宝石矿物的化学成分与化学式

宝石矿物与其他物质一样，都是化学元素组成的。每一种宝石矿物都有其特定的化学成分及一定的变化范围，并决定着宝石的各种特征和性质。

一、宝石矿物成分组成类别

根据宝石矿物组成元素种类以及它们之间的关系有以下类别：

1.单质

单质即组成元素只有一种，如金刚石由单一的碳(C)元素组成。

2.化合物

化合物由一种以上元素按一定比例组成，又可分为四种类型：

(1)简单化合物：成分中阳离子或阴离子分别为一种元素，如石英(SiO₂)、刚玉(Al₂O₃)，阳离子前者为硅(Si)，后者为铝(Al)，两者阴离子皆为氧(O)。

(2)复杂化合物：组成中阳离子为一种以上的元素，如尖晶石(MgAl₂O₄)，阳离子为镁(Mg)和铝(Al)，阴离子为氧(O)。

(3)单盐：阳离子为一种元素，但阴离子不是单一的元素，而是由阴离子与阳离子组合的阴离子团，如方解石Ca[CO₃]，方括号中为阴离子团，由碳(C)与氧(O)组合而成，也称酸根，所以方解石的化学成分为碳酸钙。又如锆石Zr[SiO₄]的化学成分为硅酸锆。

(4)复盐：复盐也是一种盐类，但与上述不同的是成分中有一种以上的阳离子，如白云石CaMg[CO₃]₂，阳离子就有钙(Ca)和镁(Mg)两种。

二、宝石矿物的化学式

化学式是表示矿物组成、元素的种类、比例及某些结构特征的符号，有两种形式。

(1)实验式：只表示宝石矿物化学成分中各组分数量比的化学式称为实验式，如祖母绿为Be₃Al₂Si₆O₁₈，也可用氧化物表示：3BeO·Al₂O₃·6SiO₂。

(2)结构式或晶体化学式：不但可以表示出元素的种类和比例，还能表达一定的结构特征。如上述祖母绿的结构式为Be₃Al₂[Si₆O₁₈]，说明其成分中存在阴离子团[Si₆O₁₈]，并在晶体结构中占据特定位置。

结构式或晶体化学式的书写原则有如下规定：

1)阳离子在前，阴离子在后。如果有一种以上的阳离子则按碱性强弱的顺序排列，如尖晶石MgAl₂O₄。

2)当存在阴离子团时，一定用方括号括起来，如锆石Zr[SiO₄]。

3)当成分中有附加阴离子氟、氯及羟基等，将其排在一般阴离子后面，如黄玉(托帕石)Al₂[SiO₄]F。

4)当存在类质同象代换时，应将相互代换的离子置圆括号内，前后按多少顺序排列，离子之间用逗号分开，如橄榄石(Mg，Fe)[SiO₄]表示阳离子之间有代换，又如黄玉Al₂[SiO₄](f，OH)₂表示附加阴离子之间有代换。

5)如成分中有水分子，则排在最后，中间以圆点居中隔开，如石膏Ca[SO₄]·2H₄O。水分子数如果不固定，可以用n表示，如欧泊写作SiO₂·nH₂O。

思考题

一、是非判断题

1.欧泊(Opal)与水晶是同质多象的不同变体。

2.水晶和欧泊是SiO₂的同质多象的不同变体。

3.同一种化学组分的晶体只能有一种晶体结构。

二、多项选择题

1.同质多象是：( )

a.与类质同象是一样的

b.化学成分基本一致可有不同杂质参加

c.化学成分一致，矿物结构不同

d.化学成分一致，矿物结构也一样

e.红柱石、蓝晶石、矽线石是同质多象

2.下列哪组宝石是类质同象?( )

a.红柱石、矽线石和蓝晶石

b.红宝石和蓝宝石

c.祖母绿和海蓝宝石

d.红碧玺和绿碧玺

e.方解石和文石

三、填空题

1.文石与方解石的化学成分是CaCO₃，在矿物学中称它们为__________。

2.碳元素可形成______和______两种矿物，这种现象称为__________。

3.在宝石的类质同象混晶中，根据相互取代的质点的电价相同或不同，分别称为______和______。

4.水在晶体中存在的形式有①______、②______③______、④沸石水、⑤吸附水。