摩斯硬度

摩斯硬度的概念是1822年奧地利地質學家摩斯提出的。他用10種礦物做標準，衡量世界上礦物的相對硬度，這就是“摩斯硬度”。

基本介紹

• 中文名：摩斯硬度
• 提出時間：1822年
• 提出者：摩斯
• 用10種礦物：做標準

摩斯硬度分級

由10種常見的礦物組成，按硬度從小到大分為10級：

1、滑石

2、石膏
3、方解石
4、螢石
5、磷灰石
6、長石
7、石英
8、黃玉
9、剛玉
10、金剛石

其相應的數字即為摩斯硬度值。硬度高的礦物可在硬度低的上留下刻痕，反之不能。據此，使未知硬度的礦物與標準礦物相互刻劃，以確定該礦物的摩斯硬度。

寶石的性質

性質（Property）指寶玉石的本質屬性，通俗地說，指各種天然寶玉石所具有的物性。它主要由寶玉石的物質成分和內部結構所決定及支配，一般將其分為物理性質（光學、力學、磁學、電學、熱學、聲學性質等）和化學性質兩大類。

光學性質

光學性質（Optical property）是指寶石因“光”這種物質對其作用所產生的一系列光學現象及與其有關的特性的總稱。各種天然寶玉石之所以具有優良的工藝美術性能，特別是具有十分迷人的外觀美，關鍵在於它們各具獨特的光學性質。

1、顏色

顏色（Colour），俗稱“色彩”，為人眼視覺的基本特徵之一。它是寶玉石最為重要和起決定性作用的光學性質及工藝美術特徵。一切寶玉石質量的好壞、經濟價值的高低，在很大程度上均取決於其顏色是否美麗和引人入勝。那些由特殊光學效應所決定的特異色彩，更被視為寶玉石的“絕色”。具有絕色的寶玉石，從古至今皆為“稀世奇珍”或“無價之寶”。

⑴寶玉石顏色與電磁波輻射

據物理學研究，顏色為一定波長範圍內的電磁波輻射。當波長約在390-770nm的可見光範圍內的電磁波輻射通過適當途徑刺激人的視覺神經時，人們就會有顏色的感覺。

顏色與可見光　寶玉石的顏色是由於其中的礦物晶體對可見光（Visible light）中不同波長的光（光子）產生選擇性吸收，其餘未被吸收的光經透射或反射後在人眼中所引起的感覺或反映。原來，在可見光區從長波至短波方向包括有紅、橙、黃、綠、藍、青、紫七種單色光，即著名的“牛頓七色光”或“牛頓七色”（紅、橙、黃、綠、藍、青、紫色）。其波長是：

紅色光　770-622nm

橙色光　622-597nm

黃色光　597-577nm

綠色光　577-492nm

藍-靛色光 492-455nm

紫色光　455-390nm

⑵寶玉石顏色分類

根據寶玉石礦物的化學成分和晶體結構，顏色的形成原因及其影響因素等，可以將寶玉石的顏色分為三類。

①自色　指由寶玉石礦物的內在因素所控制而形成的其身固有的顏色（Idiochromatic colour），如橄欖石的橄欖綠色、孔雀石的孔雀綠色、藍銅礦的藍色、磁鐵礦的鐵黑色、辰砂的朱紅色等。這種自色的形成取決於寶玉石的物質成分和內部結構，而與外界雜物的混入無關。

②它色　指在寶玉石礦物晶體中由於外界帶色雜質的機械混入而產生的非固有的顏色（Allochromatic colour），而與其自身的物質成分和內部結構無關。有些寶玉石礦物晶體的顏色即使主要與一定的色素離子有密切的成因聯繫，但這些色素離子也僅僅是機械混入物。只不過它們在“混入”過程中不能“隨意”行事，而必須與被混入的寶玉石礦物晶體本身的內部結構及成因密切結合或適應才能成功。如使著名的紅寶石成為紅色、祖母綠成為翠綠色的Cr3+和使藍寶石成為藍色的Fe2+、Ti4+等就是其中的典型。

③假色　指那些不直接決定於寶玉石礦物晶體所固有的物質成分和內部結構等，而由物理因素（如物理光學作用等）所引起的假顏色（Pseudochromatic colour）。例如，拉長石因內部存在著定向排列的極薄的聚片雙晶或顯微包裹體，當白光入射後竟產生反射、干涉等作用，從不同方向觀察時，它乃出現藍、綠、黃、白等徐徐變幻的“變彩”。那些具有極完全解理或裂理的透明寶玉石礦物，因其中一系列平行的解理面或裂理面對入射白光產生反射、干涉等作用，竟形成如同水面上的油膜那樣的彩色。這就是常說的“暈色”，如螢石、冰洲石、透石膏等即有之。某些金屬寶玉石礦物，由於其表面氧化薄膜的存在，竟呈現出不同於其新鮮斷面顏色那樣的彩色，此即“錆色”（Tarnish)。例如，斑銅礦的新鮮斷面本為暗銅紅色，但因其被氧化的表面上存在著薄膜，竟呈現出紫、藍混雜的美麗色彩。

美國學者納素（Nassau）根據晶體場理論、分子軌道理論、能帶理論和物理光學理論，結合各種礦物的顏色，將礦物（包括寶玉石礦物）的顏色成因類型劃分為十二種（表2-4）。其分類方案是將晶體結構和致色離子進行了綜合考慮，既包括了經典礦物學中自色、他色、假色的分類，又突破了一種顏色是由一種離子所引起的傳統認識，如藍綠色由Cu2+引起，深藍色由Co2+引起，紅色或綠色由Cr3+引起，等等。研究表明，同一種致色離子在不同的寶玉石礦物中可以引起不同的顏色。如同是Cr3+，在紅寶石中引起紅色，而在祖母綠中則引起綠色。但是，不同寶玉石礦物中的同一種顏色就不一定是由同一種離子所引起的，而可能具有多種致色因素和複雜的致色過程。例如，同樣是藍色，就至少有七種致色原因：a.帶隙中硼的中介作用引起藍色，如藍色金剛石；b.鐵與鈦間電荷轉換引起的藍色，如藍色藍寶石；c.銅導致的自色而呈現出的藍色，如羥銅輝石；d.鈷導致的他色而呈現出的藍色，如藍色尖晶石；e.衍射作用導致的假色而呈現出的藍色，如歐泊石變彩中的藍色屬之；f.色心引起的藍色，如輻照鋰銫型綠柱石；g.S3-的分子軌道效應引起的藍色，如青金石。

礦物十二種顏色成因類型簡表

顏色成因類型 典型礦物舉例及其他現象 理論模式

過渡金屬化合物 鐵鋁榴石、孔雀石、綠松石 晶體場理論

過渡金屬雜質 黃水晶、紅寶石、祖母綠 晶體場理論

色心 紫水晶、煙水晶、螢石 晶體場理論

電荷轉移 藍寶石、鉻鉛礦、青金石 分子軌道理論

有機物 琥珀、珊瑚、石墨 分子軌道理論

導體 銅、鐵、銀 能帶理論

半導體 方鉛礦、黃鐵礦、硫砷銀礦、硫 能帶理論

摻雜半導體 藍色金剛石、黃色金剛石 能帶理論

色散 刻面型寶石呈現出的“火” 物理光學

散射 月長石及星光、貓眼寶石 物理光學

干涉 暈彩黃銅礦 物理光學

衍射 蛋白石（歐泊） 物理光學

2、條痕　條痕是指寶玉石礦物在白色天釉瓷板上摩擦時所留下粉末的痕跡。條痕對不透明的寶玉石礦物鑑定很重要。

3、光澤　光澤是指寶玉石礦物晶體表面反光的能力。它與寶玉石礦物晶體中原子的電子層結構能級的性質有關。

自強而弱將光澤分為四級：

①金屬光澤　折射率大於2.4，反射率大於25%，反光極強

②半金屬光澤　折射率大於1.85-2.4，反射率大於19%-25%，反光強

③金剛光澤　折射率大於1.8-2.4，反射率大於10%-19%，反光較強

④玻璃光澤　折射率大於1.3-1.8，反射率大於4%-10%，反光弱

當寶玉石礦物晶體表面不平坦或寶玉石未以礦物集合體形式存在時則往往出現特殊的光澤類型。如：

①油脂光澤

②樹脂光澤

③蠟狀光澤

④絲絹光澤

⑤珍珠光澤

4、閃光

閃光（Glistening）是指寶玉石所呈現出的明亮、閃閃發光、色彩繽紛、變幻無窮的現象，一說俗稱“出火”，簡稱“火”。如果某些寶玉石的閃光十分顯著、耀眼，則可以說這些寶玉石“火好”。閃光與光澤的區別在於它既閃又亮（亮晶晶的），而不只是像光澤那樣反光（亮）。

5、透明度

透明度（Transparency）是指寶玉石允許可見光透過的程度。

（1）透明

凡能容許絕大部分光線透過，當隔著1厘米厚的寶玉石片觀察其後的物體時，能清晰地見到物體輪廓的細節者，這種現象稱為“透明”。其寶玉石則稱為“透明寶玉石”，如水晶、螢石、冰洲石、透石膏、白玉、瑪瑙等。

（2）半透明

凡能容許一部分光線透過，當隔著1厘米厚或更薄的寶玉石片觀察其後的物體時，僅能見到物體輪廓的陰影者，這種現象稱為“半透明”。其寶玉石則稱為“半透明寶玉石”，如岫巖玉、軟玉、翡翠、瑪瑙、南陽玉、水晶凍石、高山凍石、青田凍石等。

（3）不透明

凡不能或僅能容許極少部分光線透過，當隔著1厘米厚或更薄的寶玉石片觀察其後的物體時，完全不能見到此物體者，這種現象稱為“不透明”。其寶玉石則稱為“不透明寶玉石”，如黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦等。

力學性質

力學性質（Mechanical property）是指寶玉石在受到外力或其自身力的作用下所表現出的種種特性，如硬度、破裂性、堅韌性、比重等。

1、硬度

硬度（Hardness)是指寶玉石抵抗外力對其進行刻劃、壓入、研磨的能力。根據外力的性質和作用方式不同，可以將其分為刻劃硬度、壓入硬度、研磨硬度三種。

表2-6　摩斯硬度計簡表

硬度等級 標準礦物 寶玉石舉例

1度 滑石

2度 石膏

3度 方解石、冰洲石、斑銅礦

4度 螢石、鋁氟石膏

5度 磷灰石、透視石

6度 長石 月長石、日長石、硬柱石

7度 石英 水晶、芙蓉石、藍線石

8度 黃玉、鋁棚鋯鈣石

9度 剛玉 紅寶石、藍寶石

10度 金剛石或鑽石

表2-7　普氏硬度計簡表

寶玉石質地 堅因係數（f）

非常堅硬 20

很堅硬 15

堅實 8-10

尚堅實 5-6

中等 3-4

尚軟 1.5-2

軟 0.8-1

土狀 0.6

鬆動 0.5

遊動 0.3

2、破裂性

寶玉石礦物晶體在應力的作用下，常常產生應變。如果這種應變超過了其自身的彈性極限，這時就會發生破裂，由此而呈現出的性質稱為寶玉石的“Breakability”。它包括解理、裂理、斷口等。

3、堅韌性

堅韌性（Tenacity）,簡而言之，指的是寶玉石的堅固性，即它抵抗錘擊、壓軋、彎曲、拉引、切割等外力作用的能力，如脆性、延展性、撓性、彈性、柔性等。

4、密度、比重及體重

寶玉石礦物的密度（Density）為其質量與體積的比值，常用單位為克/厘米3(g/cm3)。

寶玉石礦物的比重（G）通常指其重量與4℃時同體積水的重量之比。

體重（Bulk density）是指天然狀態下單位體積礦物集合體型寶玉石的重量，一般用噸/米3表示。它與比重的區別在於其重量是帶有孔隙、裂隙、空穴的，而比重則沒有這些重量因素。

電學性質

寶玉石的電學性質（Electrical proprety）主要是指其自身的導電能力和它在外界因素的影響下所呈現出來的種種電現象及其特性，如導電性、介電性、熱電性、壓電性等。這些性質既具有工業和科學意義，同時在寶玉石鑑定工作中亦可作為一項依據。

1、導電性

導電性（Electric conductivity）是指寶玉石礦物對電流的傳導能力，其大小用電阻率表示。

2、介電性

介電性（Dielectricity）是指寶玉石礦物在外電場中產生感應電荷的特性。原來，在外電場的作用下，不導電或導電能力極弱的寶玉石礦物（電介質或介電質），在緊靠帶電體的一端會出現異號的過剩電荷，另一端則出現同號的過剩電荷，這種現象稱為寶玉石礦物的“極化”。

3、 壓電性

壓電性（Piezoelectricity）是指寶玉石礦物晶體在受到定向壓力或張力作用時，其表面所呈現出來的荷電性質。它主要存在於無對稱中心或具有極軸（兩端無對稱關係的軸）的電介質礦物晶體中，如水晶、電氣石、方硼石等即有之。

4、熱電性

熱電性（Pyroelectricity）是指寶玉石礦物晶體在熱的作用下，其表面呈現出來的荷電性質，又稱“焦電性”。它主要存在於無對稱中心或具有極軸（兩端無對稱關係的軸）的電介質晶體中，如電氣石、方硼石、異極礦、鈣沸石（半脫水者）等即有之。

磁學性質

寶玉石的磁學性質（Magnetic property）是指其礦物晶體在外磁場的作用下被磁化時所呈現出來的性質，其中包括被外磁場所吸引、排斥和對外界產生磁場等。

礦物晶體的磁性（Magnetism）主要是由組成礦物的元素的電子構型和磁性結構所決定的，主要分為五種。

（1）抗磁性

（2）順磁性

（3）反鐵磁性

（4）鐵磁性

（5）亞鐵磁性

熱學性質

寶玉石的熱學性質（Thermal property）主要是指其礦物晶體因受熱（如加熱或加溫等）所呈現出來的種種特性，如導熱性、熱電性、熱膨脹性、熔點、可燃性等。

1、導熱性

導熱性（Thermal conductivity）是指寶玉石礦物晶體對熱的傳導能力，通常由較熱的部分向較冷的部分傳導。

2、熱膨脹性

熱膨脹性（Thermal expansion） 是指寶玉石礦物晶體受熱發生膨脹的性質，通常以線熱膨脹率α來表示。它是礦物晶體溫度每升高絕對溫度1度，其礦物長度增量與原來長度之比。

3、熔點

熔點（Melting point）是指寶玉石礦物晶體受熱熔解時的溫度，也就是此晶體的固態和液態可以平衡共存時的溫度。

4、可燃性

可燃性（Combustibility）是指寶玉石所具有的在較高溫度時與空氣中的氧氣化合而產生的發熱和發光的劇烈氧化反應的特性。

放射性質

寶玉石的放射性質（Radioactivity）主要是指其礦物晶體因含有放射性同位素或不穩定的原子核而能自發地放射出粒子或射線，同時釋放出能量的性質。含有放射性同位素的礦物稱“放射性礦物”，其中包括有極少數的寶玉石礦物，如褐釔鈮礦、獨居石、磷釔礦、鋯石、褐簾石、埃卡石（矽鈣釷礦）等。這些放射性礦物中所含的放射性元素主要是鈾、釷等，以及與之相應的放射性同位素。

在此需特別說明，絕大多數天然寶玉石均不具有放射性。即使某些寶玉石含有一定的放射性，那也十分微弱，對人體不僅無害，有時還會大有益處。誠然，在天然寶玉石資源的開發利用過程中，或寶玉石及其製品經過輻照處理後，應首先檢測其放射性的強弱，以確保其質量，並在確定對人體健康毫無損害後方可投放市場。

化學性質

寶玉石的化學性質（Chemical property）是指其礦物晶體在發生化學作用時所呈現出來的種種性質。其中與寶玉石的鑑定和研究、利用有關的主要是在外界因素的影響下，其物質成分、內部結構、基本性質等發生變化時所出現的各種化學特性。

1、可溶性

可溶性（Solubility）是指寶玉石礦物在水中能夠溶解的性質，其實質被認為是溶質（寶玉石礦物）和溶劑（水或水溶液等）中的質點相互吸引或排斥的過程。實際上，許多著名的寶玉石除具有美麗、稱少的特點以外，還具有耐久性。這種耐久性除了包括堅韌、耐磨等特性，也包括寶玉石在水溶液中不溶解或極難溶等優良性質。

寶玉石礦物可溶性分級簡表

等級 寶玉石礦物舉例

極難溶 紅寶石、藍寶石、赤鐵礦、水晶、金紅石、錫石、磁鐵礦、閃鋅礦、辰砂、鋯石、石榴石、藍晶石、鉀長石、正長石、天河石、鈉長石、金剛石、自然金等

難溶 螢石、赤銅礦、針鐵礦、斑銅礦、黃鐵礦、菱鐵礦、重晶石、白鎢礦、橄欖石、黃玉、鋰輝石、普通輝石、綠寶石、滑石、翡翠、軟玉等

中溶 雄黃、孔雀石、菱鋅礦、磷灰石、褐簾石、符山石、十字石、電氣石等

易溶 歐泊石、磁黃鐵礦、冰洲石、矽鋅礦、綠簾石、透輝石、透閃石、陽起石、霞石等

極易溶 冰晶石、雌黃、菱鎂礦、天青石、石膏、硬石膏、硼砂、蛇紋石、白榴石等

2、抗腐蝕性

抗腐蝕性（Corrosion-resistance）即“抗化學腐蝕性”，是指寶玉石礦物抵抗酸鹼及其他化學物質腐蝕的能力。當寶玉石遇上酸鹼時，其化學反應速度極其緩慢或根本不發生化學反應，則這種寶玉石的抗腐蝕性就很強。反之，則其抗腐蝕性弱。

3、抗氧化性

抗氧化性（Oxidation-resistance）是指寶玉石抵抗氧對其發生化學作用的能力。