矿物晶体的基本知识

文/刘新国 by Liu Xinguo

【编者按】随着大众对自然科学的深入了解，以及世界收藏界的影响，矿物晶体类观赏石收藏在我国越来越受到重视，相对于传统类型的观赏石而言，矿物晶体更注重自然科学方面的意义。在开始矿物收藏之前，对矿物的初步了解就显得尤为重要，本文将从最简单的基础知识，对矿物做一个大致的介绍，更多专业方面的知识，还需要深入学习。

一、矿物的定义

什么是矿物？

矿物是自然界中的化学元素在各种地质作用下形成的，具有一定的内部结构、形态和物理性质的单质和化合物。矿物是组成矿石和岩石的基本单位。

二、矿物的形成

矿物是化学元素通过地质作用等过程发生运移﹑聚集而形成。具体的作用过程不同，所形成的矿物及组合也不相同。矿物在形成后，还会因环境的变迁而遭受破坏，在一定的地质条件下又形成新的矿物。

（一）内生作用

（1）岩浆作用发生于温度和压力均较高的条件下。主要从岩浆熔融体中结晶析出橄榄石﹑辉石﹑角闪石﹑云母﹑长石﹑石英等主要造岩矿物，它们组成了各类岩浆岩。岩浆作用形成了很多重要的矿床，如磁铁矿、铬铁矿﹑铂族元素矿物和金刚石等与超基性岩共同产出，形成铬、铂或金刚石矿床；磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿等形成基性岩铜镍矿床。

（2）伟晶作用中矿物在700～400℃﹑外压大于内压的封闭系统中生成。所形成的矿物颗粒粗大。除石英、长石﹑云母外，还有富含挥发组分氟﹑硼的矿物如黄玉﹑电气石；含锂﹑铍﹑铷﹑铯﹑铌﹑钽、稀土等稀有元素的矿物，如锂辉石﹑绿柱石和含放射性元素的矿物。

（3）气化-热液作用中矿物从气液或热水溶液中形成。高温热液（400～300℃）以钨﹑锡的氧化物和钼﹑铋的硫化物为代表；中温热液（300～200℃）以铜﹑铅﹑锌的硫化物矿物为代表；低温热液（200～50℃）以砷﹑锑﹑汞的硫化物矿物为代表。此外，热液作用还有石英﹑方解石﹑重晶石等非金属矿物形成。

（4）火山作用是岩浆作用的一种特殊形式，总括了地下岩浆通过火山管道喷出地表的全过程。在原生期，形成高温相的β石英，透长石。酸性火山岩中形成火山玻璃。火山后期热液作用形成沸石、方解石、蛋白石等；喷气孔周围凝华作用形成自然硫雄黄、石盐等。

（二）外生作用

（1）风化作用：早先形成的矿物可在阳光﹑大气和水的作用下化学风化成一些在地表条件下稳定的其他矿物，如高岭石﹑硬锰矿﹑孔雀石﹑蓝铜矿等。金属硫化物矿床经风化产生的CuSO4和FeSO4溶液，渗至地下水面以下，再与原生金属硫化物反应，可产生含铜量很高的辉铜矿﹑铜蓝等，从而形成铜的次生富集带。

（2）沉积作用：机械沉积一般不形成新矿物。化学沉积作用形成由真溶液中析出的矿物，如石膏﹑石盐﹑钾盐、硼砂等；由胶体溶液凝聚形成的矿物，如鲕状赤铁矿﹑肾状硬锰矿等。生物沉积可直接形成硅藻土，生物化学沉积可以形成煤、琥珀、磷灰石等有机和无机矿物。

（三）变质作用

（1）接触变质：围岩受岩浆高温影响，发生热变质，形成了泥岩中的红柱石等；接触交代变质作用形成的一系列矿物有钙铝榴石、透辉石、符山石、方柱石、硅灰石等矿物，以及富集铁、钨、钼、铜、铅、锌等的矽卡岩矿床。

（2）区域变质作用形成的矿物特征趋向于结构紧密﹑比重大和不含水。围岩为泥质岩石时可形成刚玉、红柱石﹑蓝晶石、矽线石、堇青石等矿物。

三、矿物的分类

至2017年底，已发现矿物有5208种。在矿物的分类体系中，“种”是分类的基本单元，整个分类体系的级序依次为：

大类——类——（亚类）——族——（亚族）——种——（亚种）

橄榄石，岩浆作用

绿柱石，伟晶作用

辉钼矿，高温热液作用

石膏，化学沉积作用

硅藻土，生物沉积作用

火山玻璃，火山作用

高岭石，风化作用

钙铁榴石，接触变质作用

自然铜，自然元素

毒砂，硫化物

石盐，卤化物

尖晶石，氧化物

石榴石，硅酸盐类-岛状结构硅酸盐亚类

辉沸石，硅酸盐类-架状结构硅酸盐亚类

透闪石，硅酸盐类-链状结构硅酸盐亚类

芒硝，硫酸盐类

绿泥石，硅酸盐类-层状结构硅酸盐亚类

文石，碳酸盐

琥珀，有机矿物

以晶体化学为基础的分类（族、种从略）

第一大类 自然元素

第二大类 硫化物及其类似化合物

单硫化物及其类似化合物

复硫化物及其类似化合物

硫盐

第三大类 氧化物及氢氧化物

氧化物

氢氧化物

第四大类 含氧盐

硅酸盐

硼酸盐

磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐

钨酸盐和钼酸盐

硫酸盐

碳酸盐

硝酸盐

第五大类 卤化物

氟化物

氯化物

第六大类 有机矿物

四、矿物的物理性质——颜色、条痕、光泽、发光性

（一）颜色

颜色是矿物最明显、最直观的物理性质，对鉴定矿物具有重要的实际意义。矿物的颜色，是其对光产生吸收、透射、反射等作用后产生的。根据产生的原因与矿物本身的关系，可分为：

（1）自色：即矿物自身所固有的颜色，对同一种矿物来说一般是比较固定的，如黄铜矿的铜黄色，孔雀石的翠绿色，磁铁矿的铁黑色等。

（2）他色：是指矿物因含外来带色杂质（一般与色素离子有关）而引起的一种颜色。

（3）假色：是指某些物理因素所引起的呈色显现，而且这种物理过程的发生，不是直接由矿物本身所固有的成分或结构所决定。

赤铁矿，条痕樱红色

雄黄，条痕橙红色

雌黄，条痕黄色

孔雀石，条痕绿色

青金石，条痕青色

条痕蓝色

紫水晶，条痕白色

石墨，条痕黑色，易污手

白云石，条痕白色

黄铁矿，条痕黑色

镜铁矿，条痕红色

斑铜矿，锖色

拉长石，变彩

硅锌矿，发光性

萤石与方解石，发光性

（二）条痕

条痕是矿物在条痕板上擦划后留下的痕迹的颜色。由于它消除了假色，减低了他色，因而比矿物颗粒的颜色更为固定，故可用来鉴定矿物。

（三）透明度

矿物的透明度是指矿物可以透过可见光的程度。根据矿物在标准厚度在0.03mm的岩石薄片中透光的程度，分为透明、半透明、不透明。影响透明度的因素还包括包裹体、气泡、裂隙和矿物的集合方式。

（四）光泽

光泽是指矿物表面对可见光的反射能力，对大多数矿物来说，它们光泽的强弱主要由反射光的光量来决定。矿物光泽，根据反射光由强到弱的次序分为：

（1）金属光泽：如黄铁矿、方铅矿。

（2）半金属光泽：如磁铁矿。

（3）金刚光泽：如金刚石、闪锌矿的光泽。

（4）玻璃光泽：如石英、方解石的光泽。

此外，由于反射光受到矿物的颜色、表面平坦程度及集合方式等的影响，常呈现出一些特殊的变异光泽，主要有：

（5）油脂光泽：如同油脂的光泽。

（6）树脂光泽：像树脂平面所呈现的光泽。

（7）丝绢光泽：像蚕丝或者丝织品那样的光泽。

（8）珍珠光泽：像贝壳凹面上呈现的那种柔和而多彩的光泽。

（五）发光性

发光性是指矿物体受到外加能量的激发，能发出可见光的性质。根据发光激发源的不同，分为光致发光、阴极射线发光、热发光三种。根据发光持续时间长短可分为荧光和磷光两种。

五、矿物的物理性质——硬度与密度

（一）硬度

矿物硬度是指矿物抵抗刻划、压入或研磨能力的大小。它是矿物物理性质中比较固定的性质之一，因而也是矿物的一个重要鉴定特征。

日常生活中常借用指甲（硬度＞2）、铜具（3）、小刀（5～5.5）、瓷器碎片（6～6.5）等来代替标准硬度矿物来帮助测定被鉴定矿物硬度。

滑石，摩氏硬度1

石膏，摩氏硬度2

方解石，摩氏硬度3

萤石，摩氏硬度4

磷灰石，摩氏硬度5

长石，摩氏硬度6

石英，摩氏硬度7

黄玉，摩氏硬度8

刚玉，摩氏硬度9

石英，摩氏硬度7

黄玉，摩氏硬度8

刚玉，摩氏硬度9

蛇纹石，比重2.2-3.6

微斜长石，比重2.56

蛋白石，比重1.99-2.25

矿物名称 摩氏硬度 矿物名称 摩氏硬度滑石 1 正长石 6石膏 2 石英 7方解石 3 黄玉 8萤石 4 刚玉 9磷灰石 5 金刚石 10

（二）密度

矿物的相对密度是指矿物（纯净单矿物）的质量与4℃时同体积水的质量之比。

矿物相对密度的变化范围很大，可从小于1（如琥珀）到23（铂族矿物）。矿物的相对密度主要取决于它的化学组成和晶体结构。

六、矿物的物理性质——解理、断口、裂开

（一）解理

矿物晶体在外力作用下，沿着一定的结晶学方向破裂成一系列光滑平面的性质，叫解理。裂成的光滑平面，叫解理面。根据得到解理的难易，解理片薄厚，解理面大小及平整光滑程度，将解理分为5级：

（1）极完全解理：极易获得解理，解理面大而平坦，极光滑，解理片极薄，如云母，石墨等的解理。

（2）完全解理：易获得解理，常裂成规则的解理块，解理面较大，光滑而平坦，如方解石，方铅矿等解理。

（3）中等解理：较易得到解理，但解理面不大，平坦和光滑程度也较差，碎裂面上既有解理面又有断口，如普通辉石等矿物解理。

（4）不完全解理：较难得到解理，解理面小且不光滑平坦，碎裂面上主要是断口，如磷灰石，绿柱石等解理。

（5）极不完全解理：很难得到解理，仅在显微镜下偶而可见零星的解理缝，一般谓之无解理。

（二）断口

具极不完全解理的矿物，尤其是没有解理的晶质和非晶质矿物，它们受外力打击后，都会发生无一定方向的破裂，其破裂面就是断口。这些矿物的断口，常各自有着固定的形状，根据断口的形状可分为：

（1）贝壳状断口：呈椭圆形的光滑曲面，并具同心圆纹，和贝壳相似。如石英和一些非晶质矿物的断口。

（2）锯齿状断口：呈尖锐锯齿状，如自然铜。

（3）纤维状断口：呈纤维丝状，如石棉的断口。

（4）参差状断口：呈参差不平的形状，如磷灰石的断口。

（5）平坦状断口：断面平坦，如块状高岭石的断口。

白云母，一组完全解理，弹性

透辉石，两组完全解理

方解石，三组完全解理

萤石，四组完全解理

闪锌矿，六组完全解理

刚玉，裂理

磁铁矿，裂理

蔷薇石英，无解理

碧玉，无解理，贝壳状断口

（三）裂开

外观看上去很像解理的裂开性质，与解理成因不同，也可以作为某些矿物种的鉴定特征。如刚玉、磁铁矿等的裂开性质。

七、矿物的物理性质——磁性、导电性、荷电性

（一）磁性

磁性是指矿物可被外磁场吸引或排斥的性质。

矿物在外磁场下所表现的性质是不相同的，有的矿物可被普通的磁铁吸起，如磁铁矿，磁黄铁矿等，这些矿物通常称为磁性矿物。

有的不能被普通磁铁吸起，但能被强的电磁铁吸起，如赤铁矿，黑云母等，这类矿物一般称为电磁性矿物。

而有些矿物则被磁场所排斥，如自然铋，黄铁矿等，这类矿物称之为逆磁性或抗磁性矿物。

阳起石，无磁性

硅灰石，无磁性

块状磁铁矿，强磁性

磁铁矿砂矿，强磁性

自然银，良导体

闪锌矿，半导体

石棉，绝缘体

电气石，热电性

矿物的磁性对于鉴定、分离矿物，选矿及磁法找矿都具有重要意义。

（二）导电性

矿物对电流的传导能力，称之为矿物的导电性。矿物的导电能力差别很大，有些矿物几乎完全不导电，如石棉、云母等是绝缘体；有些极易导电，如自然金属矿物和某些金属硫化物，是电的良导体；某些矿物当温度增高时导电性增强，温度降低时具绝缘体性质，导电性介于导体与绝缘体之间叫半导体，如闪锌矿等。

矿物的导电性主要取决于化学键的性质，具金属键的矿物因其结构中有自由电子存在，所以导电性强；具离子或共价键矿物结构中一般不存在自由电子，所以导电性弱或不导电。

（三）荷电性

矿物在外界能量作用下，能激起矿物晶体表面电荷的性质，称为矿物的荷电性。具有荷电性的矿物，其导电性极弱或不具导电性，荷电性分为：

（1）压电性：是指某些矿物晶体，当受到定向压力或张力时作用时，能激起晶体表面电荷的现象，如水晶。

（2）热电性：是指某些矿物晶体，当受热或冷却时，能激起矿物晶体表面荷电现象，如电气石。

八、矿物的应用

早在石器时代，人类就已利用多种矿物如石英、蛋白石等制作工具和饰物，以后又逐渐认识了金、银、铜、铁、锡等若干金属矿物及其矿石，从而过渡到青铜器时代、铁器时代。中国成书于战国至西汉初的《山海经》，记述了多种矿物、岩石和矿石的名称，有些名称如雄黄、金、银、垩、玉等沿用至今。

随着科技的发展，矿物已经应用到建筑、冶金、化工、农业、光学、电器和电子工业、医学、航天航空工业等与人类生活息息相关的各个领域。至于那些结晶完美、晶莹无暇的晶体或形态奇特、颜色艳丽的晶簇或集合体矿物，则成为了重要的收藏门类。

石英，晶簇，宝石材料

形态奇异的锂辉石晶体，宝石材料及观赏矿物

硬玉，纤维交织结构的块状集合体，重要的玉石材料

与白云石共生的辰砂，著名中医药用矿物