寶石的物理性質(zhì)及外觀特征

1、第一節(jié)第一節(jié) 寶石的顏色特征寶石的顏色特征一、寶石顏色的形成二、寶石顏色的描述方法三、寶石顏色的呈色機(jī)理一、寶石顏色的形成一、顏色一、顏色顏色是決定寶石名貴和價(jià)值高低的首要因素顏色是決定寶石名貴和價(jià)值高低的首要因素形成顏色要形成顏色要具備三個(gè)條件具備三個(gè)條件 （白）光源（白）光源 反射或者折射時(shí)反射或者折射時(shí)改變這種光改變這種光的物體的物體 接受光的人眼和接受光的人眼和解釋它的大腦解釋它的大腦 二、寶石顏色的描述方法 寶石的顏色特征可以用色調(diào)、明度、飽和度三要素來描述1.1.色調(diào)（色彩）（色調(diào)（色彩）（HueHue） 指顏色的種類，彩色寶石的色調(diào)取決于光源的光譜組成和寶石對(duì)光的選擇性吸收； 是

2、彩色寶石間相互區(qū)分的特性，如紅色、綠色、紫色、藍(lán)色。色調(diào)與殘余光的波長(zhǎng)有關(guān)，常用主波長(zhǎng)表示。 不同顏色的寶石其色調(diào)不同；而相同顏色的寶石，色調(diào)上也會(huì)有差異。2.2.明度（亮度）（明度（亮度）（ValueValue） 指顏色的明暗程度，即光的強(qiáng)度或亮度。明度取決于寶石所反射或透射光的亮度。寶石對(duì)光的反射比或透射比越高，明度就越大。3.3.飽和度（彩度飽和度（彩度ChromaChroma）（）（SaturationSaturation) ) 飽和度是指顏色的純凈度或鮮艷度。取決于顏色中白光的含量或比例?；蛘哒f取決于寶石對(duì)可見光光譜選擇性吸收的程度?？梢姽夤庾V中各種單色光的飽和度最高，飽和度值為1，

3、白光的飽和度最小，值為0。 寶石顏色的飽和度是寶石的鑒別特征，也為彩色寶石顏色分級(jí)的依據(jù)。顏色的定性描述顏色的定性描述 通常對(duì)顏色的命名方法是將主色調(diào)放在后面，用顏色修飾詞描述次要的色調(diào)，如綠黃色、紫紅色等，把顏色濃度的修飾詞放在最前面，如淺黃綠色，淡藍(lán)紫色等。顏色的定量描述顏色的定量描述 顏色的定量描述可以采用色度學(xué)的三要素的數(shù)值，現(xiàn)在常用的一種方法是孟塞爾表色系統(tǒng)，在孟塞爾表色系統(tǒng)中將色調(diào)分為10種，分別用英文名稱的字頭表示：紅（R）、黃（Y）、綠（G）、藍(lán)（B）、黃紅（YR）、綠黃（GY）、藍(lán)綠（BG）、紫藍(lán)（PB）、紅紫（RP）。每種色調(diào)又細(xì)分為10個(gè)等級(jí)，分別從1-10；再對(duì)顏色的明

4、度從暗到明亮分為0到10共11個(gè)等級(jí)。三、寶石顏色的呈色機(jī)理寶石中最常見的致色元素有八種：鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅。致色致色元素元素鈦 Ti 釩V銅Cu鎳Ni鉻Cr鈷Co鐵Fe錳Mn寶石中的寶石中的致色元素致色元素自色寶石成分中主要元素使寶石致色它色寶石成分中的微量元素使寶石致色1.自色寶石 如橄欖石(MgFe)2SiO4)綠色由成分中的Fe元素致色。2.它色寶石 如剛玉Al2O3，純凈時(shí)無色，含微量元素Cr時(shí)形成紅寶石；含微量元素 Fe、Ti時(shí)形成藍(lán)寶石。自色寶石 它色寶石 致色元素 寶石 顏色 致色元素 寶石 顏色 Cr3+鈣鉻榴石 綠色 Ti4+藍(lán)錐礦 藍(lán)色 Mn3+錳鋁榴石 橙色

5、 Ti4+Fe2+藍(lán)寶石 藍(lán)色 Mn3+薔薇輝石 粉紅 V3+綠色綠柱石 綠色 Mn2+磷錳礦 紫色 Cr3+紅寶石、紅尖晶 紅色 Fe2+橄欖石 黃綠 Cr3+祖母綠 綠色 Fe2+鐵鋁榴石 暗紅 Mn3+紅色綠柱石 紫紅 Cu1+綠松石 天藍(lán) Fe2+海藍(lán)寶石 藍(lán)和綠 Cu2+孔雀石 綠色 Ni2+綠玉髓 綠色 Cu2+硅孔雀石 藍(lán)綠 Co2+合成藍(lán)色尖晶 藍(lán)色 3.假色由于光的物理現(xiàn)象造成的顏色，表示不是選擇性吸收造成的顏色。寶石內(nèi)常存在一些細(xì)小的平行排列的包裹體、出溶片晶、平行解理等。它們對(duì)光的折射、反射等光學(xué)作用產(chǎn)生的顏色就是假色。假色不是寶石本身所固有的，但假色能為寶石增添許多魅力

6、。第二節(jié)寶石的物理性質(zhì)第二節(jié)寶石的物理性質(zhì)一、光澤一、光澤二、透明度二、透明度三、亮度三、亮度四、火彩四、火彩五、多色性五、多色性六、寶石的特殊光學(xué)效應(yīng)六、寶石的特殊光學(xué)效應(yīng)七、發(fā)光性七、發(fā)光性寶石的光學(xué)性質(zhì) 礦物晶體的光學(xué)性質(zhì)主要是指光線穿過透明礦物晶體時(shí)，發(fā)生的光學(xué)現(xiàn)象，我們可以借助一些儀器觀察到這些光學(xué)現(xiàn)象 光的折射 光的反射 光的雙反射等N1(光蔬質(zhì))N2(光密質(zhì))當(dāng)光波從一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時(shí)，其傳播速度和方向會(huì)發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫折射。光在入射介質(zhì)中的傳播速度與折射介質(zhì)中的傳播速度之比，等于入射角正弦與折射角正弦之比。即V1/ V2=sini/sinr=N =N2/N1 當(dāng)兩種介

7、質(zhì)一定時(shí)，N為一常數(shù)，稱為折射介質(zhì)相對(duì)入射介質(zhì)的相對(duì)折射率。一、折射與反射當(dāng)光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)光線偏向法線折射角小于入射角當(dāng)光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)光線偏離法線折射角大于入射角 光在兩種不同介質(zhì)中速度的比值叫折射率，就是上面所說的相對(duì)折射率。即： V1/ V2=sini/sinr=N =N2/N1 如果入射介質(zhì)為真空（空氣），則N為折射介質(zhì)的絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱折射率。 一般來說，光在真空中的傳播速度最大，由于光在空氣中的傳播速度與光在真空中的傳播速度幾乎相等，故通?？梢詫⒖諝庵械恼凵渎室暈?。嚴(yán)格說來空氣的折射率應(yīng)為1.0003。而光在其它各種液體和固體介質(zhì)中的傳播速度總小于真空中

8、的傳播速度，故晶體的折射率總大于1。1.折射率的概念2.臨界角： 光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角。當(dāng)折射角達(dá)到90時(shí)，折射光線沿著界面?zhèn)鞑ニ璧娜肷浣欠Q為臨界角時(shí)，將發(fā)生全內(nèi)反射。光疏介質(zhì)光密介質(zhì)折射角=90入射角=臨界角3.全內(nèi)反射 當(dāng)光線的入射角繼續(xù)增大，大于臨界角時(shí)，入射光不再發(fā)生折射，而是全部反射回入射介質(zhì)中，且遵循反射定律：反射角=入射角。這一現(xiàn)象稱為光的全反射。二、偏振光1.偏振光 自然光轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆獾淖饔梅Q為偏振化。 僅在一個(gè)固定方向振動(dòng)的光波稱為平面偏振光或偏振光2.正交偏光 由兩個(gè)平面偏振濾光片組成，當(dāng)兩個(gè)偏振片相互垂直振動(dòng)時(shí)光無法通過，這是觀察時(shí)為全暗現(xiàn)象，也

9、稱正交偏光。三、折射率與雙折率觀察現(xiàn)象冰洲石下的繩子有兩個(gè)像雙折射玻璃下的繩子只有一個(gè)像單折射 思考： 雙折射、單折射產(chǎn)生的原因要了解雙折射、單折射產(chǎn)生的原因，必須先知道“均質(zhì)體”和“非均質(zhì)體 根據(jù)光學(xué)性質(zhì)不同，將寶石礦物分為均質(zhì)體和非均質(zhì)體。 均質(zhì)體和非均質(zhì)體均質(zhì)體均質(zhì)體：等軸晶系和非晶質(zhì)寶石的光學(xué)性質(zhì)各方向相同稱為均質(zhì)體。如鉆石、玻璃等。均質(zhì)體只有一個(gè)折射率。 光波在均質(zhì)體中傳播時(shí)，其振動(dòng)特點(diǎn)和振動(dòng)方向基本不改變。這一現(xiàn)象稱單單折射折射。自然光A進(jìn)入均質(zhì)體后仍為自然光，偏振光B進(jìn)入均質(zhì)體后仍為偏振光，且其振動(dòng)方向不改變。 均質(zhì)體和非均質(zhì)體 非均質(zhì)體非均質(zhì)體：中級(jí)晶族和低級(jí)晶族寶石的光學(xué)性質(zhì)

10、隨方向而異稱為非均質(zhì)體。非均質(zhì)體的折射率值有多個(gè)。如紅寶石、橄攬石等。 光波進(jìn)入非均質(zhì)體寶石時(shí)，除特殊方向外，一般分解成振動(dòng)方向互相垂直、傳播速度不等的兩束偏振光。這一現(xiàn)象稱雙折射雙折射。光波沿非均質(zhì)體的特殊方入射時(shí)不發(fā)生雙折射，這特殊方向?yàn)楣廨S方向。中級(jí)晶族寶石只有一個(gè)光軸方向，稱為一軸晶一軸晶；低級(jí)晶族寶石有兩個(gè)光軸方向，稱為二軸晶二軸晶。自然光在非均質(zhì)體中的傳播 均質(zhì)體和非均質(zhì)體均質(zhì)體、非均質(zhì)體與晶系的關(guān)系及光在均質(zhì)體和非均質(zhì)體中的傳播特點(diǎn)均質(zhì)體等軸晶系單折射 (一個(gè)折射率)非光軸方向入射產(chǎn)生雙折射分解成振動(dòng)方向互相垂直的兩束偏振光非均質(zhì)體 一軸晶(2個(gè)主折射率) 二軸晶(3個(gè)主折射率)

11、自然光進(jìn)自然光出偏振光進(jìn)偏振光出三斜晶系 單斜晶系 斜方晶系三方晶系四方晶系 六方晶系光軸方向入射：自然光進(jìn)自然光出偏振光進(jìn)偏振光出折射率折射定律指出： 對(duì)于任何兩種相接觸的介質(zhì)及給定波長(zhǎng)的光來說，入射角的正弦與折射角的正弦之比為一個(gè)常數(shù)。這個(gè)比值稱為折射率，折射率是一個(gè)固定的比值，與可表示為光在空氣中的速度與某材料中的速度之比。即：光在空氣中的速度光在某材料中的速度折射率（RI）=雙折射率 各向異性的寶石的雙折射率，用最大折射率值和最小折射率的差值來表示： RI（大）-RI（小)=DR（雙折射率） 如水晶1.553-1.544=0.009相關(guān)知識(shí) 寶石的均質(zhì)性或非均質(zhì)性可用寶石鑒定儀器折光儀

12、和偏光鏡檢測(cè)，用折光儀還可檢測(cè)非均質(zhì)體寶石是一軸晶或二軸晶1.常見均質(zhì)體寶石有哪些？常見非均質(zhì)體寶石有哪些？ 2.哪些非均質(zhì)體寶石的雙折射率高(雙折率0.03)，放大觀察雙折射率高的寶石可見什么現(xiàn)象？對(duì)于雙折射率高的寶石，切磨時(shí)一般怎樣定向？為什么？思考 學(xué)習(xí)探討、 交流知識(shí)應(yīng)用(1)常見均質(zhì)體寶石有哪些？常見非均質(zhì)體寶石有哪些？均質(zhì)體寶石 鉆石、石榴石、尖晶石、歐泊、螢石非均質(zhì)體寶石紅寶石、藍(lán)寶石、祖母綠、海藍(lán)寶石 電氣石 水晶 鋯石等一軸晶二軸晶金綠寶石 橄欖石 黃玉 月光石 日光石 透輝石 堇青石等知識(shí)應(yīng)用 2.哪些非均質(zhì)體寶石的雙折射率高(雙折率0.03)，放大觀察雙折射率高的寶石可見

13、什么現(xiàn)象？對(duì)于雙折射率高的寶石，切磨時(shí)一般怎樣定向？為什么？ 橄欖石、電氣石、鋯石、合成碳化硅的雙折率高，將這些寶石磨成刻面型，從一定方向觀察，可見底部刻面棱的重影，這“一定方向”為垂直光軸方向(No或Nm方向) ，因?yàn)榇怪惫廨S方向的切面上雙折率最大，一軸晶寶石垂直光軸的切面為Ne-No面；二軸晶寶石垂直光軸的切面為Ng-Np面。No(Nm)垂直光軸方向切面一軸晶二軸晶NeNoNgNp合成碳化硅重影知識(shí)應(yīng)用2.哪些非均質(zhì)體寶石的雙折射率高(雙折率0.03)，放大觀察雙折射率高的寶石可見什么現(xiàn)象？對(duì)于雙折射率高的寶石，切磨時(shí)一般怎樣定向？為什么？光軸方向 切磨雙折射率高的寶石時(shí)，應(yīng)將其臺(tái)面垂直光

14、軸方向，這樣從臺(tái)面觀察寶石就不會(huì)看到底部刻面棱重影，寶石就顯得更清澈、透明。因?yàn)榇怪惫廨S的切面為圓切面(如下圖)，各方向的折射率相等，光波垂直這種切面入射時(shí)，不產(chǎn)生雙折射。垂直光軸的切面一軸晶二軸晶NoNoNmNm知識(shí)應(yīng)用知識(shí)應(yīng)用演示演示 將繩子放在冰洲石下，變換冰洲石角度，隨著冰洲石角度的變化，繩子兩個(gè)影像之間的距離會(huì)發(fā)生寬窄變化，轉(zhuǎn)動(dòng)到某一方向時(shí)，繩子只有一個(gè)影像。當(dāng)繩子的兩個(gè)影像分得最開時(shí)，壓在繩子上的面為Ne-No切面；當(dāng)繩子只有一個(gè)影像時(shí)，壓在繩子上的面為圓切面(垂直光軸)。 關(guān)于冰洲石關(guān)于冰洲石冰洲石即方解石晶體，菱面體晶形，三方晶系，一軸晶負(fù)光性，雙折率是0.172。小結(jié)小結(jié)單折

15、射均質(zhì)體(一個(gè)折射率)等軸晶系鉆石 石榴石 尖晶石 歐泊 螢石三方晶系 四方晶系 六方晶系電氣石、水晶、紅寶石 鋯石、方柱石 綠柱石、磷灰石三斜晶系 單斜晶系 斜方晶系日光石黃玉 金綠寶石 橄欖石透輝石、月光石非均質(zhì)體 一軸晶(2個(gè)主折射率) 二軸晶(3個(gè)主折射率)正光性 NeNo負(fù)光性 NeNm-Np負(fù)光性 Ng-Nm3 金屬光澤金屬光澤 如：鉑、金、銀、銅如：鉑、金、銀、銅 2. 2.63 半金屬光澤半金屬光澤 如：烏剛石如：烏剛石3. 1.9-2.6 金剛光澤金剛光澤 如：金剛石如：金剛石4. 1.3-1.9 玻璃光澤玻璃光澤二、透明度透明度指物質(zhì)透過光的強(qiáng)弱的一種表現(xiàn)量。吸收性強(qiáng)，透明

16、度弱；吸收性弱，透明度強(qiáng)。透明度透明鉆石紅寶石微透明軟玉岫玉不透明綠松石青金石半透明瑪瑙芙蓉石亞透明歐泊（1）透明： 能完全清晰地透視其他物體。（2）亞透明：一般厚度下，能模糊地透視其他物體的輪廓。（3）半透明：一般厚度下，很難透視其他物體的輪廓。（4）微透明：一般厚度下，能透過光，但不能看出其他物體的輪廓。（5）不透明：基本上不透光，只有很薄的邊緣部分還可以透光。三、亮度 寶石的亮度既取決于寶石本身使光充分傳播的能力，同時(shí)也取決于寶石使光充分反射的能力，所以最大的亮度取決于寶石總的透明度。亮度是指光線從已切磨成刻面型寶石的亭部小面反射而導(dǎo)致的明亮程度。四、火彩1.色散：指白光照射到透明物體的

17、傾斜平面時(shí)，分解成的組成色（波長(zhǎng)）。2.色散率 物質(zhì)色散作用的強(qiáng)弱，可以用色散率來度量。色散率等于物質(zhì)在波長(zhǎng)686.7nm的紅光下的折射率和波長(zhǎng)430.8nm的紫光下的折射率的差值。 這些特定的紅光和紫光分別是太陽光譜中B線和G線的波長(zhǎng)。 火彩 定義 : 刻面型寶石的色散作用使白光分解成形成五顏六色的閃爍光的現(xiàn)象，稱為火彩。 色散值越大，火彩越強(qiáng) 影響因素 :3個(gè) 色散率 色散率越大，火彩越強(qiáng)。如鉆石色散值0.044，為高色散寶石，按理想比例加工的圓多面形，在冠部小面可閃爍出橙黃色、藍(lán)色等顏色的火彩。按照色散率的數(shù)值，將寶石的色散劃分為高、中、低三種類型。絕大多數(shù)寶石的色散率多比較小，為低色散

18、寶石，高色散寶石較少，因此，色散值高的寶石可以具有較好的火彩，也是鑒別特征之一。 切工 寶石的火彩還取決于寶石的琢型，尤其是冠部?jī)A斜的刻面的角度和大小，正確的切工才能最大限度地展示寶石的色散作用形成的火彩。 切工對(duì)鉆石火彩的影響 體色 寶石如果有明顯的體色，會(huì)使火彩大為減弱，所以，只有無色或者很淺色的高色散率寶石才具有好的火彩。 色散級(jí)別 寶石 色散值 高色散 0.030以上 金紅石 鉆石 鋯石(高型)0.2800.0440.039中等色散 0.020-0.030鎂鋁榴石 尖晶石 橄欖石 0.0220.0200.020低色散 0.020以下 紅、藍(lán)寶石 祖母綠 水晶 0.0180.0140.0

19、13天然寶石色散值 五、多色性多色性：是描述某些雙折射彩色透明寶石 中看到不同方向性顏色的通用術(shù)語，它包括二色性和三色性。 2.二色性和三色性一軸晶寶石有兩個(gè)方向性顏色稱二色性；二軸晶寶石有三個(gè)方向性顏色，稱為三色性。 3.多色性的作用1）明顯級(jí)多色性，對(duì)鑒定有幫助；2）顯示多色性的寶石，必定具有雙折射；3）寶石加工中，多色性寶石加工中必須正確取向。 六、寶石的特殊光學(xué)效應(yīng) 星光效應(yīng) 貓眼效應(yīng) 變彩效應(yīng) 砂金效應(yīng) 變色效應(yīng) 1.星光效應(yīng) 星光效應(yīng)是由幾組定向排列的針管莊包體對(duì)光的反射所造成。 能顯示星光效應(yīng)的寶石有紅寶石、藍(lán)寶石、鐵鋁榴石、尖晶石、透輝石、芙蓉石等。星光紅寶石 星光藍(lán)寶石 既有六射星光又有四射星光的尖晶石 2.貓眼效應(yīng)弧面型弧面型的某些寶石表面出現(xiàn)的從這一頭到另一頭的明亮光帶，這條亮帶由來自平行定向的反射光產(chǎn)生。 寶石具備以下條件時(shí)便可產(chǎn)生顯著的貓眼效應(yīng)： 具有一組平行且密集的內(nèi)含物，通常是管狀或針狀體。 弧面形寶石的底面與針狀包體平行。 具有貓眼效應(yīng)的寶石有金綠寶