2016年5月6日

從晶體物理看礦物—「寶石」

作者/余樹楨(1976年畢業於美國賓州州立大學地質科學系;1980年起任教成大地球科學系;2007年退休。目前為該系兼任教授。)


寶石是人類文明進步的產物,有些寶石鑲在皇冠上、權杖上,是權力的象徵;但有些寶石卻引發兩國征戰;有些寶石代表堅貞的愛情;有些寶石則成為科學研究的對象。有趣的是除了珊瑚、珍珠以及琥珀等少數寶石,絕大部分寶石都是天然的礦物。

天然礦物多達3000 多種,只有少數可以成為寶石。是什麼物理特性、光學特性、或結晶特性使這些少數礦物成為人們喜愛、人人追逐的寶石?

硬度與韌度
一般要求礦物的相對硬度(摩氏硬度)要在7或7以上,才適合當寶石。為什麼是而不是6或8?那是因為地球大氣除了空氣、水汽,還有許多微塵,其中二氧化矽微塵就是礦物石英的主要成分。人們佩戴的寶石經年累月要接受硬度7或接近7的微塵碰撞摩擦,要保持寶石的璀璨亮麗、表面不受磨損,勢必要有7或7以上硬度的礦物不可。

早期手錶都是玻璃質的錶面,玻璃硬度只有5,所以手錶戴久以後,錶面容易磨損而成為毛玻璃,看不清楚指針的位置或數字。不過自從藍寶石錶面問市以來,由於藍寶石的摩氏硬度高達9,不易磨損、歷久彌新,迅速成為手錶界的新寵。

真鑽硬度高,刻面與刻面間的稜線十分尖銳;相對地瑞士鑽就很軟,硬度只有6,因此刻面間的稜線就顯得圓鈍些(圖一),以10倍放大鏡即可明顯比較出來,這是利用硬度差異的特性來分辨真鑽與仿冒品。

硬度是礦物抵抗外力磨刮的能力;韌度則是礦物抵抗外力撞擊而破裂的能力。韌度高的寶石偶而不小心掉到地上,它並不容易破裂。談到韌度,就得介紹國人特別喜愛的寶石──玉,中國人在8千年前就懂得切割琢磨玉石。......【更詳細的內容請見科學月刊第557期】

 

 圖一:(a)真鑽硬度高,刻面間的稜線十分尖銳;(b)硬度只有6 的瑞士鑽以及硬度5的一般玻璃仿冒品,其小刻面間較為圓鈍。

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