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　　在諸多寶石中，碧璽（礦物名稱(chēng)：電氣石，圖1）因其彩虹般絢麗多彩的顏色備受人們喜愛(ài)。為什么碧璽會(huì)有這么多種顏色？其實(shí)像這樣同一種礦物呈現(xiàn)不同顏色的情況在礦物世界中比比皆是，例如：剛玉常見(jiàn)有紅色和藍(lán)色，綠柱石有綠色和天藍(lán)色，石榴石有紅色、黃色、綠色等。事實(shí)上，這些現(xiàn)象都是由同種礦物中化學(xué)成分的差異引起的，今天我們就來(lái)了解礦物化學(xué)成分多變背后的秘密——類(lèi)質(zhì)同像。

　　什么是類(lèi)質(zhì)同像
　　礦物晶體結(jié)構(gòu)中的某些質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）被其它種類(lèi)與之類(lèi)似的質(zhì)點(diǎn)所替代，這種替代一般不會(huì)改變礦物的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵類(lèi)型，只是使礦物的性質(zhì)略有改變，這樣的現(xiàn)象叫做類(lèi)質(zhì)同像。例如大家都很熟悉的礦物石英的晶格中，Si⁴⁺常常會(huì)被Al³⁺、Fe³⁺、B³⁺、Ti⁴⁺、Ge⁴⁺和P⁵⁺替代。

　　同一種寶石呈現(xiàn)不同顏色的現(xiàn)象，就是由類(lèi)質(zhì)同像引起的。以剛玉為例，其化學(xué)成分為Al₂O₃，成分純凈時(shí)是無(wú)色的；當(dāng)剛玉晶體結(jié)構(gòu)中微量的Al³⁺被與之類(lèi)似的Cr³⁺類(lèi)質(zhì)同像替代后，由于Cr³⁺會(huì)對(duì)可見(jiàn)光中特定波段的黃綠光及部分紫光進(jìn)行選擇性吸收，從而使剛玉呈現(xiàn)紅色，這就是我們熟知的紅寶石產(chǎn)生原理；如果類(lèi)質(zhì)同像替代Al³⁺的是Fe2⁺和Ti⁴⁺，F(xiàn)e²⁺和Ti⁴⁺之間會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，即：Fe²⁺+Ti⁴⁺→Fe³⁺+Ti³⁺，電子轉(zhuǎn)移過(guò)程中吸收能量導(dǎo)致剛玉呈現(xiàn)藍(lán)綠色，就成了藍(lán)寶石。
　　類(lèi)質(zhì)同像的影響因素
　　在什么情況下，礦物晶體中會(huì)發(fā)生類(lèi)質(zhì)同像替代呢？形成類(lèi)質(zhì)同像替代的原因可分為內(nèi)因和外因兩大類(lèi)。一方面取決于礦物晶體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)本身的性質(zhì)，比如原子、離子的半徑大小、電價(jià)、離子類(lèi)型、化學(xué)鍵性等；另一方面也與礦物形成時(shí)的外部條件相關(guān)，如形成類(lèi)質(zhì)同像替代時(shí)的溫度、壓力、介質(zhì)條件等。
　　內(nèi)因主要有三個(gè)方面：一是原子和離子半徑。從幾何角度來(lái)考慮，相互取代的原子或離子，它們的半徑應(yīng)當(dāng)接近，這樣有利于保持礦物晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；二是總電價(jià)平衡。在類(lèi)質(zhì)同像替代中，必須保持總電價(jià)平衡，在使總電價(jià)平衡的前提下，類(lèi)質(zhì)同像的替代可以有不同的方式：①簡(jiǎn)單的替代，如菱鎂礦Mg[CO₃]-菱鐵礦Fe[CO₃]中的Mg²⁺和Fe²⁺的替代。②成對(duì)的替代，可以是異價(jià)離子之間的成對(duì)替代，例如斜長(zhǎng)石Na[AlSi₃O₈]-Ca[Al₂Si₂O₈]系列中的Na⁺+Si⁴⁺→Ca²⁺+Al³⁺。③不等量的替代，可以是較少的高價(jià)陽(yáng)離子與較多的低價(jià)陽(yáng)離子之間的替代，例如云母中Mg²⁺和Al³⁺間以3Mg²⁺→2Al³⁺方式替代；三是離子類(lèi)型和離子鍵。離子類(lèi)型不同，化學(xué)鍵不同，它們之間的類(lèi)質(zhì)同像替代就不易實(shí)現(xiàn)。相互替代的質(zhì)點(diǎn)離子類(lèi)型和成鍵性質(zhì)應(yīng)相同或相似。比如，惰性氣體型離子在化合物中一般以離子鍵結(jié)合，常見(jiàn)于鹵化物、氧化物和含氧鹽中，而銅型離子在化合物中以共價(jià)鍵結(jié)合為主，它們常見(jiàn)于硫化物中。
　　外因主要包括溫度、壓力、組分濃度。環(huán)境溫度的升高有利于類(lèi)質(zhì)同像的發(fā)生，溫度降低則會(huì)限制類(lèi)質(zhì)同像的范圍并促使類(lèi)質(zhì)同像混晶發(fā)生分解，即固溶體出溶；一般來(lái)說(shuō)，壓力增大會(huì)限制類(lèi)質(zhì)同像替代的范圍并促使其出溶；周?chē)h(huán)境某離子濃度越高越容易替代進(jìn)入礦物晶格。
　　類(lèi)質(zhì)同像混晶的分解
　　溫度下降和壓力增大會(huì)促使類(lèi)質(zhì)同像的分解而產(chǎn)生離溶。所謂固溶體出溶，指的是原來(lái)呈類(lèi)質(zhì)同像替代的多種組分發(fā)生分解，形成不同組分的多個(gè)物相。被分離出來(lái)的晶體常受到主晶體結(jié)構(gòu)的控制而在主晶體中呈定向排列，例如天河石（礦物名稱(chēng)：微斜長(zhǎng)石，圖3）的顏色為藍(lán)綠色，其內(nèi)常有固溶體出溶呈格子或斑紋狀的白色鈉長(zhǎng)石。

　　研究類(lèi)質(zhì)同像的實(shí)際意義
　　類(lèi)質(zhì)同像是礦物中一種非常普遍的現(xiàn)象，是引起礦物化學(xué)成分變化的主要原因。它的意義不僅僅局限于造就寶石礦物五彩繽紛的顏色，還具有眾多的實(shí)際意義。
　　研究類(lèi)質(zhì)同像有助于了解稀有元素的賦存狀態(tài)。地殼中有許多元素本身很少或根本不形成獨(dú)立礦物，而是以類(lèi)質(zhì)同像混入物的形式貯存于一定的礦物晶格中。例如金屬元素錸（Re）是熔點(diǎn)和沸點(diǎn)最高的元素之一，作為一種重要的戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn)，錸在地球上的含量卻極為稀少，主要以類(lèi)質(zhì)同像的方式賦存于其他礦物之中（如輝鉬礦），屬于典型的稀散元素。
　　研究類(lèi)質(zhì)同像可以反映礦物的形成條件。由于類(lèi)質(zhì)同像的形成與礦物的生成條件有關(guān)，因而對(duì)它的研究有助于了解成礦環(huán)境。例如，閃鋅礦中鐵含量的變化，反映了礦物形成溫度的變化。
　　類(lèi)質(zhì)同像替代所引起的礦物化學(xué)成分的規(guī)律變化，必然會(huì)導(dǎo)致礦物的一系列物理性質(zhì)（如顏色、光澤、條痕、折光率等等）的規(guī)律變化，系統(tǒng)地研究這些規(guī)律變化的相互關(guān)系，可以使我們根據(jù)礦物物理性質(zhì)的測(cè)定來(lái)反推礦物組分的變化。
　　類(lèi)質(zhì)同像混入物的分解也具有重要的實(shí)際意義，因?yàn)檫@種分解有時(shí)能造成某些元素的集中。這種集中過(guò)程在外生作用中表現(xiàn)得特別明顯。例如超基性巖中所含的類(lèi)質(zhì)同像混入物在氧化和分離后有時(shí)會(huì)形成鐵、錳、鎳、鈷的次生礦床。此外，掌握類(lèi)質(zhì)同像混入物分解的知識(shí)對(duì)于了解礦床氧化帶和原生礦床的關(guān)系從而對(duì)進(jìn)一步尋找原生礦床有很大幫助。