03 第三章 宝玉石的物理性质

第三章宝玉石的物理性质第一节宝石的光学性质一、颜色颜色是宝石的一个十分重要的光学性质。通常可以直观地通过颜色来判别一个宝石。颜色是衡量一个宝石质量的一个重量依据。可见光光谱400—800nm或380—760nm波长的电磁波。颜色是具有一定波长的电磁波。一定波长的可见光，会呈现一定的颜色。不同色光的波长：700—630nm红色630—590nm橙色590—550nm黄色550—480nm青色480—450nm蓝色450—400nm紫色不同波长的光混合也可产生各种颜色。在牛顿色环上，相邻两种颜色的光混合，产生中间的颜色。所有波长的光均匀混合形成白色。当从白光中减去某一波长的光时，剩余的光混合产生在牛顿色环上与减去光红光相对的颜色。二者称为互补色。宝石的颜色是宝石对不同波长的可见光选择性吸收的结果。当可见光（白光）照射宝石时：如果宝石选择吸收了某些波长的色光，则宝石呈透射或反射色光的混合色，相当于被吸收色光的补色或补色的混合色；如果宝石普遍均匀的吸收所有色光，则宝石随吸收程度不同而呈黑、灰或白色；如果所有的色光都有通过宝石，则宝石呈无色透明。颜色的要素色调（色彩）：指颜色的种类，彩色宝石的色调取决于光源的光谱组成和宝石对光的选择性吸收。饱和度（纯度）：指颜色的纯净度和鲜艳度。彩色宝石的饱和度取决于宝石对可见光光谱选择性吸收的程度。亮度（明度）：指人眼对颜色明暗度的感觉。彩色宝石的明度的大小取决于宝石对光的反射或透射能力。颜色的定性描述对颜色的命名方法是将主色调放在后面，用颜色修饰词描述次要的色调，如绿黄色、紫红色等，把颜色浓度的修饰词放在最前面，如浅黄绿色，淡蓝紫色等。颜色的致色原因1、自色由化学成分中的主要元素而引起的颜色，自色相对固定。条痕色反映了自色特征。如菱锰矿（MnCO3）的粉红色是由成分中的Mn元素致色；橄榄石（(Mg,Fe)2SiO4）绿色由成分中Fe元素致色。其它自色宝石有绿松石、孔雀石等。自色宝石致色元素宝石颜色Cr3+钙铬榴石绿色Mn3+锰铝榴石橙色Mn3+蔷薇辉石菱粉红Mn2+磷锰矿紫色Fe2+橄榄石黄绿Fe2+铁铝榴石暗红Cu1+绿松石天蓝Cu2+孔雀石绿色Cu2+硅孔雀石蓝绿2、他色引起宝石矿物他色的原因有类质同象和机械混入物。由化学元素中微量元素引起的颜色，不同的微量元素产生不同的颜色。但条痕色为无色。过渡元素是主要的致色元素：Fe、Cr、Cu、Co、Mn、Ti、V等。成分Al2O3、无色，Cr3+→Al3+呈红色，称为红宝石；Ti3++Fe3+→Al3+呈蓝色，称为蓝宝石。Ti3+和Fe3+的含量越高，蓝宝石的颜色越深；反之越浅。刚玉的颜色成因成分Be3Al2Si6O18，纯净的绿柱石是无色的，当绿柱石的Be和Al被不同的杂质替代时，可以呈现不同的颜色。如含有Cr、V杂质时呈翠绿色、就是祖母绿；当含有Fe和Sc等杂质时，呈现蓝色，这就是海蓝宝石。绿柱石颜色的成因致色元素产生的颜色Cr红色、绿色Fe红色、绿色、蓝色、黄色Mn粉红色Ti蓝色V绿色、蓝色Co蓝色红宝石含Cr蓝宝石含Ti、Fe无色刚玉含太高的Fe祖母绿海蓝宝石绿柱石由于含不同的杂质而不同的颜色绿柱石电气石翡翠绿色、红色、紫色翡翠萤石3、假色假色与宝石的化学成分和内部结构没有直接的关系，而是与光的物理作用有关，宝石中的一些杂质，它们对光的折射、反射等光学作用产生的颜色就是假色。假色不是宝石本身所固有的，但假色能为宝石增添许多魅力，如特殊的光学效应。二、折射率RI与双折射率DR1、光的折射与折射率折射现象二、折射率RI与双折射率DR1、光的折射与折射率当光波从一种介质进入另一种介质时其传播方向和传播速度要发生改变。这种现象称为光的折射。1、光的折射与折射率式中α、β分别为入射角和折射角。v1和v2分别为光在介质1和介质2中的速度。当两种介质一定时，n为一常数。当入射介质为真空（或空气）时，n为宝石绝对折射率或简称为折射率1、光的折射与折射率宝石的折射率与其光泽有关。折射率越高宝石的光泽越强。高档宝石的折射率一般较高。折射率是宝石的一种稳定光常数，各种宝石都其固定的折射率值，故是鉴定宝石的重要依据。宝石的折射率可用珠宝折射仪来测定。常见宝石的折射率宝石折射率RI宝石折射率RI钻石2.42锆石1.93-1.99红宝石1.76-1.78尖晶石1.74蓝宝石1.76-1.78碧玺1.62-1.64金绿宝石1.74-1.75黄玉1.61-1.62祖母绿1.57-1.59水晶1.54-1.552、双折射与双折射率方解石的双折射现象2、双折射与双折射率当入射光照射时会产生两条方向不同的折射光，这种现象称为双折射。因此，就会得到两个折射率。二者之差称为该物质的双折射率。2、双折射与双折射率双折射率对宝石的鉴定具有重要意义，有些宝石没有双折射，有些宝石其双折射率也有所不同。例如，黄玉与碧玺的折射率相近，不易区别。但碧玺的双折射率黄玉大，因此，可根据双折射率的大小来区分它们。一些常见宝石的双折率值宝石双折射率宝石双折射率钻石0锆石0.059红宝石0.008尖晶石0蓝宝石0.008碧玺0.020金绿宝石0.009黄玉0.010祖母绿0.005水晶0.009宝石的双折射率可用珠宝折射仪来测定。双折射的直观结果是产生双影现象。所以可以根据宝石的刻面棱双影来判断宝石是否具有双折射。如锆石的刻面棱双影。3、均质体与非均质体不产生双折射的宝石称为均质体。如钻石、尖晶石、玻璃均为均质体。产生双折射的宝石称为非均质体。红宝石、锆石、水晶碧玺等宝石为非均质体。三、多色性宝石晶体在光的照射下，不同方向上呈不同颜色的现象，称为宝石的多色性。多色性产生原因晶体内部不同方向上晶格结构存在差异，除造成折射率不同外，同时对光波的吸收不同，因而呈现不同的颜色。均质体宝石（非晶质体、等轴晶系），各向同性，对光波无吸收差异，不具有多色性。非均质体宝石，各向异性，对光波有吸收差别，可具有多色性：二色性——四方、三方、六方晶系宝石；三色性——斜方、单斜、三斜晶系宝石。三、多色性许多宝石具有多色性。它们都是非均质体的宝石。如蓝宝石平行轴方向为蓝色，垂直C轴方向为绿色。宝石的的多色性可通过肉眼来观察，更多的是通过一种叫二色镜的仪器来观察。宝石的多色性在宝石的鉴定上具有重要的意义。一些宝石具有多色性，另一些宝石不具多色性，因此，我们可以通过多色性来区别它们。如红宝石与红玻璃，前者有多色性，后者无多色性。四、色散宝石把白光分解成它的组成色的现象称为色散宝石的折射实际上不仅与宝石的性质有关，还与入射光的波长有关。对同一宝石来说不同波长光的折射是不同的，波长长的光折射较小，波长较短的光折射较大。因此。在适当的条件下（如用三棱镜），可以使白光分解成红、橙、黄、绿、蓝、青、紫等颜色。不同宝石的色散的强弱是不同的。通常以用红光（686.7nm)和紫光(460.8nm)所测的折射率之差来表示，并称为色散值。宝石色散值宝石色散值钻石0.044锆石0.039蓝宝石0.018尖晶石0.020黄玉0.017水晶0.013立方氧化锆0.28玻璃0.031钻石色散产生的火彩当白光照射到宝石上时，由于色散作用，使本来无色的宝石产生五彩缤纷的颜色，这种颜色在宝石学中称为“火彩”。火彩是宝石的一个十分珍贵的性质。钻石的色散五、光泽光泽指宝石表面对光的反射能力。宝石对光的反射能力越强，光泽越强，肉眼看起来就越亮。这样的宝石就越好。宝石光泽的强弱取决于它的折射率和表面的抛光程度。宝石的折射率越高，表面的抛光质量越好，其光泽就越强。宝石光泽的类型金属光泽：n3,光泽极强，如金的表面的光泽。宝石极少具有金属光泽。金刚光泽：n=2.0-2.6，光泽强。在透明宝石中金刚光泽是最强的一种光泽，以钻石为代表。亚金刚光泽：n=1.8-2.0。光泽接近于金刚光泽。如锆石等。玻璃光泽：n＝1.8－1.3,光泽中等，具有较宽的折射率范围。大多数透明宝石显示玻璃光泽。如红宝石、祖母绿、水晶等。大多数透明宝石显示玻璃光泽。如红宝石、祖母绿、水晶等。特殊情况下还有其它光泽：油脂光泽、蜡状光泽、丝绢光泽、珍珠光泽和土状光泽等。六、透明度透明度指宝石透过可见光的能力。宝石的透明度范围跨度很大。大部分单晶质的宝石是透明的，给人以清澈如冰的感觉，大部分多晶质的玉石为半透明的，而完全不透明宝石较少。宝石的透明一般分为五个等级：七、宝石的特殊光学效应当宝石中含有某些包裹体时，在光的照射下，会产生反射、干涉和散射等作用，从而出现某种特殊的光学效应猫眼效应、星光效应、变彩效应、变色效应、月光石效应和星彩效应等。这些特殊，如的光学效应能大大提高宝石的价值。1、猫眼效应弧面型的宝石在光的照射下表面呈现出一条可平行移动的明亮光带。这种现象称为猫眼效应。随着宝石或光源的摆动，光带动在宝石的表面也作平行的移动，如同中午时分猫睛的瞳孔，故而得名。如金绿宝石的猫眼效应。有密集平行排列的针状、纤维状晶体。猫眼效应产生的机理和条件切割成弧面型。猫眼效应的清楚程度，主要取决于包裹体密集程度、排列情况及加工水平。猫眼效应产生的机理和条件2、星光效应弧面型的宝石在光的照射下表面呈现出相互交会的四射或六射星状光带。这种现象称为星光效应。平行六方柱面排列的金红石包裹体星光宝石的切割方向（1）宝石内有两组以上排列定向规则的纤维状包体。（2）切割成弧面型，其底面平行于各组包体相交的平面。产生星光效应的条件：产生星光效应的条件：缅甸红宝石中的金红石针，呈60°及120°角相交3、变彩效应由于宝石的特殊结构（如欧泊）对光的干涉、衍射作用而产生的多种颜色。这种现象称变彩效应。光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象，叫光的衍射。激光束调节狭缝宽窄像屏光的衍射现象：小孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象。由于可见光波长范围为4×10-7m至7.7×10-7m之间，所以日常生活中很少见到明显的光的衍射现象。光产生明显衍射的条件欧泊是典型的具有变彩效应的宝石。它是由于欧泊中存在中规则排列的二氧化硅小球。它们形成一个光栅。当光照射在其它上面时会产生衍射和干涉作用而产生各种各样的光谱色。当光源和观察角度变化时，颜色也会变化。4、变色效应宝石在不同光源的照射下呈现不同颜色现象称为变色效应。变石具有典型的变色效应。它在日光下为绿色，烛光或白炽灯下为红色。变色效应（红色）变色效应（蓝绿色）由于宝石对白光的选择性吸收，使红光与蓝绿色透过宝石，当日光照射到变石上时，透射最多的为绿光，而使宝石呈现绿色；当富含红光的钨丝或白炽灯光照射时，而使宝石呈现红色。变石的变色效应，随产地不同，变色也有石为艳绿色或翠绿色。4、变色效应5、月光石效应一种由宝石内部的包裹体或结构特征对光的散射作用而产生的朦胧状的蔚蓝色或乳白色晕色。这种现象常见于月光石中，故称为月光石效应，也称为光彩效应。月光石效应（月光石）月光石效应是宝石中含有大量细小的包裹体对光的散射作用引起的。当包裹体较粗时，散射光的乳白色的；当包裹体十分细小时，散射光的蔚蓝色，使宝石显得更加美丽。5、月光石效应6、星彩效应（砂金效应、日光效应）一种由宝石内部的不透明包裹体的反射作用而产生的星点状闪光。这种效应常见于砂金石中，故亦称谓砂金石效应。日光石8、晕彩效应晕彩是宝石中最常见的干涉现象，如晕彩石英。当光通过石英裂隙中的空气薄层发生干涉，从薄层底部反射的光与薄层顶部的反射光相叠加，使本来无色的石英呈现五颜六色的干涉色。薄膜干涉：薄膜干涉现象，阳光下肥皂泡上的彩色花纹；水面上飘浮的油膜上的彩色条纹；蝴蝶等昆虫翅膀上的彩色花纹。水的薄膜干涉昆虫翅膀上的彩色条纹肥皂液膜的干涉条纹具变彩的拉长石由两种长石相的超显微连生体所构成，一部分是低钠长石结构的纯钠长石，另一部分为富钙的斜长石。在特定方向观察可见带有蓝色、绿色、紫色、黄色等色彩，也称光谱石。产于芬兰具鲜艳的晕彩效应的拉长石亦尔光谱石。7、晕彩效应：拉长石晕彩效应（光谱石）第二节宝石的物理性质密度：单位体积的质量