Thành phần hóa học của Đá quý

Thành phần hóa học của Đá quý

Tinh thể,các tính chất cơ bản của tinh thể

Bản chất của đá quý

Tất cả mọi thứ (trong đó có đá quý) chúng ta gặp trong tự nhiên có thể chia ra thành 2 nhóm vật chất: hữu cơ và vô cơ . Các vật chất hữu cơ thuộc về thế giới động, thực vật, còn các chất vô cơ thuộc về thế giới khoáng vật. Trong số các loại đá quý có những loại phát sinh từ động thực vật (ngọc trai, san hô, hổ phách, đá huyền,…..) và có những loại thuộc thế giới vô cơ: các loại đá và khoáng vật.

Bản chất của khoáng vật

Khoàng vật là những sản phẩm vô cơ tự nhiên (các hợp chất hóa học), có thành phần hóa học xác định và thường là có một cấu trúc tinh thể nhất định. Mọi vật chất đều tạo nên từ một hoặc nhiều nguyên tố hóa học. Các loại khoáng vật khác nhau được phân loại theo thành phần hóa học của chúng và sự sắp xếp của các nguyên tử cấu tạo nên chúng. Nói chung, nếu một khoáng vật được hình thành trong một điều kiện tương đối bình thường thì các nguyên tử của các nguyên tố hóa học tạo nên khoáng vật đó sẽ sắp xếp theo một trật tự nhất định, tạo nên một cấu trúc bên trong đặc trưng cho khoáng vật đó.

Khoàng vật là những sản phẩm vô cơ tự nhiên, có thành phần hóa học xác định
Khoàng vật là những sản phẩm vô cơ tự nhiên, có thành phần hóa học xác định

Cấu trúc này được gọi là cấu trúc kết tinh hoặc cấu trúc tinh thể. Mặt khác, nếu một chất được hình thành rất nhanh, hoặc do một lí do nào đó mà các nguyên tử không thể sắp xếp theo một trình tự xác định, thì ta sẽ có chất vô định hình. Hổ phách, đá huyền, thủy tinh, và opan đều là các chất vô định hình. Cấu trúc tinh thể thành phần hóa học có chất (vật lý và hóa học) của khoáng vật có liên quan hữu cơ với nhau. Các tính chất này có ý nghĩa quyết định trong việc gia công chế tác và giám định đá quý.

Khái niệm về các cấu trúc tinh thể

Tinh thể là vật rắn trong đó các hạt vật chất nhỏ bé (nguyên tử, ion,phân tử) phân bố một cách có chật tự và hoàn toàn trong không gian. Cấu trúc tinh thể được mô tả thuận lợi bằng các “mạng không gian”.

Hai nút bất kì của mạng xác định một “chuỗi mạng” khoảng cách giữa 2 nút cạnh nhau trên chuỗi được gọi là thông số chuỗi là một hằng số chuỗi. Ba nút bất kì không nằm trên một đường thẳng xác định một mặt mạng. Tất cả các mặt song song hợp thành một họ mạng.

Cấu trúc của một tinh thể bao giờ cũng thể hiện như một mạng không gian hay một số mạng không gian cùng kích thước lồng vào nhau. Các hạt vật chất của tinh thể của mạng không gian. Chính sự sắp xếp các hạt theo quy luật của mạng không gian đã tạo nên những tính chất đặc trưng cho tinh thể là:

Tính đồng nhất: Trên toàn bộ thể tích tinh thể , tại những điểm khác nhau có những tính chất tương tự nhau. Đặc tính này là kết quả tất nhiên của tính tuần hoàn của mạng: những nút tương đương nhau lập lại một cách tuần hoàn trong khắp không gian của mạng.

Cấu trúc của một tinh thể bao giờ cũng thể hiện như một mạng không gian
Cấu trúc của một tinh thể bao giờ cũng thể hiện như một mạng không gian

Tính dị hướng: Trong trường hợp chung, tinh thể có tính chất khác nhau theo những phương không song song với nhau. Một tinh thể là một đẳng hưởng của một tính chất nào đó nhưng lại dị hướng về khá nhiều tính chất khác nhau. Đặc tính này là kết quả của việc phân bố của các hạt theo mạng không gian: theo những phương khác nhau, khoảng cách và lực liên kết giữa các hạt thường khác nhau.

Các dạng liên kết hóa học của cấu trúc tinh thể.

Tất cả vật chất trong tự nhiên, trong đó có đá quý, đều tạo tư các nguyên tử của một hoặc nhiều trong số 92 nguyên tố của bảng hệ thống tuần hoàn. Để tạo ra các khoáng vật khác nhau, các nguyên tử của các nguyên tố được liên kết với nhau bởi một hoặc vài trong số các liên kết hóa học sau đây.

Cấu trúc tinh thể được tạo thành do các lực tác dụng tương hỗ của các nguyên tử, các ion, khi thế năng tương tác của chúng là nhỏ nhất. Người ta phân biệt các dạng liên kết sau đây:

  • Liên kết ion (dị cực)
  • Liên kết cộng hóa trị (đồng cực)
  • Liên kết kim loại
  • Liên kết tàn dư Van-dec-Van (Val-Der-Val)

Liên kết ion

Những chất được tạo thành nhờ liên kết ion thường được gọi là hợp chất ion. Trong những tinh thể loại này, các ion dương và ion âm xem kẽ nhau và gắn kết với nhau bằng các lực hút tĩnh điện.

Cấu trúc điện tử của các hạt trong các hợp chất ion thường tương tự cấu trúc điện tử của các khí trơ (2 hoặc 8 điện tử lớp ngoài cùng). Khi tham gia tạo thành một hợp chất ion với lớp điện tử ngoài cùng bền vững (8 hoặc 18 điện tử). Ví dụ, tinh thể halit được tạo thành tử Cl và Na. trước khi kết tinh để tạo thàng clorua natri, nguyên tử Clo và Na có cấu trúc vỏ điện tử như sau:

Cl: 1s2 2s2 2s6 3s2 3p5                                          Na: 1s2 2s2 2p6 3s

Các ion dương và ion âm xem kẽ nhau và gắn kết với nhau bằng các lực hút tĩnh điện
Các ion dương và ion âm xem kẽ nhau và gắn kết với nhau bằng các lực hút tĩnh điện

Khi kết tinh với nhau, nguyên tử Cl thu nhận một điện tử mà natri nhường cho. Vì thế, lúc này chúng trở thành ion với các lớp vỏ điện tử hoàn toàn bền vững giống như các nguyên tử khí trơ tương ứng:

Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (giống cấu tạo của Ar)

Na+ : 1s2 2s2 2p6 (giống cấu tạo của Ne)

Quá trình thành tạo hợp chất ion có thể gồm 2 giai đoạn :

  • Những nguyên tử trung hòa biến thành các cation và anion
  • Các ion trái dấu này hút nhau, liên kết thành hợp chất ion bền vững.

Liên kết cộng hóa trị

Khi nằm tại những vị trí ổn định ổn định trong mạng tinh thể các nguyên tử phải có lớp vỏ ngoài cùng gồm 8 điện tử. Có các loại nguyên tố có khả năng đạt tới các vỏ ổn định trên bằng cách “dùng chung” một hay nhiều đôi điện tử.

Ví dụ: Hyđro: H:H               H-H

Liên kết cộng hóa trị
Liên kết cộng hóa trị

Mỗi nguyên tử của các chất của chất liên kết đồng cực mới tố đa la  h=8-N.n (N là các số hiệu phân nhóm của bảng tuần hoàn). Những nguyên tố này thường thuộc các phân nhóm ở nửa bên phải của bảng hệ thống tuần hoàn (N = 4;5;6;7).

Đối với kim cương, mỗi nguyên tử C bị vây quanh bởi 4 nguyên tử khác, Mỗi nguyên tử C dùng 4 điện tử chung với 4 nguyên tử khác. Trong mỗi cặp điện tử dùng chung có 1 điện tử thuộc nguyên tử này và 1 điện tử thuộc nguyên tử khác, ta có sơ đồ:

| >C< | >C<|

Liên kết kim loại và liên kết tàn dư Van-dec-Van

Những đặc tính chủ yếu của kim loại như dẫn nhiệt, dẫn nhiệt, có ánh kim, dẻo…bắt nguồn bản chất dạng liên kết trong tinh thể của chúng. Theo Drude (1900), điều đó liên quan với sự có mặt của những điện tử do trong mạng tinh thể. Những điện tử này đã tách khỏi các nguyên tử kim loại (làm cho chúng mang dấu dương) chuyển động tự do trong mạng tinh thể và dưới dụng của một điện trường không lớn đã có thể hình thành một dòng điện định hướng.

Liên kết kim loại và liên kết tàn dư Van-dec-Van
Liên kết kim loại và liên kết tàn dư Van-dec-Van

Trong các tinh thể liên kết loại tàn dư Van-dec-Van, các hạt tập trung quanh chúng những hạt cùng loại với số lượng khả dĩ lớn nhất bằng lực liên kết Van-dec-Van để tạo thành tinh thể. Hai dạng liên kết này không có ý nghĩa quan trọng đối với các tinh thể đá quý.

Hiện tượng đa hình và hiện tượng đồng hình

– Đa hình: là hiện tượng trong đó các chất có cùng thành phần hóa học tạo thành những cấu trúc khác nhau. Ví dụ Cacbon (C) kết tinh thành 2 cấu trúc, kim cương, thuộc hệ lập phương và granit thuộc hệ 6 phương. Người ta nói kim cương và granit là hai biến thể đa hinh của cacbon.

– Đồng hình:là hiện tượng trong đó các chất có cùng cấu tạo tinh thể nhưng có thành phần hóa học khác nhau.

Đồng hình là hiện tượng các chất có cùng cấu tạo tinh thể nhưng có thành phần khác nhau
Đồng hình là hiện tượng các chất có cùng cấu tạo tinh thể nhưng có thành phần khác nhau

Ví dụ: Các đá trong nhóm granit kết tinh ở hệ lập phương nhưng có thành phần hóa học khác nhau:

Anmađin: Fe3Al2[SiO4]3               Pyrop: Mg3Al2[SiO4]3

Anđrađit: Ca3Fe2[SiO4]3              Spexactin: Mn3Al2[Sio4]3

Groxula: Ca3Al2[SiO4]3                Uvarovit: Ca3Cr2[SiO4]3

Công ty cổ phần Trang sức và Đá quý Việt nam là một trong những công ty hàng đầu cả nước về thiết kế, chế tác về đá quý và trang sức. Nếu có mong muốn tư vấn thiết kế sản phẩm trang sức, đá quý mang tính “cá nhân hóa và gắn liền với câu chuyện của bản thân”,  Quý khách vui lòng đăng ký trực tiếp trên website để được phục vụ tốt nhất.

Để được tư vấn trực tiếp, Quý Khách vui lòng bấm số HOTLINE hoặc đăng ký trực tuyến TẠI ĐÂY. Ngoài ra, nếu Quý khách cần hỗ trợ luôn, vui lòng nhắn tin tại TẠI ĐÂY (24/24).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *