类质同象对宝石化学成分的影响

宝玉石地质基础类质同象对宝石化学成分的影响建设者姓名：占文锋类质同象：是指在晶体结构中部分质点为其他性质类似的质点所替代，仅使晶格常数发生不大的变化而晶体结构保持不变的现象。分类：异价类质同象

完全类质同象不完全类质同象等价类质同象完全类质同象不完全类质同象——在类质同象混晶中，若A、B两种质点可以任意比例相互取代，则称为完全内质同象。——在类质同象混晶中，若A、B两种质点相互代替的数量局限在一个范围内，则称为不完全类质同象。等价类质同象——指相互替代的两种质点电价不相同，如硅酸盐中的Si4+被Al3+代替。——指相互替代的两种质点电价相同。不等价类质同象二、类质同象的条件1．质点大小相近

相互替代的离子半径相差越小，则彼此间替换能力越强，替换量越大，反之则越弱、越小。2.离子类型相近

惰性气体型离子，铜型离子，过渡性离子。3．电价的总和平衡4．热力学条件温度、压力、化学组分三、类质同象对宝石矿物物理性质的影响(一)对宝石矿物颜色的影响

类质同象对于宝石矿物具有非常重要的意义，因为大部分宝石矿物是由于少量类质同象混入物呈现各种美丽诱人的颜色。1．刚玉纯的刚玉矿物是无色的，其化学成分为A12O3，当其中A13+被微量杂质Cr3+替代(即Cr3+→A13+)时则呈现玫瑰红一红色色调，称红宝石；当其中A13+被微量杂质Ti4+和Fe2+等替代(即Ti4++Fe2+——2Al3+)时则呈现漂亮的蓝色，称蓝宝石。Fe2+和Ti4+含量越高则蓝宝石的蓝色越深，反之越浅。我国山东蓝宝石的深蓝色就是由于其中含有过多的Fe所致。2．绿柱石

绿柱石的化学成分为Be3A12Si6O18，纯净的绿柱石是无色的，当绿柱石的Be、Al被不同杂质替代时，可以呈现不同的颜色，如绿色、黄绿色、蓝色、黄色和粉红色等。当绿柱石中含有Cr、V等杂质时，就呈现美丽的翠绿色，这就是祖母绿；当含有Fe和Sc等杂质时，呈现漂亮的蓝色，这就是海蓝宝石；当含有Cs、Mn等杂质时则呈现粉红色—红色；当含有Fe或U时则呈现黄色色调或黄绿色色调。3．电气石电气石的化学成分为

(Na，Ca)R3A16Si6O18(BO3)3(O,OH,F)4

式中R主要为Mg、Fe、Cr、Li、A1、Mn等，这些元素之间复杂的类质同象替代，导致了电气石的化学成分十分复杂，也导致了电气石具有各种各样的颜色。

在电气石化学组成中，Mg2+—Fe2+之间和Fe2+—Li+、Al3+之间呈完全类质同象，其中3Fe2+→2Al3++Li+替代的负电荷不足，由附加阴离子中OH-被O2-替代来补偿；Mg和Li之间的替代，以及Mg、Fe和Cr、Mn之间的替代都是不完全的。当电气石化学组成中R位以Fe为主时则电气石呈深蓝色甚至黑色；当R位以Mg2+为主时则电气石呈黄色——褐色；当电气石富含Li和Mn时则呈玫瑰色或浅蓝色；当电气石富含Cr时则呈深绿色。4．翡翠

翡翠主要由硬玉矿物组成，硬玉的化学组成为NaAlSi206，纯的硬玉岩是白色的，但当硬玉化学组成中的Al被不同杂质替代时，则显示不同的颜色。(1)当硬玉化学组成中的A1被Cr、V替代时，则翡翠呈诱人的绿色，绿色的深浅与替代程度有关。当Cr的质量分数在1％～2％之间时，翡翠的颜色最美丽，呈浓艳的绿色，且为半透明；但当Cr含量很高时，翡翠则呈不透明的黑绿色，即干青种。

(2)当硬玉化学组成中的Al被Fe3+替代时，则翡翠呈发暗的绿色(不像含Cr翡翠那么鲜艳、明快，而是呆板，缺乏灵气)。若Fe3+只是少量替代Al3+，翡翠呈浅绿色；若Fe3+大量替代Al3+，则翡翠呈暗绿色，甚至墨绿色。颜色发阴。油青种。

(3)当硬玉化学组成中的Al同时被Fe3+和Cr3+替代时，翡翠的颜色则视Fe3+和Cr3+相对比例而定。Cr3+较多则绿色鲜艳一些；Fe3+较多时则绿色偏暗一些。

(4)当硬玉化学组成中的Al同时被Fe2+和Fe3+替代时，则翡翠呈紫色。也有人认为紫色是由Mn取代Al引起。（未决问题）(二)对宝石矿物折射率、相对密度和硬度的影响

类质同象不但使宝石矿物的化学成分发生一定程度的改变，而且也在—定程度上影响它的折射率和相对密度等物理性质。类质同象1．电气石(碧玺)

电气石的颜色基本上受类质同象的种类和程度的控制，实际上电气石的相对密度和折射率也与类质同象有密切联系。镁电气石NaMg3Al6Si6Ol8(BO3)3(O,OH,F)4中的Mg2+和锂电气石Na(Li,A1)3Al6Si6Ol8(BO3)3(O,OH,F)4中的Li、Al都有可能被Mn2+和Fe2+替代。研究表明，随着电气石成分中Mn、Fe的增加，电气石的相对密度(3.03—3.25)，折射率(no=1.635～1.675，ne＝1.610～1.650)和双折射率(0.016—0.033)都随之增大。2．绿柱石

在绿柱石Be3A12Si6O18组成中，当Be被Li替代(即Li+一Be2+)时，所亏损的电荷主要由半径较大的Cs+进入绿柱石的结构通道来平衡。

含Cs越高，则绿柱石的相对密度(2.6—2.9)，折射率(no＝1.566—1.602，ne＝1.562～1.594)和双折射率(0.004～0.009)也越高，Cs(Cs2O)的质量分数最高可达4.13％。3．橄榄石

在橄榄石(Mg，Fe)2SiO4组成中，Fe和Mg可以呈完全类质同象(Mg2+→Fe2+)，随着其中Fe含量增加，不但橄榄石的颜色加深，而且它的相对密度(3.32～3.37)和折射率(1.65一1.69)也逐渐增大，摩氏硬度(HM＝6.5一7)也略有增加。4．黄玉