彩色宝石：蕴藏在石头中的彩虹

2016-11-02姜颖

知识就是力量 2016年9期

关键词：碧玺祖母绿刚玉

姜颖

矿物界的“姊妹花”

——红宝石与蓝宝石

红宝石和蓝宝石是刚玉矿物中两个重要的宝石种，其中红色的被称为红宝石，其他颜色的被称为蓝宝石（包括粉红色的也是蓝宝石），因为同属于一族，故有“姊妹宝石”之称。

铬打造娇艳之红，钛、铁渲染深邃之蓝

刚玉的主要成分是氧化铝（Al2O3），由高密度铝原子和氧原子聚合而成。它纯净时为无色，含有微量的铬原子时则会倾泻出娇艳的深红色光芒;若含有钛原子和铁原子时，则呈现出深邃耀眼的蓝色光芒。

自然界中硬度排第二，仅次于钻石

为什么红蓝宝石硬度如此之高呢？原来，红蓝宝石是宝石级的刚玉，其特殊的性能取决于刚玉的微观结构：一是刚玉在微观层面上铝—氧键键力很强，表现在宏观层面上的特征就是硬度非常大，其摩氏硬度为9，仅次于钻石，是自然界中第二硬的物质;并且其熔点高达2050℃，比钻石高出许多。二是刚玉微观晶体结构中氧离子和铝离子紧密堆积，二者堆积得越紧密，其晶体宏观性能就越好。正因为红蓝宝石具有这种独特的晶体结构，所以除了硬度高外，还具有耐磨、化学稳定性和耐热性好等优点，经常被用于制作一些精密仪器的配件。

红宝石原石及成品

红宝石轴承：腕表机芯不可或缺

在制表业中，红宝石被用于制造夹板轴孔、防震器以及擒纵叉瓦等关键的部件。腕表机芯里的红宝石不仅仅是一种装饰，其作为表的轴承，可以大大降低摩擦力和损伤，从而起到保护腕表关键部件的作用。此外，这些红宝石轴承还可以单独进行更换和维修，大大降低了调试和维修的成本，提高了效率。

蓝宝石晶体：消费电子制品新宠

蓝宝石晶体具有强度高、硬度大、耐冲刷、光学穿透性强等优势，使其在LED衬底、集成电路衬底、光学窗口、医疗器械、军用装备等领域具有巨大的潜力，并逐渐成为消费电子市场的新宠，例如一些高端手机的屏幕和手表的镜面就使用了人工合成的蓝宝石晶体。

刚玉结构中铝氧离子的空间排布

祖母绿让不会见面的元素在一起了！

铍元素与铬、钒元素属于不同的元素族，没有理由会碰在一起，而且它们在几十亿年前就已经分离了，铍属于浅色长英质矿物，而铬和钒则属于暗色镁铁质矿物。因此，祖母绿的特殊之处就在于，它使多种通常不会“见面”的元素组合在了一起，形成一种稀少独特的矿物，这需要特殊的地质构造和地质环境才能实现。

绿柱石家族最出色的成员

——祖母绿

腕表机芯中的红宝石轴承

祖母绿的颜色十分诱人，有人用菠菜绿、葱心绿、嫩树芽绿来形容它，但都无法准确表达它的颜色。无论在什么条件下，它总是能发出柔和而浓艳的光芒，让人百看不厌，这就是祖母绿的魅力所在。

铬、钒塑造生机盎然之绿

祖母绿是绿柱石家族的一个品种，是一种含铬的绿柱石，它是绿柱石家族中最出色的成员。绿柱石是由铍、铝、硅和氧元素组成的，这几种元素在大陆地壳中普遍存在，所以绿柱石并不罕见。但是，普通的绿柱石是无色的，而祖母绿则是碧绿色的，这是因为在其晶体结构中，有少量的铝原子被铬原子或钒原子取代了。

iPhone使用人工合成的蓝宝石晶体作为镜头表面的覆盖材料

体内包裹着秘密花园

祖母绿的生长环境不同于其他宝石，其特殊的生长环境导致其包裹体相对较多，杂质和裂隙也较多。把祖母绿拿在手上，在自然光下常常能看见其中的内含物和裂纹，这对于祖母绿来说是非常普遍的。祖母绿的包裹体往往还具有多样性，用浪漫的法文来描述，就是“Jardin”，意思是花园。杂质裂隙发育使祖母绿性脆，容易破碎，因此祖母绿除了加工成首饰佩戴，很少有其他用途。

祖母绿原石及成品

色彩混搭高手

——碧玺

16世纪初，一支葡萄牙勘探队在巴西发现了一种闪耀着七彩霓光的宝石，就是碧玺。碧玺是电气石族的成员，它常常可以在同一晶体上出现两种或多种颜色，或上下不同，或内外有别。碧玺为什么能成为宝石界的色彩混搭高手呢？这和它的化学成分密切相关。

祖母绿特征内含物

多元素映射七彩霓光

碧玺是一种硼硅酸盐结晶体，其化学成分十分复杂，并且含有铝、铁、镁、钠、锂、钾等元素，正是由于这些化学元素，使碧玺呈现出多种颜色。与其他彩色宝石相比，碧玺是自然界里色彩最丰富的矿物，红、绿、蓝、紫、黄……几乎各种颜色都有，还有两种或几种颜色的过渡色，如蓝绿、粉红、黄褐等。

碧玺晶体

为何天生爱吸灰？

碧玺矿物有别于其他矿物的一个重要特性是，其具有热电性和压电性。热电性是指碧玺在温度改变时，在主轴两端产生相反的电荷，此特性易吸附灰尘，因此碧玺也被称为“吸灰石”。压电性是指碧玺沿特殊方向受力时，能够在垂直应力的两边表面产生数量相等、符号相反的电荷，且电荷量与压力成正比。碧玺这些特性的成因在于其特殊的晶体结构，此外，与其化学组成也有一定关系，例如铁元素的存在会影响碧玺的压电性和热电性。