宝石学证书班关于化学成分与性质

一、宝石性质1.解释宝石包裹体的鉴定意义。包裹体特征宝石学意义例子原生包裹体为固体包体，通常是各种矿物，如阳起石、透闪石、云母、磷灰石等。常具有被侵蚀的外观，如圆滑的晶体、不完整的晶体、折断的晶体等。反映宝石矿床母岩的特征，可以作为天然宝石的鉴定特征和宝石的产地特征。斯里兰卡的蓝宝石中的白云母、缅甸抹谷蓝宝石中的方解石都是反映母岩特征的原生包体。同生包裹体有气、液、固态的内含物，以及生长带、色带生长结构，常具较好的晶形。反映宝石形成条件，可以作为天然宝石的鉴定特征和产地特征，形成独特的宝石品种，指示人工成因。哥伦比亚祖母绿的三相包裹体；孔雀石环带构造；水晶的各种发晶。合成红宝石中的气泡-气相包体。次生包裹体有各种出熔体、各种裂隙；具有熔融、溶蚀特征的固体包体；各种相态和晶形的包体，具有特殊图案或者现象的充填裂隙。反映宝石形成后的改造情况，尤其是可以作为鉴定优化处理宝石的特征。热处理红、蓝宝石的溶蚀固体包体，扩散处理的浓集颜色的裂隙，如星光红宝石和蓝宝石。2.宝石加工中如何利用宝石具有方向性的物理性质？性质的简要解释应用的目的应用的举例多色性宝石晶体的不同方向上的颜色色调、浓度不同。选择有利的台面方向。红宝石的台面需垂直C轴，以消除橙色的色调。色带由于生长过程中条件的变化，造成颜色不均匀并呈平行的条带状分布。尽量减少色带的可见性，使之平行台面，或放置在底尖位置。对颜色不均匀的紫晶，把色带安排在刻面型宝石的亭部靠近底尖位置，宝石呈现均匀的颜色。解理宝石晶体的某些方向容易破裂成光滑平面。利用解理切割宝石要与抛光面成不小于5度的夹角。利用八面体解理分割钻石；托帕石的台面与晶体的底面交角要大于5度。定向包体一组或者多组、平行排列的、具有较高反射作用的、延长状的包裹体。包体平行弧面型宝石的底面，形成星光或猫眼效应。星光蓝宝石的底面垂直C轴，与金红石针包体平行，形成六射星光。3.切磨宝石时要如何利用宝石的各种有关的性质？性质目的方法折射率最大的亮光临界角等于折射率倒数的反正弦，亭部角要大于临界角。多色性最佳的颜色非均质宝石不同方向颜色的色调和浓度不同，宝石的台面要选择最佳颜色的方向，如红宝石台面应垂直C轴。对颜色较深的宝石，台面要选择多色性较浅的方向，如深色碧玺的台面应垂直C轴，而颜色较浅的宝石则相反，如浅红色碧玺的台面应平行于C轴。色散率最佳火彩无色宝石，较小的台面，较大的冠角。色带最均匀的颜色色带放置在底尖位置。定向包裹体最好的特殊光学效应采用弧面琢型，底部平面平行定向包裹体，长轴解理或裂理最好的加工方式利用解理分割宝石、台面与解理的夹角不小于5°。透明度最佳外观透明的可以采用刻面琢型或者弧面型，半透明—不透明的宝石采用弧面型为主，以及其他的形式。4.解释宝石方向性特征在鉴定中的意义（力学性质和光学性质）。（1）力学性质：方向性特征的解释鉴定意义解理晶体受外力作用，易于沿着某一结晶学方向裂开，形成光滑破裂面的性质。鉴定宝石品种，例如根据翡翠的翠性鉴别翡翠与仿制品。裂理晶体受外力作用，易于沿着双晶结合面或者出溶体分布的晶面方向裂开，形成光滑破裂面的性质。鉴别合成和天然的红宝石、蓝宝石，天然红蓝宝石常有裂理形成的平直愈合裂隙，合成的则没有，多是面纱状的愈合裂隙。差异硬度晶体不同的结晶学方向上具有不同硬度的现象，如晶体的不同晶面、同一晶面不同研磨刻画方向上的硬度不同。鉴定宝石品种，例如根据翡翠的桔皮效应鉴别翡翠与仿制品。（2）光学性质方向性特征的解释鉴定意义双折率双折射宝石的折射率随方向变化，只有在特定的方向才能测到最大的双折率。鉴定宝石品种，鉴别天然和合成宝石，助熔剂法合成祖母绿。多色性非均质有色宝石在不同方向上及不同的偏振光振动方向上显示不同颜色的现象。识别光学性质，鉴定宝石品种的辅助证据。例如红色尖晶石没有多色性，红宝石有橙红色/红色的多色性。色带晶体生长过程中介质条件的变化导致不同生长阶段颜色的差异，并形成与晶体对称性有关的图案，能够反映晶体生长的方式和条件。鉴定合成宝石，弯曲生长带，鉴定处理宝石：蜘蛛网效应，鉴定优化宝石，模糊色带；鉴定宝石产地。生长带晶体生长过程的间歇、速度变化造成的与晶体晶面面网有关的纹理。鉴定水热法合成宝石，箭头纹、波浪纹。双晶纹由双晶结合面的折射率微小差异形成的平直不明显的纹理，以及双晶造成的特征晶面花纹。鉴定宝石品种，长石常有聚片双晶，双晶具有指示宝石为天然的作用。例如，紫晶的巴西双晶可作为天然紫晶的鉴定特征；钻石加工锯钻要避开双晶纹。5.请解释珍珠的光泽、虎睛石的丝绢光泽和月光石的蓝色晕彩的成因？特征原因光学原理珍珠光泽明亮的伴有彩色的白色反光。珍珠表面由很薄的板状文石晶体叠覆形成。被薄板状文石晶体反射出光与折射进入板体又反射出来的光产生干涉。虎睛石丝绢光泽具一定规则的带状的明亮反光。木变石具有石棉的假象，保留了平行状的纤维状结构。平行的高反射的纤维状物体对光线的镜面反射光经过弧面的汇聚作用形成光带。月光石蓝色晕彩某特定的方向上出现的淡蓝色闪光。正长石中含有因出溶作用形成的微小的层状分布的钠长石透镜体。大量的钠长石透镜体平行排列，如同光栅对光的衍射造成晕彩。6.描述猫眼、变石、欧泊的外观特征，并解释成因。特殊光学效应的描述成因解释猫眼猫眼效应，平行光照射下在弧面型宝石的表面出现一条明亮的光带，并随入射光线角度的变化而发生分开、闭合的变化。细密的针状包裹体对光线的反射作用，并因为弧面的折射作用下汇聚成光带。变石变色效应：在日光或日光灯的照明下呈现绿色的体色，像祖母绿；在烛光或白炽灯的照明下呈现红色的体色，像红宝石。金绿宝石中的Cr3+的选择性吸收造成红光和绿光的透过量平衡，如果光源的红光多，就显示红色；光源的蓝光多久显示绿色。欧泊变彩效应，各种鲜艳的颜色的不规则色斑随着视角的不通，或者入射光的移动发生交替的变化。欧泊内部堆积在一起细小的SiO2球粒与球间的空隙形成了立体光栅，造成可见光的衍射作用。7/.光与宝石的作用有多种方式：如何理解光的反射、散射、干涉和衍射作用？举例说明由上述光学作用产生的特殊光学效应；阐述在加工这些具有特殊光学效应的宝石时要注意的问题。概念：反射：光线入射到介质的表面部分光线遵守入射角等于反射角，入射波长等于放射波长的规律。散射：光波在遇到直径小于光的波长的微小颗粒时发生的反射和相关的作用，根据散射的特点分为瑞利散射和米氏散射。干涉：当两束或多束光线符合波长相同、相位差固定、振幅相当、传播方向相近的条件就会发生波峰的增强或削弱的干涉现象，白光的干涉常造成晕彩。衍射：光波在通过很小的狭缝时发生偏离直线传播方向的传播，并且产生不均匀的光强分布。衍射可以把白光分解成单色光，造成颜色鲜艳的变彩，如欧泊，衍射导致欧泊的变彩。特殊效应现象描述成因解释加工措施反射砂金效应宝石出现的非常明亮的点状的反射光，随入射光角度的变化而闪烁，如日光石。高光泽的片状矿物对入射光的镜面反射。选择最佳的方向反射星光效应平行光照射下在弧面型宝石的表面出现一条明亮的光带，并随入射光线角度的变化发生移动，如星光红宝石。密集的平行管状、针状包裹体对光线的反射。底面平行包体散射乳光效应一种朦胧的黄白色，如乳光玻璃。小于入射光波长的超显微颗粒对光线的散射。无干涉薄膜晕彩各种鲜艳的沿裂隙分布的颜色色斑，随着光源或观察角度的变化，色斑的颜色发生变化，如彩虹水晶。裂隙两侧的反射光的干涉作用引起的。无衍射晕彩在宝石某特定的方向上形成的色调单一的反光，如月光石的蓝白色晕彩。尺寸较大或者较小的结构体造成的大光程差的衍射。选择最佳的方向衍射变彩效应各种鲜艳颜色形成的色斑，随着光源或观察角度的变化而变化的现象，如欧泊。尺寸合适结构形成的光栅引起的衍射。选择最佳的方向。8.什么是猫眼效应？简述可以造成猫眼效应的不同原因，并列举相应的宝石实例（1）弧面型宝石的底面平行于针状包裹体，由于密集平行排列的针管状包体对光线的反射，以及弧面的折射汇聚作用，形成的纵贯弧面型宝石表面的明亮光带。（2）固体包裹体：金绿宝石，密集的平行细小的出溶作用形成的金红石针，猫眼效应明显，宝石的名称叫猫眼。管状包裹体：海蓝宝石，较为密集的结晶习性引起的平行于C轴的管状同生的两相包体，猫眼效应常常不太明显，需要较强的平行光才能显示猫眼效应，称为海蓝宝石猫眼。定向划痕：在透明的弧面型宝石的抛光底部平面上刻划出比较密集的平行划痕造成的猫眼效应，称为假猫眼效应。识别的特征是宝石透明度好，看不到针状或管状包体。例如玻璃仿猫眼。定向裂隙：在透明的弧面型宝石中有一组较为密集的小裂隙，通常是初始解理面，可以是天然成因的，也可以是人工诱发的，例如绿柱石加热至700℃后冷却，就会诱发一组密集的初始解理，形成猫眼效应。识别的特征是宝石中有一组密集的小裂隙。9.说明钻石的台宽比、冠高比、腰厚和亭深比对钻石外观的影响。定义影响方式台宽比台面直径与腰围直径的比值台宽比大，亮光效果好；台宽比小，火彩效果好。冠高比冠部高度与腰围直径的比值冠高比低，亮光效果好；冠高比大，火彩效果好。腰厚比腰棱厚度与腰围直径的比值腰厚比大，腰棱厚产生漏光、易于污染；腰厚比过小，腰棱很薄，容易破损。亭深比亭部深度与腰围直径的比值过大黑底，过小鱼眼都会导致漏光，影响亮光效果。10.解释宝石的明亮度和火彩，并说明影响因素（1）概念：a.明亮度：刻面型宝石对入射光线的反射作用产生的光泽、亭部反光、色散作用（火彩）、闪烁作用的总称。b.火彩：刻面型宝石具有的色散率对倾斜入射光线的色散作用产生的彩色闪光。（2）明亮度的影响因素有折射率、颜色、透明度、切工（比率和抛光）。折射率：越大越不易漏光，亮光越好；颜色：宝石颜色越深，对光线的吸收就越强，亮光受到的减弱就越大；透明度：宝石的透明度越好，对光线的吸收越小，亮光越强；切工：包括比率和抛光。（3）火彩的影响因素有色散率、颜色、透明度、切工。11.什么是发光性？请举例说明发光性的各种类型，及其宝石学应用。发光性：样品在外来刺激源的刺激下发出可见光的现象。类型发光机制应用举例紫外荧光宝石中的价电子吸收紫外线的能量跃迁到激发态，在迁回基态时以可见光的形式释放能量。蓝色蓝宝石出现白垩色荧光指示经过了热处理。阴极发光宝石中的价电子吸收紫外线的能量跃迁到激发态，在迁回基态时以可见光的形式释放能量。钻石出现X形的发光区指示为高温高压合成钻石。X—可见光荧光宝石中的价电子吸收紫外线的能量跃迁到激发态，在迁回基态时以可见光的形式释放能量。钻石有强的X—可见光荧光，可用作钻石的选矿。光致发光宝石中的价电子吸收较短波长的可见光的能量跃迁到激发态，在迁回基态时以可见光的形式释放能量，这时释放出光线的波长大于激发源的波长。高温高压处理的GEPOL钻石具有特征的637nm光致发光峰。热发光宝石受到低于550℃的加热，导致被约束在晶格中的电子释放出来，并发出可见光。托帕石、水晶的热发光可以鉴别是否经过人工辐照处理。12.同一种宝石的化学成分可以有哪些变化的方式？具有什么宝石学意义？（1）化学成分的变化方式：a.类质同像概念：晶体结构中的某些质点（原子、离子或分子）被它种类似的质点所代替，仅使晶格常数发生不大的变化，而结构型式并不改变。作用：进入宝石的晶格，影响宝石的颜色、吸收光谱、折射率等物理性质。b.机械混入物概念：某些化学成分以微小包裹体的形式混入在寄主晶体中，这些化学成分不参加寄主的晶体结构。作用：没有进入宝石的晶格，对宝石的物理性质影响较小，仅对硬度、密度、折射率等产生影响。（2）化学成分变化对鉴定宝石品种的意义：a.产生特征的吸收光谱，例如祖母绿的Cr吸收线；b.导致宝石种类的变化，例如红宝石和蓝宝石；c.导致宝石折射率的变化，例如镁铁铝榴石的折射率可随Fe的含量从1.74变化到1.76；d.微量的化学元素可指示宝石的形成环境，具有指示宝石成因和产地的作用。（3）对鉴定优化处理的意义：红宝石及蓝宝石的表面异常高的Cr或Ti或Be的浓度指示经过扩散处理。（4）对鉴定合成宝石的意义：例如助熔剂法合成宝石种可含有微量的助熔剂的组分，如Mo，Pb，Li等。祖母绿含有较高的Cr指示水热法合成。13.什