下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
水晶是亿万年前地质作用和一定的理化条件下形成的产物。水晶的自然属性决定了水晶具有如下的基本性质。
“万物由元素组成”。水晶是由元素硅Si和氧O构成水晶物质基础的主要成分。按照阳离子Si在前，阴离子O 2 在后的书写顺序，化学式为SiO 2 。
水晶是硅氧化合物。确切地说，水晶是硅氧离子在三维空间作周期性平移重复排列而形成具有格子构造的固体。其格子构造是决定水晶的本质是晶体。根据晶体对称性的特点，水晶的晶体结构属于中级晶族、三方晶系。
结晶习性即晶体的外表能自发形成几何多面体的形态。根据晶体在三维空间上三个方向的发育程度不同，水晶的结晶习性属于一向延长型，晶体形态呈六方柱和菱面体的聚形，柱面具有生长横纹，如图1-3-1（1）。有的晶体呈三方双锥和三方偏方面体单形的x小面，是区别左形晶和右形晶标志，如图1-3-1（2）。单晶集合体呈晶簇状，如图1-3-1（3）。
图1-3-1 水晶晶体形态
宝石的光学性质简称光性。根据宝石的光学性质不同，可以把宝石分为光性均质体和光性非均质体两大类。
等轴晶系的宝石只有一个折射率，称为单折射宝石。光学性质称为光性均质体，简称均质体。具体地说，等轴晶系的宝石，如钻石、石榴石、尖晶石、萤石等，当光波进入宝石时，基本不改变入射光波的振动特点和振动方向，即传播速度及相应的折射率值不发生改变，而折射率值只有一个，故称为单折射宝石。
具有双折射的宝石，光学性质为光性非均质体，简称非均质体。具体地说，当光波进入宝石时，除特殊方向之外，一般都要发生分解成振动方向互相垂直、传播速度不同的两束偏光，这一现象称为光的双折射。中级晶族和低级晶族的宝石，如水晶、红宝石、蓝宝石、绿柱石、电气石、橄榄石等都具有双折射的光学性质。
均质体与非均质体二者为“是”与“不是”的关系。是均质体宝石只有一个折射率值，如钻石只有一个折射率值。不（非）是均质体宝石而有两个折射率值，如水晶有两个折射率值。这就为人们鉴别光性不同的宝石提供了科学依据。
折射率等于光在两种介质中的速度之比。
水晶为一轴晶（一个光轴）、正光性、非均质体宝石，具有两个折射率值。当自然光进入水晶晶体内，除光轴方向外，其他方向都会将自然光分解成两束振动方向相互垂直、传播速度不同、相应折射率值不等的偏振光即常光和非常光。常光的折射率值为1.544，非常光的折射率值为1.553，二者之差0.009即双折射率值。由于水晶的非常光折射率值大于常光的折射率值而称为正光性。
水晶样品在正交偏光镜内旋转360°，会交替出现四次透光称为“明”和四次消光称为“暗”的四明四暗变化。
水晶除上述光性特征外，还具有独特的左旋或右旋旋光性，从而形成中空“十”字的“牛眼”状干涉图，如图1-3-2（a）。除紫晶外，水晶其他品种在正交偏光+锥光下均出现“牛眼”状干涉图。紫晶晶体大多数呈聚片状巴西双晶产出，并且平行于菱面体的晶面。由于两个相邻的双晶一层属于左旋光性，另一层属于右旋光性，因此将会全部抵消或部分抵消旋光作用，使紫晶的干涉图不呈中空的“牛眼”状，而是变形的螺旋桨状的黑“十”字，如图1-3-2（b）。紫晶有时也会形成正常的一轴晶黑十字干涉图。
图1-3-2 水晶干涉图黑“十”字
水晶丰富多彩的颜色属于他色。所谓他色，即水晶的颜色不是由自身化学成分形成的，而是外来杂质致色。如：纯二氧化硅形成的晶体是无色透明的，而混入铁、锰杂质的二氧化硅形成的晶体可能是紫色。
多色性亦称二色性。它是非均质体彩色宝石具有的一种光学性质。水晶的彩色晶体有紫晶、黄晶、红水晶、蓝水晶等品种都具有多色性。
色散是复色光（如太阳光、弧光等）被分解为单色光而形成光谱的现象。如钻石受太阳光照射和将太阳光分解为单色光后，红光在钻石中所产生的折射率为2.408，紫光在钻石中所产生的折射率为2.465，二者之差为0.057即钻石的色散值。钻石由于色散值高，因而能从每个小刻面上闪烁出带色的光芒，这种光芒称为“宝石光”，俗称“出火”或“火彩”，极为艳丽。钻石就是以其“宝石光”的光彩夺目，而令人青睐。
水晶的色散值为0.013。显然，水晶比钻石的色散值低得多。所以，水晶的“出火”或“火彩”不够强烈。
光泽是指物体表面对光的反射能力大小所表现出来的明亮程度。根据光泽的强弱，宝石的光泽主要分为：金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽、油脂光泽、丝绢光泽等。
水晶的光泽为玻璃光泽，即呈玻璃表面反光那样的明亮程度。可见水晶对光的反射能力一般。
透明度是指物体允许可见光透过的程度。透明度一般分为透明、半透明和不透明。水晶允许可见光透过的程度高，透明度为透明。水晶由于晶体透明而且颗粒比较粗大，所以是制作眼镜和光学镜头的理想材料。
特殊光学效应是在可见光的照射下，宝石晶体结构、构造对光的折射、反射、衍射等作用所产生的特殊光学现象。水晶具有如下特殊光学效应：
有些水晶晶体内因含有大量平行排列的针状、纤维状、管状包裹体时，由于光的折射和反射作用，在弧面形晶体上出现一条左右游动而明亮的细线光带，犹如猫眼线，称为猫眼效应。
有些水晶晶体内含有两组以上定向排列的针状、纤维状及管状包裹体时，由于光的折射和反射作用，弧面形晶体表面上，可显示出六射星光或十二射星光的特殊光学现象，称为星光效应。
有些水晶晶体内部由于存在裂隙或层状结构，当可见光射入晶体后，从裂隙或薄层两侧界面上反射的光相互干涉，形成五彩缤纷的颜色，如同雨后天空的彩虹一般，这种特殊光学现象，称为晕彩效应，俗称彩虹效应。
有的水晶晶体内部因含有大量碎片状云母、赤铁矿或其他金属矿物包体定向分布，光线射入后，再反射出来，犹如灿烂的群星，这种光学现象，称为砂金效应。
解理是指宝石在外力的作用下，沿着结晶方向出现平面裂开的性质。裂开的平面称为解理面。
水晶在外力的作用下不会产生平面裂开的现象，因此水晶不具有解理的性质，称为极不解理或无解理。
断口是指宝石在外力打击下，不依一定结晶方向发生断裂的性质。
水晶的断裂面呈椭圆形曲面，且具有以受力点为圆心的同心圆波纹，与贝壳极为相似，因此，断口称为贝壳状。
硬度是指宝石抵抗外来机械作用力（挤、压、刻、磨等）的强度或能力。一般以摩氏硬度计表示。
水晶的硬度为摩氏硬度7。
宝石的韧性和脆性是一个问题的两个方面，它们都是指宝石在外力作用下抵抗机械形变和碎裂的能力。不易碎裂的性质称为韧性；易于碎裂，即在无显著形变的情况下，突然发生碎裂的性质称为脆性。韧性大，则脆性小；反之，韧性小，则脆性大。
水晶的韧性为7.5 J/m 3 （焦耳每立方米），属于较小脆性。因此在一般的外力作用下水晶不易破碎，尤其是球形体更不易破碎。
密度是指单位体积物质的质量，即物质的质量与它的体积之比。密度的大小，取决于其化学组成和晶体结构中质点堆积的紧密程度。单位体积内堆积的离子个数越多，密度越大。反之，密度就越小。计量单位以g/cm 3 表示。
水晶的密度为2.65～2.66 g/cm 3 。密度是水晶的重要性质之一，它反映了水晶的化学组成和晶体结构中质点堆积的紧密程度。
导电性是指宝石对电流的传导能力。
水晶的化学组成和晶体结构等原因而导电能力较差，属于电的不良导体。
压电效应是指宝石材料受到外界压力作用时，两端面会产生电荷，电荷量与压力成正比的现象。压电效应多属于一种机械能与电能之间的能量转换现象。
水晶具有良好压电效应，是制作压电元件的理想材料。当水晶压电元件在机械力作用下产生变形，会引起表面带电现象，其电荷密度与应力成正比，称为正压电效应。在水晶压电元件上施加电场，会产生机械变形，应变与电场强度成正比，称为逆压电效应。如果施加的是交变电场，水晶压电元件将随着交变电场的频率作伸缩振动，施加的电场强度越强，振动的幅度越大，因而被广泛应用于无线电和遥控谐振器上。
热电性即热电效应。物理学中的热电效应，是指受热物体中的电子随着温度梯度由高温区向低温区移动时，产生电流或电荷堆积的一种现象。
水晶的热电效应，表现在晶体受热或冷却时，沿晶体两端产生数量相等、符号相反的电荷。
导热性是指宝石对热的传导能力。
水晶具有良好的导热性。水晶能传导热量是因为大量离子或自由电子相互撞击，使热量由温度较高一端传递到温度较低一端的缘故。水晶的相对热导率为140～264，是玻璃相对热导率12～33的10至20倍。由于水晶导热性能良好，硬度高与透明度好，所以，佩戴水晶眼镜比戴玻璃眼镜感觉凉爽、清晰、舒适、耐用。实践证明，久戴水晶眼镜可以醒目提神，预防和治疗赤眼，起到眼睛保护神的作用。至于有些传说，水晶能医治许多疾病的问题，很可能也与水晶的化学成分和导热性有关。
注：常见宝石的导热率，本书附录7《常见晶体与非晶体相对热导率换算表》可供参考。