观赏石中“同分异构”物的奥秘

编者按

本文旨在揭示观赏石及观赏矿物中的“物质特性”规律,解读和论证自然界“同分异构”现象及其在“辩证看待观赏石的物质成分问题”中的应用和意义。

在石文化界、赏石界乃至宝玉石界,凡是常与石头或矿物打交道的玩家们,经常会碰到一些组成成分相近或相同的岩石或矿物,虽然它们化学成分甚至矿物成分也相同,但却成了性质特征差别很大甚至“风马牛不相及”的其它物质。这是为什么呢?请看举例解析:

众多自然物中,“同分异构”和“同质异象”的现象,可从所熟悉的观赏石、观赏矿物和生活中举出一些很有趣的例证。两者的含义虽各有侧重,但都指的是同一个道理:虽然组成物质的化学成分相同,但因其形成的“环境和条件”有差异,继而使其“结构构造”发生改变,就必然形成另外的新物质,从而表现出截然不同的物质特性。

“同分异构”是指虽然成分相同,但因环境条件有差异,导致物质结合的表象结构不同,就会生成不同物理性质及不同化学特性的多态物质的现象。“同质异象”又称“同质二象”,或“同质多象”,其与前者是相同概念的不同文字表述。

最明显的例子是“碳”的“同分异构”物:金刚石(硬度10)、焦炭(硬度5)、煤精(硬度2.5)、木炭(硬度2-2.5)、石墨(硬度1-2);它们的基本化学成分可以说都是单一的碳(C)元素。只是因为它们各自在生成时,分别处在不同的温度、压力、时间、空间的专属性形成环境中,“碳原子”就依照与环境相适应(相匹配)的特有结构形式,构建了不同的结晶格架,所以就生成了截然不同的新物质――这就叫做“同分异构”现象(原理)。

自然界最坚硬的是“碳”(金刚石),很软的也是“碳”(石墨);易燃的是“碳”(煤晶、木炭),耐高温而烧不化的也是“碳”(石墨制成的冶金耐火坩锅)。这些化学成分相同而物质特性完全不同的自然物、自然现象,其实都是由“同分异构”现象(原理)所支配而造成的。

观赏石领域的“同分异构”现象及其不同生成物的例子还有“三氧化二铝”、“二氧化硅”、“碳酸钙”等,详见以下附表:

世间这一类的例子很多,仅以上四个列表就可以充分地说明一个重要的自然现象和自然规律:在自然界诸多不同性质的物质当中,虽然其组成的化学成分或矿物成分相同,但由于生成环境各异,它们的原子、分子之间的排列结构就不同,结晶的程度、颗粒的大小、含水的状态、组合的形式就有差异,就会生成物理、化学性质截然不同的多态物质。这是最基本的“万物形成的自然规律”之一。否则自然界的100来种元素,何以组合出如此众多、如此复杂而且性质各异的物种呢!总的一条规律是:一种物质的生成,其物理、化学特性都是随着生成时的环境(物理、化学条件)的变化而发生结构构造的改变,从而也就决定了生成物的相应不同特性。比如生活中最常见的一个例子:由氢和氧结合而成的“水”(H2O),常温成液体的水而向低处流淌;环境温度降到摄氏零度时它就成固体冰,而且体积反而增大了1/11,密度比水还小而浮在水面上;环境温度接近100℃就变成了蒸汽,还可以带动蒸汽机车。

所以,我们不会误认为:金刚石的成分是碳,石墨也是碳,都和煤或木炭一样烧了就会着火化成灰;也不会肤浅地认为:红宝石、蓝宝石和铝土矿、耐火土一样都是三氧化二铝,都是和土一样的石头;更不会简单地误解说:欧泊(贵蛋白石)、黄龙玉、水晶都和石英、黄蜡石一样,是由二氧化硅(SiO2)组成的,不值钱,它们都是石英嘛! 等等。

其实,只不过“黄龙玉”被发现和应用得太晚了,大家还不十分了解它,就好比:“假如近年来才发现金刚石,可能也会有人误解说,金刚石也是一种碳,化学成分和煤炭或石墨没什么两样,怎么就能成为自然界最硬的宝石呢?”所以,每种新物质的生成,成分是内因,是主导性的,环境(条件各异的温度、压力、湿度、空间、时间、外来物质等)是外因,是变化的条件;外因通过内因而起作用,形成了万物。这也是自然界万事、万物形成的一个规律和辩证法的一个重要方面;玩石人主要是和自然现象、自然产物打交道,对自然规律应有起码的了解,不能人云亦云地只看表面现象而不去了解事物的本质。

总之一句话:虽然成分相同,但生成环境不同,其结构就有所不同,不同结构就会出现不同的物理、化学特性,就成了新物质。