1、第二节 宝石的物理性质内容简介内容简介 宝石的物理性质是评价和鉴定宝石的主要依据。本节主要介绍了宝石的光学性质(如宝石的颜色、折射、色散、光泽、透明度等)、力学性质（如密度、硬度、解理、断口等）、发光性和热学性能等。 用文字和图片详细阐述了这些物理性质的定义、现象、成因以及它们的宝石学意义。这些物理性质是对宝石进行鉴定和评价所必须了解的基础知识。宝石的光学性质宝石的光学性质 一、一、 颜颜 色色颜色是宝石的一个十分重要的光学性质。通过颜色可以直观地来判别宝石，同时其也是衡量宝石质量的一个重量依据。1、颜色及其产生、颜色及其产生颜色是可见光进入人眼剌激视神经在头脑中产生的一种感觉。它与进入眼睛的
2、光的波长有关。(1)不同波长的光在人的眼中可产生不同的颜色。不同波长的光在人的眼中可产生不同的颜色。 可见光是一种电磁波，波长范围约为400-700nm。 如630-700nm时波长的光在人眼中将产生红色，而波长为 400-440nm的光则产生紫色。可见光光谱可见光光谱 (2)不同波长的光混合也可产生各种颜色。其关系可不同波长的光混合也可产生各种颜色。其关系可用牛顿色环来表示。用牛顿色环来表示。在牛顿色环上，相邻两种颜色的光混合，产生中间的颜色。当从白光中减去某一波长的光时，也会产生颜色。牛顿色环牛顿色环 2、颜色特性、颜色特性颜色分为非彩色系列（白黑系列）和彩色系列两类。每一种颜色的特性都可
3、用色调、饱和度和亮度三个要素来表征。 色调：彩色的类别，如红、绿、蓝等。 饱和度：色彩的纯净度或鲜艳度。 亮度：也称明度，指色彩的明亮程度。3、宝石颜色的影响因素与成因、宝石颜色的影响因素与成因（1）光源）光源在观察宝石颜色时，光源对宝石的颜色有一定的影响。同一宝石在不同光源下可能呈现不同的颜色。变石变石 (）宝石对可见光的选择性吸收）宝石对可见光的选择性吸收当宝石对可见光产生均匀吸收时，它呈现白黑系列的当宝石对可见光产生均匀吸收时，它呈现白黑系列的颜色。颜色。 当宝石对可见光的选择性吸收时宝石呈现彩色。当宝石对可见光的选择性吸收时宝石呈现彩色。使宝石对可见光产生选择性吸收而产生颜色的因素主要
4、有使宝石对可见光产生选择性吸收而产生颜色的因素主要有两个：化学因素和物理因素两个：化学因素和物理因素。、化学因素：许多宝石的颜色是因为其中含有一些能致色的元素而产生颜色。所含元素不同时，产生的颜色不同。宝石中常见的致色元素及产生的颜色如下：致色元素致色元素产生的颜色产生的颜色Cr红色、绿色红色、绿色Fe红色、绿色、蓝色、黄色红色、绿色、蓝色、黄色Mn粉红色粉红色Ti蓝色蓝色V绿色、蓝色绿色、蓝色Co蓝色蓝色、物理因素：一些物理作用如光的干涉、衍射、散射作用也会使宝石产生颜色。如欧泊中的五颜六色是因此其中的二氧化硅小球对可见光的衍射作用而形成的。 4、颜色的宝石学意义、颜色的宝石学意义1）颜色是
5、体现宝石的美丽的重要方面。许多宝石之所以受到人们的青睐，是因为它具有绚丽多彩的颜色。2）颜色是评价宝石的质量的重要因素，如在钻石、红宝石等宝石的质量评价中，颜色是十分重要的方面。 3）颜色是鉴定宝石最直观的依据之一。二、折射率与双折射率折射率与双折射率1、光的折射与折射率、光的折射与折射率当光波从一种介质进入另一种介质时其传播方向和传播速度要发生改变。这种现象称为光的折射。根据折射定律有式中、分别为入射角和折射角。v1和v2分别为光在介质1和介质2中的速度。当两种介质一定时，n为一常数。称第二种介质相对第一种介质的相对折射率。当入射介质为真空（或空气）时，n为折射介质的绝对折射率或简称为折射率
6、。（这里的折射介质一般是宝石）宝石的折射率是宝石的最重要的物理性质。很少有两种宝石的折射率是完全一样的，因此它是鉴定宝石的重要依据。宝石的折射率可用珠宝折射仪来测定。常见宝石的折射率常见宝石的折射率宝石宝石折射率折射率宝石宝石折射率折射率钻石钻石2.42锆石锆石 1.93-1.99红宝石红宝石 1.76-1.78尖晶石尖晶石 1.74蓝宝石蓝宝石 1.76-1.78碧玺碧玺 1.62-1.64金绿宝石金绿宝石1.74-1.75黄玉黄玉 1.61-1.62祖母绿祖母绿 1.57-1.59水晶水晶1.54-1.552、双折射与双折射率、双折射与双折射率 有些物质当入射光照射时会产生两条方向不同的折
7、射光，这种现象称为双折射。因此，就会得到两个折射率。二者之差称为该物质的双折射率。 有些宝石没有双折射，有些宝石有双折射，对这些宝石其双折射率也有所不同。因此，双折射率对宝石的鉴定具有重要意义。 例如，黄玉与碧玺的折射率相例如，黄玉与碧玺的折射率相近，不易区别。但碧玺的双折射近，不易区别。但碧玺的双折射率黄玉大，因此，可根据双折射率黄玉大，因此，可根据双折射率的大小来区分它们率的大小来区分它们。 常见宝石的双折射率常见宝石的双折射率宝石宝石双折射率双折射率宝石宝石双折射率双折射率钻石钻石0锆石锆石0.059红宝石红宝石0.008尖晶石尖晶石0蓝宝石蓝宝石0.008碧玺碧玺 0.020金绿宝石金
8、绿宝石 0.009黄玉黄玉 0.010祖母绿祖母绿0.005水晶水晶 0.009方解石的双折射率很高，当在其背后放一根针时，可以看到两根针的影子。 锆石的刻面棱双影。 3、均质体与非均质体、均质体与非均质体不产生双折射的宝石称为均质体。如钻石、尖晶石、玻璃均为均质体。产生双折射的宝石称为非均质体。红宝石、锆石、水晶碧玺等宝石为非均质体。三、三、 多色性多色性1、什么是宝石的多色性、什么是宝石的多色性 宝石晶体在光的照射下，不同方向上呈不同颜色的现象，称为宝石的多色性。 许多宝石具有多色性。它们都是非均质体的宝石，其光学性质随方向而异。 如红宝石在平行C轴方向为红色 ,垂直C轴方向橙红色；蓝宝石
9、平行轴方向为蓝色，垂直C轴方向为绿色。 因此，当你从不同的方向观察，会发现它们在不同方向上具有不同的颜色。 宝石的的多色性可通过肉眼来观察，更多的是通过二色镜仪器来观察。2、多色性的宝石学意义、多色性的宝石学意义(1)宝石的多色性在宝石的鉴定上具有重要的意义。 一些宝石具有多色性，另一些宝石不具多色性，因此，我们可以通过多色性来区别它们。(2)具有明显多色性的宝石在加工时要特别注意它的晶体取向，以便获得最佳的颜色。四、色四、色 散散1、概念、概念宝石把白光分解成它的组成色的现象称为色散。 当白光照射到宝石上时，由于色散作用，使本来无色的宝石产生五彩缤纷的颜色，这种颜色在宝石学中称为“火彩”。火
10、彩是宝石的一个十分珍贵的性质。不同宝石的色散的强弱是不同的。通常以用红光（686.7nm)和紫光(460.8nm)所测的折射率之差来表示，并称为色散值。一些常见宝石的色散值一些常见宝石的色散值宝石宝石色散值色散值宝石宝石色散值色散值钻石钻石 0.044锆石锆石0.039蓝宝石蓝宝石 0.018尖晶石尖晶石 0.020黄玉黄玉0.017水晶水晶0.013立方氧化锆立方氧化锆0.28 玻璃玻璃0.0312、宝石火彩产生的条件：、宝石火彩产生的条件：1) 宝石本身应具有高的色散值。萤石的色散值最小，合成金红石的色散值最高。宝石的色散值越高，它的火彩越明显。2) 正确的切工。经过正确的切磨，才能充分体
11、现宝石的火彩。 3) 宝石一般是无色的。对有色宝石，即使其色散很高，产生的火彩也被宝石本身的颜色所掩盖了。3、 色散的宝石学意义色散的宝石学意义1) 色散是充分显示宝石美丽的一个可贵的性质。2) 鉴定宝石的一个重要依据，尤其对钻石而言。五、光五、光 泽泽 光泽指宝石表面对光的反射能力。宝石对光的反射能力越强，光泽越强，肉眼看起来就越亮。这样的宝石就越好。宝石光泽的强弱取决于它的折射率和表面的抛光程度。宝石的折射率越高，表面的抛光质量越好，其光泽就越强。宝石光泽根据其强弱和折射率的大小分为几个等级：宝石光泽根据其强弱和折射率的大小分为几个等级：金属光泽：n3 ，光泽极强，如金的表面的光泽。宝石极
12、少具有金属光泽。金刚光泽： n=2.0-2.6，光泽强。在透明宝石中金刚光泽是最强的一种光泽，以钻石为代表。亚金刚光泽：n=1.8-2.0。光泽接近于金刚光泽。如锆石等。玻璃光泽：n1.81.3 ，光泽中等，具有较宽的折射率范围。大多数透明宝石显示玻璃光泽。如红宝石、祖母绿、水晶等。六、透明度六、透明度透明度指宝石透过可见光的能力。宝石的透明度范围跨度很大。大部分单晶质的宝石是透明的，给人以清澈如冰的感觉，大部分多晶质的玉石为半透明的，而完全不透明宝石较少。宝石的透明一般分为五个等级：宝石的透明一般分为五个等级： 透明可充分透光，清晰可见宝石底部的影像。半透明可透光，并可宝石底部的影像，但不清
13、楚。亚透明可透光，但不可见宝石底部的影像。半亚透明仅在宝石的边部有轻微透光。不透明不透光。七、宝石的特殊光学效应七、宝石的特殊光学效应猫眼效应猫眼效应 1、定义、定义 弧面型的宝石在光的照射下表面呈现出一条可平行移动的明亮光带。这种现象称为猫眼效应。随着宝石或光源的摆动，光带在宝石的表面作平行的移动，如同中午时分猫眼的瞳孔，故而得名。 2、猫眼效应产生的机理和条件：、猫眼效应产生的机理和条件： 宝石产生猫眼效应是因为宝石中含有大量平行排列的针状包裹体。当光照射到表面上时，这些包裹体对光反射产生亮点，一条包裹体产生一个亮点，无数条包裹体就产生的亮点连起来就形成一条亮带。注意：亮带方向与包裹体的方
14、向是相互垂直的。因此一个宝石要能产生猫眼效应具备以下几个条件：1）宝石中含有大量平行排列的针状、纤维状或管状包裹体。 2）宝石应琢磨成弧面型。3）宝石的底面平行包裹体的排列方向。这是保证猫眼效应的亮带在宝石的中央。3、猫眼效应的评价：、猫眼效应的评价：对猫眼效应的评价是细、亮、活。即亮带越细，越亮，转动宝石时亮带越容易移动越好。命名规则：命名规则：国家标准规定，只有具有猫眼效应的金绿宝石才能直接称为“猫眼石”其它具有猫眼效应的宝石在命名时必须在“猫眼”前面注明宝石的名称，如“石英猫眼”。星光效应星光效应 1、定义、定义 弧面型的宝石在光的照射下表面呈现出相互交会的四射或六射星状光带。星光效应根
15、据光带的数目分为六射星光和四射星光等，如中红宝石、蓝宝石的六射星光和透辉石的四射星光。根据光照的情况分为表星光和透星光。由宝石表面的反射光产生的星光效应称为表星光。由透射光产生的星光效应称为透星光。2、星光效应产生的机理与条件：、星光效应产生的机理与条件： 星光效应产生的机理与猫眼效应相似，也是由宝石中所含的针状、纤维状包裹体引起的。一个方向上的针状包裹体产生一条亮带。多个方向的针状包裹体产生多条亮带。因此星光效应产生的条件是：1）宝石中含有大量二个或二个以上方向平行排列的针状、纤维状包裹体，从而产生星光效应。 2）宝石应琢磨成弧面型。 3）琢磨宝石时其底面应平行包裹体的排列方向。变彩效应变彩
16、效应 1、定义、定义由于宝石的特殊结构（如欧泊）对光的干涉、衍射作用而产生的多种颜色。这种现象称变彩效应。 2、成因、成因宝石中规则排列的包裹体形成一个光栅。当光照射在其它上面时会产生衍射和干涉作用而产生各种各样的光谱色。当光源和观察角度变化时，颜色也会变化。变色效应变色效应 1、定义、定义 宝石在不同光源的照射下呈现不同颜色现象。变石具有典型的变色效应。它在日光下为绿色，烛光或白炽灯下为红色。 2、成因、成因宝石产生变色效应是因为宝石的对可见光的吸收在吸收光谱存在两个明显的色光透过区，而其它色光均被吸收。月光石效应月光石效应 1、定义、定义 一种由宝石内部的包裹体或结构特征对光的散射作用而产
17、生的朦胧状的蔚蓝色或乳白色晕色。这种现象常见于月光石中，故称为月光石效应，也称为光彩效应。2、成因、成因月光石效应是宝石中含有大量细小的包裹体对光的散射作用引起的。当包裹体较粗时，散射光的乳白色的；当包裹体十分细小时，散射光的蔚蓝色，使宝石显得更加美丽。星彩效应星彩效应 一种由宝石内部的不透明包裹体的反射作用而产生的星点状闪光。这种效应常见于砂金石中，故亦称谓砂金石效应。宝石的力学性质宝石的力学性质一、密度与相对密度一、密度与相对密度1 概念概念 宝石单位体积的质量称为宝石的密度，即密度质量体积，单位为g/cm3。 宝石的密度是宝石的一个重要性质，它取决于组成宝石晶体的各元素的原子量，原子或离
18、子半径和晶体结构等因素。 相对密度为在4和标准大气压下，宝石在空气中的重量与同体积水的重量之比。 宝石在空气中的重量宝石在空气中的重量 宝石在空气中的重量宝石在空气中的重量相对密度：相对密度：= = 同体积水的重量同体积水的重量 宝石的重量宝石的重量-宝石在水中的重量宝石在水中的重量常见宝石的相对密度常见宝石的相对密度宝石宝石相对密度相对密度宝石宝石相对密度相对密度钻石钻石3.52锆石锆石4.70红宝石红宝石3.99尖晶石尖晶石3.60蓝宝石蓝宝石3.99水晶水晶2.54金绿宝石金绿宝石3.72黄玉黄玉3.53-3.56祖母绿祖母绿3.7-2.9 立方氧化锆立方氧化锆5.6-6.02 相对密度
19、的测量相对密度的测量 1）手掂法。2）重液法。 3）静水力学法。 3、密度的宝石学意义、密度的宝石学意义 1）宝石的密度是鉴定宝石的一个重要依据。 2）根据宝石的密度还可以估计宝石的重量。二、硬二、硬 度度1、概念与分类、概念与分类 概念：宝石硬度是指宝石抵抗刻划力和磨蚀力的能力。1）绝对硬度2）相对硬度、硬度的等级与测定、硬度的等级与测定在测定宝石的硬度时最常用的是摩氏硬度计。 矿物矿物摩氏硬度摩氏硬度矿物矿物摩氏硬度摩氏硬度滑石滑石1长石长石 6石膏石膏2石英石英7方解石方解石3黄玉黄玉8萤石萤石4刚玉刚玉9磷灰石磷灰石5金刚石金刚石103、硬度的宝石学意义、硬度的宝石学意义1) 利用硬度
20、鉴定宝石。2) 宝石加工时要根据不同的硬度选择不同的磨料。3) 在宝石的包装储运中应注意硬度不同的宝石不可混装。宝石的发光性宝石的发光性1、概念、概念宝石在外加能量的作用下发出可见光的性质称宝石的发光性。外加的能量：摩擦、加热、高能射线（射线，X射线，紫外线）照射等。宝石的发光性包括荧光和磷光两种。荧光：宝石受外界能量激发时发光，激发源撤除后即停止发光。磷光：宝石受外界能量激发时发光，激发源撤除后发光仍持续一段时间。2、发光性的宝石学意义、发光性的宝石学意义1) 充分体现宝石的美丽。2) 有助于鉴别宝石的品种。3）有助于鉴别一些合成的宝石。钻石在紫外线的照射下发出蓝白色的荧光 宝石的热学性质宝
21、石的热学性质1、概念、概念宝石对热的传导能力称为宝石的热导性。一般用热导率来表示宝石的热导性，它是以穿过给定厚度的材料，并使材料升高一定温度所需的能量来度量的。绝对热导率难以测量。在宝石学中采用相对热导率。它以尖晶石的热导率为基数，来度量其它宝石的热导率。热导体热导体热导率热导率热导体热导体热导率热导率银银44.2锆石锆石0.48铝铝21.7 尖晶石尖晶石1.0金金31.0石英石英0.81 钻石钻石70.7-212.0金红石金红石0.54蓝宝石蓝宝石2.6玻璃玻璃0.22常见宝石的热导率常见宝石的热导率 2、意义、意义利用热导仪测定热导率能快速地鉴定钻石。宝石的光学性质宝石的光学性质宝石的力学性质宝石的力学性质宝石的发光质宝石的发光质宝石的热学性质宝石的热学性质宝石的物理性质宝石的物理性质
