诗话矿物|自然元素、互化物和硫化物

按照传统的定义，矿物是地质作用所形成的结晶单质和化合物，是地壳中岩石的基本组成单位。现代矿物学已将研究的触角延伸到地幔甚至地核，从地球系统扩展到宇宙空间，也已开始探讨生物体中固态物质（如骨骼、结石等）的多方面特征、成因及其在环境和仿生材料科学中的应用。矿物的形成作用不但包括地质作用，还包括宇宙空间中各种自然作用。

根据现代矿物学的发展水平和矿物学不同于其他学科的专属性特征，目前已被广泛接受的矿物概念，确认了其两个基本属性：一是自然作用产物；二是固态的晶体和准晶体。按照这个原则，到2025年3月，国际矿物学会认定的矿物已达6126种，构成了一个十分庞大的矿物世界。

矿物按照化学组成和结构特征可以分为很多类别，如自然元素类、互化物类、氧化物类、氢氧化物类、硫化物类、碲化物类、卤化物类、各种含氧盐类和有机矿物类等，每一类矿物与其他类别的矿物都有很大差异，如何认识和区分它们是矿物教学和向公众科普的难点。古典文学中讲究韵律的诗语能够用简洁明快的文字，将复杂的人、事、物描述得一清二楚，用诗的语言将各类矿物所特有的属性进行规律性的归纳，或许对矿物教学和普及都有一定的助益。下面，以自然元素、互化物和硫化物3类矿物为例，探索如何用诗语描述矿物特征。

 

 

自然元素矿物化学成分单一，由金属、半金属或非金属元素构成。贵金属的自然金和自然银，铂族的自然铂、自然钯，还有自然铜、自然铁，都是重要的金属元素矿物。这类矿物的结构多数犹如相同大小的球体按立方格子的样式堆积（“立方最紧密堆积”）起来，形成对称性最好的“等轴晶系”金属晶格，显示强烈的金属光泽和特征的金属色，还具有硬度小、无解理和导电导热等金属特性。这类矿物除了制作生活中的各种饰品外，在高科技领域也有重要用途。

 

 

 

 

 

常见的非金属自然元素矿物有自然硫、金刚石和石墨。自然硫为环状分子型结构，导电导热性差，熔点低，硬度小，脆性大。火山喷口附近常有大量自然硫产出。

金刚石和石墨是碳的两个变体。虽然它们的成分都是碳，但结构却完全不同，导致它们的性质出现很大差异。金刚石是典型的原子晶格，碳由共价键相连接，每个碳原子都被另外4个碳原子所包围，形成所谓的“金刚石型”四配位结构。金刚石的光泽具有典型性，称为“金刚光泽”。它是所有矿物中硬度最大的，莫氏硬度为10；主要产于从地幔快速侵入到地壳中的金伯利岩中，具有高温高压成因，犹如在高压炉中熔铸而成。大颗粒纯净的金刚石是高档宝石——钻石的原料。石墨为层状结构，硬度极小（莫氏硬度1），手摸上去具滑感，易把手染成黑色，其形成温度较高，它在工业上有多种用途，在原子反应堆中可做中子减速器，铅笔的笔芯也是用石墨制作的。

自然元素矿物的上述特征，可用一首小诗记录如下： 金铜铂铁电流长， 球密堆积众立方。 共价金刚双配位， 层烧石墨脆硫磺。

 

 

互化物矿物是两种或两种以上元素，按一定比例各自占据一定结构位置，以近似金属键连接而成的一类矿物。互化物的特点，一是主要成分中必须有至少两种元素的原子，二是这些原子的数量成确定的比例关系，三是这些原子占据不同结构位置，四是不同原子间以金属键连接。

 

 

常见的互化物矿物有硅化物、碳化物、磷化物、氮化物及硼化物。我国科学家在西藏雅鲁藏布江板块缝合线附近发现的罗布莎矿、藏布矿、雅鲁矿等互化物矿物，被认为来自地球核幔边界附近。互化物矿物多出现在地外天体（陨石）和地幔岩石中，常是重要的宇宙矿物和地幔矿物，在天体物质及其运动和地球的壳幔相互作用研究中有重要意义。

互化物矿物的特征可用以下小诗记之： 三两元元一线牵， 按规选位序森严。 磷硼硅碳联金属， 核幔高天有强缘。

 

 

硫化物矿物是自然界中金属阳离子与硫结合而成的化合物。硫化物中的金属阳离子主要为元素周期表中部的铜型和近铜型的过渡型离子，这些离子在地球化学上被称为“亲硫元素”。

颜色是硫化物最重要的鉴定特征，如黄铜矿、黄铁矿为铜黄色，方铅矿、辉锑矿为铅灰色，雌黄为柠檬黄色，雄黄为桔红色，辰砂为鲜红色，闪锌矿为褐色或铁黑色，等等。

 

 

 

从晶体地球化学性质上看，硫化物既不属于典型的离子晶格，也不属于典型的原子晶格，它们的化学键既有离子键的成分，也有共价键的成分，还有较强的金属键的成分，属于过渡性晶格，故有近似金属而不是金属的“犹抱琵琶半遮面”的物理性质。如黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、辉锑矿具金属光泽，雌黄、雄黄、辰砂、闪锌矿等具半金属或金刚光泽；它们都具有半导体性质。硫化物矿物中只有黄铁矿、毒砂及白铁矿等少数对硫化物（也叫复硫化物，是指两个硫或一个硫与一个半金属离子如砷、锑结合成哑铃状阴离子团，再与金属阳离子结合成的化合物）的硬度大于小刀，其他皆小于小刀。

硫化物矿物的特征，可以下边的小诗记之： 铜型离子好亲硫， 色彩斑斓胜晚秋。 过渡晶格追钌铑， 毒砂黄铁硬钢头。

其实大自然就是一幅五彩的画，一首无声的诗，给人类的艺术创作以很多灵感。相信随着对矿物的深入研究，更多的科学密码和艺术素材将被发现，并为人类文化发展增添新的灵感。