藍晶石--縱橫二重硬度之石

1、藍晶石藍晶石縱橫二重硬度之石縱橫二重硬度之石溯鷹發(fā)表于20120423“堅硬”，估計是人們對山間磐石所產(chǎn)生的第一印象了。不過，就像所有科學(xué)家都對量化有著特殊的執(zhí)著一樣，地質(zhì)學(xué)家同樣不甘讓自己的研究對象停滯在感性的描述上。于是，德國人腓特烈.摩爾以十種晶體為標準建立的，用以量化“堅硬”尺度的摩氏硬度計，便于1812年應(yīng)運而生（見圖1）。在這個尺度下，通過試驗被測材質(zhì)能否被十種標度晶體刻下劃痕，就可以推量出這種材質(zhì)的莫氏硬度值。硬度數(shù)值較高

2、的材質(zhì)能夠刻畫數(shù)值較低者，而反之則不可。如：硬度為7.0的石英（SiO2）便能夠輕松地刻得動硬度為6.0的正長石（KAlSi3O8），如果有一種材質(zhì)能夠刻得動正長石而不能刻畫石英，那么它的硬度便介于6.0與7.0之間。圖1摩氏硬度計。在摩氏尺度中，硬度低的礦物可以被硬度高的礦物刻畫，反之則不行。說來有意思，人們在很多領(lǐng)域試圖建立確定性時，仿佛總得有那么一些不老實的家伙專門負責(zé)投幾朵“不愉快”的烏云。而且這些個烏云中，還經(jīng)常會出些那種讓人

3、不敢忽略的主，否則說不定哪天就把你的大廈給連根端了。今天我們介紹的主角——藍晶石，便是其中一位：它的摩氏硬度竟然是4.5和6.5！換句話說，用一把普通的小鋼刀（硬度約在5.5）刻劃同一塊藍晶石，你可能遭遇刻得動和刻不動兩種結(jié)果！這就怪了。藍晶石的化學(xué)式是Al2SiO5，明明是有著嚴格明確化學(xué)成分的純凈物，怎么會同時擁有兩種硬度呢？深諳科學(xué)實驗的你可能會說：“何必大驚小怪”?！獜膶嶋H來看，一種礦物的硬度，多少要受混入雜質(zhì)的多少、被蝕變程

4、度的大小、以及溫度和壓力等外界條件的控制。在各種因素的影響下，礦物的實際硬度應(yīng)該落在一個誤差區(qū)間里而不是一個確定的數(shù)值上，因此出現(xiàn)硬度波動的情況，又有什么不正常呢？圖3以空間格子的邊棱和夾角為變量，能夠?qū)⑺械木w歸納為七大晶系。由左上開始依次是：等軸晶系、四方晶系、斜方晶系、三方晶系、單斜晶系、三斜晶系和六方晶系。正是三維方向上晶體結(jié)構(gòu)空間對稱性的破缺，使得晶體各向異性的存在有了幾何學(xué)的基礎(chǔ)。由于平行六面體中一個結(jié)點與其延伸方向上相鄰

5、結(jié)點間的距離可能不相等，如果擴展開來的話，由其堆疊擴展而成的宏觀晶體，這種不相等的距離便也會被線性地保留下來。正是這結(jié)點間距離的不相等性，成為了晶體各向異性的罪魁禍首。讓我們把虛擬的幾何結(jié)構(gòu)還原成具體的晶體結(jié)構(gòu)吧。我們可以看到，由于具體粒子的填入，物理性質(zhì)便被順道帶入了這個純幾何的格架。粒子間的鍵能、粒子間的距離、以及不同粒子的大小…一系列物理參數(shù)在不同方向上的差異的累積，最終表現(xiàn)為宏觀的晶體在不同方向上光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)等各方面性質(zhì)的差

6、異。這便是晶體五大基本性質(zhì)中[各向異性]之所以存在的本質(zhì)了。雖然很多晶體在各向異性上表現(xiàn)得比較溫和，但還是有一些晶體能夠?qū)⒆约旱母飨虍愋员憩F(xiàn)得十分“夸張”。這是因為，雖然空間格子在幾何上給了晶體不對稱性的基礎(chǔ)，但依據(jù)填入粒子的不同，不同的晶體，在各向異性上則會把這種不對稱性表現(xiàn)得各有高低。今天我們一起略攬的藍晶石，便是材質(zhì)硬度方面的代表。而其他物理性質(zhì)上，也有很多晶體能夠把各向異性表現(xiàn)得淋漓盡致。譬如，石墨沿晶格順層方向上（下圖橫向）的