水晶是晶体结构吗?

【专家解说】：【矿物水晶】 水晶的英文名称为Rockcrystal，别名晶石、水晶石。 1676年英国人George Ravenscroft发现水晶。 水晶的化学成分及性质： 水晶是一种无色透明的大型石英结晶体矿物。它的主要化学成份是二氧化硅，跟普通砂子是“同出娘胎”的一种物质。当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙；二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。 化学式为SiO2。纯净的无色透明的水晶是石英的变种。化学成分中含Si—46.7％，O—53.3％。由于含有不同的混入物或机械混入的而呈多种颜色。紫色和绿色是由铁(Fe2+)离子致色，紫色也可由钛(Ti4+)所致，其他颜色由色心所致色。在水晶中含有砂状、碎片状针铁矿、赤铁矿、金红石、磁铁矿、石榴石、绿泥石等包裹体；发晶中则含有肉眼可见的似头发状的针状矿物的包裹体形成。含锰和铁者称紫水晶；含铁者( 呈金黄色或柠檬色 )称黄水晶；含锰和钛呈玫瑰色者称蔷薇石英；烟色者称烟水晶；褐色者称茶晶；黑色透明者称为墨晶；呈浅绿色者称为石髓。 水晶另一脾性就是怕碱不怕酸（氢氟酸除外），这是由于氧化硅特性所决定的。 像玛瑙一类宝石，当受热、摩擦、吹气或受打击时，往往散发一种特殊气味，使人联想到大蒜、马肉、萝卜、松香味儿，然而，水晶在上述情况下，绝无异味。 水晶的物理性质 1824年，一位叫弗里希.摩斯的奥地利矿物学家，从许多矿物中抽出10个品种，经过科学实验测出它们的相对硬度，由此得出水晶硬度为摩氏7。尽管后来美国国家标准局使用、推广更科学的诺普硬度测试器，但世界上许多国家的珠宝商，仍习惯于摩氏硬度表。 结晶完美的水晶晶体属六方晶系，常呈六棱柱状，柱体为一头尖或两头尖，多条长柱体连结在一块，通称晶族，美丽而壮观。二氧化硅结晶不完整，形状可谓是千姿百态。当你到海南水晶陈列馆去瞧一瞧，可以大开眼界：除了常见的长柱状外，还有似宝剑形，有的若板状，有的如短柱形，有的像双锥。有的小如手指，有的大如巨石；有的不足半两，有的重达300多公斤。 水晶呈无色、紫色、黄色、绿色及烟色等。玻璃光泽。透明至半透明。硬度7。性脆。比重2.65。无解理。贝壳状断口，也有好的平等脊的人字形断口。紫水晶具有清楚的二色性，黄水晶和茶水晶具有弱的二色性。发光水晶具有强烈的磷光性。带绿色的砂金水晶在长、短波紫外线照射下发灰绿色荧光。具有猫眼、虹彩和砂金效应。水晶具压电性. 水晶晶体结构及形态 属三方晶系。晶体呈棱柱状并带六边形锥，柱面有横纹，紫水晶中常有角状色带。在自然界中，水晶常呈晶簇产出，造型美观。。 结晶完好的水晶，常有好的平行脊的人字形断口；在紫晶和热处理的黄晶中，多呈不平坦到薄片状破口。 水晶比重：2.56－2.66克/立方厘米。 这意味着一定体积水晶的重量，是相同体积水的重量的2.56－2.66倍。块状变种水晶密度可能稍高些。 水晶条痕：无色。 条痕，通常说的颜色，是人眼对一定波长的光线感觉的结果。 水晶透明度与透过它的光的质与量有关。透明标准为：光线透明过厚度为1厘米以上的水晶碎片或薄片时，可以清晰地看到映出的图像。如是底像不够清楚，仅见轮廓，那便中半透明。 水晶光泽：玻璃光泽。无论在抛光面上还是在破口都是如此。 光泽，指宝石表面对光线反射的一种光学性质。水晶既不像星光蓝宝石和星光宝石那样反射出绮丽的星光形条纹，又不像月光石那样发出淡蓝色波形光彩，更不像乘欧泊石那样闪烁着五颜六色。 观察水晶的光泽，可用手握着它，以灯光或窗户投进来的光线看表面反射，透明水晶亮度与光泽强弱有关。 水晶折射率：1.544－1.553，几乎不超出此范围。 折射率，是当光由空气中透入宝石晶体，并产生折射现象，其入射角正弦与折射角正弦之比值。 水晶重折射率：0.009（最大），此值非常稳定。 水晶光性特征：一轴晶正光性。 水晶色散：0.013。 色散是说宝石的折射率随照明光的不同而有一定的变化。例如钻石对红光折射为2.405；对绿光为2.427；紫光为2.449。 水晶熔点为1713摄氏度。其受热易碎的特性，是在实验时发现的。将水晶放在喷焰器的烈焰燃烤，除非有很好的保护，且慢慢冷却，否则晶体容易碎裂。这一脾性，古人已摸透。博物要览＞提醒道：“凡用水晶器物，不可用热汤滚水注之，即粉裂如击破者。” 水晶的产生 基本上，水晶最主要的成份就是「二氧化硅」（sio2），而「硅」（silica）也是占地球地壳组成成份约65% 以上的最主要矿物；其中，还含有各种微量的金属，所以会造成各种不同颜色的水晶；而水晶也会广泛的和自然界中的各种矿物「共生」在一起，如云母、长石、方解石、电气石、金红石、花岗岩等等。 水晶的生长环境，多是在地底下、岩洞中，需要有丰富的地下水来源，地下水又多含有饱和的二氧化矽，同时此中的压力约需在大气压力下的二倍至三倍左右，温度则需在550－600℃间，再给予适当时间，水晶就会依着「六方晶系」（hexagonal system）的自然法则，而结晶成六方柱状的水晶了。 通常，在人为控制的理想环境中，即是物理、化学条件都符合上述条件的状况下，水晶的生长速度约为每天0.8毫米（mm）。这也是许多人造水晶的实验室、工厂的标准生产速度。由此所培养出来的水晶，就是所谓的「人造水晶」（synthetic quartz），通常多切割为晶片（chips）供作电子、电脑、通讯工业用途；也有人称为「养晶」（cultivated quartz, cultured quatrtz），虽是使用不同的名词，其实讲的是相同的东西。一般，工业用途的人造水晶，其厚度约需三厘米左右，即30mm，需要约40 天左右的时间来成长；若要供作珠宝业来磨成十厘米（100mm）以上的水晶球，通常约需120～180 天也就够了。但是，这都是在人为控制下最理想的环境中，才有可能有这种速度，在自然界中，情形就没有这么乐观，因为原料、水质、温度、压力等等的条件一直在变化当中，很难得达到理想状况，通常都需要数万倍、或是数百万倍的时间，才能达到相同的成长。 这也是为什么「地质年龄」动则以「百万年」为计算基数，也是「天然水晶」（natural crystal）之所以珍贵之处。 正常的水晶在生长时，多可以发现和柱形尖端輘线平行的生长纹（growth lines）。由于在地底、岩洞中的生长空间多狭窄，尤其在遇到地震时，或地壳变动时，甚至容易遭到其他矿石的挤压，常常会压迫产生不同的「晶面」。还有，当水晶还是在液态状的时候，常常也会包覆着其他的矿石、泥灰一起结晶成长，如金红石（稍后变成发晶）、火山泥灰（稍后变成幻影水晶）等等。所有的这些，都是「自然的一部份」，请不要视为「瑕疵」。 水晶的品种和分类 一.石英(monocrystalline quartz) 白水晶（White Crystal） 紫水晶（Amethyst） 黄水晶（Citrine） 茶晶（Smoky Quartz） 粉晶（芙蓉晶Rose Quartz） 乳白水晶（Milky Quartz） 发晶（Rutilated Quartz） 石英猫眼（Cats Eyes）等. 二．隐晶石英（Cryptocrystalline quartz） 结晶的形状非常细小，需要用显微镜才能看得清楚，外观上看起来是平滑、块状。常见最多的是各式玛瑙 如条纹玛瑙（Stripped Agate） 苔癣玛瑙（Moss Agate） 蓝纹玛瑙（Blue Lace Agate） 水玛瑙（Agate with Water） 红玛瑙（Carnelian）等. 习惯上我们叫水晶是指石英家族的水晶,或所有天然宝石. 水晶的不同用途 ①聚焦折射 Focus 古时人类已发现水晶的聚焦功能，也可把光线折射，通过水晶这特点可造出凸透镜、凹透镜等。于强大、高度平行，精密者可运用于眼科手术，巨大者可运用在如[星战计划]中摧毁来袭的飞弹等等。 ②储存资料 Storage 当有讯息通过水晶，这信息会被水晶记录下来，计算机记忆体里的芯片正是有此功能。到了近代所制造出的光谱仪的镜片、棱镜等。压电上的水晶会带正、负不同的电荷，这也是计算机二进制中的0与1一，没错，这就是计算机的基础。一直发展到今天，这种储存记忆的容量惊人，可以将大英百科全书全部资料输入在比橡皮擦更小的体积内。 ③传递讯息 Transfer 很多电器中的信息传递也要靠芯片，因为水晶振荡的频率稳定，用来传递记号误差很少。由于水晶芯片的振荡极精准，且极有规律，除了可用来作电子表的时间控制外，还可以执行计算机的精密计算更可用来作计算机间钜大讯息的传输。 ④能量转换 Transform 水晶可把不同的能量转换成其它能源，例如把电能转成光能、热能、声能、磁能，又可把这些能源转成电能。太阳能转成电能便需靠集热芯片。可将能源型态使之转换，比如太阳集热芯片，可将光变电、电变磁等等，声、光、电、热、磁都是能源，能源不灭，只是转换至不同的状态，而水晶则是最佳媒人。 ⑤能量扩大 Amplify 能源通过水晶能够增强而频率不变，例如用扩音器时，电流通过石英转换成声能后（即能源转换），再增强声浪（能量扩大），而且不会有走音情况出现（频率不变）。可将同频率的电子讯号同频扩大，像收音面里的晶体会接收空气中的电波，并将以扩大再转换出来，就是人们耳朵听到的声波。而这之间的倍数何止千万倍。 在介绍过水晶的科学分析及验证之后，我们来看看水晶的分类，水晶的分类是五花八门，通常可以大致分为三类： ①Crystalline Varieties (显晶类) 平时我们观赏到由多条六角形水晶柱（六方晶系）生成一簇的水晶簇，便是属于Crystalline Varieties显晶类，如白水晶、紫水晶、黄水晶、粉晶、发晶、虎眼石等皆属此类。 ②Crypto crystalline Varieties (隐晶类) 隐晶类水晶外观是一块块的，不是成六角水晶簇状，但他们却也是属六方晶系的。但我们不能以肉眼观察到他们的六角形结晶，因为结晶的体积极为细小，需以显微镜协助下才能看到六角开结晶。而此在水晶非常平滑，因为结晶之间有“水化硅石”填补，玛瑙便属于此类。 ③Special Varieties (特别类) 这类水晶和一般水晶分别很大，难以归为显晶类或隐晶类，所以归为特别类，例如结晶古怪嶙峋的Skeeton Crystal（骨干水晶）、水晶内的山水星像图案的Phantom Crystal（幻影水晶）等皆归纳为此类。 天然水晶和人造水晶的区别----天然水晶遍布全世界，多产自巴西及乌拉圭等南美地区，亦有产自青藏高原，他们生长在地底或洞穴深处，气压需要约地面气压的2至3倍，并且要有含饱和二氧化硅的地下水源源不绝供应，温度需在500-600°C间，经过数万百年甚至过千万年的时间，二氧化硅便结成水晶，等待人们去勘探发掘，这是天然水晶昂贵的原因。但现在科技发达，而且对水晶的需求量又更加的与日俱增。所以，我们就在工厂中模仿真石英的生长环境，大量生产水晶切割成芯片，以满足工业用途，这就是人造水晶，俗称养晶。在工厂生产的水晶生长速度相当惊人，可达到每天0.8mm，一般工业用途的3cm厚石英，大约38日便可生成，所以价值远不及天然水晶。人造水晶价值偏低，生长速度快，一块要磨成水晶球的石英，不用半年便能生成，而其他水晶链子生长时间则更短，但天然水晶却要用上数千万年的时间。天然水晶在大自然中吸收了数千万年能量，这是人造水晶绝对不可比拟的，我们常常带水晶可以改变自身的能量及磁场。 天然水晶、再生水晶与工艺水晶---- 天然水晶是在自然条件下形成的。 再生水晶是一种单晶体，亦称合成水晶、压电水晶。再生水晶是采用：水热结晶法“模仿天然水晶的生长过程”，把天然硅矿石和一些化学物质放在高压釜内，经过1-3个月时间（对不同晶体而言）逐渐培养而成。它在化学成分、分子结构、光学性能、机械、电气性质方面与天然水晶完全相同，而双折射及偏振性等方面，再生水晶比天然水晶更纯净，色泽性更好。经过加工（割、磨、抛）后得到各种形状的颗粒晶莹透亮，光彩夺目，并且耐磨，耐腐蚀。 工艺水晶又叫仿水晶，是由加铅玻璃或稀土玻璃为主要材料，无杂质、透明度较好。