彩色寶石：蘊藏在石頭中的彩虹

姜穎

礦物界的“姊妹花”

——紅寶石與藍寶石

紅寶石和藍寶石是剛玉礦物中兩個重要的寶石種，其中紅色的被稱為紅寶石，其他顏色的被稱為藍寶石（包括粉紅色的也是藍寶石），因為同屬于一族，故有“姊妹寶石”之稱。

鉻打造嬌艷之紅，鈦、鐵渲染深邃之藍

剛玉的主要成分是氧化鋁（Al2O3），由高密度鋁原子和氧原子聚合而成。它純凈時為無色，含有微量的鉻原子時則會傾瀉出嬌艷的深紅色光芒;若含有鈦原子和鐵原子時，則呈現出深邃耀眼的藍色光芒。

自然界中硬度排第二，僅次于鉆石

為什么紅藍寶石硬度如此之高呢？原來，紅藍寶石是寶石級的剛玉，其特殊的性能取決于剛玉的微觀結構：一是剛玉在微觀層面上鋁—氧鍵鍵力很強，表現在宏觀層面上的特征就是硬度非常大，其摩氏硬度為9，僅次于鉆石，是自然界中第二硬的物質;并且其熔點高達2050℃，比鉆石高出許多。二是剛玉微觀晶體結構中氧離子和鋁離子緊密堆積，二者堆積得越緊密，其晶體宏觀性能就越好。正因為紅藍寶石具有這種獨特的晶體結構，所以除了硬度高外，還具有耐磨、化學穩定性和耐熱性好等優點，經常被用于制作一些精密儀器的配件。

?紅寶石原石及成品

紅寶石軸承：腕表機芯不可或缺

在制表業中，紅寶石被用于制造夾板軸孔、防震器以及擒縱叉瓦等關鍵的部件。腕表機芯里的紅寶石不僅僅是一種裝飾，其作為表的軸承，可以大大降低摩擦力和損傷，從而起到保護腕表關鍵部件的作用。此外，這些紅寶石軸承還可以單獨進行更換和維修，大大降低了調試和維修的成本，提高了效率。

藍寶石晶體：消費電子制品新寵

藍寶石晶體具有強度高、硬度大、耐沖刷、光學穿透性強等優勢，使其在LED襯底、集成電路襯底、光學窗口、醫療器械、軍用裝備等領域具有巨大的潛力，并逐漸成為消費電子市場的新寵，例如一些高端手機的屏幕和手表的鏡面就使用了人工合成的藍寶石晶體。

?剛玉結構中鋁氧離子的空間排布

祖母綠讓不會見面的元素在一起了！

鈹元素與鉻、釩元素屬于不同的元素族，沒有理由會碰在一起，而且它們在幾十億年前就已經分離了，鈹屬于淺色長英質礦物，而鉻和釩則屬于暗色鎂鐵質礦物。因此，祖母綠的特殊之處就在于，它使多種通常不會“見面”的元素組合在了一起，形成一種稀少獨特的礦物，這需要特殊的地質構造和地質環境才能實現。

綠柱石家族最出色的成員

——祖母綠

?腕表機芯中的紅寶石軸承

祖母綠的顏色十分誘人，有人用菠菜綠、蔥心綠、嫩樹芽綠來形容它，但都無法準確表達它的顏色。無論在什么條件下，它總是能發出柔和而濃艷的光芒，讓人百看不厭，這就是祖母綠的魅力所在。

鉻、釩塑造生機盎然之綠

祖母綠是綠柱石家族的一個品種，是一種含鉻的綠柱石，它是綠柱石家族中最出色的成員。綠柱石是由鈹、鋁、硅和氧元素組成的，這幾種元素在大陸地殼中普遍存在，所以綠柱石并不罕見。但是，普通的綠柱石是無色的，而祖母綠則是碧綠色的，這是因為在其晶體結構中，有少量的鋁原子被鉻原子或釩原子取代了。

?iPhone使用人工合成的藍寶石晶體作為鏡頭表面的覆蓋材料

體內包裹著秘密花園

祖母綠的生長環境不同于其他寶石，其特殊的生長環境導致其包裹體相對較多，雜質和裂隙也較多。把祖母綠拿在手上，在自然光下常常能看見其中的內含物和裂紋，這對于祖母綠來說是非常普遍的。祖母綠的包裹體往往還具有多樣性，用浪漫的法文來描述，就是“Jardin”，意思是花園。雜質裂隙發育使祖母綠性脆，容易破碎，因此祖母綠除了加工成首飾佩戴，很少有其他用途。

?祖母綠原石及成品

色彩混搭高手

——碧璽

16世紀初，一支葡萄牙勘探隊在巴西發現了一種閃耀著七彩霓光的寶石，就是碧璽。碧璽是電氣石族的成員，它常常可以在同一晶體上出現兩種或多種顏色，或上下不同，或內外有別。碧璽為什么能成為寶石界的色彩混搭高手呢？這和它的化學成分密切相關。

?祖母綠特征內含物

多元素映射七彩霓光

碧璽是一種硼硅酸鹽結晶體，其化學成分十分復雜，并且含有鋁、鐵、鎂、鈉、鋰、鉀等元素，正是由于這些化學元素，使碧璽呈現出多種顏色。與其他彩色寶石相比，碧璽是自然界里色彩最豐富的礦物，紅、綠、藍、紫、黃……幾乎各種顏色都有，還有兩種或幾種顏色的過渡色，如藍綠、粉紅、黃褐等。

?碧璽晶體

為何天生愛吸灰？

碧璽礦物有別于其他礦物的一個重要特性是，其具有熱電性和壓電性。熱電性是指碧璽在溫度改變時，在主軸兩端產生相反的電荷，此特性易吸附灰塵，因此碧璽也被稱為“吸灰石”。壓電性是指碧璽沿特殊方向受力時，能夠在垂直應力的兩邊表面產生數量相等、符號相反的電荷，且電荷量與壓力成正比。碧璽這些特性的成因在于其特殊的晶體結構，此外，與其化學組成也有一定關系，例如鐵元素的存在會影響碧璽的壓電性和熱電性。

?碧璽易吸附細小灰塵和紙屑

碧璽的壓電性可應用于無線電工業領域，而它的熱電性可應用于紅外探測、制冷業等。

寶石是礦物的一種，但并不是所有礦物都能被稱為寶石。在自然界中，目前已發現3000多種礦物，其中符合寶石條件的礦物僅有20余種。每種達到寶石級的礦物除了賞心悅目的外觀外，還有一些不能被忽視的重要用途。

?多色碧璽

（責任編輯/齊敏）