第三节　宝玉石的性质

宝玉石之所以受人喜爱，主要是由于它们具有一些独特的性质，包括光学性质、力学性质、热学性质等。人们经常利用宝玉石的性质进行鉴定。这部分就介绍宝玉石常见的一些性质。

一、光学性质

光学性质是宝玉石最突出的性质，人们喜欢宝玉石，首先是因为它们有迷人的外观，比如颜色、光泽、透明度等。所以我们先介绍宝玉石的光学性质。

1.颜色

宝玉石的颜色有多种，但即使是同一种颜色，不同的产品也经常存在一些差别。比如红色有深红、鲜红、粉红等，绿色有墨绿、翠绿、蓝绿、淡绿等。

为了对上述情况进行客观、准确地描述，专业人士一般用色质（也称饱和度，用纯度表示）、明度（也称为亮度）、色调三个要素来表示颜色的特征：色质指颜色与标准的光谱色的接近程度；明度指颜色的明暗程度；色调指颜色的深浅、浓淡。

2.光泽

光泽是宝玉石的表面反射的光线，光泽越强，宝石显得越亮。宝玉石的种类不同，光泽的强度也不同，具体和化学成分、显微结构、表面的光滑程度等因素有关。

宝玉石的种类不同，散发的光泽也不同，具有有多种类型，主要包括以下几种。

（1）金属光泽　指金属材料发出的光泽，如铂、金等。金属光泽是所有光泽类型中最强的。

（2）金刚光泽　也是一种比较强的光泽，钻石发出的光泽就属于这种类型，如图1-20。

钻石的光泽与其折射率有关，钻石的折射率是2.42，是折射率最高的宝玉石之一，表面散发的光线很强，所以光泽的强度很高。

（3）玻璃光泽　很多宝玉石的光泽属于这种，就是看起来和玻璃很相似，如红宝石、蓝宝石、祖母绿、水晶等。如图1-21。

（4）油脂光泽　就是表面看起来好像有一层油脂，闪闪发亮，实际上这是一种特殊的光泽，人们称为油脂光泽，如图1-22。很多玉石都有这种光泽，最典型的就是和田玉，在和田玉中最吸引人的就是羊脂玉，其表面洁白、质地细腻，发出羊脂般的光泽，给人的感觉就像一块羔羊肉一样，引人入胜。

（5）蜡状光泽　比油脂光泽弱，温润感较差，显得发干，看起来像蜡一样。

（6）树脂光泽　指树脂发出的光泽。树脂属于高分子有机物，比如塑料发出的光泽就是树脂光泽。在宝玉石里，最典型的是琥珀发出的光泽。

（7）珍珠光泽　即珍珠发出的光泽，这是另一种特殊的、迷人的光泽类型，柔和、自然，人们常说的“珠光宝气”就是指这种光泽。除珍珠外，贝壳的内壁、月光石也具有这种光泽。

人们一般都喜欢光泽比较强的产品，就是看起来很亮。为了达到这个目的，很多产品尤其是玉器的表面都进行了抛光，很多还涂了一层蜡，另外，珠宝柜台里安装了专门的宝石灯，这种灯发出的光线很白、强度也很高，照到宝玉石表面后，宝玉石会反射出很强的光，显得光泽很强，所以人们喜欢购买。但买回去之后再看时，经常会感觉不如在商场里时那么亮。

3.透明度

指宝玉石的透明程度，分为透明、亚透明、半透明、微透明、不透明等类型。

对多数宝玉石来说，透明度越高，价值越高。比如翡翠，质量最好的翡翠叫玻璃种，就是透明度很好，看起来像一块玻璃。作者在北京玉器厂看到过一个翡翠戒指，好像一块绿玻璃一样透明，只有黄豆那么大，但标价39万元人民币！平时我们很少看到这种翡翠，平时见得最多的是微透明度或完全不透明的翡翠，所以它们的价格比较低。

影响透明度的因素很多，一方面包括其自身因素，比如化学成分、显微结构；另一方面，外界因素也会影响其透明度。比如，当产品的厚度比较厚时，透明度会比较低，但如果把它做成薄片，透明度会提高；另外，当光线比较弱时，透明度显得就比较低，但入射光线的强度较高时，透明度就显得较高。所以，大家去商场时，经常感觉珠宝柜台里放的珠宝透明度也很好，但买回家后发现透明度好像降低了。这还是因为宝石灯的原因：它发出的光线很白、强度也很高，宝玉石的透明度就显得很好。回家后，在自然光下观察，透明度自然会下降。

4.特殊光学效应

有的宝玉石具有一些特殊的光学效应，从而显得与众不同。常见的有星光效应、猫眼效应、变彩效应、变色效应、夜光效应等。星光效应指有的宝石表面具有像星光形状的线条；猫眼效应指有的宝石表面具有像猫的眼睛一样的线条；变彩效应指有的宝石表面的不同位置具有不同的颜色；变色效应指有的宝石在不同的条件下呈现不同的颜色；夜光效应指有的宝石在黑暗的环境里会发光。如图1-23。

这些特殊的光学效应和宝玉石的化学成分和显微有关：比如夜光效应是由于宝石的一些化学元素从外界吸收能量后，以光子的形式发射出来，在黑暗的环境中就显示发光现象。另几种效应是宝石内部的晶体缺陷、包裹体、特殊的原子排列等对光线产生干涉、衍射、散射等现象，从而产生特殊的光学效果。

5.折射

折射指光线从一种物质（比如空气）以一定角度照射入另一种物质（比如玻璃、水）后，传播方向会改变的现象，如图1-24。

折射现象对宝玉石的颜色、光泽等很多性质都具有重要的影响，对大多数宝玉石进行鉴定时，都需要测试与折射相关的参数。下面对这些参数进行介绍。

（1）折射率　折射率指光线在空气中的传播速度与在宝玉石中的传播速度之比。

折射率对宝玉石的光泽具有重要影响：大家都知道，钻石具有很强的光泽，即金刚光泽，最重要的一个原因就是因为钻石的折射率高，照射进入钻石内部的光线损失很少，最后大多数都照射进入观察者的眼中，从而显得特别亮，即光泽很强。更详细的原因在钻石那一章中再介绍。

（2）光性　指宝石的光学性质的方向性：即有的宝石的光学性质具有方向性，就是在不同的方向，光学性质不一样；有的宝石的光学性质没有方向性，在任何方向都相同。

根据这点，人们把宝玉石分为了两种类型：光性均质体和光性非均质体。光性均质体指宝石的光学性质没有方向性，即在任何方向都相同。这类宝石包括高级晶族的宝石和非晶质宝石，因为它们的性质是各向同性的，光线在各个方向的传播速度相同，所以各个方向的折射率值相同，也就是只有一个折射率值，所以人们把它们称为光性均质体。

光性非均质体指宝石的光学性质有方向性，即在不同的方向，光学性质不同。这类宝石包括中级和低级晶族的宝石，因为它们的性质是各向异性的，光线在不同方向的传播速度不同，所以如果在不同的方向测试折射率值，得到的值互不相同，就是说在不同的方向有不同的折射率值，所以人们把它们称为光性非均质体。

人们经常利用光性进行宝玉石鉴定。比如，有人用蓝宝石冒充蓝色钻石，其中一种鉴别方法是在不同方向测样品的折射率值。钻石是光性均质体，在不同方向测出的折射率值相同，而蓝宝石是光性非均质体，不同方向的折射率值不一样，所以就可以鉴别出来。

另外，比如有人用蓝色玻璃冒充蓝宝石，也可以通过测折射率的方法来鉴别：玻璃是光性均质体，在不同方向测出的折射率值相同，而蓝宝石是光性非均质体，不同方向的折射率值不一样，所以可以把玻璃鉴别出来。如图1-25。

（3）双折射　光线照入非均质体宝石后，除特殊方向外，会分解成两束光线，人们把它们称做偏振光，如图1-26。

这两束偏振光的振动方向互相垂直，但是传播速度不同，所以它们的折射率值也不同，这种现象就称为双折射。

可以用一个例子来说明单折射和双折射的区别：在桌子上放一根绳子，然后隔着宝石观察那根绳子。如果宝石只发生单折射，那隔着它和隔着玻璃看到的绳子一样；但是如果宝石会发生双折射现象，那隔着它观察时，会看到那根绳子有两个影子。

（4）光轴　刚才提到：光线照入非均质体宝石后，除特殊方向外，会分解成两束光线。而如果光线沿这些特殊方向入射时，光线并不会分解。这些特殊方向称为光轴。

中级晶族的宝石只有一个光轴，这类宝石称为一轴晶宝石；低级晶族的宝石有两个光轴，称为二轴晶宝石。

（5）正光性与负光性

①光线在一轴晶宝石中会分解为两束偏振光，其中一束与光轴方向垂直，称为常光线；另一束与光轴方向平行，称为非常光线。

②这两束偏振光的折射率之差称为宝石的双折射率。当非常光线的折射率值大于常光线的折射率值时，称为正光性；反之，如果非常光线的折射率值小于常光线时，称为负光性。

③在二轴晶宝石中，光线有三个振动方向，所以二轴晶宝石有三个折射率值，折射率最大值与最小值之差为二轴晶宝石的双折射率。

6.多色性

指有的宝石会呈现多种颜色。

具有多色性的宝石主要是一些非均质体宝石，这是因为它们在不同的方向上，原子排列方式不同，对各种颜色光线的吸收率不同，所以就呈现不同的颜色。

入射光在一轴晶宝石中会分解为两束偏振光，所以一轴晶宝石会出现两种颜色，称为二色性；入射光在二轴晶宝石中会分解为三束偏振光，所以二轴晶宝石会出现三种颜色，称为三色性。

7.色散

色散现象和大家很熟悉的三棱镜实验有关：白光通过三棱镜后，会被分解成七种单色光。

这是因为，白色的可见光是由七种单色光（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）组成的，这七种单色光的波长各不相同，宝石对它们的折射率也不同。所以，当白色的可见光以一定的方向照射入宝石内部后，七种单色光的入射角相同，但由于宝石对它们的折射率不同，所以这七种单色光的折射角也不同，所以白光会被分解为七种单色光，人们把这种现象称为色散。

宝石的品种不同，发生色散的程度也不同。有的宝石能使白光分散的角度很大，所以七种单色光显得很清楚；有的宝石使白光分散的角度比较小，七种单色光显得并不清楚。

人们一般用“色散度”来表示白光发生色散的程度，具体方法是分别用波长为686.7nm的红色光和波长为430.8nm的紫色光照射宝石，测出这两种光线的折射率，二者之差就是这种宝石的色散度。

在珠宝界，色散现象经常被人们称为“火彩”，如果宝石被加工成特定的形状，白色的可见光照射入宝石内部，最后再返回到空气中后，就会分解成七种单色光，人们就会观察到宝石的表面五光十色、色彩斑斓。如图1-27。

在所有的宝石中，色散度最高的是钻石，为0.044，所以钻石的“火彩”最强烈、最漂亮。当钻石的颗粒比较大时，用肉眼就可以看到这种奇妙的现象。商场里销售的钻石一般都比较小，但很多商场都提供放大镜，用放大镜也很容易看到钻石的“火彩”。

其他很多宝石的色散度较小，火彩不太明显。

基于这一点，人们研制人造钻石时，主要选用一些色散度较高的材料，比如二氧化锆（色散度为0.066）、莫桑石（色散度为0.104），用它们做的仿钻的火彩特别强烈、漂亮，所以能够以假乱真。如图1-28。

8.发光性

有的宝玉石在一定的条件下会发光，比如加热、被紫外线或X射线照射等，这种现象叫发光性。有的宝石甚至白天被阳光照射后，晚上也会发光，这就是大家经常听说的夜明珠。

宝玉石发光的原因和化学成分有关系，研究人员对一些夜明珠的化学成分进行了分析，发现其中含有一些稀土元素，正是它们的存在才使夜明珠在黑暗中能发光。

前几年国内展出了一颗号称世界上最大的夜明珠，直径达1.6m，重6.2t，估价22亿元人民币！

现在，有的公司利用这个原理制造人造夜明珠，但产品的性能互不相同，比如光的颜色、亮度、持续时间都不同。

宝玉石的发光性分为两种类型：一种叫荧光；另一种叫磷光。这两个词大家可能都经常听说，但是很多人应该不知道它们到底是什么意思、有什么区别。

其实，它们的意思并不难：荧光指促使宝石发光的外界因素消失后，宝石的发光性也随之消失，这种情况发的光就叫荧光；但是对有的宝石来说，当外界因素消失后，它们还能继续发光，这种光就称为磷光。

二、力学性质

宝玉石受人喜爱的另一类性质就是力学性质，比如钻石、红宝石、蓝宝石的高硬度等。本部分即介绍宝玉石的力学性质。

1.硬度

硬度是材料最基本的一种力学性质。人们衡量不同材料使用的硬度指标不一样，比如金属材料经常使用洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等。然而，衡量宝玉石使用的硬度指标叫莫氏硬度。

莫氏硬度是德国矿物学家F. Mohs在1822年提出的，他用10种典型矿物的硬度代表10个硬度等级，然后用它们衡量所有物质的硬度。

这10种典型矿物及其莫氏硬度等级如表1-1所列。

测试宝玉石的莫氏硬度时，使用的工具叫莫氏硬度计，莫氏硬度计包括10支硬度笔，每根笔的笔尖镶嵌着一小块标准矿物样品，如图1-29。

测试某种宝石的硬度时，按照从软到硬的顺序，分别用10支硬度笔划样品的表面，如果用某支笔不能划出痕迹，就说明样品的硬度比它高，继续用更高一级的笔来划，直到找到能划出痕迹的笔为止，说明样品的硬度介于这两根笔之间。比如，如果萤石笔能划动，磷灰石笔划不动，就说明样品的硬度是4至5之间。

这里举几种材料的莫氏硬度的例子：钻石的莫氏硬度是10，红宝石和蓝宝石的莫氏硬度是9，水晶的莫氏硬度是7，玛瑙的莫氏硬度是6.5，翡翠的莫氏硬度是6.5～7.0。

日常生活中一些物品的莫氏硬度：玻璃是5.0～5.5，钢锯是6.5～7.0，铜板是3.0，人的指甲是2.5。

这里提一点很多人的误解：一般人都认为宝玉石的硬度都很高。但是实际情况并不是这样，有的宝玉石的硬度确实比较高，比如钻石、红宝石、蓝宝石，但是，有的宝玉石的硬度并不高，比如和田玉、寿山石、昌化石等。

2.韧性

指宝玉石受到外力的撞击时不发生断裂或破碎的能力。

有的宝玉石的硬度很高，但韧性却不高，比如钻石，它的硬度是最高的，但是韧性却比较低，受到外力撞击时很容易碎，这就是典型的“宁折不弯”。

有的宝玉石的硬度不高，但韧性却比较好，比如和田玉、岫玉、寿山石等，正因为这种性质，人们才经常把它们雕刻成形状很复杂、尺寸很精细的产品。

3.密度

宝玉石的密度一般指相对密度，就是宝玉石与同体积水的质量的比值，主要有两种测量方法。

（1）静水称重法　先称出宝玉石在空气中的质量m空，再称出浸在水中的质量m水，然后按下述公式算出相对密度：

相对密度=m空/（m空-m水）=m空/同体积水的质量

（2）重液法　用一些化学试剂配置不同密度的溶液，然后将宝玉石放进去，看哪种溶液能使宝玉石悬浮，它的密度就是宝玉石的密度。

密度在宝玉石鉴定中应用很广泛，很多人都知道一个常识：购买宝玉石时，几乎所有的品种，包括翡翠、和田玉、玛瑙、水晶等，用手掂量几下，如果感觉沉甸甸的，就说明很可能是天然的，或“真的”，如果感觉轻飘飘的，就说明很可能是玻璃或塑料仿造的。这是因为，天然宝玉石多数是晶体，原子排列比较致密，所以密度高；而玻璃是非晶体，原子排列比较混乱，密度较低。塑料的化学组成和显微结构与无机成分的天然宝玉石差得更多，密度更低。

4.解理

指有的宝玉石受到外力时，容易沿一定的方向破裂，而且断面比较光滑。这种现象称为解理，产生的光滑的断面叫解理面。

产生解理现象的原因是因为有的宝玉石的性质具有各向异性，在不同的方向上原子间的作用力不一致。互相平行的解理面之间的原子间作用力比较小，容易发生断裂。

宝玉石的品种不同，解理程度也不一样。有的很明显，有的比较明显，有的一般，有的基本不显示。所以，人们把解理分为不同的类型：极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理、极不完全解理。

在宝玉石行业中，解理具有两方面的作用。

（1）在宝石加工中的应用　对解理现象较明显的宝石，比如钻石，应尽量沿解理面设计其形状并切割，这样需要的力较小，而且容易得到光滑的切割面。如果沿其他的方向施加作用力，一种情况需要的力比较大，得到的切割面也比较粗糙，另一种更坏的情况是原石除了沿着受力方向发生断裂，还可能沿着解理面断裂，那样就得不到大块产品了，宝玉石的总价值会大打折扣。

基于上述原因，宝玉石在加工和使用过程中，应注意在解理面的方向进行保护。

（2）在宝玉石鉴定中的作用　首先是钻石鉴定——钻石的解理现象很明显，所以钻石成品加工好后，在本来没有受力的解理面方向上也经常发生破裂，产生细小的裂纹，如果放大观察，可以看到这些裂纹或小解理面；而很多假冒产品的解理现象可能不明显，所以没有小裂纹和小解理面——这是鉴定天然钻石的一个方法。

另一个典型的例子是翡翠。翡翠的解理现象也很明显，很多时候，用肉眼观察翡翠表面，可以发现上面有很多闪闪发亮的小块，尤其是对着光线观察时，这种现象更明显。在翡翠行业中，人们把这些闪闪发亮的小块称作“翠性”。具有“翠性”的原因是因为这些闪闪发亮的小块就是翡翠的解理面。在众多的玉石品种里，其他品种的解理现象都不明显，只有翡翠具有很明显的解理，所以具有这种特征，所以这是区分翡翠和其他玉石品种的很重要也是很简单有效的方法。

三、热学性质

宝玉石的热学性质主要指导热性，衡量指标是热导率。

导热性在宝玉石鉴定中应用很广泛，很多人都知道一个常识：购买宝玉石时，几乎所有的品种，包括翡翠、和田玉、玛瑙、水晶等，用手抚摸时，如果感觉很凉，就说明很可能是天然的，或“真的”，如果感觉比较温，就说明很可能是玻璃或塑料仿造的。这是因为，天然宝玉石多数是晶体，原子排列比较致密，热量容易传导，所以导热性好，而玻璃是非晶体，原子排列比较混乱，导热性低。塑料的化学组成和显微结构与无机成分的天然宝玉石差得更多，导热性更低。

此外，在钻石鉴定中，导热性测试是最有效、简便的方法之一。这是因为，在几乎所有的固体物质中，钻石的热导率是最高的，见表1-2。

数据来源：廖宗廷，周祖翼.宝石学概论.第三版.同济大学出版社，2013：63.

钻石的导热性用热导仪进行测试，如图1-30。

鉴定时，先打开热导仪的开关，热导仪内部有加热部件，会对热导仪的笔尖加热；将笔尖和样品接触，如果样品是天然钻石，由于导热性很好，笔尖的温度会迅速下降，热导仪的信号灯会闪烁或发出蜂鸣声；如果是其他材料仿制的钻石，它们的导热性低，热导仪笔尖的温度变化小，信号灯或蜂鸣器就没有反应。

四、其他性质

除了前面介绍的性质外，人们也经常利用导电性、磁性、放射性等进行宝玉石的鉴定。比如，有的天然宝石具有导电性，而仿造品或优化处理品是绝缘体；或者相反，有的天然宝石是绝缘体，而一些仿造品或优化处理品却是导体。

还有的宝玉石具有磁性，但仿造品没有磁性；或者反过来，有的宝玉石没有磁性，但一些仿造品却有磁性。

此外，有的宝玉石采用辐射处理技术改善其颜色，其内部会残留一些辐射，所以，通过测试宝玉石内部是否存在辐射，可以对它们是天然产品还是辐射处理品进行鉴别。

另一个例子是鉴定古玉时，目前很有效的一个办法叫加速器质谱碳‐14测年法，利用的是碳元素的一种同位素——14C具有的放射性进行的。