寶玉石地質(zhì)基礎(chǔ)類質(zhì)同象對(duì)寶石化學(xué)成分的影響建設(shè)者姓名：占文鋒類質(zhì)同象：是指在晶體結(jié)構(gòu)中部分質(zhì)點(diǎn)為其他性質(zhì)類似的質(zhì)點(diǎn)所替代，僅使晶格常數(shù)發(fā)生不大的變化而晶體結(jié)構(gòu)保持不變的現(xiàn)象。分類：異價(jià)類質(zhì)同象

完全類質(zhì)同象不完全類質(zhì)同象等價(jià)類質(zhì)同象完全類質(zhì)同象不完全類質(zhì)同象——在類質(zhì)同象混晶中，若A、B兩種質(zhì)點(diǎn)可以任意比例相互取代，則稱為完全內(nèi)質(zhì)同象。——在類質(zhì)同象混晶中，若A、B兩種質(zhì)點(diǎn)相互代替的數(shù)量局限在一個(gè)范圍內(nèi)，則稱為不完全類質(zhì)同象。等價(jià)類質(zhì)同象——指相互替代的兩種質(zhì)點(diǎn)電價(jià)不相同，如硅酸鹽中的Si4+被Al3+代替。——指相互替代的兩種質(zhì)點(diǎn)電價(jià)相同。不等價(jià)類質(zhì)同象二、類質(zhì)同象的條件1．質(zhì)點(diǎn)大小相近

相互替代的離子半徑相差越小，則彼此間替換能力越強(qiáng)，替換量越大，反之則越弱、越小。2.離子類型相近

惰性氣體型離子，銅型離子，過渡性離子。3．電價(jià)的總和平衡4．熱力學(xué)條件溫度、壓力、化學(xué)組分三、類質(zhì)同象對(duì)寶石礦物物理性質(zhì)的影響(一)對(duì)寶石礦物顏色的影響

類質(zhì)同象對(duì)于寶石礦物具有非常重要的意義，因?yàn)榇蟛糠謱毷V物是由于少量類質(zhì)同象混入物呈現(xiàn)各種美麗誘人的顏色。1．剛玉純的剛玉礦物是無色的，其化學(xué)成分為A12O3，當(dāng)其中A13+被微量雜質(zhì)Cr3+替代(即Cr3+→A13+)時(shí)則呈現(xiàn)玫瑰紅一紅色色調(diào)，稱紅寶石；當(dāng)其中A13+被微量雜質(zhì)Ti4+和Fe2+等替代(即Ti4++Fe2+——2Al3+)時(shí)則呈現(xiàn)漂亮的藍(lán)色，稱藍(lán)寶石。Fe2+和Ti4+含量越高則藍(lán)寶石的藍(lán)色越深，反之越淺。我國(guó)山東藍(lán)寶石的深藍(lán)色就是由于其中含有過多的Fe所致。2．綠柱石

綠柱石的化學(xué)成分為Be3A12Si6O18，純凈的綠柱石是無色的，當(dāng)綠柱石的Be、Al被不同雜質(zhì)替代時(shí)，可以呈現(xiàn)不同的顏色，如綠色、黃綠色、藍(lán)色、黃色和粉紅色等。當(dāng)綠柱石中含有Cr、V等雜質(zhì)時(shí)，就呈現(xiàn)美麗的翠綠色，這就是祖母綠；當(dāng)含有Fe和Sc等雜質(zhì)時(shí)，呈現(xiàn)漂亮的藍(lán)色，這就是海藍(lán)寶石；當(dāng)含有Cs、Mn等雜質(zhì)時(shí)則呈現(xiàn)粉紅色—紅色；當(dāng)含有Fe或U時(shí)則呈現(xiàn)黃色色調(diào)或黃綠色色調(diào)。3．電氣石電氣石的化學(xué)成分為

(Na，Ca)R3A16Si6O18(BO3)3(O,OH,F)4

式中R主要為Mg、Fe、Cr、Li、A1、Mn等，這些元素之間復(fù)雜的類質(zhì)同象替代，導(dǎo)致了電氣石的化學(xué)成分十分復(fù)雜，也導(dǎo)致了電氣石具有各種各樣的顏色。

在電氣石化學(xué)組成中，Mg2+—Fe2+之間和Fe2+—Li+、Al3+之間呈完全類質(zhì)同象，其中3Fe2+→2Al3++Li+替代的負(fù)電荷不足，由附加陰離子中OH-被O2-替代來補(bǔ)償；Mg和Li之間的替代，以及Mg、Fe和Cr、Mn之間的替代都是不完全的。當(dāng)電氣石化學(xué)組成中R位以Fe為主時(shí)則電氣石呈深藍(lán)色甚至黑色；當(dāng)R位以Mg2+為主時(shí)則電氣石呈黃色——褐色；當(dāng)電氣石富含Li和Mn時(shí)則呈玫瑰色或淺藍(lán)色；當(dāng)電氣石富含Cr時(shí)則呈深綠色。4．翡翠

翡翠主要由硬玉礦物組成，硬玉的化學(xué)組成為NaAlSi206，純的硬玉巖是白色的，但當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al被不同雜質(zhì)替代時(shí)，則顯示不同的顏色。(1)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的A1被Cr、V替代時(shí)，則翡翠呈誘人的綠色，綠色的深淺與替代程度有關(guān)。當(dāng)Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1％～2％之間時(shí)，翡翠的顏色最美麗，呈濃艷的綠色，且為半透明；但當(dāng)Cr含量很高時(shí)，翡翠則呈不透明的黑綠色，即干青種。

(2)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al被Fe3+替代時(shí)，則翡翠呈發(fā)暗的綠色(不像含Cr翡翠那么鮮艷、明快，而是呆板，缺乏靈氣)。若Fe3+只是少量替代Al3+，翡翠呈淺綠色；若Fe3+大量替代Al3+，則翡翠呈暗綠色，甚至墨綠色。顏色發(fā)陰。油青種。

(3)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al同時(shí)被Fe3+和Cr3+替代時(shí)，翡翠的顏色則視Fe3+和Cr3+相對(duì)比例而定。Cr3+較多則綠色鮮艷一些；Fe3+較多時(shí)則綠色偏暗一些。

(4)當(dāng)硬玉化學(xué)組成中的Al同時(shí)被Fe2+和Fe3+替代時(shí)，則翡翠呈紫色。也有人認(rèn)為紫色是由Mn取代Al引起。（未決問題）(二)對(duì)寶石礦物折射率、相對(duì)密度和硬度的影響

類質(zhì)同象不但使寶石礦物的化學(xué)成分發(fā)生一定程度的改變，而且也在—定程度上影響它的折射率和相對(duì)密度等物理性質(zhì)。類質(zhì)同象1．電氣石(碧璽)

電氣石的顏色基本上受類質(zhì)同象的種類和程度的控制，實(shí)際上電氣石的相對(duì)密度和折射率也與類質(zhì)同象有密切聯(lián)系。鎂電氣石NaMg3Al6Si6Ol8(BO3)3(O,OH,F)4中的Mg2+和鋰電氣石Na(Li,A1)3Al6Si6Ol8(BO3)3(O,OH,F)4中的Li、Al都有可能被Mn2+和Fe2+替代。研究表明，隨著電氣石成分中Mn、Fe的增加，電氣石的相對(duì)密度(3.03—3.25)，折射率(no=1.635～1.675，ne＝1.610～1.650)和雙折射率(0.016—0.033)都隨之增大。2．綠柱石

在綠柱石Be3A12Si6O18組成中，當(dāng)Be被Li替代(即Li+一Be2+)時(shí)，所虧損的電荷主要由半徑較大的Cs+進(jìn)入綠柱石的結(jié)構(gòu)通道來平衡。

含Cs越高，則綠柱石的相對(duì)密度(2.6—2.9)，折射率(no＝1.566—1.602，ne＝1.562～1.594)和雙折射率(0.004～0.009)也越高，Cs(Cs2O)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)4.13％。3．橄欖石

在橄欖石(Mg，F(xiàn)e)2SiO4組成中，F(xiàn)e和Mg可以呈完全類質(zhì)同象(Mg2+→Fe2+)，隨著其中Fe含量增加，不但橄欖石的顏色加深，而且它的相對(duì)密度(3.32～3.37)和折射率(1.65一1.69)也逐漸增大，摩氏硬度(HM＝6.5一7)也略有增加。4．黃玉