文丨玄武岩、逆水舟行
图丨逆水舟行、百度百科相关词条
编辑丨逆水舟行
借里尔克的句子,晶体是上帝坚硬的慈悲。
从自然科学的角度讲,太阳系最早形成的固体物质、岩浆洗礼后的岩石行星、动物的牙齿、古老的石器、“受命于天,既寿永昌”的玉玺、象征坚贞爱情的钻石、即将造访或者已经造访我们的初冬冰雪······它们都主要或者全部是由晶体组成的。
一般认为内部原子在三维空间呈周期性平移重复排布的固体物质就是晶体,而天然形成的晶体称为矿物。晶体具有自范性,是有序的,它们会自发生长成规则的几何多面体,如立方体的萤石、黄铁矿,菱面体的方解石。而玻璃、珐琅等都是无序的,所以虽然它们看起来像晶体,但却不是晶体。
珐琅和玻璃陨石,都是非晶体
根据晶体宏观的对称要素,可以将自然界的晶体分为等轴晶系、六方晶系、四方晶系、三方晶系、正交晶系、单斜晶系和三斜晶系。正是由于晶体特殊的结构和性质,自然界中的矿物晶体才有了鬼斧神工般的形态美。
矿物晶体除了形态外,它们斑斓的颜色更加吸引我们的眼球。根据矿物呈色的机理,矿物的颜色可以分为三类:
一种是与矿物化学成分相关的颜色,称为自色。如樱红的赤铁矿,翠绿的孔雀石,含铬(Cr)离子的刚玉就成了红宝石,含钛(Ti)和铁(Fe)离子的刚玉就成了蓝宝石。
第二种是外来的致色物质着色,称为他色。如绿泥石使水晶变绿,石墨使方解石变黑,赤铁矿让长石变红。
最后一种是物理光学过程引起的呈色。如斑铜矿表面蓝紫色斑驳的晕彩。在一些宝石矿物中还会有特殊的光学现象,比如由于矿物内部含有丰富定向排列的包裹体反射光束而产生的猫眼光、四射(六射、十二射)星光。
在接下来的文章开始前,先上一张化学元素周期表给可能很久没有见过这张表或者接触过化学的各位读者们,回顾一下高中时期“氢氦锂铍硼,碳氮氧氟氖……”的理科岁月:
元素周期表丨图源百度百科词条
接下来,按照晶体化学对矿物晶体分类来进行简要的介绍:
一、自然元素矿物
自然界中以单质形式出现的矿物,即为自然元素矿物。如自然金(Au)、自然铂(Pt)、自然硫(S)、金刚石(C)和石墨(C)等。目前已知的自然元素矿物已经超过90种,还有很多以合金形式出现(铁纹石、银金矿等)。
狗头金,是一种不纯的块金通常由自然金、石英和其他矿物集合体组成形似狗头,所以叫狗头金明黄色的自然硫
钻石就是由金刚石加工成的宝石,金刚石是地球最硬的天然宝石,摩氏硬度为10。摩氏硬度是衡量矿物硬度的一种标准,可以想象一下,按摩氏硬度算,我们的指甲大概是2、牙齿大概是5,所以可以试着用牙咬一咬黄金(2.5),可别用牙咬真正的钻石。
我们目前世界上已知的最大金刚石是年在南非找到的一颗重克拉的金刚石晶体,加工成了4颗大钻石和颗小钻石,其中最大的是“非洲之星”,重.2克拉。
“非洲之星”丨图源百度百科
二、硫化物矿物
硫化物矿物是指一系列金属元素和硫化合形成的化合物,目前已知约种,这些矿物是金属矿床的重要矿石矿物。如辉铜矿(Cu2S)、方铅矿(PbS)、闪锌矿(ZnS)、辰砂(HgS)、辉锑矿(Sb2S3)等都是提炼对应金属元素的重要矿物原料。
金色的黄铁矿,主要成分是二硫化亚铁
锥形硫铁矿,外观看起来像撒了亮片
这其中有一部分应该是硫化物,一部分是氧化物
《本草纲目》里记载的雌黄(As2S2)、现代医药行业会使用到的雄黄(As4S4)也是硫化物矿物。雌黄一般呈柠檬黄色,而雄黄则一般是桔红色或浅桔红色。
板状的雌黄
散装的雌黄,像一条条细蛇
橙红色的雄黄,在光的照射下反射着闪耀的光芒
三、卤化物矿物
金属元素和卤族元素化合形成的矿物,目前已知约种。石盐,也称岩盐,也就是我们熟悉的氯化钠(NaCl),是最常见的卤化物矿物。
岩盐
最具观赏性的卤化物矿物要数萤石(CaF2),萤石可以有八面体和立方体这样的完美晶形,还发育生长台阶,呈现出层次分明的晶体形态,而且萤石可以呈现多种颜色,如紫色、蓝色和绿色。
颜色各异、晶莹剔透的萤石
萤石与其他矿物共生的晶体
四、氧化物和氢氧化物矿物
这类矿物大概已知种,组成了地壳的17%。石英(SiO2)和钙钛矿是科研圈子里比较有名的氧化物矿物,我们平常所熟知的水晶就是石英的一种,通俗来说水晶是好看的石英结晶体。
浅紫色的石英
产自巴西的“老子出关”是水晶和方解石共生矿物人形突出,紫水晶如祥云朵朵观之好似老子身披长袍、周身紫气祥瑞骑着大青牛,朝着函谷关方向走去其造型与《列仙传》中记载的故事不谋而合冥冥中有异曲同工之妙“水晶船”也是紫水晶和方解石共生的矿物标本直径达78厘米,产自乌拉圭在南博是它第一次公开展出产自纳米比亚的小型紫水晶
展览中很多的水晶都是紫色的形态各异,却都透出优雅、华贵欧珀(OPAL)也是一种多水二氧化硅的矿物,以其具有特殊的变彩效应而闻名于世,在光下会呈现宛如流动的色彩。
欧珀
钼铁矿则是一种含二氧化钼(MoO2)和氧化亚铁(FeO)的矿物。
像花瓣一样的橙色钼铁矿
在宝石界有美丽的红蓝宝石,各色的水晶,清朝亲王顶戴上的红色尖晶石。南京的雨花石也是一种隐晶质的石英集合体——玛瑙,因含有多种多期次的杂质呈现出斑斓的色彩。
“居高声自远”雨花石丨图源iMuseum
五、含氧盐矿物
含氧盐矿物是金属阳离子和各类含氧酸根结合形成的化合物即为含氧盐矿物,根据含氧酸根的不同,又可以分为以下几类:
1、碳酸盐矿物
地表沉积岩中常见的方解石(CaCO3),它的主成分就高中时期我们熟悉的碳酸钙。它记录着古气候信息,是我们反演气候的重要研究对象,同时完美的方解石晶体也极具观赏性。常见的碳酸盐矿物还有菱锰矿、白云石、孔雀石等。
橙色的方解石
橙色的方解石,看起来似乎有点像鸡爪子
黄色的方解石,形似一张桌台
孔雀石,也是一种碳酸盐类矿物质感给人一种绒皮的感觉像一束花的浅粉色方解石
柱状的碧绿色方解石
文石的主成分是碳酸钙,看起来像一只起飞的鹰
阿根廷的菱锰矿比较独特它是属于沉积型的,外表完整光滑切开来看,是一圈圈颜色鲜亮、红白相间的花纹被人形象地称为“印加玫瑰”罗马尼亚的菱锰矿非常漂亮,如一圈圈花瓣长在雪白的小水晶上,欠缺的是颜色淡了些这是产自美国甜蜜之家矿山的菱锰矿颜色纯正、浓郁,晶体粗大突出产自秘鲁的玫瑰色肾状结晶体,感觉像泡沫
产自德国的菱锰矿,要小一些
方解石+菱锰矿=锰方解石
2、硫酸盐矿物
石膏(CaSO4)可能是我们接触最多的硫酸盐矿物,许多著名的雕塑、模型都是石膏制品。重晶石也是重要的硫酸盐矿物,具有吸收X射线的性能。此外常见的硫酸盐矿物还有铅矾、明矾、黄钾铁矾等。
橙黄色的石膏
淡蓝色的重晶石
蓝矾,也就是五水硫酸铜
3、磷酸盐矿物
磷灰石(Ca5[PO4]3(F,Cl,OH))是同位素定年体系(U-Th-Pb)的重要载体,是理清太阳系的演化历史重要研究对象,同时它富含挥发分,也常用于指示流体活动以及组成。独居石是重要的稀土元素载体,可以富集形成稀土矿床。
磷灰石丨图源百度百科
多彩的磷氯铅矿,色泽来看大多很艳丽
4、硅酸盐矿物
硅酸盐矿物是太阳系岩石行星和小行星的主要组成部分,目前已知约种。根据硅氧四面体在结构中的连接方式不同可以分为:岛状硅酸盐、环状硅酸盐、链状硅酸盐、层状硅酸盐和架状硅酸盐。
锆石(ZrSiO4)是重要的岛状硅酸盐,含有放射性元素而且在地质事件中比较稳定,常用来确定岩石的年龄。橄榄石、辉石和长石是组成太阳系类地行星和小行星的重要矿物,也是地球科学绕不开的研究对象。
白色的云母和红色锆石(个人猜测,不确定)共生像一颗镶嵌的宝石这类矿物中的宝石矿物更是数不胜数,如环状结构硅酸盐矿物中的电气石和绿柱石,透明的宝石级电气石称为碧玺,西瓜碧玺尤为著名;含Cr的翠绿色的绿柱石亚种称为祖母绿,含Cs的玫瑰红的称为铯绿柱石,透明而蔚蓝色者称为海蓝宝。
佩德内拉是一座位于巴西的矿山这里出产了众多举世闻名的稀有高品质碧玺标本浅粉、浅黄和绿色共生的碧玺
紫红色的碧玺
海蓝宝
舒俱来石由很多种矿物元素组成包括有钾、钠、铁、锂等,也是一种硅酸盐类矿物紫色的锂辉石,是一种硅酸盐类矿物
青绿色的翠铜矿是一种环状的硅酸盐矿物
又如链状硅酸盐矿物中的硬玉俗称翡翠,是我们生活中常见的一种玉石饰品。角闪石则是和田玉的主要组成矿物。
层状硅酸盐矿物叶蛇纹石、滑石和方解石组成了蓝田玉,温润的蛇纹石又称为岫玉。工业和医药上常用的云母也是层状硅酸盐矿物。
制成玉玺的和田玉丨图源百度百科
蓝田玉丨图源百度百科
岫玉丨图源百度百科
鱼眼石也是一种层状的硅酸盐类矿物
白色的云母和红色锆石(个人猜测,不确定)共生像一颗镶嵌的宝石架状硅酸盐矿物中色泽美丽的微斜长石则是天河石的玉石原料。岛状硅酸盐矿物中菱形十二面体的石榴子石,各色透明的黄玉(托帕石)也是各种宝石的天然材料。
天河石与茶晶共生,绿色的为天河石棕色的是茶晶,是α-石英中的显晶质异种青金石也是一种架状硅酸盐类矿物
上图中,托帕石、鱼眼石、海蓝宝、碧玺、蔷薇辉石、锂辉石、云母都是硅酸盐类矿物5、其他
砷铅矿是砷酸盐类矿物,纯净的砷铅矿无色透明,典型颜色为黄色。
典型黄色的砷酸盐
还有一种特殊的矿物质团块——结核,是多种矿物的集合体,如铁胆石。
硕大的铁胆石
除了上诉的各种地球上常见的矿物晶体外,遥远冰巨星上的固态甲烷一样是矿物,可惜我们不能采来展览。但不妨碍我们畅想在广袤的冰陆上,看氢(H)组成的河流缓缓流淌。
冰态巨行星丨图源百度百科
本文所用图片,除备注外,均摄于南京博物院特展《晶华——矿物之至善至美》。展览于年11月27日开放,参观需提前在
本文编辑:佚名
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