成分变化

作为一个宝石种，其不同的化学成分在晶体中的占位是固定的，因此其相对数量也是大体固定，个别时候只有电性一致、电价相同、离子半径相近的其它离子才可有条件地替代原有离子，替代的可能性即替代的程度则要依宝石品种的不同而异，如刚玉中的Al^(3+)为其主要化学成分，但Al^(3+)可以被少量的Cr^(3+)替代，由于这两种离子的半径不同，Cr^(3+)的替代量是有限的，否则刚玉将无法保持三方对称结构，这时的Cr^(3+)就可称为刚玉中的微量化学成分。

成分变化　　

类质同象

指在宝石晶体结构中部分质点被其它性质类似的质点所代替，仅使宝石的晶格常数和物理化学性质发生不大的改变，而宝石晶体的结构基本保持不变的现象。

如果相互替代的质点之间可以任意比例替代则称为完全类质同象，它们可以形成成分连续变化的类质同象系列。如橄榄石(Mg,Fe)_2 (SiO_2 )_4中的Mg^(2+)与Fe^(2+)之间的替代，当二者都存在时，可统称为橄榄石；当Mg^(2+)全部被Fe^(2+)替代时，便称为铁橄榄石Fe_2 (SiO_2 )_4，Fe^(2+)全部被Mg^(2+)替代时，就称为镁橄榄石Mg_2 (SiO_2 )_4。如果质点替代只局限于一个有限的范围内，则称为不完全类质同象。

类质同象　　

对宝石颜色的影响

类质同象对于宝石具有非常重要的意义，尤其是对宝石颜色的影响。因为大部分宝石的颜色不是由宝石自身的化学成分引起的，而是由于少量类质同象混入物的加入而呈现各种美丽诱人颜色的。

碧玺是化学成分极为复杂的硼硅酸盐，纯净的碧玺为无色，由于碧玺内广泛的类质同象替代而呈现出缤纷的颜色：富铁的碧玺呈深绿、褐色或黑色，富镁的碧玺呈黄色或褐色，富锂和锰的呈玫瑰红色或淡蓝色，富铬的碧玺呈深绿色。

又如纯净的绿柱石是无色的，其化学成分为Be_3 Al_2 Si_6 O_18。当绿柱石中的Be^(3+)、Al^(3+)被不同的离子替代后则呈现不同的颜色。如Cr^(3+)、V^(3+)等离子出现时呈现美丽的翠绿色，这就是祖母绿的颜色；当含有Fe^(2+)和Cs^(2+)等离子出现时呈现海水的蓝色，这就是海蓝宝石的颜色；当含Mn^(2+)离子时则呈现粉红色～红色，粉红色绿柱石又称为摩根石，若Mn^(2+)的含量再多一些就成为红色的绿柱石；当含有Fe^(2+)或Cu^(2+)等离子时则呈现黄色或黄绿色，因为并非Cr^(3+)导致的鲜艳绿色，所以不能称其为祖母绿。

对宝石折射率的影响

类质同象不但使宝石的化学成分发生一定程度的改变，而且在一定程度上影响宝石的折射率和相对密度等物理性质。

虽然颜色不同，但都比较浅，所以其这是绿色、密度等值也都相对较低。

碧玺的颜色基本上受类质同象的种类和程度的影响，碧玺的相对密度和折射率也与类质同象有密切的关系。一般碧玺的折射率为1.624～1.644，密度为3.06 g?cm^3 。经实验统计表明，当碧玺的化学成分中Mn^(2+)、Fe^(2+)的含量增多时，其密度也会随之增高(3.03～3.25 g?cm^3 )、折射率(1.610～1.675)、双折射(0.018～0.040)等同样都随之增大。

当绿柱石中的Be^(3+)被Li^+替代时，电价不再平衡，所亏损的电荷必须由半径较大的Cs^(2+)来平衡。一般绿柱石的折射率为1.577～1.583，密度为2.72 g?cm^3 。然而当绿柱石的化学成分中Cs^(2+)含量增多时，绿柱石的密度(2.60～2.90 g?cm^3 )、折射率(1.562～1.602)和双折射率(0.004～0.009)也随之增高，Cs^(2+)的质量分数最高可达4.13%。

同质多象

同质多象是指同种成分的物质，在不同的物理化学条件下，形成不同结构晶体的现象，这些晶体在矿物学中都是独立的品种，如金刚石和石墨。同质多象在宝石学中的应用不多，主要应用于地质学中，同质多象的发生与外界环境有非常密切的关系，因此可以根据这些变体推测同质多象发生时的物理化学环境，如地质学中可以用SiO_2的同质多象变体来推测矿物形成时的温度范围。

宝石含水

很多常见宝石中是有水的，听起来好像匪夷所思，其实只是这些客观存在的水并不是以人们常见的液体水的形式存在的，而多以离子水的形式存在，有的甚至进入了晶体结构中，成为了晶体构架的重要组分。

欧泊是典型的含水宝石　　

不同类型的宝石水

1.吸附水

被宝石颗粒间隙或宝石内的裂隙表面机械吸附或被渗入到宝石集合体中的中性水分子，不属于宝石的化学成分。吸附水的含量不稳定，随温度和湿度变化而不同。常压下100～110℃时，吸附水就基本上能从宝石中逸出而不会破坏宝石的晶体结构。

胶体宝石中含有的胶体水比较特殊，是吸附水的特殊类型。因为胶体宝石本身的固有特性，故常将水作为化学成分列入晶体化学式，由于含量不定而只能模糊表示，如欧泊SiO_2?nH_2 O，这种水的脱水温度稍高，一般在100～250℃。

2.结晶水

以中性水分子的形式存在于宝石中，在宝石晶体结构中占有固定的位置，起着构造单位的作用，是宝石化学成分的一部分。水分子的含量与宝石其它化学成分之间有固定的比例。结晶水从宝石中逸出的温度一般不超过600℃，通常为200～500℃。当结晶水失去时，宝石的晶体结构将被破坏并形成新的结构，如绿松石CuAl_6 (PO_4 )_4 OH_8?5H_2 O就是一种含有结晶水的磷酸盐，含水量达19.47%，除含有结晶水外，绿松石还含有吸附水和结构水。

含结晶水的绿松石　　

3.结构水

以OH^-、H^+、〖H_3 O〗^+等离子形式参与宝石晶体结构的“水”，其中OH^-形式最为常见。结构水在宝石晶体结构中占有固定的位置，在化学组成上具有确定的比例。由于与其它质点有较强的化学键力联系，结构水需要较高的温度(通常在600～1000℃之间)才能逸出。当其逸出后，晶体结构被完全破坏。许多宝石都含有这种结构水，如黄玉Al_2 SiO_4 (F,OH^- )_2。

水的脱失或吸收对宝石的影响

宝石中的水与宝石的颜色有一定的关系，如我国四大名玉中的绿松石既含有吸附水又含有结晶水和结构水，在阳光下或在外界环境下暴露过久水分会慢慢蒸发，对绿松石颜色饱和度影响最大的吸附水最先失去，失去后绿松石的颜色会变浅、发干；如果失去结构水和结晶水绿松石的结构将会受到破坏。若把失去吸附水的绿松石放入水中，绿松石将恢复原来的颜色。

含水宝石的保养

含有吸附水的宝石在较长时间的阳光直射下会褪色和干裂，所以应避免这类宝石长时间在阳光直射下佩戴，更不能接触高温；可以将这类含水宝石放在水中保存，防止水的蒸发。一般单晶宝石不含吸附水，而结晶水和结构水不易失去，所以单晶宝石大多不存在失水的问题，只要不接触特别高温的物体一般不易失水，但最好也不要将宝石在阳光下暴晒，因为有些宝石在紫外光照射下会褪色，如黄玉等。