從《西游記》故事里的“水晶宮”，到項(xiàng)下腕間對(duì)應(yīng)著色彩招財(cái)、招桃花的水晶飾品，有著夢(mèng)幻色彩的水晶，卻是寶石中相對(duì)親民的品種。水晶的顏色為何如此豐富多彩？水晶與玻璃如何鑒別？現(xiàn)實(shí)中是否真的有水晶建筑？水晶又為什么險(xiǎn)些成了潛艇克星？來一起讀個(gè)掃盲貼，了解下這熟悉的陌生人。本文摘自《石頭記》。

在古人眼里，水晶是“千年之冰所化”“水之精靈”，是建造水底龍宮的材質(zhì)，只要嘴里含上一塊就能夠止渴，甚至還有人相信透過它可以看到千里之外的世界。水晶是什么？真的和水有關(guān)么？

水晶與水精

《山海經(jīng)》中記載：“堂庭之山多水玉。”南宋詩人楊萬里有詩曰：“西湖野僧夸藏冰，半年化作真水精”。此處的“水玉”和“水精”都是水晶之別稱。屈原曾賦詩贊美水晶曰：“登昆侖兮食玉英，與天地兮同壽，與日月兮同光。”這里的玉英也是水晶的別稱。唐代詩人崔玨寫詩贊譽(yù)一塊水晶做成的枕頭：“千年積雪萬年冰，掌上初擎力不勝。南國(guó)舊知何處得？北方寒氣此中凝?！痹娭袠O其形象地描繪出水晶的特殊魅力，它仿佛是千年積雪、萬年寒冰變成的美玉，澄澈的晶體似乎容納了南方秀美怡人的風(fēng)景和北方沁人心脾的涼爽，構(gòu)成了一幅絕美的晶中世界。

對(duì)于水晶的早期認(rèn)識(shí)，中西方的觀點(diǎn)基本一致。據(jù)說，羅馬人最早在阿爾卑斯山上發(fā)現(xiàn)了水晶，由于山高陡峻而且四季積雪，他們也認(rèn)為水晶是冰變成的。

水晶與石英

我們現(xiàn)在知道，水晶跟水沒多大關(guān)系，也不一定就是無色透明的，從其礦物成分上來看，它只不過是石英，即二氧化硅，化學(xué)式為SiO2，這種礦物是地球上數(shù)量最多的礦物之一，按照體積來計(jì)算，石英礦物占到了整個(gè)地殼的11.9%。當(dāng)我們踩在海邊的沙灘上，腳下細(xì)膩的沙粒大部分都是二氧化硅。但是結(jié)晶完美的石英超凡脫俗，成了一種最純凈的寶石。水晶不僅深受古人喜愛，也得到現(xiàn)代人的追捧。小塊兒的可以做成吊墜、耳釘，塊兒頭較大的則可以制成觀賞石，擺放于家中，正映襯了文人墨客智者樂水仁者樂山的閑情逸致，可謂各得其樂。如今，日本、瑞典、瑞士和烏拉圭等國(guó)家都把水晶作為國(guó)石。

水晶家族不僅在地球上分布范圍很廣，而且顏色多變，異彩紛呈，除了純凈無暇的透明水晶之外，還有乳白色的“乳石英”、紫色的“紫晶”、金黃色或檸檬色的“黃晶”、淡粉色的“薔薇水晶”、紅色的“紅水晶”，綠色的“綠水晶”，還有的內(nèi)部包裹著柱狀或針狀物的，名為“發(fā)晶”，倘若含有不同雜質(zhì)，以隱晶質(zhì)的形式在巖石的裂隙或空洞中分層沉淀，會(huì)形成具有同心環(huán)狀或多色條狀結(jié)構(gòu)的石英集合體——瑪瑙。

遠(yuǎn)觀水晶，清澈透亮是它最大的特點(diǎn)，當(dāng)我們走近它的時(shí)候，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，水晶的晶體具有規(guī)則的六棱柱形狀，有些柱體為一頭尖，有些是兩頭都尖，還有多條長(zhǎng)柱體連結(jié)在一塊，像怒放的花朵，十分美麗。這是為什么呢？

從礦物學(xué)角度來說，不同的晶體都有不同的形態(tài)，有的是針狀，有的是板狀，有的是粒狀，還有的是柱狀，這主要取決于晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但是通常情況下，我們難以觀察到它規(guī)則的單晶形態(tài)，這是由于晶體的生長(zhǎng)還受到外界環(huán)境的影響，比如溫度、壓力、溶液濃度等物理化學(xué)條件及空間情況，如果條件恰當(dāng)，水晶可以長(zhǎng)得很大。吉尼斯紀(jì)錄中所記載的“最昂貴的浴缸”，是一塊完整的水晶制品，長(zhǎng)約2米，重約2噸，它是從一塊重達(dá)10噸的水晶中直接切割出來的，在倫敦著名的哈羅茲百貨公司銷售，標(biāo)價(jià)為84.5萬美元。我國(guó)新疆、內(nèi)蒙古、江蘇、海南等省區(qū)均有水晶產(chǎn)出，其中以江蘇東海縣的水晶最為著名。東?？h內(nèi)已經(jīng)探明的天然水晶儲(chǔ)量約為30萬噸，種類繁多，質(zhì)地純正，堪稱“水晶之都”，1958年曾在這里發(fā)現(xiàn)過一塊重達(dá)4噸多的“水晶王”。目前，東海縣已經(jīng)成為聞名世界的天然水晶原料集散地。

當(dāng)?shù)叵律钐幋嬖诳斩磿r(shí)，如巖洞、巖石裂縫等，在含有飽和二氧化硅的地下水環(huán)境中，如果具備合適的條件，比如有兩三個(gè)大氣壓的壓力，水溫在500～600℃之間，二氧化硅便會(huì)從溶液中自發(fā)生成晶芽，過飽和溶液中的二氧化硅分子便會(huì)粘附在晶芽上，以洞壁或裂隙壁作為共同基底，經(jīng)過數(shù)萬年甚至上千萬年的時(shí)間，最終結(jié)晶成為長(zhǎng)長(zhǎng)的六方柱狀的美麗水晶，大量的單晶體朝著自由空間中發(fā)育形成集合體，就是晶簇構(gòu)造，因?yàn)樾纬捎诳锥磧?nèi)，這樣的構(gòu)造就是晶洞。1900年，人們?cè)?jīng)在南美洲的巴西發(fā)現(xiàn)了一個(gè)規(guī)模罕見的水晶洞，晶洞深9.7米、寬1.9米、高0.9米，洞中的水晶總重量達(dá)35噸，其規(guī)模之大堪稱世界之最。我國(guó)湖南省耒陽縣上堡硫鐵礦區(qū)也曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過一個(gè)巨大的水晶洞，該洞長(zhǎng)8米，寬1.7米，高1.6米，規(guī)模之大、形態(tài)之美十分罕見?，F(xiàn)如今，很多人相信紫晶洞具有紫氣東來、鎮(zhèn)宅辟邪的寓意，所以喜歡將大塊紫晶洞一剖為二，擺放在家中客廳里或辦公室內(nèi)，成為當(dāng)前流行的一種風(fēng)水石。

顏色與能量

水晶的顏色為何如此豐富多彩？很多學(xué)者提出過不同的觀點(diǎn)。比如煙晶，這種水晶由表及里透著一種煙黃色甚至是暗褐色，仿佛被黑煙熏過一般，某些煙晶的顏色可能會(huì)發(fā)黃，被稱作“茶晶”，若顏色暗黑，則被稱為“墨晶”。有種說法認(rèn)為，煙晶發(fā)黑是由于其中含有少量的碳元素所致，《地質(zhì)大辭典》中對(duì)煙晶的解釋為：“色素是含碳所致，黑的深淺決定于碳的多少，全黑者稱墨晶?！钡蔡岬侥?，我們自然而然地會(huì)想到碳，但隨著研究的不斷深入，有人對(duì)此提出了質(zhì)疑。

類似于紫晶，長(zhǎng)期以來人們認(rèn)為紫晶的紫色是雜質(zhì)元素鐵或錳、鈦等混入引起的“他色”，雜質(zhì)含量的多少影響紫色的深淺，但是后來的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紫晶被加熱到450～500℃時(shí)，紫色會(huì)消退并變?yōu)辄S色，所以也有人認(rèn)為紫晶的顏色只是因?yàn)閮?nèi)部鐵離子的電子層發(fā)生變化所引起的光學(xué)現(xiàn)象。同樣的，有人對(duì)煙晶進(jìn)行加熱，當(dāng)達(dá)到225℃時(shí)，煙晶開始慢慢褪色，隨著溫度不斷升高，褪色速度也加快，直至變?yōu)闊o色。

這表明，水晶的顏色變化肯定和能量有著密切的關(guān)系。

我們知道，礦物晶體的結(jié)構(gòu)是在空間范圍內(nèi)周期性的重復(fù)排列，但有時(shí)候，某種雜質(zhì)的出現(xiàn)會(huì)在某一個(gè)或幾個(gè)結(jié)點(diǎn)上將這種重復(fù)性排列的晶體結(jié)構(gòu)破壞掉，比如，石英晶體中原本是二氧化硅，但有時(shí)候其中的硅Si4+會(huì)被鋁Al3+所代替，此時(shí)，正電荷較少的陽離子進(jìn)入晶格中代替了正電荷較多的陽離子，從而會(huì)導(dǎo)致局部電中性遭到破壞，在受到外界X射線、γ射線、中子轟擊時(shí)，晶體損傷形成晶格缺陷，這些微觀的缺陷就可以束縛電子或形成可見光的吸收中心，從而在晶體中引起顏色的變化。endprint

1979年，一位學(xué)者采用鈷-60對(duì)一種無色水晶進(jìn)行輻射處理之后，竟然真的將其變成了煙晶，這是人類首次通過實(shí)驗(yàn)的方式證實(shí)了以前的猜想。這位學(xué)者所采用的鈷-60是一種放射性金屬元素鈷的同位素，它可以通過β衰變釋放出較強(qiáng)的能量和γ射線。實(shí)驗(yàn)中采用的無色水晶也是其中含有少量鋁的石英晶體。

由此人們得知，煙晶之所以呈現(xiàn)出煙黃色或暗褐色，既與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，又與外界輻射有關(guān)。天然產(chǎn)出的煙晶應(yīng)該是那些含有少量鋁的無色水晶，在地下遭受了放射性輻射之后形成的。當(dāng)然，作為擺放在家里的寶石工藝品，經(jīng)過檢驗(yàn)的煙晶即使殘留有放射性，其能量也很小，是不足以危害到人體健康的。

水晶與玻璃

在《西游記》中，齊天大圣孫悟空多次勇闖龍宮。那龍宮是用奇珍異寶建造而成，裝飾有各種玉石和珊瑚，其中最吸引人的還是晶瑩剔透的水晶。它們將龍宮裝扮得極其富麗堂皇，因此，龍宮又叫“水晶宮”?，F(xiàn)實(shí)中是否真的有這樣的水晶建筑呢？

我國(guó)南朝宋時(shí)期的歷史學(xué)家范曄所著《后漢書》中記載“大秦國(guó)宮室皆以水精為柱”。雖然不能與龍王的水晶宮相媲美，但根據(jù)那高大的水晶柱我們?nèi)匀豢梢韵胂蟮贸銮貙m的奢華。在玻璃尚未普遍使用的時(shí)候，水晶是皇家貴族才能用得起的珍貴飾品。唐朝李白有首反映宮女哀怨的詩，題為《玉階怨》，詩中寫道：“玉階生白露，夜久侵羅襪。卻下水精簾，玲瓏望秋月。”這其中的簾子即為水晶制成。

外表看起來，水晶和玻璃相似，但實(shí)際上二者差別很大。水晶是礦物晶體，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列有序，而玻璃是非晶體，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列無序。水晶的熱導(dǎo)性能很強(qiáng)，它能把熱量很快傳到別的地方，倘若把水晶握在手心里，手上的熱很快就傳到水晶的各處，我們會(huì)感到很涼，換成玻璃則會(huì)相對(duì)較溫暖。生活中我們經(jīng)常會(huì)遇到這樣的事情，將滾燙的開水倒進(jìn)冷玻璃杯中，杯子很容易炸裂，原因就在于玻璃導(dǎo)熱慢，內(nèi)外溫度不均勻，導(dǎo)致熱脹冷縮也不均勻，從而炸裂，而水晶做成的杯子卻不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況。

日本奈良的中宮寺，曾經(jīng)發(fā)生過一件離奇的事情。這座寺廟中供奉著一尊高6米的觀音菩薩像，雕像是由一整棵檜木雕刻而成。1987年的一天，當(dāng)一群虔誠的佛教徒正在菩薩像前燒香磕頭時(shí)，突然有人發(fā)現(xiàn)，菩薩像的雙眼竟然流出了淚水。經(jīng)科學(xué)家實(shí)地考察后發(fā)現(xiàn)，原來制作這座雕像的木頭吸水能力很強(qiáng)，濕氣凝聚卻無法排出，而雕像的眼睛并非木頭，而是天然水晶，水晶導(dǎo)熱快，表面清涼，水汽碰到水晶易液化成水，一旦眼眶內(nèi)儲(chǔ)水過多便會(huì)自動(dòng)流出。

鑒別水晶和玻璃的簡(jiǎn)單方法是：透過它們來觀察對(duì)面的事物，比如頭發(fā)絲，如果能看到頭發(fā)絲呈現(xiàn)出雙影，這就是水晶，否則就是玻璃，因?yàn)樗?duì)光線具有明顯的雙折射性。隨著現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，人們制造出了性能特殊的水晶玻璃，這是一種只含有二氧化硅單一成分的特種玻璃，耐高溫、耐腐蝕，可作為國(guó)防工業(yè)、冶金、化工和建筑等行業(yè)的重要原材料。

險(xiǎn)些成了潛艇克星

水晶因其特殊的美學(xué)價(jià)值常成為名貴的工藝品雕刻材料，但這只是水晶家族中的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，水晶的工業(yè)價(jià)值遠(yuǎn)不止如此。

在工業(yè)上，由于水晶硬度較大，莫氏硬度為7，僅次于金剛石（莫氏硬度為10）、剛玉（莫氏硬度為9）和黃玉（莫氏硬度為8），抗風(fēng)化能力強(qiáng)，研磨之后的石英粉可以做成金屬拋光劑，常應(yīng)用于研磨機(jī)、噴砂機(jī)中。

1880年，法國(guó)化學(xué)家皮埃爾·居里和雅克·居里兄弟倆發(fā)現(xiàn)了水晶的一個(gè)奇怪現(xiàn)象，當(dāng)這種晶體某一方向上受到壓應(yīng)力或者張應(yīng)力的作用時(shí)，會(huì)導(dǎo)致垂直于應(yīng)力的兩邊表面上產(chǎn)生正負(fù)相反的電荷，如果機(jī)械壓力一壓一張交替作用，就可以產(chǎn)生交變電場(chǎng)，這就是著名的“壓電效應(yīng)”。

可是這種物理性質(zhì)有什么用途呢？可別小看了它，在戰(zhàn)爭(zhēng)中水晶的壓電效應(yīng)發(fā)揮過重要的作用。第一次世界大戰(zhàn)期間，屬于同盟國(guó)的德國(guó)使用了水下利器——潛艇，給協(xié)約國(guó)造成了重大打擊。如何準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)并定位神出鬼沒的德國(guó)潛艇，成為一大難題。物理學(xué)家根據(jù)聲波可以在水中傳播很遠(yuǎn)、衰減很小的特點(diǎn)，發(fā)明了一種回聲探測(cè)器，而回聲探測(cè)器中最重要的部分是換能器，它能夠?qū)⒙暷芘c其他形式的能，如機(jī)械能、電能相互轉(zhuǎn)化，這必須要求具有很高的敏感度，材料的選取至關(guān)重要。

法國(guó)著名物理學(xué)家保羅·朗之萬想到了居里兄弟發(fā)現(xiàn)的壓電效應(yīng)，于是就找來一塊石英晶體做成換能器，經(jīng)過試驗(yàn)，成功地搜尋到了海底潛艇的回波。這項(xiàng)偉大的發(fā)明讓協(xié)約國(guó)欣喜若狂，為了制造回聲探測(cè)器，就連英國(guó)地質(zhì)博物館的水晶展品都被搜羅一空，甚至水晶眼鏡商人也奉獻(xiàn)出了他們的存貨。不過，稍微讓人覺得有點(diǎn)遺憾的是，這項(xiàng)發(fā)明有點(diǎn)太晚了，還沒有來得及在戰(zhàn)爭(zhēng)中大顯身手，德國(guó)就已戰(zhàn)敗，第一次世界大戰(zhàn)就結(jié)束了。盡管如此，水晶壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和回聲探測(cè)器的發(fā)明對(duì)后來聲吶技術(shù)的發(fā)展起到了重要推動(dòng)作用。

如今，水晶被廣泛用于制造高精度的壓電石英元件，比如諧振器、濾波器等，它們都是現(xiàn)代國(guó)防、電子工業(yè)中的重要部件；有些水晶可以用來制造石英折射計(jì)、光譜儀等高級(jí)光學(xué)儀器。endprint