宝石中的化学

1,宝石中的化学,李肇忠17号张庭玮30号,1,2,宝石的概念,宝石的化学成分,常见宝石的显色机理,Contents,1,2,3,3,宝石是大自然里最美丽而贵重的一类石。它们色彩鲜艳，光泽亮丽，质地晶莹，坚硬耐久，而且资源较少，可以用来装饰的天然矿物晶体，如钻石、水晶、祖母绿、红宝石、蓝宝石和金绿宝石（变石、猫眼）等；也有少数是天然单矿物集合体，如冰彩玉髓、欧泊。还有少数几种有机质材料，如琥珀、珍珠、珊瑚、煤精和象牙,一、宝石的概念,4,钻石,玛瑙,1,2,3,5,6,宝石的分类,珠,石,玉石,彩色宝石,晶,5,二、宝石的化学成分,6,宝石之王钻石,钻石属于单质类宝石，其晶莹通透，硬度极高，其化学成分是碳，常含有0.05%-0.2%的杂质元素，其中最重要的是N和B，他们的存在关系到钻石的类型和性质。纯净的钻石无色透明，由于微量元素的混入而呈现不同颜色。钻石的化学性质很稳定，在常温下不容易溶于酸和碱，酸碱不会对其产生作用。,7,金刚石和石墨的区别？,金刚石结构,石墨层状结构,金刚石是共价晶体，碳原子是sp3杂化，形成正四面体结构，很稳定，因为碳原子由八个电子然后都是电子对,石墨：层状结构，碳原子是sp2杂化，每个层状结构就是这个六边形构成，层与层之间是范德法力，作用比较弱，然后碳原子还有一个电子空余，形成一个很大的键，因此导电性、导热性很好。,8,珍珠的无机成分主要是碳酸钙、碳酸镁，占91%以上，其次为氧化硅、磷酸钙、Al2O3及Fe2O3等。珍珠的化学成分与产生珍珠的母贝贝壳成分相类似。但不同种类和质量的母贝产生的珍珠，其化学成分含量是有差异的。一般而言，珍珠所含的无机物为91%-96%，有机质为2.5%-7%，水为0.5%-2.0%。,宝石之后珍珠,9,翡翠属辉石类，单斜晶系、两组完全解理。主要组成物为硅酸铝钠NaAl9(Si2O6)，常含Ca、Cr、Ni、Mn、Mg、Fe等微量元素。宝石矿中含有超过50%以上的硅酸铝钠才被视为翡翠),翡翠NaAl(SiO3)2,10,橄榄石,大多数宝石属于硅酸盐岩!橄榄石(Mg,Fe)2SiO4主要成分是铁或镁的硅酸盐，同时含有锰、镍、钴等元素，晶体呈现短柱状或厚板状。橄榄石变质可形成蛇纹石或菱镁矿，可以作为耐火材料。,11,三、常见宝石的显色机理,12,红宝石,化学成分：主要是Al2O3，除含有少量的常量元素Na、Si、K、Ca、P以外,还有微量的杂质过渡元素。纯净的刚玉(Al2O3)是无色透明的，其红色是因为含铬(Cr)，主要为Cr2O3，含量一般0.13%，最高者达4%。另外，除含有少量的常量元素Na、Si、K、Ca、P以外,还有微量的杂质过渡元素，它们是造成红宝石颜色的主要致色元素。,13,红宝石显红色是因为含Cr2O3，而杂质Fe和Ti则会导致红宝石中呈现一定的紫色或蓝紫色。因为Fe和Ti之间的电荷转移造成蓝色,与红色相混后，致使红宝石带有紫色调。Ti3+自身的电子跃迁而引起其红色带有紫色调及蓝紫色黑心的形成。另外，红宝石中Ti3+与Fe也会因为电子跃迁而产生其他颜色而影响红宝石的颜色。,红宝石显色机理,14,蓝宝石,其主要成分是Al2O3,一般占97%99%，次要成分为SiO2+FeOT+TiO2(FeOT表示全铁氧化物),含量2%,其中FeOT的变化范围为0.67%1.98%,TiO2的含量在0.03%0.10%之间,MnO、Cr2O3、CaO、MgO、K2O及Na2O的量非常低。在蓝宝石的晶体中,可能存在的顺磁离子有Fe2+、Fe3+、Cr2+、Cr3+。,15,蓝宝石显色机理,Fe、Ti等元素是蓝宝石的主要致色元素，蓝宝石的呈色机理为铁和钛间的电荷转移跃迁,所涉及反应为:(1)Fe3+e-Fe2+,(2)Ti4+e-Ti3+。随着Fe*(Fe2+Fe3+a-Fe)和Ti含量的增高,蓝宝石颜色加深;而Cr、Ni、Mn杂质含量相对增加,可使蓝宝石透明度变差,灰色调加深。,16,绿宝石,绿宝石又称为绿柱石，化学式为Be3Al2(SiO3)6，其中含有氧化铍（BeO）14.1%，氧化铝（Al2O3）19%，氧化硅（SiO2）66.9%。,纯净的绿宝石是无色的，甚至是透明的。当绿宝石富含铯时，呈粉红色，称为玫瑰绿宝石，又叫摩根石；含三价铁时，呈黄色，称为黄色绿宝石。含铬时，呈鲜艳的翠绿色，称为祖母绿，含二价铁时，呈现浅天蓝色，称为海蓝宝石。,17,水晶（石英）主要成分是SiO2。纯净时形成无色透明的晶体，当含微量元素Al、Fe等时呈紫色、黄色、茶色等，经辐照微量元素形成不同类型的色心，产生不同的颜色，如紫色、黄色、茶色、粉色等。,水晶（石英）,18,水晶颜色的形成原因,1.杂质离子水晶是架状硅酸盐矿物，硅氧四面体是电中性的，其四个顶点均被其它的硅氧四面体共用，其中硅可以被铝有限替代，造成电价不平而使晶格内就会有缺陷，硅氧四面体会断开其连接，用多出来的桥氧，配位金属离子进去以平衡电价，这样就进入了杂质离子，水晶就会显色。2.矿物包体在肉眼无法辨别的尺度上，天然晶体内部都会有一些小的孔洞，包裹了