宝石的化学成分

『壹』 宝石的元素组成是什么

水晶是一种无色透明的大型石英结晶体矿物。它的主要化学成份是二氧化硅，跟普通砂子是“同出娘胎”的一种物质。
钻石的化学成份有99.98%的碳。也就是说，钻石其实是一种密度相当高的碳结晶体
红宝石，是刚玉的一种，主要成分是氧化铝(Al2O3)，红色来自铬(Cr)。自然没有铬的宝石是蓝色的蓝宝石。
天然红宝石大多来自亚洲(缅甸、泰国和斯里兰卡)、非洲和澳大利亚，美国蒙大拿州和南卡罗莱那州也有一点。天然红宝石非常少见珍贵，但是人造并非太难，所以工业用红宝石都是人造的。

『贰』 宝石矿物的化学成分与化学式

宝石矿物与其他物质一样，都是化学元素组成的。每一种宝石矿物都有其特定的化学成分及一定的变化范围，并决定着宝石的各种特征和性质。

一、宝石矿物成分组成类别

根据宝石矿物组成元素种类以及它们之间的关系有以下类别：

1.单质

单质即组成元素只有一种，如金刚石由单一的碳(C)元素组成。

2.化合物

化合物由一种以上元素按一定比例组成，又可分为四种类型：

(1)简单化合物：成分中阳离子或阴离子分别为一种元素，如石英(SiO₂)、刚玉(Al₂O₃)，阳离子前者为硅(Si)，后者为铝(Al)，两者阴离子皆为氧(O)。

(2)复杂化合物：组成中阳离子为一种以上的元素，如尖晶石(MgAl₂O₄)，阳离子为镁(Mg)和铝(Al)，阴离子为氧(O)。

(3)单盐：阳离子为一种元素，但阴离子不是单一的元素，而是由阴离子与阳离子组合的阴离子团，如方解石Ca[CO₃]，方括号中为阴离子团，由碳(C)与氧(O)组合而成，也称酸根，所以方解石的化学成分为碳酸钙。又如锆石Zr[SiO₄]的化学成分为硅酸锆。

(4)复盐：复盐也是一种盐类，但与上述不同的是成分中有一种以上的阳离子，如白云石CaMg[CO₃]₂，阳离子就有钙(Ca)和镁(Mg)两种。

二、宝石矿物的化学式

化学式是表示矿物组成、元素的种类、比例及某些结构特征的符号，有两种形式。

(1)实验式：只表示宝石矿物化学成分中各组分数量比的化学式称为实验式，如祖母绿为Be₃Al₂Si₆O₁₈，也可用氧化物表示：3BeO·Al₂O₃·6SiO₂。

(2)结构式或晶体化学式：不但可以表示出元素的种类和比例，还能表达一定的结构特征。如上述祖母绿的结构式为Be₃Al₂[Si₆O₁₈]，说明其成分中存在阴离子团[Si₆O₁₈]，并在晶体结构中占据特定位置。

结构式或晶体化学式的书写原则有如下规定：

1)阳离子在前，阴离子在后。如果有一种以上的阳离子则按碱性强弱的顺序排列，如尖晶石MgAl₂O₄。

2)当存在阴离子团时，一定用方括号括起来，如锆石Zr[SiO₄]。

3)当成分中有附加阴离子氟、氯及羟基等，将其排在一般阴离子后面，如黄玉(托帕石)Al₂[SiO₄]F。

4)当存在类质同象代换时，应将相互代换的离子置圆括号内，前后按多少顺序排列，离子之间用逗号分开，如橄榄石(Mg，Fe)[SiO₄]表示阳离子之间有代换，又如黄玉Al₂[SiO₄](f，OH)₂表示附加阴离子之间有代换。

5)如成分中有水分子，则排在最后，中间以圆点居中隔开，如石膏Ca[SO₄]·2H₄O。水分子数如果不固定，可以用n表示，如欧泊写作SiO₂·nH₂O。

思考题

一、是非判断题

1.欧泊(Opal)与水晶是同质多象的不同变体。

2.水晶和欧泊是SiO₂的同质多象的不同变体。

3.同一种化学组分的晶体只能有一种晶体结构。

二、多项选择题

1.同质多象是：( )

a.与类质同象是一样的

b.化学成分基本一致可有不同杂质参加

c.化学成分一致，矿物结构不同

d.化学成分一致，矿物结构也一样

e.红柱石、蓝晶石、矽线石是同质多象

2.下列哪组宝石是类质同象?( )

a.红柱石、矽线石和蓝晶石

b.红宝石和蓝宝石

c.祖母绿和海蓝宝石

d.红碧玺和绿碧玺

e.方解石和文石

三、填空题

1.文石与方解石的化学成分是CaCO₃，在矿物学中称它们为__________。

2.碳元素可形成______和______两种矿物，这种现象称为__________。

3.在宝石的类质同象混晶中，根据相互取代的质点的电价相同或不同，分别称为______和______。

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

『叁』 常见珠宝的化学成分有哪些

金刚石  亦名金刚，俗称金刚钻、钻石或水钻，成分为C,是碳元素的一种同素异形体，常为无色透明，硬度为10，是矿物中最硬的。人工制造的又叫人造金刚石。
刚玉  透明晶体，硬度为9，仅次于金刚石，主要成分为Al2O3，有无色、红色、蓝色、星彩的。无色透明的也叫白玉；含Ti( = 4 * ROMAN IV)或Fe( = 2 * ROMAN II)、Fe( = 3 * ROMAN III)呈蓝色的叫青玉，也叫蓝宝石；含Cr( = 3 * ROMAN III)呈红色的叫红玉，也叫红宝石；面现星彩的又叫星彩宝石。
绿柱石  亦称绿玉、绿宝石，透明至半透明晶体，硬度为7，多为翠绿、淡绿、亦有无色或蓝、黄、白、粉红色者，主要成分为3BeO ·Al2O3·6SiO2。其中，含CrO3呈翠绿者叫绿柱玉，又叫翠玉或祖母绿；含铁呈透明蓝色的叫海蓝宝石；含铯呈玫瑰色者叫玫魂绿柱石。
黄玉  亦名黄晶，外形类似水晶，常为黄色，透明，硬度为8，主要化学成分为Al2[SiO4](F,OH)2。
硬玉  与软玉通称为玉，成分为NaAl(SiO3)2,结晶或致密块状,有浓绿、淡绿或白色,绿色者常名翡翠，略透明，硬度为6.5～7,较软玉难溶解。软玉的成分为Ca(Mg,Fe)3(SiO3)4，硬度为5.5～6。

『肆』 宝石矿物化学成分的特点

一、宝石矿物晶体化学的分类

从晶体化学的角度，宝石矿物可划分为含氧盐类、氧化物类和自然元素类等。

（一）含氧盐类

大部分宝石矿物属于含氧盐类，其中又以硅酸盐类矿物居多。据统计，宝石矿物中硅酸盐类矿物约占一半，还有少量宝石矿物属磷酸盐类。

1.硅酸盐类

在硅酸盐类矿物的晶体结构中，硅氧络阴离子配位的四面体［SiO₄]^4-是它们的基本构造单元。硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，也可以以其角顶相互连接而形成多种复杂的络阴离子（基型）。根据硅氧四面体在晶体结构中的连接方式，可分成以下几种。

（1）岛状基型

表现为单个硅氧四面体［SiO₄]^4-或每两个四面体以一个公共角顶相连组成双四面体在结构中独立存在。它们彼此之间靠其他金属阳离子（如Zr⁴⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等）来连接，它们之间并不相连，因而呈独立的岛状。属于此类的宝石矿物有锆石ZrSiO₄、橄榄石（Mg,Fe）₂SiO₄、石榴石A₃B₂（SiO₄）₃（其中A为Mg²⁺、Fe²⁺、Ca²⁺、Mn²⁺等二价阳离子，B为Al³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺等三价阳离子）、黄玉Al₂SiO₄（F,OH）₂、榍石CaTi（SiO₄）O、十字石Fe₂Al₉（SiO₄）₄O₆（O,OH）₂和绿帘石Ca₂FeAl₂（Si₂O₇）（SiO₄）O（OH）等。

（2）环状基型

结构中包含由三个、四个或六个［SiO₄]^4-硅氧四面体所组成的封闭的环（分别叫三方、四方和六方环）。环内每一个四面体均以两个角顶分别与相邻的两个四面体连接，而环与环之间则靠其他金属阳离子连接。属于此类的宝石矿物有蓝锥矿BaTiSi₃O₉（三方环）、绿柱石Be₃Al₂Si₆O₁₈（六方环）、堇青石（Mg,Fe）₂Al₃AlSi₅O₁₈（六方环）和电气石（六方环）等。

（3）链状基型

指每一［SiO₄]^4-四面体以两个角顶分别与相邻的两个［SiO₄]^4-四面体连成一条无限延伸的链，链与链之间通过其他金属阳离子来连接。属于此类的宝玉石有翡翠、软玉、透辉石和蔷薇辉石等。

（4）架状基型

每个［SiO₄]^4-四面体均以其全部的四个角顶与相邻的四面体连接，组成在三维空间中无限扩展的骨架。属于此类的宝石矿物有月光石、日光石、拉长石、天河石和方柱石等。

2.磷酸盐类

该类含有磷酸根［PO₄]^3-阴离子。由于半径较大，因而要求半径较大的阳离子（如Ca²⁺、Pb²⁺等）与之结合才能形成稳定的磷酸盐。此类矿物成分复杂，往往有附加阴离子。属于此类的宝石矿物有磷灰石Ca₅（PO₄）₃（F,Cl,OH）和绿松石CuAl₆（PO₄）₄（OH）₈·4H₂O等。

（二）氧化物类

氧化物是一系列金属和非金属元素与氧阴离子O^2-化合（以离子键为主）而成的化合物，其中包括含水氧化物。这些金属和非金属元素主要有Si、Al、Fe、Mn、Ti、Cr等。阴离子一般按立方或六方最紧密堆积，而阳离子则充填于其四面体或八面体空隙中。属于简单氧化物的宝石有刚玉矿物（Al₂O₃）的红宝石、蓝宝石，SiO₂类矿物（SiO₂和SiO₂·nH₂O）的紫晶、黄晶、水晶、烟晶、芙蓉石、玉髓、欧泊、蛋白石及金红石（TiO₂）等。属于复杂氧化物的宝石矿物有尖晶石（Mg,Fe）Al₂O₄和金绿宝石BeAl₂O₄等。

（三）自然元素类

有些金属和元素可呈单质独立出现。属于此类的宝石矿物有钻石（成分为C）等。

二、宝石矿物的化学组成及其变化

宝石矿物的化学成分和晶体结构是决定一个宝石矿物种的两个最基本的因素。只考虑其化学成分，不考虑结构不能确定一个宝石种；同样，只考虑其结构而不考虑化学成分也不能确定一个宝石种。例如，化学成分为碳（C）的固体，只有当C以立方对称排列时，才能确定其为钻石或金刚石；而如果C以六方对称排列时，只能确定为石墨。同样，都具立方面心格子构造的固体，化学成分为NaCl时，其为石盐，而化学成分为CaF₂时，只能确定其为萤石。因此，化学成分是宝石矿物存在的物质基础，晶体结构是其存在的表现形式，二者是相互依存的，离开一方，另一方也就不再存在。很显然，矿物的化学成分和结构是决定宝石矿物一切性质的最基本因素。

作为一个宝石矿物种，其化学成分可分为主要化学成分和次要或微量成分。主要化学成分是指能保持其结构的化学成分，如果缺某个成分，其结构便不能存在或保持。但在保持其结构和物化性质基本不变的条件下，主要化学成分是可以有一定变化的，或者说它可以有一个变化范围。因此我们说，宝石矿物的化学组成并不是固定不变的，而是可以有一定的变化幅度的。如刚玉宝石矿物，是具三方对称的Al₂O₃，不含任何次要或微量成分时，呈无色透明，Al和O均为其主要化学成分。但Al可以被少量的Cr所替代，而呈现红色，这时的Cr就可称为刚玉的次要化学成分或微量元素。但Cr的替代量是有限的，更不能全部替代Al，否则就不能保持其三方对称的结构，刚玉也就不能存在了。引起矿物化学成分变化的原因很多，主要是类质同象替代（下一节将详述）和一些微细组分的机械混入（可以以显微包体形式存在）。对宝石矿物而言，杂质组分的介入是极其重要的，它可使宝石矿物呈现各种漂亮迷人的颜色（如祖母绿因含有微量Cr元素而呈现美丽的翠绿色），也可使部分宝石矿物具有特殊的光学效应（如星光效应和猫眼效应等）。

三、宝石矿物中的水

许多宝石矿物含有水，根据矿物中水的存在形式及它们在晶体结构中的作用，可以把水分成以下几大类。

1.吸附水

吸附水不参加晶格，是渗入在矿物集合体中，为矿物颗粒间隙或裂隙表面机械吸附的中性水分子（H₂O）。吸附水不属于矿物的化学成分，不写入化学式。它们在矿物中的含量不定，随温度和湿度变化而不同。常压下温度达到100～110℃时，吸附水就基本上从矿物中逸出，而不破坏晶格。吸附水可以呈气态、液态或固态。

另外，水胶凝体中含有一种特殊类型的吸附水，称为胶体水。它被微弱的联结力固着在微粒的表面，通常计入矿物的化学组成，但其含量变化很大。例如蛋白石，其分子式为SiO₂·nH₂O（n为H₂O分子数，不固定）。

2.结晶水

结晶水以中性水分子（H₂O）存在于矿物中，在晶格中占有固定的位置，起着构造单位的作用，是矿物化学组成的一部分。水分子的数量与矿物其他成分之间有固定的比例。结晶水从矿物中逸出的温度一般不超过600℃，通常为100～200℃。当结晶水失去时，晶体的结构将被破坏并形成新的结构。

比如绿松石就是一种含结晶水的磷酸盐，分子式为CuAl₆（PO₄）₄（OH）₈·5H₂O，其中H₂O含量达19.47%。

3.结构水

结构水（也称化合水）是以OH^－、H^＋、H₃O^＋等离子形式参加矿物晶格的“水”，其中OH－形式最为常见。结构水在晶格中占有固定的位置，在组成上具有确定的比例。由于与其他质点有较强的键力联系，结构水需要较高的温度（通常在600～1000℃之间）才能逸出。当其逸出后，晶体结构完全破坏。

许多宝石矿物都含有这种结构水，例如：碧玺NaMg₃A l₆（Si₆O₁₈）（BO₃）₃（OH）₄、十字石Fe₂Al₉（SiO₄）₄O₆（O,OH）₂、黄玉Al₂SiO₄（OH,F）₂和磷灰石Ca₅（PO₄）₃（F,Cl,OH）等。

此外，在堇青石和绿柱石平行Z轴的结构通道中，常会有一定数量的水，含量有一定的变化。其存在形式和结构状态到目前仍不太清楚。它是一种特殊类型的结构水，它的失去需要很高温度。

『伍』 天然宝石的主要成分是什么

天然宝石指在自然的地质作用中形成的宝石，它们由单矿物晶体或由众多单、复矿物聚集而成的岩石构成，如钻石、红宝石、蓝宝石、橄榄石、水晶（单矿物）和翡翠、软太（岩石）等

『陆』 蓝宝石有哪些化学成份

蓝宝石的化学成分为Al2O3，与红宝石一样同属刚玉类宝石。蓝宝石的特性与红宝石基本相同，所不同的是蓝宝石中含的微量元素为钛和铁而呈蓝色。蓝宝石的主要产地：缅甸、斯里兰卡、印度喀什米尔、泰国、澳洲等地。 蓝宝石的鉴赏与红宝石相似。蓝宝石的颜色也是最重要的，一般蓝宝石中呈紫蓝色、中深的浓淡，且其蓝色在正常日光或灯光下可闪烁“飘 ”出来的感觉，就是质量高的品种，返之，如果蓝色发灰发黑或需强光照射才显蓝色的，则质量较差， 另外，蓝色太浅也属低品。克什米尔的矢车菊蓝是最为华丽贵重的一种颜色，克什米尔品级的篮宝石也是国际上价格最高的一种篮宝石，其次为缅甸蓝宝石