摩斯硬度 百科内容来自于: 百度百科

摩斯硬度的概念是1822年奥地利地质学家摩斯提出的。他用10种矿物做标准,衡量世界上矿物的相对硬度,这就是“摩斯硬度”。

摩斯硬度分级

由10种常见的矿物组成,按硬度从小到大分为10级:
1、滑石
2、石膏
  3、方解石
  4、萤石
  5、磷灰石
  6、长石
  7、石英
  8、黄玉
  9、刚玉
  10、金刚石
其相应的数字即为摩斯硬度值。硬度高的矿物可在硬度低的上留下刻痕,反之不能。据此,使未知硬度的矿物与标准矿物相互刻划,以确定该矿物的摩斯硬度。

摩斯硬度 - 宝石的性质

性质(Property)指宝玉石的本质属性,通俗地说,指各种天然宝玉石所具有的物性。它主要由宝玉石的物质成分和内部结构所决定及支配,一般将其分为物理性质(光学、力学、磁学、电学、热学、声学性质等)和化学性质两大类。

摩斯硬度- 宝石性质

光学性质

光学性质(Optical property)是指宝石因“光”这种物质对其作用所产生的一系列光学现象及与其有关的特性的总称。各种天然宝玉石之所以具有优良的工艺美术性能,特别是具有十分迷人的外观美,关键在于它们各具独特的光学性质。
1、颜色
颜色(Colour),俗称“色彩”,为人眼视觉的基本特征之一。它是宝玉石最为重要和起决定性作用的光学性质及工艺美术特征。一切宝玉石质量的好坏、经济价值的高低,在很大程度上均取决于其颜色是否美丽和引人入胜。那些由特殊光学效应所决定的特异色彩,更被视为宝玉石的“绝色”。具有绝色的宝玉石,从古至今皆为“稀世奇珍”或“无价之宝”。
⑴宝玉石颜色与电磁波辐射
据物理学研究,颜色为一定波长范围内的电磁波辐射。当波长约在390-770nm的可见光范围内的电磁波辐射通过适当途径刺激人的视觉神经时,人们就会有颜色的感觉。
颜色与可见光 宝玉石的颜色是由于其中的矿物晶体对可见光(Visible light)中不同波长的光(光子)产生选择性吸收,其余未被吸收的光经透射或反射后在人眼中所引起的感觉或反映。原来,在可见光区从长波至短波方向包括有红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七种单色光,即著名的“牛顿七色光”或“牛顿七色”(红、橙、黄、绿、蓝、青、紫色)。其波长是:
红色光 770-622nm
橙色光 622-597nm
黄色光 597-577nm
绿色光 577-492nm
蓝-靛色光 492-455nm
紫色光 455-390nm
⑵宝玉石颜色分类
根据宝玉石矿物的化学成分和晶体结构,颜色的形成原因及其影响因素等,可以将宝玉石的颜色分为三类。
①自色 指由宝玉石矿物的内在因素所控制而形成的其身固有的颜色(Idiochromatic colour),如橄榄石的橄榄绿色、孔雀石的孔雀绿色、蓝铜矿的蓝色、磁铁矿的铁黑色、辰砂的朱红色等。这种自色的形成取决于宝玉石的物质成分和内部结构,而与外界杂物的混入无关。
②它色 指在宝玉石矿物晶体中由于外界带色杂质的机械混入而产生的非固有的颜色(Allochromatic colour),而与其自身的物质成分和内部结构无关。有些宝玉石矿物晶体的颜色即使主要与一定的色素离子有密切的成因联系,但这些色素离子也仅仅是机械混入物。只不过它们在“混入”过程中不能“随意”行事,而必须与被混入的宝玉石矿物晶体本身的内部结构及成因密切结合或适应才能成功。如使著名的红宝石成为红色、祖母绿成为翠绿色的Cr3+和使蓝宝石成为蓝色的Fe2+、Ti4+等就是其中的典型。
③假色 指那些不直接决定于宝玉石矿物晶体所固有的物质成分和内部结构等,而由物理因素(如物理光学作用等)所引起的假颜色(Pseudochromatic colour)。例如,拉长石因内部存在着定向排列的极薄的聚片双晶或显微包裹体,当白光入射后竟产生反射、干涉等作用,从不同方向观察时,它乃出现蓝、绿、黄、白等徐徐变幻的“变彩”。那些具有极完全解理或裂理的透明宝玉石矿物,因其中一系列平行的解理面或裂理面对入射白光产生反射、干涉等作用,竟形成如同水面上的油膜那样的彩色。这就是常说的“晕色”,如萤石、冰洲石、透石膏等即有之。某些金属宝玉石矿物,由于其表面氧化薄膜的存在,竟呈现出不同于其新鲜断面颜色那样的彩色,此即“锖色”(Tarnish)。例如,斑铜矿的新鲜断面本为暗铜红色,但因其被氧化的表面上存在着薄膜,竟呈现出紫、蓝混杂的美丽色彩。
美国学者纳素(Nassau)根据晶体场理论、分子轨道理论、能带理论和物理光学理论,结合各种矿物的颜色,将矿物(包括宝玉石矿物)的颜色成因类型划分为十二种(表2-4)。其分类方案是将晶体结构和致色离子进行了综合考虑,既包括了经典矿物学中自色、他色、假色的分类,又突破了一种颜色是由一种离子所引起的传统认识,如蓝绿色由Cu2+引起,深蓝色由Co2+引起,红色或绿色由Cr3+引起,等等。研究表明,同一种致色离子在不同的宝玉石矿物中可以引起不同的颜色。如同是Cr3+,在红宝石中引起红色,而在祖母绿中则引起绿色。但是,不同宝玉石矿物中的同一种颜色就不一定是由同一种离子所引起的,而可能具有多种致色因素和复杂的致色过程。例如,同样是蓝色,就至少有七种致色原因:a.带隙中硼的中介作用引起蓝色,如蓝色金刚石;b.铁与钛间电荷转换引起的蓝色,如蓝色蓝宝石;c.铜导致的自色而呈现出的蓝色,如羟铜辉石;d.钴导致的他色而呈现出的蓝色,如蓝色尖晶石;e.衍射作用导致的假色而呈现出的蓝色,如欧泊石变彩中的蓝色属之;f.色心引起的蓝色,如辐照锂铯型绿柱石;g.S3-的分子轨道效应引起的蓝色,如青金石。
矿物十二种颜色成因类型简表
颜色成因类型 典型矿物举例及其他现象 理论模式
过渡金属化合物 铁铝榴石、孔雀石、绿松石 晶体场理论
过渡金属杂质 黄水晶、红宝石、祖母绿 晶体场理论
色心 紫水晶、烟水晶、萤石 晶体场理论
电荷转移 蓝宝石、铬铅矿、青金石 分子轨道理论
有机物 琥珀、珊瑚、石墨 分子轨道理论
导体 铜、铁、银 能带理论
半导体 方铅矿、黄铁矿、硫砷银矿、硫 能带理论
掺杂半导体 蓝色金刚石、黄色金刚石 能带理论
色散 刻面型宝石呈现出的“火” 物理光学
散射 月长石及星光、猫眼宝石 物理光学
干涉 晕彩黄铜矿 物理光学
衍射 蛋白石(欧泊) 物理光学
2、条痕 条痕是指宝玉石矿物在白色天釉瓷板上摩擦时所留下粉末的痕迹。条痕对不透明的宝玉石矿物鉴定很重要。
3、光泽 光泽是指宝玉石矿物晶体表面反光的能力。它与宝玉石矿物晶体中原子的电子层结构能级的性质有关。
自强而弱将光泽分为四级:
①金属光泽 折射率大于2.4,反射率大于25%,反光极强
②半金属光泽 折射率大于1.85-2.4,反射率大于19%-25%,反光强
③金刚光泽 折射率大于1.8-2.4,反射率大于10%-19%,反光较强
④玻璃光泽 折射率大于1.3-1.8,反射率大于4%-10%,反光弱
当宝玉石矿物晶体表面不平坦或宝玉石未以矿物集合体形式存在时则往往出现特殊的光泽类型。如:
①油脂光泽
②树脂光泽
③蜡状光泽
④丝绢光泽
⑤珍珠光泽
4、闪光
闪光(Glistening)是指宝玉石所呈现出的明亮、闪闪发光、色彩缤纷、变幻无穷的现象,一说俗称“出火”,简称“火”。如果某些宝玉石的闪光十分显著、耀眼,则可以说这些宝玉石“火好”。闪光与光泽的区别在于它既闪又亮(亮晶晶的),而不只是像光泽那样反光(亮)。
5、透明度
透明度(Transparency)是指宝玉石允许可见光透过的程度。
(1)透明
凡能容许绝大部分光线透过,当隔着1厘米厚的宝玉石片观察其后的物体时,能清晰地见到物体轮廓的细节者,这种现象称为“透明”。其宝玉石则称为“透明宝玉石”,如水晶、萤石、冰洲石、透石膏、白玉、玛瑙等。
(2)半透明
凡能容许一部分光线透过,当隔着1厘米厚或更薄的宝玉石片观察其后的物体时,仅能见到物体轮廓的阴影者,这种现象称为“半透明”。其宝玉石则称为“半透明宝玉石”,如岫岩玉、软玉、翡翠、玛瑙、南阳玉、水晶冻石、高山冻石、青田冻石等。
(3)不透明
凡不能或仅能容许极少部分光线透过,当隔着1厘米厚或更薄的宝玉石片观察其后的物体时,完全不能见到此物体者,这种现象称为“不透明”。其宝玉石则称为“不透明宝玉石”,如黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿、针铁矿等。

力学性质

力学性质(Mechanical property)是指宝玉石在受到外力或其自身力的作用下所表现出的种种特性,如硬度、破裂性、坚韧性、比重等。
1、硬度
硬度(Hardness)是指宝玉石抵抗外力对其进行刻划、压入、研磨的能力。根据外力的性质和作用方式不同,可以将其分为刻划硬度、压入硬度、研磨硬度三种。
表2-6 摩斯硬度计简表
硬度等级 标准矿物 宝玉石举例
1度 滑石
2度 石膏
3度 方解石、冰洲石、斑铜矿
4度 萤石、铝氟石膏
5度 磷灰石、透视石
6度 长石 月长石、日长石、硬柱石
7度 石英 水晶、芙蓉石、蓝线石
8度 黄玉、铝棚锆钙石
9度 刚玉 红宝石、蓝宝石
10度 金刚石或钻石
表2-7 普氏硬度计简表
宝玉石质地 坚因系数(f)
非常坚硬 20
很坚硬 15
坚实 8-10
尚坚实 5-6
中等 3-4
尚软 1.5-2
软 0.8-1
土状 0.6
松动 0.5
游动 0.3
2、破裂性
宝玉石矿物晶体在应力的作用下,常常产生应变。如果这种应变超过了其自身的弹性极限,这时就会发生破裂,由此而呈现出的性质称为宝玉石的“Breakability”。它包括解理、裂理、断口等。
3、坚韧性
坚韧性(Tenacity),简而言之,指的是宝玉石的坚固性,即它抵抗锤击、压轧、弯曲、拉引、切割等外力作用的能力,如脆性、延展性、挠性、弹性、柔性等。
4、密度、比重及体重
宝玉石矿物的密度(Density)为其质量与体积的比值,常用单位为克/厘米3(g/cm3)。
宝玉石矿物的比重(G)通常指其重量与4℃时同体积水的重量之比。
体重(Bulk density)是指天然状态下单位体积矿物集合体型宝玉石的重量,一般用吨/米3表示。它与比重的区别在于其重量是带有孔隙、裂隙、空穴的,而比重则没有这些重量因素。

电学性质

宝玉石的电学性质(Electrical proprety)主要是指其自身的导电能力和它在外界因素的影响下所呈现出来的种种电现象及其特性,如导电性、介电性、热电性、压电性等。这些性质既具有工业和科学意义,同时在宝玉石鉴定工作中亦可作为一项依据。
1、导电性
导电性(Electric conductivity)是指宝玉石矿物对电流的传导能力,其大小用电阻率表示。
2、介电性
介电性(Dielectricity)是指宝玉石矿物在外电场中产生感应电荷的特性。原来,在外电场的作用下,不导电或导电能力极弱的宝玉石矿物(电介质或介电质),在紧靠带电体的一端会出现异号的过剩电荷,另一端则出现同号的过剩电荷,这种现象称为宝玉石矿物的“极化”。
3、 压电性
压电性(Piezoelectricity)是指宝玉石矿物晶体在受到定向压力或张力作用时,其表面所呈现出来的荷电性质。它主要存在于无对称中心或具有极轴(两端无对称关系的轴)的电介质矿物晶体中,如水晶、电气石、方硼石等即有之。
4、热电性
热电性(Pyroelectricity)是指宝玉石矿物晶体在热的作用下,其表面呈现出来的荷电性质,又称“焦电性”。它主要存在于无对称中心或具有极轴(两端无对称关系的轴)的电介质晶体中,如电气石、方硼石、异极矿、钙沸石(半脱水者)等即有之。

磁学性质

宝玉石的磁学性质(Magnetic property)是指其矿物晶体在外磁场的作用下被磁化时所呈现出来的性质,其中包括被外磁场所吸引、排斥和对外界产生磁场等。
矿物晶体的磁性(Magnetism)主要是由组成矿物的元素的电子构型和磁性结构所决定的,主要分为五种。
(1)抗磁性
(2)顺磁性
(3)反铁磁性
(4)铁磁性
(5)亚铁磁性

热学性质

宝玉石的热学性质(Thermal property)主要是指其矿物晶体因受热(如加热或加温等)所呈现出来的种种特性,如导热性、热电性、热膨胀性、熔点、可燃性等。
1、导热性
导热性(Thermal conductivity)是指宝玉石矿物晶体对热的传导能力,通常由较热的部分向较冷的部分传导。
2、热膨胀性
热膨胀性(Thermal expansion) 是指宝玉石矿物晶体受热发生膨胀的性质,通常以线热膨胀率α来表示。它是矿物晶体温度每升高绝对温度1度,其矿物长度增量与原来长度之比。
3、熔点
熔点(Melting point)是指宝玉石矿物晶体受热熔解时的温度,也就是此晶体的固态和液态可以平衡共存时的温度。
4、可燃性
可燃性(Combustibility)是指宝玉石所具有的在较高温度时与空气中的氧气化合而产生的发热和发光的剧烈氧化反应的特性。

放射性质

宝玉石的放射性质(Radioactivity)主要是指其矿物晶体因含有放射性同位素或不稳定的原子核而能自发地放射出粒子或射线,同时释放出能量的性质。含有放射性同位素的矿物称“放射性矿物”,其中包括有极少数的宝玉石矿物,如褐钇铌矿、独居石、磷钇矿、锆石、褐帘石、埃卡石(硅钙钍矿)等。这些放射性矿物中所含的放射性元素主要是铀、钍等,以及与之相应的放射性同位素。
在此需特别说明,绝大多数天然宝玉石均不具有放射性。即使某些宝玉石含有一定的放射性,那也十分微弱,对人体不仅无害,有时还会大有益处。诚然,在天然宝玉石资源的开发利用过程中,或宝玉石及其制品经过辐照处理后,应首先检测其放射性的强弱,以确保其质量,并在确定对人体健康毫无损害后方可投放市场。

化学性质

宝玉石的化学性质(Chemical property)是指其矿物晶体在发生化学作用时所呈现出来的种种性质。其中与宝玉石的鉴定和研究、利用有关的主要是在外界因素的影响下,其物质成分、内部结构、基本性质等发生变化时所出现的各种化学特性。
1、可溶性
可溶性(Solubility)是指宝玉石矿物在水中能够溶解的性质,其实质被认为是溶质(宝玉石矿物)和溶剂(水或水溶液等)中的质点相互吸引或排斥的过程。实际上,许多著名的宝玉石除具有美丽、称少的特点以外,还具有耐久性。这种耐久性除了包括坚韧、耐磨等特性,也包括宝玉石在水溶液中不溶解或极难溶等优良性质。
宝玉石矿物可溶性分级简表
等级 宝玉石矿物举例
极难溶 红宝石、蓝宝石、赤铁矿、水晶、金红石、锡石、磁铁矿、闪锌矿、辰砂、锆石、石榴石、蓝晶石、钾长石、正长石、天河石、钠长石、金刚石、自然金等
难溶 萤石、赤铜矿、针铁矿、斑铜矿、黄铁矿、菱铁矿、重晶石、白钨矿、橄榄石、黄玉、锂辉石、普通辉石、绿宝石、滑石、翡翠、软玉等
中溶 雄黄、孔雀石、菱锌矿、磷灰石、褐帘石、符山石、十字石、电气石等
易溶 欧泊石、磁黄铁矿、冰洲石、硅锌矿、绿帘石、透辉石、透闪石、阳起石、霞石等
极易溶 冰晶石、雌黄、菱镁矿、天青石、石膏、硬石膏、硼砂、蛇纹石、白榴石等
2、抗腐蚀性
抗腐蚀性(Corrosion-resistance)即“抗化学腐蚀性”,是指宝玉石矿物抵抗酸碱及其他化学物质腐蚀的能力。当宝玉石遇上酸碱时,其化学反应速度极其缓慢或根本不发生化学反应,则这种宝玉石的抗腐蚀性就很强。反之,则其抗腐蚀性弱。
3、抗氧化性
抗氧化性(Oxidation-resistance)是指宝玉石抵抗氧对其发生化学作用的能力。
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