宝玉石的颜色成因..doc

宝玉石的颜色成因 ??? 宝玉石的颜色是由于宝玉石对不同波长的可见光选择性吸收的结果。这种选择性吸收常与宝玉石所含的化学成分、结构、电荷迁移以及其它物理效应有着成因联系。 ????一、过渡金属元素致色 ??? 元素周期表中原子序数为22的Ti到序号29的Cu这8个过渡金属元素占据的位置是连续的，这些元素在结构上的共同特点是价电子依次充填在次外层的d轨道中，过渡元素原子的价电子层构型通式为(n-1)d1-10ns1-2,因此，这些元素也称d区元素；另一个特点是在过渡金属元素中，由于次外层的d轨道和最外层的s轨道相连，且d轨道还未达到稳定的结构，使s电子和d电子都可以部分或全部参加成键，从而出现了过渡金属元素的一系列可变氧化数。这些过渡金属的离子一般都呈现颜色（被吸收光颜色与物质的颜色互称互补色(互补光)），这是因为d轨道上有未成对的单电子，这些电子的激发态和基态的能量比较接近，一般可见光的能量就可以使它们激发，因此这类离子大多具有颜色。 ? 过渡元素的氧化态离子中成单d电子数及其离子颜色 ? 这些元素在宝玉石中根据其含量比例分两类： ????⑴ 自色宝玉石：是指由构成宝玉石的主要化学成分的元素所致色的宝玉石，如橄榄石，是由铁致色的，该宝石的化学分子式是(Mg,Fe)2SiO4。致色元素铁为该宝玉石的主要化学成分。下表是常见的自色宝玉石。 常见的自色宝玉石 ? 致色元素 宝玉石 化学成分 颜色 铁 橄榄石?? 铁铝榴石?????? (Mg，Fe)2SiO4 Fe3Al2 (SiO4)3 绿 红 铬 钙铬榴石 Ca3Cr2 (SiO4)3 绿 ? 铜 孔雀石 硅孔雀石 绿松石 Cu2Co3 (OH)2 (Cu，Al)2H2Si2O5(OH)4·nH2O CuAl6 (PO4)4 (OH)8·5H2O 绿 绿~蓝 天蓝~绿 ? 锰 锰铝榴石 菱锰矿 蔷薇辉石 Mn3Al2 (SiO4)3 MnCO3 MnSiO4 橙 粉红~红 粉红~红 ?⑵ 他色宝玉石：是指由宝玉石中所含的微量元素致色的宝玉石，如红宝石，其化学组成氧化铝(Al2O3),在很纯时为无色，若含有少量的铬，则为红色。宝玉石的致色元素除以上8种以外，还有一些痕量元素对宝玉石颜色影响较大，如稀土元素致色，铈呈黄色，钕呈蓝色等。下表是常见他色宝玉石。 ? 常见的他色宝玉石 ? 致色元 素 宝玉石 化学成分 颜色 ? ? 铬 红宝石 祖母绿 变石 尖晶石 玉髓 Al2O3 Be3Al2Si6O18 BeAl2O4 MgAl2O4 SiO2 红 绿 红~绿 红 绿 ? 铁 海蓝宝石 碧玺 尖晶石 软玉 Be3Al2Si6O18 (Na，K，Ca) (Al，Fe3+，Cr)6(BO3)3Si6O18(OH)4 MgAl2O4 Ca2(Mg，Fe)5(Si4O11)2(OH)2 蓝 绿~褐 黄 绿 钒 坦桑黝帘石 绿色绿柱石 Ca2Al3(SiO4)3(OH) Be3Al2Si6O18 紫~蓝 绿 钛 蓝锥矿 BaTiSi3O9 蓝 锰 红色绿柱石 Be3Al2Si6O18 红 钴 天然尖晶石 合成尖晶石 MgAl2O4 MgAl2O4 蓝 蓝 ? 绿玉髓 SiO4 绿 ? 二．铬的致色机理 ??? 铬在宝玉石中致色是十分引人注目的，特别是红宝石、祖母绿和变石，这三种名贵宝玉石的颜色均是由微量元素铬所致。 ??? 在这三种宝玉石中，铬以类质同象的形式代替了铝原子。铬原子有6个未配对的电子，其中3个为价电子。它在红宝石、祖母绿和变石的原子结构中与其它原子形成化学键，其余3个电子能自由的改变能级，从而导致宝玉石的颜色。 ??? ⑴ 红宝石 ??? 红宝石的矿物名称为刚玉，其化学成分是Al2O3。纯净的刚玉是无色透明的，当有微量的Cr2O3加入时，刚玉才会呈红色。这是由于Cr3+以类质同象置换部分Al3，d轨道发生能量分裂形成不同的能级。（以『晶场论』来解释八面体配位的Cr3+之3d轨域能阶）3d轨域会分裂成两个能阶，(3dxy,3dyz, 3dzx)在低能阶，(3dx2-y2, dz2)在高能阶。由於Cr3+的电子组态是3d3，低能阶的三个 d-轨域各填有一个电子，高能阶的两个 d-轨域是空的，看到的颜色是由於两个能阶差在可见光范围，低能阶的电子吸收可见光即跃迁至高能阶的d轨域，Cr2O3是绿色，即此能阶差的互补色。　　红宝石的成分主要是Al2O3，Cr3+含量只有1%左右，Al3+的离子半经是 67.5 pm，Cr3+的离子半经是 75.5 pm。要把Cr3+挤在应该要放Al3+的位置里，Cr3+受到的O2-的晶场压缩，两个d轨域的能阶差变大，我们看到的互补色就变成红色了。 ? ? ?⑵ 祖母绿 ??? 祖母绿的矿物名称为绿柱石，分子式为Be3Al2Si6O1