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矿物晶体为何绚丽多彩?

2019-2-18 8:53:48 作者:戚 鸣 郭 颖

说到晶体,其?#31561;?#20204;并不陌生,生活中常见的水晶、食盐、蔗糖、雪花、维生素C都是晶体。所以,在有些人的印象里,仿佛晶体就是像水晶、食盐一样晶莹剔透、质地纯净的固体。其实不然,自然界中的矿物晶体是色彩斑斓的,外观更是多种多样,而且天然的矿物绝大多数都是以晶体状呈现的。

那么,为什么晶体会有这样的外形呢? 它们众多的特性因何而来?让我们一起来探索矿物晶体的奇妙世界吧!

什么样的固体可称为晶体?

晶体的结构有其特殊性,其内部质点在三维空间内会呈周期性重复排列,这种固体被称之为晶体。反之,如果物质内部质点在三维空间不成周期性重复排列,则被称之为“非晶体”。

墨西哥奈卡水晶洞

举个简单的例子,水晶和玻璃的化学成分都是SiO2,通过对两种物质内部结构的观察发现,作为晶体的水晶,其内部具有规则的格子构造,而作为非晶体的玻璃,其内部的结构排?#24615;?#26434;乱无章。

这就决定了水晶具有晶体的特殊性:一是有一定的几何外形;二是有固定的熔点;三是有各向异性的特点。因此可以概括地说:晶体是具有格子状构造的固体,或内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。

矿物晶体都长什么样?

矿物晶体会具有一定的几何外形,同一种矿物在自然条件下自由生长,所形成晶体的几何外形是一定的,这是由晶体特殊的化学成分和晶体结构造成的。晶体的外形多种多样,我们一般将其划分为以下三种类型:

1.晶体沿一个方向?#30001;?#29983;长,形成柱状、针状、纤维状等长条形的晶体。比如水晶、绿柱石、电气石、金红石等矿物,会长成柱状晶体。

电气石(俗称碧玺)是典型的柱状晶体,晶体表面发育有纵纹。碧玺颜色十分丰富,常见单个晶体上出现多种颜色。绿柱石是典型的六方柱状晶体,它是提炼铍的主要矿物原料,色泽美丽者是珍贵的宝石,如祖母绿、海蓝宝石。

2.晶体沿平面内的两个方向延展生长,形成板状、片状、鳞片状等形态的晶体,如黑钨矿、 云母和石墨等。

云母是一种主要的造岩矿物,是片状矿物的典型代表,因其具有连续层状硅氧四面体格子构造,因此呈现出六方形的片状晶形。其特性是绝缘、?#36879;?#28201;,工业上用得最多的是绢云母, 广泛应用于涂料、油漆、电绝缘等行业。

3.晶体在空间内的三个方向上均匀发育,呈块状、粒状等形态,如钻石、黄铁矿、石榴石等。

石榴石族的矿物是非常典型的三向等长的矿物,通常具有完好的晶形,常见的晶形有菱形十二面体、四角三八面体(单形名称) 以?#21543;?#36848;二者的聚形。石榴石也因形似石榴的果实而得名。

五光十色从何而来?

晶体的颜色是对入射的可见光进行选择性吸收后,透射和反射的各种可见光的混合色。不同的晶体具有不同的化学成分?#36879;?#23376;构造,使得晶体对光的吸收存在很大差距,因此,人们?#21561;?#30340;晶体是五彩缤纷的。晶体的颜色按其成因,分成三种类型:

自色:主要由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定,是矿物本身的颜色,例如橄榄石。

橄榄石的颜色是中到深的草绿色(?#28304;?#40644;的绿色,亦称橄榄绿),部分偏黄色(绿黄色)。橄榄石的致色因素就是其本身所含的铁等化学成分,因而是一种自色矿物。它的颜色相对稳定,其色调主要随含铁量的多少而变化,含铁量越高,其颜色就越深。

他色: 指矿物因含外来带色的杂质、气液包裹体等所引起的颜色。他色矿物的颜色非常丰富、同种矿物的颜色变化也很大,是多彩矿物世界中最主要的部分, 例如彩色刚玉。

刚玉属他色矿物,刚玉的化学成分为Al203 ,纯净时无色,当微量的杂质元素(Fe、Ti、Cr、Mn、V)以等价离子或异价离子形式代替晶格中的Al 3+,或以机械混入物的形式存在于晶体中时,不同的微量元素就会导致其呈现出不同的颜色,所以人们能?#21561;?#21018;玉宝石几乎涵盖了可见光光谱中的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等所有颜色。

假色:自然光照射在矿物表面或进入矿物内部,会产生反射、干涉、衍射、散射等物理光学效应,从而引起的矿物呈色,可以被理解成一种能够?#21561;?#21364;并不是实际存在的光学现象。这种特殊光学效应的出现,使矿物晶体的颜色变得神秘莫测,如具有月光效应的月光石就是其中典型的一种。

月光石是一种比较常见的宝石矿物,是正长石(KAlSi3O8 )和钠长石(NaAlSi3O8)两种成分层状交互形成的,通常呈无色至白色,?#37096;沙是?#40644;、橙至淡褐、蓝?#19968;?#32511;色,透明或半透明,具有特殊的月光效应(是指随着晶体的转动,在某一角度,人们可以见到晶体表面白至蓝色的发光效应,似朦胧的月光)。

这?#20013;?#24212;的产生,是由于正长石中出溶有钠长石,钠长石在正长石晶体内定向分布,两种长石的层状隐晶平行相互交生,折射率稍有差异,于是能对可见光发生散射,当有解理面(矿物晶体在外力作用下严格沿着一定结晶方向破裂,并且能裂出光滑平面的性质称为解理,这些平面称为解理面)存在时,可伴有干涉或衍射,这种对光的综合作用,使这种晶体的表面产生一种蓝色的浮光。△

小知识

矿物晶体能长多大?

晶体生长的大小与其自身性质和形成的地质条件有关。通常情况下,矿物晶体由于受到空间限制,个体都不是很大,那么如果有足够的空间与时间,晶体到底能长到多大呢?奈卡水晶洞是世界上最大的水晶洞穴,它位于墨西哥奇瓦瓦沙漠奈?#30001;?#33033;下305米深处。其洞穴内长条的晶体是无水石膏晶体,这些半透明的巨型晶体长?#21364;?#21040;了11米,重达55吨,非常巨大。

网站编辑:宫莉

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