藍(lán)晶石--縱橫二重硬度之石

1、藍(lán)晶石藍(lán)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(jiān)硬”，估計(jì)是人們對(duì)山間磐石所產(chǎn)生的第一印象了。不過(guò)，就像所有科學(xué)家都對(duì)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(duì)象停滯在感性的描述上。于是，德國(guó)人腓特烈.摩爾以十種晶體為標(biāo)準(zhǔn)建立的，用以量化“堅(jiān)硬”尺度的摩氏硬度計(jì)，便于1812年應(yīng)運(yùn)而生（見(jiàn)圖1）。在這個(gè)尺度下，通過(guò)試驗(yàn)被測(cè)材質(zhì)能否被十種標(biāo)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(huà)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(dòng)硬度為6.0的正長(zhǎng)石（KAlSi3O8），如果有一種材質(zhì)能夠刻得動(dòng)正長(zhǎng)石而不能刻畫(huà)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(jì)。在摩氏尺度中，硬度低的礦物可以被硬度高的礦物刻畫(huà)，反之則不行。說(shuō)來(lái)有意思，人們?cè)诤芏囝I(lǐng)域試圖建立確定性時(shí)，仿佛總得有那么一些不老實(shí)的家伙專門(mén)負(fù)責(zé)投幾朵“不愉快”的烏云。而且這些個(gè)烏云中，還經(jīng)常會(huì)出些那種讓人

3、不敢忽略的主，否則說(shuō)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(lán)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(shuō)，用一把普通的小鋼刀（硬度約在5.5）刻劃同一塊藍(lán)晶石，你可能遭遇刻得動(dòng)和刻不動(dòng)兩種結(jié)果！這就怪了。藍(lán)晶石的化學(xué)式是Al2SiO5，明明是有著嚴(yán)格明確化學(xué)成分的純凈物，怎么會(huì)同時(shí)擁有兩種硬度呢？深諳科學(xué)實(shí)驗(yàn)的你可能會(huì)說(shuō)：“何必大驚小怪”。——從實(shí)際來(lái)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(shí)際硬度應(yīng)該落在一個(gè)誤差區(qū)間里而不是一個(gè)確定的數(shù)值上，因此出現(xiàn)硬度波動(dòng)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(kāi)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(duì)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(gè)結(jié)點(diǎn)與其延伸方向上相鄰

5、結(jié)點(diǎn)間的距離可能不相等，如果擴(kuò)展開(kāi)來(lái)的話，由其堆疊擴(kuò)展而成的宏觀晶體，這種不相等的距離便也會(huì)被線性地保留下來(lái)。正是這結(jié)點(diǎn)間距離的不相等性，成為了晶體各向異性的罪魁禍?zhǔn)住Ｗ屛覀儼烟摂M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(gè)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?yàn)?，雖然空間格子在幾何上給了晶體不對(duì)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(huì)把這種不對(duì)稱性表現(xiàn)得各有高低。今天我們一起略攬的藍(lán)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