C-第三讲宝石矿物的性质

1、第三讲 宝石的性质宝石矿物的物理与化学性质3-1 宝石材料的化学成分3-2 宝石材料中的包体3-3 宝石材料的光学性质3-4 宝石矿物的颜色成因与表征13-1-1 宝石矿物的晶体化学分类 宝石矿物可以晶体化学标准，按照“大类类亚类族种亚种”顺序划分。例如：氧化物类刚玉族蓝宝石(种)黄色蓝宝石(亚种) 、绿色蓝宝石(亚种)等。1、含氧盐大类（1）硅酸盐类 a. 岛状亚类：锆石、榍石、橄榄石、黄玉、绿帘石、坦桑石、 十字石。 b. 环状亚类：绿柱石族、电气石族、蓝锥矿、堇青石。 c. 链状亚类：翡翠、软玉、透辉石、蔷薇辉石。 d. 层状亚类：蛇纹石、滑石、高岭石、叶腊石、地开石、绿泥石。 e. 架

2、状亚类：长石族(月光石、日光石、拉长石、天河石)、方柱石。23-1-1 宝石矿物的晶体化学分类（2）磷酸盐类：磷灰石、绿松石。（3）碳酸盐类：大理石、白云石、菱锰矿。2、氧化物类：（a）刚玉族：红宝石、蓝宝石；（b）水晶族：水晶、紫晶、黄晶、烟晶、芙蓉石；（c）尖晶石族：尖晶石、金绿宝石。3、自然元素类：钻石、合成碳化硅。4、卤化物类：萤石。5、硫化物类：辰砂。33-1-2 类质同象与宝石的物理性质 大部分宝石矿物的颜色都是有类质同像作用引进的微量过渡族元素引起的。另外，类质同像还会引起宝石矿物折射率、密度和硬度等物理性质的变化，对宝石的鉴定产生影响。1、刚玉族：当Al2O中发生Cr3+ Al

3、3+时呈玫瑰红红色调,成为红宝石； 当Ti4+ + Fe2+ Al3+时呈蓝色，成为蓝宝石。2、翡翠：翡翠的主要组成矿物硬玉NaAlSi2O6中的Al3+可以被V3+、Cr3+、Fe3+、 Fe2+、Mn2+等阳离子取代。（a）V3+ + Cr3+ Al3+时,当Cr3+含量为1%-2%时呈现诱人的翠绿色；当含量过 高时，颜色变暗，透明度降低，直至变成黑色的干青种。（b）Fe3+ Al3+时,翡翠呈现呆板的绿色，随着替代量增加，有浅绿变成暗 绿，直至墨绿色。（c）Fe3+ + Cr3+ Al3+时翡翠颜色视Fe3+与Cr3+离子总量及相对含量而定。（d）Fe3+ Fe2+ Al3+时翡翠呈紫色

4、（有观点认为是Mn或K引起紫色）。43-1-2 类质同象与宝石的物理性质3、电气石族：(Na,Ca)(Mg,Fe,Li,Al,Mn)3(Al,Cr,Fe,V)6Si6O18BO33(O,OH,F)4电气石是含硼的铝硅酸盐，由于类质同像发育，因而成分复杂。（a）主要变种有： 镁电气石NaMg3Al6Si6O18BO33(OH)4。 铁电气石(黑电气石)NaFe3Al6Si6O18BO33(OH)4。 锂电气石Na(Li,Al)3Al6Si6O18BO33(O,OH)4。【注】与和与均为完全类质同像，与为不完全类质同像。（b）理论性端元分子有： 钠锰电气石NaMn3Al6Si6O18BO33(OH

5、)4。 钙镁电气石CaMg4Al5Si6O18BO33(OH)4。 富铁者呈暗绿、深蓝、暗褐或黑色；富镁者呈黄色或褐色；富锂和锰者呈玫瑰红；富铬者呈深绿色。53-1-2 类质同象与宝石的物理性质4、绿柱石族： Be3Al2Si6O18的Al-O八面体中的Al3+被少量Fe2+、Mg2+、Mn2+、Fe3+、V3+、Cr3+、Ti4+等阳离子取代，成为“八面体型”绿柱石；Be-O四面体中Be2+主要被Li1+替代，形成“四面体型”绿柱石。六方环空腔中可充填H2O和Na+、Cs+、Rb+、K+等离子，以补充铝代硅造成的电荷不平衡。（a）祖母绿(Emerald)： Cr3+含量在0.3%-1.0%左

6、右，翠绿色。（b）海蓝宝石(Aquamarine)：Fe2+引起浅蓝、绿蓝-蓝绿色。（c）摩根石(Morganite)：粉红色、浅紫色、玫瑰色。 Mn2+致色，Li+取代部 分Be2+，由Cs+、Rb+进入来平衡电荷。（d）金色绿柱石(Heliodor)：Fe3+、Fe2+致色，绿黄、橙色、柠檬黄、黄棕 色、金黄色。（e）红色绿柱石(Bixbite)：碱金属含量很低，锰则提高近20倍，达到0.08%。（f）无色透明绿柱石叫做Goshenite，过渡金属离子含量极低。63-2-1 宝石中的包体 包体在宝石学中是指影响宝石矿物整体均一性的所有被包裹物质和非物质结构。即包括结晶过程中裹入的矿物、岩石

7、或气液等物质包体；也包括环带、双晶、生长纹、解理、裂纹以及与内部结构相关的表面特征等结构缺陷。一、宝石矿物中的包体分类：1、按照存在形式可分为：物质形包体和结构形非物质包体。2、按照相态可分成：固相包体、液相包体、气相包体及复相包体。3、按照包体的化学成分：有机包体、无机包体。4、按照与宝石矿物形成的时间顺序：原生包体、同生包体和次生包体。73-2-1 宝石中的原生包体1、原生包体：宝石矿物形成之前就已经存在的物质，在宝石矿物形成过程中被包裹到宝石内部，成为原生包体。原生包体都是固体，可以与寄主相同或不同。合成宝石中可以有种晶（可视为原生包体），一般没有其他原生包体。Ruby (Myanmar

8、, Mogok) Phlogopite(金云母) and rutile inclusions Indicates no heat enhancement83-2-1 宝石中的原生包体1、原生包体图片Burma Sapphire (Pyrrhotite (钙块云母) inclusions ,unaltered)Indicate no heat enhancement93-2-1 宝石中的原生包体1、原生包体图片Burma Sapphires，Group of Pyrrholite(钙块云母) inclusions indicates no enhancement by heat103-2-1 宝

9、石中的原生包体1、原生包体图片Apatite solid inclusion in Ruby from Namya (Burma, Myanmar)113-2-1 宝石中的原生包体1、原生包体图片Apatite solid inclusion in Ruby from Namya (Burma, Myanmar)123-2-1 宝石中的原生包体1、原生包体图片Zircon and Uraninite(沥青铀矿) inclusion in Sapphire from Burma133-2-1 宝石中的原生包体1、原生包体图片Round solid inclusion in Ruby from N

10、amya (Burma, Myanmar)143-2-2 宝石中的同生包体2、同生包体：是指在宝石形成的同时形成的包体。同生包体可以使固体、液体、气体、三者的不同组合，甚至是裂隙、空洞、色带、幻晶等。它的形成于晶体的差异性生长、不规则生长、生长间断、过饱和度变化、外来杂质、体系温压的突变等因素相关。（1）同生固态包体及其形成条件： a. 共格或半共格晶面生长； b. 快速生长的长柱状或针状矿物杂乱堆积； c. 固溶体出溶。 固溶体分离是宝石矿物猫眼和星光效应的主要原因。高温完全互溶的固溶体矿物当温度缓慢下降时，固溶体过饱和而出溶，分成不同的物相。在宝石晶体中出现的片状或针状矿物与寄主矿物的某些

11、结构方向平行。153-2-2 宝石中的同生包体（1）同生固态包体图片Green spinel inclusions in an unheated sapphire from Sri Lanka163-2-2 宝石中的同生包体（1）同生固态包体图片Rutile inclusion in Ilakaka Sapphire (Madagascar)173-2-2 宝石中的同生包体（1）同生固态包体图片Green inclusion (spinel) in an unheated sapphire from Madagascar183-2-2 宝石中的同生包体（1）固溶体出溶形成的同生固态包体图片Or

12、iented rutile needle inclusions in Ruby from Mong Hsu (Burma, Myanmar)193-2-2 宝石中的同生包体（1）固溶体出溶形成的同生固态包体图片Rutile inclusion in Mogok ruby from Mong Hsu (Burma, Myanmar)203-2-2 宝石中的同生包体（1）固溶体出溶形成的同生固态包体图片Rutile silk in an unheated Burmese sapphire213-2-2 宝石中的同生包体（2）同生流体包体及其形成原因：伟晶岩型或热液型宝石矿床在宝石矿物形成过程中常伴

13、有丰富的热液。生长过程中的宝石晶体若发生破裂，成矿溶液会进入其中，裂隙愈合后形成流体包体。“指纹状包体”就属此类。Irregular fingerprints in an unheated sapphire from Madagascar223-2-2 宝石中的同生包体（2）一些宝石在生长过程中内部会出现管状孔道或规则空洞，可能是生长过快或断续造成的。红宝石中偶尔会出现弯曲的管状包体。Curved Tube Inclusions in Ruby from Namya (Burma, Myanmar)233-2-2 宝石中的同生包体（2）宝石在生长过程中内部会出现管状孔道或规则空洞，可能是生长过

14、快或断续造成的,这在海蓝宝石和红宝石中偶尔会出现 “管状包体”，有时呈断续的“丝雨”状。Fluid feathers with isolated negative tubes Inclusions in Ruby from Namya (Burma, Myanmar)243-2-3 宝石中的同生包体（3）同生非物质包体主要表现为：包体分带、颜色分带和结构分带。a. 包体分带：宝石晶体生长停顿时，同期形成的其他晶体颗粒附着在表面，宝石继续生长后形成面状分布的薄层包体“幻晶”。Burma Sapphire with inclusions Rutile platelet with twinning

15、indicates no heat enhancement253-2-3 宝石中的同生包体b. 同生非物质包体的颜色分带：宝石晶体生长过程中，流体化学成分的变化会在宝石中产生色带。Sapphire from Malagassy (North) Color zones and twin lamellae263-2-3 宝石中的同生包体c. 同生非物质包体的颜色分带：宝石晶体生长过程中，流体化学成分变化在宝石中产生色带。Whitish and bluish zoning with perpendicualr straemers in a unheated Ruby from Afghanistan

16、273-2-3 宝石中的同生包体e. 同生非物质包体的颜色分带由宝石晶体中的生长纹引起。(Growth zoning) as seen in a window on a rough Kahmir sapphire283-2-3 宝石中的同生包体d. 同生非物质包体的结构分带由宝石晶体中的双晶引起。Twining Inclusions in a Ruby from Mong Hsu (Burma, Myanmar)293-2-3 宝石中的同生包体（3）合成宝石中的包体 合成宝石的包体大多属于同生包体，可以呈固态、液态或气态，但往往在形态和组成上与天然宝石明显不同。例如：助溶剂法合成的红宝石中存在

17、助溶剂残留；水热法合成祖母绿中的铂金坩埚碎片；合成祖母绿中由硅铍石和空洞构成的“钉头”状包体；焰熔法合成红宝石中的弧形生长纹和气泡等。合成宝石中的同生包体形态与组成是合成宝石与天然宝石区分的主要诊断性特征。303-2-4 宝石中的次生包体2、次生包体：是指在宝石形成后产生的包体。它是在宝石晶体形成后由于环境变化所形成的包体。（1）次生裂隙及外来物质充填胶结成因 宝石停止生长后，宝石晶体中的次生裂隙中可能会有外来物质进入并在其中沉淀，因而形成包体。例如：水晶或玛瑙中的黑色树枝状包体；翡翠中氧化铁的沉淀等。（2）宝石晶体中的锆石含放射性元素的破坏作用形成“锆石晕”。（3）宝石晶体形成后，应力作用产

18、生的“羽状纹”。313-2-4 宝石中的次生包体3、次生包体：宝石中的次生包体“羽状纹”和次生流体包体。Partially healed feather in unheated Kashmir sapphire323-2-4 宝石中的次生包体3、次生包体：宝石中的锆石包体的放射性造成的次生包体“锆石晕”。Zircon inclusions with tension cracks333-2-5 宝石中包体的研究意义二、宝石矿物中包体的研究意义1、指导找矿和确定合成宝石的实验条件。 宝石中的包体是研究宝石形成条件的最直接证据，通过包体研究可以测定宝石形成时的温度、压力、氧逸度等数据，这些数据对于找

19、矿勘探、矿床开采以及宝石人工合成都具有重要意义。2、确定宝石品种以及经历的优化处理方法。 由于宝石的各物理常数经常相互重叠，因此对宝石中包体特性、典型包体及包体组合的研究可以帮助确定宝石品种、区分天然与人工宝石和宝石经历的优化处理方法。3、确定对宝石进行合理琢型设计及加工方法。 宝石中存在的特殊包体会增加宝石的价值。例如：玛瑙中的流体包体、刚玉族宝石中的平行排列的针状金红石包体等要求采用素面琢型设计，并合理定向加工才能突出玛瑙中水胆特征以及显现猫眼或星光效应。 343-2-5 宝石中包体的研究意义4、确定宝石产地。 宝石矿物中的特征包体、及包体组合是目前主要的判断宝石原产地的方法。例如：祖母绿

20、中含有氟碳钙铈矿或含有立方体食盐的三相包体时，可以判断其产地是哥伦比亚。5、对宝石进行分级评估。 更多情况下，宝石晶体中的包体会影响宝石的美观，因而是宝石分级的重要参数。例如：钻石的净度分级就是更具包体的大小、数量、颜色、位置、分布等来进行的。6、确定对包体进行技术处理方案。 对物质包体的化学成分和矿物品种的研究可以帮助确定对宝石进行技术处理的方法。例如：含有金红石包体的无色或浅色刚玉可以经过热处理使其呈现蓝色；含有深色包体的钻石可以采用激光打孔，再进行酸溶等方法处理，以改善净度。353-3-1 宝石材料的多色性一、宝石的多色性1、定义：非均质体彩色宝石因光波在晶体中震动方向不同而呈现不同颜色

21、或颜色深浅发生变化的现象。2、解释：宝石晶体对不同波长的光的选择性吸收是根本原因。在二色镜或单偏光显微镜下转动宝石可以观察到宝石呈现不同颜色；不同方向上宝石颜色的深浅则主要有宝石的吸收性造成。例如：某一轴晶宝石晶体对垂直光轴振动的光的吸收要大于平行方向振动的光，那么该宝石晶体主轴方向的颜色会比较深，属正吸收性。363-3-2 宝石材料的光泽二、宝石的光泽1、定义：宝石光泽是指宝石表面反射光的能力，用反射率R表示。2、表示：不透明宝石的反射率 R=(n-1)2+K2/(n+1)2+K2； 透明矿物的反射率 R=(n-1)2/(n+1)2，吸收率K=I反射/I入射。3、宝石光泽的影响因素： 宝石的

22、光泽主要由折射率和吸收系数决定，但宝石的表面光滑程度、玉石中组成矿物颗粒的颜色、大小、形状、定向排布以及颗粒间结合的紧密程度等都会影响宝石的光泽。373-3-2 宝石材料的光泽1、宝石光泽分类（1）金属光泽 R25%，通常n3.0，一般不透明，宝石矿物中极少见， 如黄铁矿。（2）半金属光泽 R=19%25%，通常n=2.63.0，一般不透明，如黑钨矿、 铬铁矿。（3）金刚光泽 R=19%10%，通常n=1.92.6，透明半透明，典型代表 是金刚石。（4）玻璃光泽 R=10%4%，通常n=1.31.9，透明半透明，如水晶、 祖母绿等。383-3-2 宝石材料的光泽2、宝石特殊光泽类型（1）油脂光

23、泽 在一些颜色较浅，具有玻璃光泽或金刚光泽的宝石的不平坦断面、或集合体颗粒表面所见到的类似油脂的光泽。例如，玻璃光泽的石英的断口或石英岩断面均显示出油脂光泽；石榴石和磷灰石端口也显示油脂光泽。（2）树脂光泽 一些黄色黄褐色的宝石断面上显示出的类似松香等树脂所呈现出的光泽。例如，琥珀断面上的光泽就是树脂光泽，但琥珀抛光面上常显示的是玻璃光泽。（3）蜡状光泽 一些透明半透明玉石的矿物隐晶质或非晶质致密块体上，由于反射面不平坦而产生的一种较油脂光泽稍弱的光泽。如块状叶腊石的蜡状光泽。393-3-2 宝石材料的光泽续2、宝石特殊光泽类型（4）土状光泽 一些细分散多孔隙玉石因对部分光的漫反射而呈现出的暗

24、淡光泽。如风化 程度较高的劣质绿松石的光泽。（5）丝绢光泽 一些具有玻璃光泽或金刚光泽的宝石矿物的纤维状集合体显现出的丝绸般 光泽。如虎睛石。（6）珍珠光泽 在珍珠表面或一些解理发育的浅色透明矿物表面见到的一种柔和且多彩的 光泽。如珍珠。403-3-2 宝石材料的透明度三、宝石的透明度 1、定义：宝石允许可见的光透过程度，通常用透射系数(=I透射/I入射)来 表示，透射系数介于( 0,1 )直之间。 2、宝石透明度的划分(一般按1cm厚抛光薄片为样本) a. 透明：允许绝大多数光透过，隔着宝石观察时可以看清背面物体轮廓与细节； b. 亚透明：允许大多数光通过，隔着宝石观察时可以看见背面物体轮廓

25、，看不 清细节。如翠榴石。 c. 半透明：允许部分光透过，隔着宝石观察，仅能见到背面物体轮廓的阴影。 如电气石。 d. 微透明：仅在宝石边缘棱角处有少量光透过，隔着宝石已无法看见其背面物 体。如黑耀岩。 e. 不透明：基本上不允许光透过，光线几乎被宝石全部吸收或反射。如孔雀石。413-3-3 宝石的特殊光学效应四、宝石的特殊光学效应 1、猫眼效应（1）定义：在平行光线照射条件下，弧面型宝石表面呈现出一条明亮的光带，随着宝石转动或光线偏移，明亮光带位置也发生移动的特殊光学现象就是猫眼效应。（2）形成机理：弧面型宝石内部定向平行排列的一组针状、片状包体对进入宝石晶体中光线进行反射的结果。（3）猫眼

26、效应产生条件： a. 宝石内部存在一组密集、定向、平行排列的纤维状、针状、管状或片状包体，或者一组特殊的固溶体出溶结构； b. 弧面型宝石底面与包体所在面平行； c. 弧面型宝石的高度与绝大部分包体反射光的聚焦高度一致，并注意使包体延长方向于宝石长轴平行。423-3-3 宝石的特殊光学效应续1、猫眼效应形成机理图示图3-3-3-1 猫眼效应产生的示意图433-3-3 宝石的特殊光学效应续1、猫眼效应形成机理图示图3-3-3-2 弧面型宝石的高度与眼线宽度关系示意图443-3-3 宝石的特殊光学效应续1、猫眼效应形成机理图示图3-3-3-3 错误定向导致眼线偏离示意图453-3-3 宝石的特殊光

27、学效应2、星光效应（1）定义 在平行光线照射条件下，弧面型宝石表面呈现出两条或多条明亮的交叉光带，随着宝石转动或光线偏移，明亮的交叉光带位置也发生移动的特殊光学现象就是星光效应。（2）产生机理 弧面型宝石内部的两组或多组各自平行并定向交叉排列的针状、片状包体对进入宝石晶体中光线进行反射的结果。实质是由几组交叉的猫眼效应亮带形成。（3）形成条件 a. 宝石内部存在两组或多组各自平行并交叉排列的密集、定向的纤维状、针状、管状或片状包体，或者特殊的固溶体出溶结构； b. 弧面型宝石底面与包体所在面平行； c. 弧面型宝石的高度与绝大部分包体反射光的聚焦高度一致。463-3-3 宝石的特殊光学效应续2

28、、星光效应形成机理图示图3-3-3-4 红宝石星光产生原因示意图473-3-3 宝石的特殊光学效应欧泊的变彩效应483-3-3 宝石的特殊光学效应3、变彩效应（1）定义 宝石表面被两种以上不同颜色的色块覆盖，并且随着观察角度或光源方向的变化，色块的位置不断发生变化的光学现象。（2）形成机理 宝石内部组成粒子特殊的三维立体光栅结构对白光产生衍射和干涉，不同粒径的分布在宝石表面不同区域的粒子团块形成不同色斑；并且各粒子团块在不同角度观察颜色也会不同，因而产生变彩效应。（3）欧泊变彩特点 a. 一些灰白色欧泊不出现色斑，仅显示蓝白色乳光； b. 一些欧泊仅在灰白色基地上显示波长较短的蓝、绿色斑； c

29、. 部分高档欧泊在白色或黑色基地上显示从紫红的全部彩色色斑；493-3-3 宝石的特殊光学效应续3、变彩效应（3）欧泊变彩特点 d. 色斑排列特点：同一块欧泊表面不同颜色色斑间杂分布，相邻色斑的颜色并不按可见光光谱色序排列。例如，红色色斑可直接与绿色色斑相邻；在蓝色基底上分布着几块颜色近于相同的红色色斑； e. 色斑颜色特点：同一块色斑中颜色并不均匀，在色斑边缘可见到按光谱色色序排列的颜色序列。例如，红色色斑边缘可依次出现橙色、黄色、绿色色带。当转动欧泊或转动光源是，同一块色斑颜色将以光谱色色序变化。例如，红色斑在宝石转动或光源偏离角度增大时依次显示橙色色斑、橙黄色色斑和黄色色斑。503-3-

30、3 宝石的特殊光学效应续3、变彩效应 欧泊的化学成分是SiO2nH2O，含水氧化硅为近于等大球在三维空间做规则排列。每个球周围都存在四面体空隙(0.225-0.5倍小球直径)和八面体空隙(0.414-1倍小球直径)，氧化硅小球和其周围的空隙分别相当于光栅的衍射单元和光栅常数，欧泊的近视等大球规则结构区域就构成了三位立体光栅。（4）欧泊变彩与结构的关系 a. 球体间隙距离在138-241nm之间时，允许白光中所有波长光通过，可形成 七彩欧泊； b. 球体间隙距离在138-204nm之间时，只允许紫黄色五种光通过，可形成五 彩欧泊； c. 球体间隙距离在138-176nm之间时，只允许紫蓝绿色三种

31、光通过，可形成 三彩欧泊； d. 球体间隙距离在138-165nm之间时，只允许紫蓝色二种光通过，可形成二 彩或单彩欧泊。513-3-3 宝石的特殊光学效应续3、变彩效应形成机理示意图图3-3-3-5 欧泊变彩效应成因示意图523-3-3 宝石的特殊光学效应续3、贵蛋白石与普通蛋白石中含水SiO2颗粒的排布电镜照片 Precious Opal Common Opal Electron micrographs533-3-3 宝石的特殊光学效应4、变色效应（1）定义：宝石矿物的颜色随入射光光谱能量分布的改变而改变的现象就是变色效应。只有变石、蓝宝石和石榴石等少数几种宝石有可能出现变色效应。在日光灯

32、下变石呈蓝绿色，而在白炽灯光源下变石呈现红色。（2）变色效应与光源光谱特征图1-3-30 变色效应产生的原理543-4-1 宝石矿物的颜色成因一、宝石矿物的颜色类型1-1、自色：宝玉石矿物中基本化学成分引起的颜色。1-2、他色：宝石矿物中微量元素或带色包体引起的颜色。1-3、假色：由光的衍射、干涉等物理作用引起的颜色。二、宝石矿物颜色的成因2-1、离子内电子跃迁致色晶体场理论2-2、离子间电荷跃迁致色分子轨道理论2-3、能带间电子跃迁致色能带理论2-4、晶格缺陷致色色心理论553-4-1 宝石材料的自色1-1、自色 自色宝玉石矿物的致色元素是过渡金属离子，Fe、Cu等丰度高的过渡金属元素成为矿

33、物的主要组成元素时，宝石矿物显示出相应的色彩。 橄榄石：Fe2+致色，随着置换Fe2+的Mg2+含量增加，橄榄石的颜色由浅黄绿色演变成深绿色。绿松石、孔雀石、蓝铜矿：Cu致色，铜元素都是这些矿物的主量元素。561-1 自色类型的宝石椭圆形刻面橄榄石Peridot橄榄石 Peridot rough and tumbled571-1 自色类型的宝石椭球形绿松石Turquoise随形蓝铜矿Azurite583-4-1 宝石材料的他色1-2、他色 他色宝玉石矿物的致色元素主要也是过渡金属离子，但它们是类质同象混入的微量元素。例如：祖母绿、红宝石、蓝宝石、碧玺等。宝玉石他色产生的另一个因素是矿物中的带色

34、包体染色。例如：翡翠中翡由氧化铁胶体渗入微裂隙引起橙红色；东陵石的绿色是石英岩中包裹的铬云母所致；日光石被出溶的鳞片状赤铁矿染成橙红色等。591-2 他色类型的宝石祖母绿Natural emerald 发from muzo mine,columbia电气石Tourmaline601-2 他色类型的宝石电气石晶体Tourmaline crystal from afghanistan电气石Tourmaline613-4-1 宝石材料的假色1-3、假色 假色宝玉石矿物的致色是由光的散射、衍射、干涉等物理作用引起。例如：月光石中棕色或蓝白色的月光效应就是K长石中出溶的Na长石微晶片定向排列引起对白光的

35、散射与干涉形成；欧泊的变彩效应是三维光栅对白光的衍射产生等。621-2 假色类型的宝石欧泊Opal绿玉髓Chrysoprase 631-2 假色类型的宝石日光石Sunstone 月光石Moonstones643-4-1 宝石的离子内电子跃迁致色2-1、离子内电子跃迁致色宝石晶体中的过度金属元素或镧系与锕系元素分别拥有未充满的d(3d、4d)轨道和f(4f、5f)轨道。自由离子中简并的d或f轨道在配体负离子形成的晶体场中发生分裂。中心离子吸收光子后外层电子会发生d-d或f-f跃迁，引起对可见光的选择性吸收，在宝石矿物晶体中形成色彩。例如：红宝石、变石和祖母绿的彩色就是微量过渡元素Cr的3d轨道中

36、电子的d-d配位场跃迁的结果。653-4-1 宝石的离子内电子跃迁致色2-1-1、红宝石中Cr离子内电子跃迁致色 红宝石(Cr3+,Al3+)2O3)中致色离子Cr3+的3d3电子组态导出的自由离子谱项为：基普项4F，激发谱项有4P、2G、2D等。 在O2+离子八面体场中，4F分裂为三个能级：4A2、4T2、4T1。d电子在4A2 4T2、 4A2 4T1能级间跃迁过程中分别位于2.25eV和3.02eV附近形成能量吸收带，各自吸收了黄绿色光和蓝紫色光，白光中的剩余色光形成了红宝石的红色。下面的紫外可见(UV)吸收光谱图清楚地表明了红宝石中Cr3+的致色机理。663-4-1 宝石的离子内电子跃

37、迁致色2-1、红宝石的UV吸收光谱图3-4-1-1 红宝石的UV吸收光谱673-4-1 宝石的离子内电子跃迁致色2-1-2、祖母绿中Cr离子内电子跃迁致色 祖母绿(Be3(Cr3+,Al3+)2Si6O18)中致色离子Cr3+的3d3电子组态导出的自由离子基普项4F 在O2+离子八面体场中同样分裂为三个4A2、4T2、4T1能级。由于Be2+和Si4+影响，d电子在4A24T2、 4A2 4T1能级间跃迁过程中分别位于2.04eV和2.92eV附近形成能量吸收带，各自吸收了红橙黄色光和蓝紫色光，白光中的剩余色光组成了祖母绿鲜艳的绿色。683-4-1 宝石的离子内电子跃迁致色2-1、祖母绿的UV

38、吸收光谱图3-4-1-3 祖母绿的UV吸收光谱693-4-1 宝石的离子内电子跃迁致色2-1-3、变石中Cr离子内电子跃迁致色 变石(Be(Cr3+,Al3+)2O4)中致色离子Cr3+的3d3电子组态导出的自由离子基普项4F 在O2+离子八面体场中同样分裂为三个4A2、4T2、4T1能级。由于Be2+影响，d电子在4A24T2、 4A2 4T1能级间跃迁过程中分别位于2.16eV和2.98eV附近形成能量吸收带，各自吸收了橙黄色光和蓝紫色光，白光中的红光和绿蓝光透过几率近乎相等。因此，外部光源条件就决定了变石的颜色。703-4-1 宝石的离子内电子跃迁致色2-1、变石的UV吸收光谱图3-4-

39、1-2 变石的UV吸收光谱713-4-1 宝石的离子内电子跃迁致色2-1、红宝石、变石、祖母绿的UV吸收光谱图3-4-1-4 红宝石(A)、变石(B)、祖母绿(C)的UV吸收光谱723-4-1 宝石的离子间电子跃迁致色2-2、离子间电子跃迁致色 根据分子轨道模型：以强化学键结合的各原子轨道重新组合成了分子轨道，电子属于整个分子，吸收光能的电子可以在分子中不同原子间发生电荷转移。当吸收谱带位于可见光谱区时会在白光中产生选择性吸收，形成彩色。 1、金属原子间的电荷迁移（1）不同价态的同核原子间电荷迁移（2）异核原子间的电荷迁移 2、金属与非金属原子间的电荷迁移 3、非金属原子间的电荷迁移733-4

40、-1 宝石的离子间电子跃迁致色1-1、不同价态的同核原子间电荷迁移 当两个不同价态的同核原子分布在不同类型格点位置时，二者间存在能量差。电子在吸收光子能量后发生转移，并产生光谱吸收带，从而使宝石产生色彩。 例如：堇青石的蓝紫色就是典型实例。在堇青石中，Fe2+和Fe3+分别处在四面体和八面体位置中，两种配位体共棱相接。当白光照射到堇青石时，Fe2+中3d轨道上的一个d电子吸收光能后跃迁到近邻的Fe3+上。吸收带位于17000cm-1的黄光位置，使堇青石呈现蓝紫色。海蓝宝石、蓝色和绿色电气石也是Fe2+-Fe3+间电荷迁移致色的。 743-4-1 宝石的离子间电子跃迁致色1-2、异核原子间的电荷

41、迁移致色蓝宝石的颜色是异核原子间的电荷迁移致色的典型实例。在蓝宝石晶体中，Fe2+与TI4+均位于 AlO6八面体中。平行C轴方向，八面体共面连接，Fe、Ti离子d轨道沿C轴方向重叠，相邻八面体中阳离子间距0.265nm，当电子从Fe2+转移到TI4+时(Fe2+Ti4+Fe3+Ti3+)，吸收的光能在2.11eV附近，吸收带中心位于588nm，垂直C轴截面显示蓝色。垂直C轴方向，八面体共棱相连， 相邻八面体中Fe与Ti离子间距增大，吸收带中心向长波方向偏移，因而平行C轴方向截面显示绿-蓝色。753-4-1 宝石的离子间电子跃迁致色2-1、非金属与金属原子间的电荷迁移致色宝石晶体中最常见的非金

42、属与金属之间的电荷迁移致色是在O2+和Fe3+之间发生的。 O2+Fe3+强烈吸收可见光中的紫色、蓝色光，导致宝石晶体呈金黄色。金色绿柱石和金黄色蓝宝石的颜色都是实例。黄色蓝宝石吸收光谱450nm吸收带和460nm、470nm吸收线763-4-1 宝石的能带间电子跃迁致色2-3、能带间电子跃迁致色 能带理论认为固态晶体中电子不仅属于某个离子或分子，而是为整个晶体共有。组成晶体的每个原子在自由原子状态下简并的外层轨道，因原子间的相互作用发生分裂，重新组合成带状分布的存在能隙的轨道序列能带。其最高占有带称价带，最低空能带称导带，价带顶与导带底之间的能量间隙称禁带。禁带宽度决定了价带电子跃上导带所吸

43、收光子的能量，从而也就决定了晶体在白光照射下的颜色。能带理论很好地解释了钻石晶体色彩的成因。773-4-1 宝石的能带间电子跃迁致色2-3、无色透明和黄色系列钻石颜色成因IIa型钻石带隙宽度达5.4eV，在紫外光谱区，因此理论上该型钻石为无色透明。 Ib型钻石含微量原子N，其电子构型是(1S22S22P3)，比C原子(1S22S22P2)多一个外层电子，这个额外的电子在靠近价带顶的禁带中生成一个杂质能级(氮施主能级)，从而缩小了带隙宽度，电子跃迁进导带所需吸收的能量降到了2.2eV(564nm)，使得该型钻石呈现黄色调。783-4-1 宝石的能带间电子跃迁致色2-3、无色透明钻石的颜色成因图3

44、-4-1-1 IIa型钻石中电子跃迁图示793-4-1 宝石的能带间电子跃迁致色2-3、黄色系列钻石的颜色成因图3-4-1-2 Ib型钻石中电子跃迁图示803-4-1 宝石的能带间电子跃迁致色2-4、色心致色 宝石晶体中，局部范围内的质点排布偏离晶体格子构造的现象称为晶体缺陷。热震动、应力作用、高能射线照射、扩散、离子注入等都可能产生晶体缺陷。色心是晶体缺陷的一种，是泛指宝石晶体中能选择性吸收可见光并使晶体产生颜色的晶格缺陷。色心种类繁多，其中最常见的是电子心(心)、空穴心(心)和杂质离子心。813-4-1 宝石的能带间电子跃迁致色2-4、电子心致色电子心(心)是由晶体结构中阴离子空位引起的。

45、阴离子空位带正电荷，能够捕获电子，一个阴离子空位和一个被其捕获的电子就构成了心。色心中的电子可以吸收光子能量而跃到较高的束缚激发态，从而产生对白光的选择性吸收使宝石致色。例如：在钠蒸汽中对NaCl晶体加热会使其呈黄色。萤石的紫色也是由氟离子空位捕获一个电子形成的心选择性吸收可见光形成的。823-4-1 宝石的能带间电子跃迁致色2-4、空穴心致色空穴心(心)是由晶体结构中阳离子空位引起的。空穴心是由阳离子空位束缚一个电子“空穴”形成的。例如：在烟晶中，混入晶体的Al3+代替SI4+后在晶格中形成带负电荷的“正电荷陷阱”，要求近邻出现正电荷来平衡。当水晶受到辐照后， Al3+最近邻的O2+将失去一

46、个多余的电子变成O1+，从而残留下一个空穴，形成空穴心。钻石和黄玉等宝石在辐照后都能产生空穴心致色。从而改善宝石材料的美观。833-4-2 宝石材料的颜色与表征一、颜色定义颜色是视觉系统对可见光的生理反应。光源、物体和观察者是产生颜色的三个要素。宝石的颜色正是可见光、宝石和人眼作用后在人脑中产生的知觉。图1-4-1 颜色的产生示意图843-4-2 宝石材料的颜色与表征二、可见光光谱特征及人眼的分辨力1、可见光光谱特征光是电磁波普中的一小段，在光学中光包括可见光、近红外光和近紫外光。人们通常把波长分布在380nm760nm间能被人眼感知的电磁波称作可见光。（红700nm、橙620nm、黄580n

47、m、绿510nm、蓝470nm、紫420nm）853-4-2 宝石材料的颜色与表征1、可见光与电磁波普图3-4-2-1 电磁波谱863-4-2 宝石材料的颜色与表征2、人眼对可见光光谱的分辨力上述颜色与波长的对应关系并不固定，除572nm黄光、503nm绿光、478nm蓝光三个点外，其他波长的光当光强度变化时颜色都会随着改变。 在可见光光谱多数位置，波长改变在1-2nm时人眼才能够辨别，只有在540nm波长黄光两端人眼才具有最佳分辨能力，波长1nm的变化就能够引起人眼的反应。在整个可见光光谱中，正常人的视觉可以分辨出大约100种颜色。873-4-2 宝石材料的颜色与表征2、各种波长色光的颜色与光强度的关系图3-4-2-2 各种波长的恒定颜色线883-4-2 宝石材料的颜色与表征三、宝石颜色分类宝石的颜色客观上是宝石反射或透射的可见光的组合，主观上是宝石反射或透射的可见光的组合光通过人眼在大脑中产生的色知觉。宝石颜色可分为彩色系列和黑白系列(非彩色系列)两类。彩色系列包括可见光谱中各不同色相、不同明度和不同饱和度的色光；黑白系列包括白色、灰色和黑色，他们只有明度差异。当反射率达到80%以上是宝石呈白色、当吸收率超过90%时宝石呈黑色。893-4-