矿物本身的颜色，例如橄榄石。

橄榄石的颜色是中到深的草绿色（略带黄的绿色，亦称橄榄绿），部分偏黄色（绿黄色）。橄榄石的致色因素就是其本身所含的铁等化学成分，因而是一种自色矿物。它的颜色相对稳定，其色调主要随含铁量的多少而变化，含铁量越高，其颜色就越深。

他色：指矿物因含外来带色的杂质、气液包裹体等所引起的颜色。他色矿物的颜色非常丰富、同种矿物的颜色变化也很大，是多彩矿物世界中最主要的部分，例如彩色刚玉。

刚玉属他色矿物，刚玉的化学成分为Al203，纯净时无色，当微量的杂质元素（Fe、Ti、Cr、Mn、V）以等价离子或异价离子形式代替晶格中的Al3+，或以机械混入物的形式存在于晶体中时，不同的微量元素就会导致其呈现出不同的颜色，所以我们能看到刚玉宝石几乎涵盖了可见光光谱中的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等所有颜色。

矿物晶体喜欢“抱团出现”

自然界中的矿物晶体往往不是单独存在的，同种矿物的多个晶体生长在一起，以“矿物集合体”的形式产出，集合体的形态取决于其单个晶体的形态及集合方式。

如果我们用肉眼或借助放大镜能分辨出矿物晶体的颗粒，那么这样的集合体就是显晶集合体。常见的显晶集合体形态有柱状、针状、板状、片状等。特殊形态的集合体还有纤维状集合体、放射状集合体、晶簇等。

晶簇是指在岩石的空洞或裂隙中，丛生于同一基底、另一端朝向自由空间发育，并且具备完好晶形的簇状单晶体群。较为常见的有石英晶簇、方解石晶簇、辉锑矿晶簇等。

假色：自然光照射在矿物表面或进入矿物内部，会产生反射、干涉、衍射、散射等物理光学效应，从而引起的矿物呈色，可以被理解成一种能够看到却并不是实际存在的光学现象。这种特殊光学效应的出现，使矿物晶体的颜色变得神秘莫测，如具有月光效应的月光石就是其中典型的一种。

月光石是一种比较常见的宝石矿物，是正长石（KAlSi3O8）和钠长石（NaAlSi3O8）两种成分层状交互形成的，通常呈无色至白色，也可呈浅黄、橙至淡褐、蓝灰或绿色，透明或半透明，具有特殊的月光效应（是指随着晶体的转动，在某一角度，人们可以见到晶体表面白至蓝色的发光效应，似朦胧的月光）。这种效应的产生，是由于正长石中出溶有钠长石，钠长石在正长石晶体内定向分布，两种长石的层状隐晶平行相互交生，折射率稍有差异，于是能对可见光发生散射，当有解理面（矿物晶体在外力作用下严格沿着一定结晶方向破裂，并且能裂出光滑平面的性质称为解理，这些平面称为解理面）存在时，可伴有干涉或衍射，这种对光的综合作用，使这种晶体的表面产生一种蓝色的浮光。

小知识：矿物晶体可以长多大？

晶体生长的大小与其自身性质和形成的地质条件有关。通常情况下，矿物晶体由于受到空间限制，个体都不是很大，那么如果有足够的空间与时间，晶体到底能长到多大呢？奈卡水晶洞是世界上最大的水晶洞穴，它位于墨西哥奇瓦瓦沙漠奈加山脉下305米深处。图中长条的晶体是无水石膏晶体，这些半透明的巨型晶体长度达到了11米，重达55吨，非常巨大。

矿物晶体是天然形成的，是十分宝贵的不可再生资源。它们不仅稀有、奇特，也具有很高的科研和艺术价值，揭开它们的神秘面纱，能帮助人类深入探索地质作用以及物质组成的奥秘。

（责任编辑/齐敏）