天然水晶的基礎知識

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水晶的基本概念

水晶是一種天然透明的石英礦物單晶體。

「水晶」一詞，源於希臘語「KrystaIIos」，意為「潔白的冰」。

我國古代，曾把水晶稱為水玉、水碧、蒼玉、玉瑛、石英、水精、水晶、千年冰、菩薩石等。

水晶的英文名稱為RocK CrysaI。

水晶的礦物名稱為a—石英，即低溫石英（常壓下穩定溫度573 0C以下）。

珠寶界稱a—石英為水晶，認為水晶是內涵最豐富、用途最廣泛的寶石。

水晶的分類

水晶按顏色，可分為非彩色水晶和彩色水晶。無色、乳白色、煙色、茶色和黑色為非彩色水晶；紫色、黃色、紫黃色、紅色、粉紅色、綠色和藍色等為彩色水晶。

水晶按包裹體，可分為單種礦物包裹體和多種礦物包裹體水晶；按包裹體形態可以分為發晶（金紅石發晶、陽起石發晶、角閃石發晶、石棉發晶等），水膽水晶（二相水膽水晶、三相水膽水晶等），景物水晶（人物、動物、植物、山川河流等象形水晶）；按包裹體礦物可分為金紅石包裹體水晶、電氣石包裹體水晶、綠簾石包裹體水晶、黃鐵礦包裹體水晶等。

水晶按特殊光學效應，可分為貓眼水晶、星光水晶和彩虹水晶等。

水晶按工業用途，可分為壓電水晶、光學水晶、工藝水晶和熔煉水晶。

水晶按觀賞性，可分為單晶體觀賞石、晶簇（集合體）觀賞石。其中又可分為造型石、圖案石和文字石等。

上述分類，還可以細分。

水晶的物理化學特性

水晶屬氧化物類寶石。其化學成分主要為二氧化硅，化學式為SiO2，即氧原子是硅原子的2倍。

水晶屬中級晶族、三方晶系。根據晶體是否有高次軸以及有一個或多個高次軸，把晶體中存在的32個對稱型歸納為低、中、高級三個晶族。在各晶族中，再根據晶體對稱特點劃分為七個晶系：等軸晶系，三方晶系，四方晶系，六方晶系，單斜晶系，三斜晶系和復方晶系。水晶因具有一個三次軸，而屬於中級晶族、三方晶系。

水晶的光學性質

水晶屬一軸晶正光性。因水晶具有一個光軸而稱為一軸晶。當光波垂直一軸晶光軸方向入射時，光發生雙折射，分解成振動方向互相垂直的兩束光，此時，一組分光的振動方向平行於光軸，為非常光的折射率，另一組分光的振動方向與光軸垂直，折射率與常光折射率相等。當非常光折射率值大於常光折射率值時，稱為一軸晶正光性；當非常光折射率值小於常光折射率值時，稱為一軸晶負光性。水晶的非常光折射率值（1.553)大於常光折射率值（1.544），所以水晶的光性稱為一軸晶正光性。

水晶的雙折射率

水晶的非常光折射率值為1.553，常光折射率值為1.544，這二者相減的差0.009，就是水晶的雙折射率值。

水晶的顏色

水晶的顏色為他色。所謂他色，即由化學成分中微量元素引起的顏色，或稱為機械混入物引起的顏色。化學成分為純二氧化硅水晶的晶體為無色，含微量三價鐵和二價錳呈紫色，含微量二價鐵呈黃色，含微量鐵呈綠色，含微量二價猛、四價鈦呈粉色，含微量三價鋁呈煙色。

水晶的光澤

水晶的光澤為玻璃光澤。所謂光澤，即寶石礦物表面對光的反射能力。根據光澤的強弱可以將光澤分為金屬光澤、半金屬光澤、金剛光澤和玻璃光澤等。

水晶的透明度

水晶的透明度為透明至半透明。透明度是寶石礦物允許可見光透過的程度。通常將寶石礦物的透明度劃分為：透明、亞透明、半透明、亞半透明、不透明五個級別。

水晶的特殊光學效應

水晶的特殊光學效應：在光的折射、反射、干涉、衍射等作用下，有些水晶可引起貓眼效應、星光效應和彩虹效應等，稱為水晶的特殊光學效應。

貓眼效應。有些弧面水晶表面對可見光折射和反折射作用下引起的一條閃亮的光帶，猶如貓的眼睛，稱為水晶貓眼效應。隨著光源或弧面水晶的移動，光帶也作平行移動。能產生貓眼效應的水晶必須具備一組密集的定向排列的包裹體或結構。另外，弧面水晶的底平面應與包裹體所在平面平行。

星光效應。有些弧面水晶表面對可見光折射和反折射作用下呈現一組放射狀閃動的亮線，形如夜空中閃爍的星星，稱為水晶的星光效應。能產生星光效應的水晶必須含有二組或二組以上定向排列的包裹體或結構，而且水晶底面與這些包裹體或結構所在平面平行。水晶星光效用可分為三射星光、四射星光、六射星光等。

彩虹效應。寶石學稱這種光學效應為「暈彩」。它是有些水晶晶體內因地質作用而產生裂隙，在自然光的照射下，裂隙對可見光的干涉、衍射作用下產生的色彩稱為水晶的彩虹效應。事實上，凡是具有裂隙的寶石都可以產生彩虹效應的。

水晶的特殊光學效應，對水晶能起到揚長避短的作用。如一塊水晶的晶體比較大，內部有較大的裂隙，顯然這是一大缺陷，然而裂隙能產生彩虹效應，而且彩虹效應比較明顯，它就成了提高水晶觀賞價值的一個有利條件，同時也對提高水晶的經濟價值起到了積極作用。

水晶的力學性質

1、水晶的密度為2.65g/cm3。密度是指寶石單位體積的質量。密度的單位為g/cm3。密度取決於組成晶體各元素的原子量、原子半徑和晶體結構等因素。

2、水晶的硬度為摩氏7度。硬度是指寶石抵抗壓入、刻劃或研磨的性能。寶石的硬度與其化學組成、化學鍵以及晶體結構等有關。晶體內原子間的距離越小，結合力越大，硬度就越高；一般講原子價越大寶石的硬度就越高。高硬度可使寶石具耐久性，它是寶石所具有的重要性質之一。

3、水晶的韌度值為7.5。韌度是指抵抗撕拉破碎的性能，與脆性近似對應。韌度也稱為打擊硬度。韌度與寶石礦物的結構構造有關。翡翠、和田玉和瑪瑙的硬度都不算高（6.5—7），但由於它們具有纖維狀結構或隱晶質結構，所以它們的韌度值（8）都比水晶高。

4、水晶為極不解理寶石。解理是指晶體在外力作用下沿特定的結晶方向裂開成較光滑平面的性狀。裂開的平面稱為解理面。解理面最容易產生於晶體內原子或離子連結最薄弱的方向。

5、水晶的斷口為貝殼狀。斷口是指寶石受外力作用發生隨機的無一定方向的不規則的破裂面。常見斷口有貝殼狀、鋸齒狀和土狀。

水晶的電學、熱學性質

1、水晶具有良好的壓電效應。凈度較高的水晶單晶體當受到壓力作用時，會產生電荷；相反，當受到電壓作用時，又會產生頻率很高的振動。水晶的這種可使壓力與電荷互相轉換的性能稱為水晶的壓電性。壓力不同，產生電荷的多少也不一樣；電壓不同，振動頻率也不同。天然單晶水晶與合成水晶均具良好的壓電性能，因而被廣泛用於無線電和遙控諧振器具上。

2、水晶具有良好的導熱性能。導熱性是寶石傳導熱的能力。不同寶石傳導熱的性能差異很大，所以導熱性可作為寶石的鑒定特徵之一。導熱性能以熱導率（K）表示，單位為W/(m.K)。寶石學一般以相對熱導率表示寶石的相對導熱性能。若以尖晶石的熱導率為基數1（281）時，水晶的相對熱導率為0.5—0.94（140—264）。玻璃的相對熱導率為0.08。所以水晶的涼度比玻璃高。