“同分异构”和“同质异像”例解

《云南省观赏石协会》科学顾问  鉴评委员会主任委员 张家志

——揭示观赏石及观赏矿物中“物质特性”规律，解读和论证自然界“同分异构现象”在“黄龙玉定位”及“辩证看待观赏石物质成分问题”中的应用意义。

在众多自然物中，“同分异构”和“同质异像”的现象和例子，可以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，但因其形成的条件、环境有差异而使其结构构造改变，就必然形成另外的新物质，从而表现出决然不同的物质特性”。

“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。“同质异象”又称“同质二象”，其与前者是相同概念的不同文字表述。

一、“碳”的“同分异构”物

最明显的例子是：金刚石（硬度10）、焦炭（5）、煤精（2.5）、木炭（2）、石墨(1)；它们的化学成分都是单一的“碳(C)”。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（和相匹配）的特有结构形式，构建了不同的结晶格架，所以就生成了决然不同的物质——“同分异构”现象（原理）。

自然界最坚硬的是“碳”（金刚石），最软的也是“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决然不同的自然现象，其实都是由“同分异构”现象（原理）所支配而造成的。举例详见附表一：

附表一           “碳”的“同分异构”物的特征对比表

品 名	成分	结  构	硬度	透明度	特    性	用 途	优质者估价
金刚石	碳	四面体架状	10	透明	自然界最硬	钻石、磨具	5千元/克拉
焦 炭	碳	不规则粒状	4.5	不透明	高发热率块状	工业燃料	3元/千克
木 炭	碳	不规则网状	2.5	不透明	易燃、树枝状	民用燃料	2元/千克
煤 玉	碳	细密凝胶状	2.5	不透明	细腻致密块状	玉雕材料	百元/千克
石 墨	碳	六边形层状	1-2	不透明	滑软的鳞片状	绝热、润滑	30元/千克

二、“三氧化二铝”的“同分异构”物

附表二        “三氧化二铝”的“同分异构”物的特征对比表

品 名	成分	结   构	硬度	透明度	特 性	用    途	优质者估价
红宝石	Al2O3	架状晶格	9	透明	晶簇、单晶	宝石、首饰	百元/克拉
蓝宝石	Al2O3	架状晶格	9	透明	晶簇、单晶	宝石、首饰	百元/克拉
刚 玉	Al2O3	架状晶格	9	半透明	晶簇、单晶	工艺材料、磨料	百元/千克
杂刚玉	Al2O3	架状晶格	9	微透明	暗蓝色晶块	工艺材料、磨料	几十元/千克
氧化铝	Al2O3	架状晶格	9	微透明	不规则粒状	硬质磨料切割料	二十元/千克
氧化铝	Al2O3	薄膜状	3	半透明	铝面氧化膜	可防金属铝氧化	无市无价
铝土矿	Al2O3	凝胶状	3-5	不透明	致密土块状	电冶用铝矿石	0.3元/ 千克
耐火土	Al2O3	土块状	1-2	微透明	细腻土块状	高温冶金炉衬	0.8元/ 千克

三、“二氧化硅”的“同分异构”物

附表三         “二氧化硅”的“同分异构”物的特征对比表

品 名	成分	结 构	硬度	透明度	特 性	用 途	优质者估价
石 英	SiO2	显晶质	7	半透明	乳白色块状	硅石、建材	0.3元/千克
水 晶	SiO2	显晶质	7	透明	晶簇、单晶	电子、光学、首饰	百元/千克
玉 髓	SiO2	隐晶质	7	透明	细腻致密块	工艺材料	百元/千克
黄龙玉	SiO2等	隐晶质	6.5-7	透明	细腻纹带状	观赏、工艺、首饰	几千元/千克
玛 瑙	SiO2	隐晶质	7	透明	环带状玉髓	工艺材料	百元/千克
蛋白石	SiO2水	胶土状	2-5	半透明	块状、土状	工艺材料	十元/千克
贵蛋白石	SiO2水	凝胶状	5	透明	具强烈变彩	高档宝石、首饰	50万元/千克
虎眼石	SiO2	纤维状	6.5	微透明	变彩纤维状	工艺首饰材料	几百元/千克
碧 玉	SiO2等	隐晶质	6.5	不透明	细腻致密块	工艺材料	几十元/千克
黄腊石	SiO2等	显晶质	6.5-7	半透明	颗粒致密块	观赏石	几十元/千克

从以上三个列表中可以明确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、组合的形式有差异，就会生成物理、化学性质决然不同的多态物质。这是最基本的“万物形成的自然规律”之一。否则自然界的100种元素，何以能组合出如此众多、如此复杂而且性质各异的万物呢！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。

所以，我们不会误认为：“金刚石的成分是碳，石墨也是碳，不值钱，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，不值钱”。也就更不会简单地误解说：“欧泊（贵蛋白石）、黄龙玉、水晶都和石英、黄腊石一样，都是由二氧化硅（SiO2）组成的，不值钱，它们都是石英嘛！”。

其实，只不过“黄龙玉”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，对此应有所了解。