寶石的化學成分

『壹』 寶石的元素組成是什麼

水晶是一種無色透明的大型石英結晶體礦物。它的主要化學成份是二氧化硅，跟普通砂子是「同出娘胎」的一種物質。
鑽石的化學成份有99.98%的碳。也就是說，鑽石其實是一種密度相當高的碳結晶體
紅寶石，是剛玉的一種，主要成分是氧化鋁(Al2O3)，紅色來自鉻(Cr)。自然沒有鉻的寶石是藍色的藍寶石。
天然紅寶石大多來自亞洲(緬甸、泰國和斯里蘭卡)、非洲和澳大利亞，美國蒙大拿州和南卡羅萊那州也有一點。天然紅寶石非常少見珍貴，但是人造並非太難，所以工業用紅寶石都是人造的。

『貳』 寶石礦物的化學成分與化學式

寶石礦物與其他物質一樣，都是化學元素組成的。每一種寶石礦物都有其特定的化學成分及一定的變化范圍，並決定著寶石的各種特徵和性質。

一、寶石礦物成分組成類別

根據寶石礦物組成元素種類以及它們之間的關系有以下類別：

1.單質

單質即組成元素只有一種，如金剛石由單一的碳(C)元素組成。

2.化合物

化合物由一種以上元素按一定比例組成，又可分為四種類型：

(1)簡單化合物：成分中陽離子或陰離子分別為一種元素，如石英(SiO₂)、剛玉(Al₂O₃)，陽離子前者為硅(Si)，後者為鋁(Al)，兩者陰離子皆為氧(O)。

(2)復雜化合物：組成中陽離子為一種以上的元素，如尖晶石(MgAl₂O₄)，陽離子為鎂(Mg)和鋁(Al)，陰離子為氧(O)。

(3)單鹽：陽離子為一種元素，但陰離子不是單一的元素，而是由陰離子與陽離子組合的陰離子團，如方解石Ca[CO₃]，方括弧中為陰離子團，由碳(C)與氧(O)組合而成，也稱酸根，所以方解石的化學成分為碳酸鈣。又如鋯石Zr[SiO₄]的化學成分為硅酸鋯。

(4)復鹽：復鹽也是一種鹽類，但與上述不同的是成分中有一種以上的陽離子，如白雲石CaMg[CO₃]₂，陽離子就有鈣(Ca)和鎂(Mg)兩種。

二、寶石礦物的化學式

化學式是表示礦物組成、元素的種類、比例及某些結構特徵的符號，有兩種形式。

(1)實驗式：只表示寶石礦物化學成分中各組分數量比的化學式稱為實驗式，如祖母綠為Be₃Al₂Si₆O₁₈，也可用氧化物表示：3BeO·Al₂O₃·6SiO₂。

(2)結構式或晶體化學式：不但可以表示出元素的種類和比例，還能表達一定的結構特徵。如上述祖母綠的結構式為Be₃Al₂[Si₆O₁₈]，說明其成分中存在陰離子團[Si₆O₁₈]，並在晶體結構中占據特定位置。

結構式或晶體化學式的書寫原則有如下規定：

1)陽離子在前，陰離子在後。如果有一種以上的陽離子則按鹼性強弱的順序排列，如尖晶石MgAl₂O₄。

2)當存在陰離子團時，一定用方括弧括起來，如鋯石Zr[SiO₄]。

3)當成分中有附加陰離子氟、氯及羥基等，將其排在一般陰離子後面，如黃玉(托帕石)Al₂[SiO₄]F。

4)當存在類質同象代換時，應將相互代換的離子置圓括弧內，前後按多少順序排列，離子之間用逗號分開，如橄欖石(Mg，Fe)[SiO₄]表示陽離子之間有代換，又如黃玉Al₂[SiO₄](f，OH)₂表示附加陰離子之間有代換。

5)如成分中有水分子，則排在最後，中間以圓點居中隔開，如石膏Ca[SO₄]·2H₄O。水分子數如果不固定，可以用n表示，如歐泊寫作SiO₂·nH₂O。

思考題

一、是非判斷題

1.歐泊(Opal)與水晶是同質多象的不同變體。

2.水晶和歐泊是SiO₂的同質多象的不同變體。

3.同一種化學組分的晶體只能有一種晶體結構。

二、多項選擇題

1.同質多象是：( )

a.與類質同象是一樣的

b.化學成分基本一致可有不同雜質參加

c.化學成分一致，礦物結構不同

d.化學成分一致，礦物結構也一樣

e.紅柱石、藍晶石、矽線石是同質多象

2.下列哪組寶石是類質同象?( )

a.紅柱石、矽線石和藍晶石

b.紅寶石和藍寶石

c.祖母綠和海藍寶石

d.紅碧璽和綠碧璽

e.方解石和文石

三、填空題

1.文石與方解石的化學成分是CaCO₃，在礦物學中稱它們為__________。

2.碳元素可形成______和______兩種礦物，這種現象稱為__________。

3.在寶石的類質同象混晶中，根據相互取代的質點的電價相同或不同，分別稱為______和______。

4.水在晶體中存在的形式有①______、②______③______、④沸石水、⑤吸附水。

『叄』 常見珠寶的化學成分有哪些

金剛石  亦名金剛，俗稱金剛鑽、鑽石或水鑽，成分為C,是碳元素的一種同素異形體，常為無色透明，硬度為10，是礦物中最硬的。人工製造的又叫人造金剛石。
剛玉  透明晶體，硬度為9，僅次於金剛石，主要成分為Al2O3，有無色、紅色、藍色、星彩的。無色透明的也叫白玉；含Ti( = 4 * ROMAN IV)或Fe( = 2 * ROMAN II)、Fe( = 3 * ROMAN III)呈藍色的叫青玉，也叫藍寶石；含Cr( = 3 * ROMAN III)呈紅色的叫紅玉，也叫紅寶石；面現星彩的又叫星彩寶石。
綠柱石  亦稱綠玉、綠寶石，透明至半透明晶體，硬度為7，多為翠綠、淡綠、亦有無色或藍、黃、白、粉紅色者，主要成分為3BeO ·Al2O3·6SiO2。其中，含CrO3呈翠綠者叫綠柱玉，又叫翠玉或祖母綠；含鐵呈透明藍色的叫海藍寶石；含銫呈玫瑰色者叫玫魂綠柱石。
黃玉  亦名黃晶，外形類似水晶，常為黃色，透明，硬度為8，主要化學成分為Al2[SiO4](F,OH)2。
硬玉  與軟玉通稱為玉，成分為NaAl(SiO3)2,結晶或緻密塊狀,有濃綠、淡綠或白色,綠色者常名翡翠，略透明，硬度為6.5～7,較軟玉難溶解。軟玉的成分為Ca(Mg,Fe)3(SiO3)4，硬度為5.5～6。

『肆』 寶石礦物化學成分的特點

一、寶石礦物晶體化學的分類

從晶體化學的角度，寶石礦物可劃分為含氧鹽類、氧化物類和自然元素類等。

（一）含氧鹽類

大部分寶石礦物屬於含氧鹽類，其中又以硅酸鹽類礦物居多。據統計，寶石礦物中硅酸鹽類礦物約佔一半，還有少量寶石礦物屬磷酸鹽類。

1.硅酸鹽類

在硅酸鹽類礦物的晶體結構中，硅氧絡陰離子配位的四面體［SiO₄]^4-是它們的基本構造單元。硅氧四面體在結構中可以孤立地存在，也可以以其角頂相互連接而形成多種復雜的絡陰離子（基型）。根據硅氧四面體在晶體結構中的連接方式，可分成以下幾種。

（1）島狀基型

表現為單個硅氧四面體［SiO₄]^4-或每兩個四面體以一個公共角頂相連組成雙四面體在結構中獨立存在。它們彼此之間靠其他金屬陽離子（如Zr⁴⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等）來連接，它們之間並不相連，因而呈獨立的島狀。屬於此類的寶石礦物有鋯石ZrSiO₄、橄欖石（Mg,Fe）₂SiO₄、石榴石A₃B₂（SiO₄）₃（其中A為Mg²⁺、Fe²⁺、Ca²⁺、Mn²⁺等二價陽離子，B為Al³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺等三價陽離子）、黃玉Al₂SiO₄（F,OH）₂、榍石CaTi（SiO₄）O、十字石Fe₂Al₉（SiO₄）₄O₆（O,OH）₂和綠簾石Ca₂FeAl₂（Si₂O₇）（SiO₄）O（OH）等。

（2）環狀基型

結構中包含由三個、四個或六個［SiO₄]^4-硅氧四面體所組成的封閉的環（分別叫三方、四方和六方環）。環內每一個四面體均以兩個角頂分別與相鄰的兩個四面體連接，而環與環之間則靠其他金屬陽離子連接。屬於此類的寶石礦物有藍錐礦BaTiSi₃O₉（三方環）、綠柱石Be₃Al₂Si₆O₁₈（六方環）、堇青石（Mg,Fe）₂Al₃AlSi₅O₁₈（六方環）和電氣石（六方環）等。

（3）鏈狀基型

指每一［SiO₄]^4-四面體以兩個角頂分別與相鄰的兩個［SiO₄]^4-四面體連成一條無限延伸的鏈，鏈與鏈之間通過其他金屬陽離子來連接。屬於此類的寶玉石有翡翠、軟玉、透輝石和薔薇輝石等。

（4）架狀基型

每個［SiO₄]^4-四面體均以其全部的四個角頂與相鄰的四面體連接，組成在三維空間中無限擴展的骨架。屬於此類的寶石礦物有月光石、日光石、拉長石、天河石和方柱石等。

2.磷酸鹽類

該類含有磷酸根［PO₄]^3-陰離子。由於半徑較大，因而要求半徑較大的陽離子（如Ca²⁺、Pb²⁺等）與之結合才能形成穩定的磷酸鹽。此類礦物成分復雜，往往有附加陰離子。屬於此類的寶石礦物有磷灰石Ca₅（PO₄）₃（F,Cl,OH）和綠松石CuAl₆（PO₄）₄（OH）₈·4H₂O等。

（二）氧化物類

氧化物是一系列金屬和非金屬元素與氧陰離子O^2-化合（以離子鍵為主）而成的化合物，其中包括含水氧化物。這些金屬和非金屬元素主要有Si、Al、Fe、Mn、Ti、Cr等。陰離子一般按立方或六方最緊密堆積，而陽離子則充填於其四面體或八面體空隙中。屬於簡單氧化物的寶石有剛玉礦物（Al₂O₃）的紅寶石、藍寶石，SiO₂類礦物（SiO₂和SiO₂·nH₂O）的紫晶、黃晶、水晶、煙晶、芙蓉石、玉髓、歐泊、蛋白石及金紅石（TiO₂）等。屬於復雜氧化物的寶石礦物有尖晶石（Mg,Fe）Al₂O₄和金綠寶石BeAl₂O₄等。

（三）自然元素類

有些金屬和元素可呈單質獨立出現。屬於此類的寶石礦物有鑽石（成分為C）等。

二、寶石礦物的化學組成及其變化

寶石礦物的化學成分和晶體結構是決定一個寶石礦物種的兩個最基本的因素。只考慮其化學成分，不考慮結構不能確定一個寶石種；同樣，只考慮其結構而不考慮化學成分也不能確定一個寶石種。例如，化學成分為碳（C）的固體，只有當C以立方對稱排列時，才能確定其為鑽石或金剛石；而如果C以六方對稱排列時，只能確定為石墨。同樣，都具立方面心格子構造的固體，化學成分為NaCl時，其為石鹽，而化學成分為CaF₂時，只能確定其為螢石。因此，化學成分是寶石礦物存在的物質基礎，晶體結構是其存在的表現形式，二者是相互依存的，離開一方，另一方也就不再存在。很顯然，礦物的化學成分和結構是決定寶石礦物一切性質的最基本因素。

作為一個寶石礦物種，其化學成分可分為主要化學成分和次要或微量成分。主要化學成分是指能保持其結構的化學成分，如果缺某個成分，其結構便不能存在或保持。但在保持其結構和物化性質基本不變的條件下，主要化學成分是可以有一定變化的，或者說它可以有一個變化范圍。因此我們說，寶石礦物的化學組成並不是固定不變的，而是可以有一定的變化幅度的。如剛玉寶石礦物，是具三方對稱的Al₂O₃，不含任何次要或微量成分時，呈無色透明，Al和O均為其主要化學成分。但Al可以被少量的Cr所替代，而呈現紅色，這時的Cr就可稱為剛玉的次要化學成分或微量元素。但Cr的替代量是有限的，更不能全部替代Al，否則就不能保持其三方對稱的結構，剛玉也就不能存在了。引起礦物化學成分變化的原因很多，主要是類質同象替代（下一節將詳述）和一些微細組分的機械混入（可以以顯微包體形式存在）。對寶石礦物而言，雜質組分的介入是極其重要的，它可使寶石礦物呈現各種漂亮迷人的顏色（如祖母綠因含有微量Cr元素而呈現美麗的翠綠色），也可使部分寶石礦物具有特殊的光學效應（如星光效應和貓眼效應等）。

三、寶石礦物中的水

許多寶石礦物含有水，根據礦物中水的存在形式及它們在晶體結構中的作用，可以把水分成以下幾大類。

1.吸附水

吸附水不參加晶格，是滲入在礦物集合體中，為礦物顆粒間隙或裂隙表面機械吸附的中性水分子（H₂O）。吸附水不屬於礦物的化學成分，不寫入化學式。它們在礦物中的含量不定，隨溫度和濕度變化而不同。常壓下溫度達到100～110℃時，吸附水就基本上從礦物中逸出，而不破壞晶格。吸附水可以呈氣態、液態或固態。

另外，水膠凝體中含有一種特殊類型的吸附水，稱為膠體水。它被微弱的聯結力固著在微粒的表面，通常計入礦物的化學組成，但其含量變化很大。例如蛋白石，其分子式為SiO₂·nH₂O（n為H₂O分子數，不固定）。

2.結晶水

結晶水以中性水分子（H₂O）存在於礦物中，在晶格中佔有固定的位置，起著構造單位的作用，是礦物化學組成的一部分。水分子的數量與礦物其他成分之間有固定的比例。結晶水從礦物中逸出的溫度一般不超過600℃，通常為100～200℃。當結晶水失去時，晶體的結構將被破壞並形成新的結構。

比如綠松石就是一種含結晶水的磷酸鹽，分子式為CuAl₆（PO₄）₄（OH）₈·5H₂O，其中H₂O含量達19.47%。

3.結構水

結構水（也稱化合水）是以OH^－、H^＋、H₃O^＋等離子形式參加礦物晶格的「水」，其中OH－形式最為常見。結構水在晶格中佔有固定的位置，在組成上具有確定的比例。由於與其他質點有較強的鍵力聯系，結構水需要較高的溫度（通常在600～1000℃之間）才能逸出。當其逸出後，晶體結構完全破壞。

許多寶石礦物都含有這種結構水，例如：碧璽NaMg₃A l₆（Si₆O₁₈）（BO₃）₃（OH）₄、十字石Fe₂Al₉（SiO₄）₄O₆（O,OH）₂、黃玉Al₂SiO₄（OH,F）₂和磷灰石Ca₅（PO₄）₃（F,Cl,OH）等。

此外，在堇青石和綠柱石平行Z軸的結構通道中，常會有一定數量的水，含量有一定的變化。其存在形式和結構狀態到目前仍不太清楚。它是一種特殊類型的結構水，它的失去需要很高溫度。

『伍』 天然寶石的主要成分是什麼

天然寶石指在自然的地質作用中形成的寶石，它們由單礦物晶體或由眾多單、復礦物聚集而成的岩石構成，如鑽石、紅寶石、藍寶石、橄欖石、水晶（單礦物）和翡翠、軟太（岩石）等

『陸』 藍寶石有哪些化學成份

藍寶石的化學成分為Al2O3，與紅寶石一樣同屬剛玉類寶石。藍寶石的特性與紅寶石基本相同，所不同的是藍寶石中含的微量元素為鈦和鐵而呈藍色。藍寶石的主要產地：緬甸、斯里蘭卡、印度喀什米爾、泰國、澳洲等地。 藍寶石的鑒賞與紅寶石相似。藍寶石的顏色也是最重要的，一般藍寶石中呈紫藍色、中深的濃淡，且其藍色在正常日光或燈光下可閃爍「飄 」出來的感覺，就是質量高的品種，返之，如果藍色發灰發黑或需強光照射才顯藍色的，則質量較差， 另外，藍色太淺也屬低品。克什米爾的矢車菊藍是最為華麗貴重的一種顏色，克什米爾品級的籃寶石也是國際上價格最高的一種籃寶石，其次為緬甸藍寶石