寶石礦物專輯〈二〉二月生日石→紫水晶〈已完稿〉－桃園親子教育博物館二

前言：２００９/０７/０４〈前天〉與廖教授賢伉儷、石探紀莊先生賢伉儷聚餐，莊先生表示他要寫一本有關水晶的書，廖教授也表示早就有這樣的計畫，我心想怎麼這麼巧自己剛好要介紹二月生日石紫水晶，並從紫水晶引頭介紹其他水晶家族與水晶相關的主題，不過也沒關係笨鳥飛得慢所以先飛，希望大家不吝指教。

　　紫水晶原來是很珍貴的，三十多年前余的印象，紫水晶還比貴石榴石貴，稍後巴西發現大量水晶與紫水晶，價格便開始下跌，至今所有水晶類礦物幾乎都不被當成寶石。雖然如此，大部分收集礦物的愛好者所擁有的第一個礦物標本最可能的就是水晶〈其他依次為黃鐵礦、螢石、方解石...〉，所以對水晶的感情最為深厚，再加上水晶是地殼含量第二高的礦物，因此我們勢必應該好好介紹水晶的各項主題。

　　〈一〉水晶是不是火成岩：水晶SiO2硬度７，在礦物中算高的，熔點１７００度C，也頗高一般火焰奈何不了，對化學藥劑更是耐只有氫氟酸HF與極強的鹼如苛性鉀KOH〈反應比氫氟酸慢，但加熱的話會比氫氟酸快〉會對其腐蝕，在此條件下我們看到一大塊結晶漂亮的水晶，或許以為是火山熔岩因凝固時間長所產生的結晶現象，但真實情況並非如此，火山熔岩凝固時間長是會有SiO2結晶，此結晶稱高溫石英如圖一〈石探紀賣場有一件非常大塊的高溫石英標本，堪稱是大博物館級的〉，至於我們所說的水晶係指低溫石英，形成溫度低於５７３度C，是熱液下的產物。甚麼是「熱液」？熱液是地殼板塊運動與火山活動造成地殼破裂，水沿裂縫滲入地底受地熱作用甚至直接與岩漿接觸所產生，熱液會將常溫時難溶的物質如長石、輝石、閃石溶解，溫度夠鹼性強時石英也會被溶掉，等溫度下降時石英便開始析出形成我們所說的水晶如圖二赫基蒙鑽石水晶、

圖三紫水晶

，因此水晶屬於水成岩〈或沉積岩〉，而非火成岩。〈圖一晶體外形是高溫石英，其內部排列已是低溫石英。〉

　　〈二〉水晶顏色變化多不多？我們常見的寶石如電氣石〈即璧璽〉、石榴石、紅藍寶石、綠柱石色彩多樣且多有顏色，無色的較少，水晶則恰好相反無色居多，有色且透明的只有紫水晶與黃水晶，其中黃水晶又多為紫水晶加熱而得，為何水晶的顏色如此少？首先要知道寶石之所有有顏色主要原因有二種〈１〉含有過渡性元素離子，此離子因臨近負離子〈化學中稱配位子〉環境而呈現特定的顏色，例如翡翠、綠寶石、石榴石的綠都是因為有鉻離子Cr３＋，然而紅寶石的紅也是因為鉻離子Cr３＋，橄欖石或部分電氣石的綠則是因為亞鐵離子Fe２＋。〈２〉結晶時晶格的缺陷，這缺陷可能是結晶面歪斜或變形造成，也可能是混到不同雜質原子所產生，彩色鑽石多屬於此類。

　　水晶結構矽氧的鍵結屬於極性共價鍵〈較強〉，金屬與氧鍵結則偏向離子鍵〈較弱〉，因此水晶在結晶時會排除其他性質不同的金屬離子，或在近處各自結晶如圖四鈦晶〈金紅石TiO2針狀金色結晶長在水晶結晶裏〉

、圖六星星水晶〈裏面是錳鋇礦Hollandite Ba(Mn４＋,Mn２＋)8O16結晶〉

其他如圖八紅〈幽靈〉水晶

，以及更常見的綠幽靈水晶，因此過度元素離子無法取代Si４＋的位置，是水晶顏色變化不多的主因。紫水晶的紫又是如何產生的？最初專家以為含有錳及鐵離子，但由人造紫水晶的經驗反推才稍微確定為是高鐵離子Fe３＋造成的晶格缺陷，因為熱液中Fe３＋如果濃度太高在SiO2結晶時無法將之完全排除，混在其中便會產生晶格缺陷。〈人造紫水晶的晶格缺陷是照射放射線產生，因此寶石學家以為紫水晶的紫色是地底下放射線造成。〉

圖五水光水晶

其藍色，是水晶上鍍了一層特定厚度的金薄膜，使得薄膜上層反射光與薄膜下層反射光對於藍光產生建設性干涉，類似眼鏡鏡片的多層膜

圖七粉晶

是TiO2以懸浮方式混在水晶裏，產生較不透明的粉紅色。

　　為何紫水晶加熱會變黃水晶？在較低溫混在水晶中的Fe３＋離子，其四周負離子環境因為加熱至４７０度C時〈水的臨界溫度為３７４度C，溶有礦物的熱液其臨界溫度稍高，但是不至於達到４７０度。〉而改變了，因此水晶的顏色也跟著變成淡黃色，但是如果溫度再高接近高溫石英的５７３度，就不妙因為這時SiO2重新排列缺陷消失，氧化鐵的顏色〈深黃或褐色〉就會呈現。

　　許多天然寶石的色澤不佳，多使用加熱與放射線照射來改善，其原理與處理水晶是相同的。當然化學家有更直接的作法，也就是人造寶石，水晶自然是最廉價的原料，如圖九

是仿巴拉伊巴電氣石的水晶玻璃，水晶混入少許強鹼或玻璃加熱熔點會下降但硬度影響不大〈除非加太多〉，在高溫熔化狀態的SiO2與添加特定的金屬氧化物混合即成各種矽酸鹽類，就如製造玻璃一般卻會得到各種顏色的人造寶石，然而水晶的折射律不大至於雙折射與色散度都很小，因此顏色就算相似光彩明顯不如其他寶石，因此以水晶為材料的人造寶石還不足以欺騙大眾。

　　〈三〉水晶與紫水晶象徵的含意：貨源不缺才能夠強打，水晶商品在台灣養活許多人，當然如果喜歡的話可以買一些看漂亮也能照顧國人的生活，但要是想能夠保值投資或提升自己的品味或有一大堆功效，則不要太在意〈請參考本部落格生活記實“水晶不能象徵財富”一文〉紫水晶在西方代表深層的愛意，因此男士可以送紫水晶給二月出生的女友，此外紫水晶代表沉著和冷靜，與白水晶一樣可以象徵智慧，所以在家裏或辦公室擺設紫水晶，代表作事都能夠深思熟慮，因此紫水晶也是很好的吉祥物。

　　〈四〉水晶在地質學的意義：看到大結晶的水晶，即表示此地曾經熱液活動強烈〈活動末期熱液偏酸性〉，而人類開採的許多礦物如銅、銀、鎳、金....等礦多為熱液所產生，因為熱液的化學作用，將原本混在岩石中低濃度礦物溶解，而集中最後再沉積成礦，因此在地殼原本含量少的元素能夠為人們所開採。