色彩斑斓、有棱有角!矿物晶体是怎么做到的?

说到晶体,其实我们并不陌生,生活中常见的水晶、食盐、蔗糖、雪花、维生素C都是晶体。所以,在有些人的印象里,仿佛晶体就是像水晶、食盐一样晶莹剔透、质地纯净的固体。

其实不然,自然界中的矿物晶体是色彩斑斓的,外观更是多种多样。而且天然的矿物,绝大多数都是以晶体状呈现的。

晶体是什么?

晶体的结构有其特殊性,其内部质点在三维空间内会呈周期性重复排列,这种固体,我们就称之为晶体。反之,如果物质内部质点在三维空间不成周期性重复排列的话,我们则称之为“非晶体”。

举个简单的例子,水晶和玻璃的化学成分都是SiO2,通过对两种物质内部结构的观察发现,作为晶体的水晶,其内部具有规则的格子构造,而作为非晶体的玻璃,其内部的结构排列则杂乱无章。

① 水晶的晶体结构

② 玻璃的内部结构

这就决定了水晶具有晶体的特殊性:一是有一定的几何外形;二是有固定的熔点;三是有各向异性的特点。因此可以概括地说:晶体是具有格子状构造的固体,或内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。

矿物晶体长啥样?

矿物晶体会具有一定的几何外形,同一种矿物在自然条件下自由生长,所形成晶体的几何外形是一定的,这是由晶体特殊的化学成分和晶体结构造成的。晶体的外形多种多样,我们一般将其划分为以下三种类型:

1、晶体沿一个方向延伸生长,形成柱状、针状、纤维状等长条形的晶体。比如水晶、绿柱石、电气石、金红石等矿物,会长成柱状晶体。

绿柱石

绿柱石是典型的六方柱状晶体,它是提炼铍的主要矿物原料,色泽美丽者是珍贵的宝石,如祖母绿、海蓝宝石。

2、晶体沿平面内的两个方向延展生长,形成板状、片状、鳞片状等形态的晶体,如黑钨矿、云母和石墨等。

云母

云母是一种主要的造岩矿物,是片状矿物的典型代表,因其具有连续层状硅氧四面体格子构造,因此呈现出六方形的片状晶形。其特性是绝缘、耐高温,工业上用得最多的是绢云母,广泛应用于涂料、油漆、电绝缘等行业。

3、晶体在空间内的三个方向上均匀发育,呈块状、粒状等形态,如钻石、黄铁矿、石榴石等。

石榴石

石榴石族的矿物是非常典型的三向等长的矿物,通常具有完好的晶形,常见的晶形有菱形十二面体、四角三八面体(单形名称)以及上述二者的聚形。石榴石因形似石榴的果实而得名。

五光十色从何来?

晶体的颜色是对入射的可见光进行选择性吸收后,透射和反射的各种可见光的混合色。不同的晶体具有不同的化学成分和格子构造,使得晶体对光的吸收存在很大差距,因此,我们看到的晶体是五彩缤纷的。晶体的颜色按其成因,分成三种类型:

1、自色

主要由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定,是矿物本身的颜色,例如橄榄石。

2、他色

指矿物因含外来带色的杂质、气液包裹体等所引起的颜色。他色矿物的颜色非常丰富、同种矿物的颜色变化也很大,是多彩矿物世界中最主要的部分,例如彩色刚玉。

3、假色

自然光照射在矿物表面或进入矿物内部,会产生反射、干涉、衍射、散射等物理光学效应,从而引起的矿物呈色,可以被理解成一种能够看到却并不是实际存在的光学现象。这种特殊光学效应的出现,使矿物晶体的颜色变得神秘莫测,如具有月光效应的月光石就是其中典型的一种。

矿物晶体是天然形成的,是十分宝贵的不可再生资源。它们不仅稀有、奇特,也具有很高的科研和艺术价值,揭开它们的神秘面纱,能帮助人类深入探索地质作用以及物质组成的奥秘。

撰文/戚鸣 (辽宁地质工程职业学院)

郭颖 (中国地质大学(北京))

本文节选自《知识就是力量》杂志