在诸多宝石中，碧玺（矿物名称：电气石，图1）因其彩虹般绚丽多彩的颜色备受人们喜爱。为什么碧玺会有这么多种颜色？其实像这样同一种矿物呈现不同颜色的情况在矿物世界中比比皆是，例如：刚玉常见有红色和蓝色，绿柱石有绿色和天蓝色，石榴石有红色、黄色、绿色等。事实上，这些现象都是由同种矿物中化学成分的差异引起的，今天我们就来了解矿物化学成分多变背后的秘密——类质同像。

　　什么是类质同像
　　矿物晶体结构中的某些质点（原子、离子或分子）被其它种类与之类似的质点所替代，这种替代一般不会改变矿物的晶体结构和化学键类型，只是使矿物的性质略有改变，这样的现象叫做类质同像。例如大家都很熟悉的矿物石英的晶格中，Si⁴⁺常常会被Al³⁺、Fe³⁺、B³⁺、Ti⁴⁺、Ge⁴⁺和P⁵⁺替代。

　　同一种宝石呈现不同颜色的现象，就是由类质同像引起的。以刚玉为例，其化学成分为Al₂O₃，成分纯净时是无色的；当刚玉晶体结构中微量的Al³⁺被与之类似的Cr³⁺类质同像替代后，由于Cr³⁺会对可见光中特定波段的黄绿光及部分紫光进行选择性吸收，从而使刚玉呈现红色，这就是我们熟知的红宝石产生原理；如果类质同像替代Al³⁺的是Fe2⁺和Ti⁴⁺，Fe²⁺和Ti⁴⁺之间会发生电子转移，即：Fe²⁺+Ti⁴⁺→Fe³⁺+Ti³⁺，电子转移过程中吸收能量导致刚玉呈现蓝绿色，就成了蓝宝石。
　　类质同像的影响因素
　　在什么情况下，矿物晶体中会发生类质同像替代呢？形成类质同像替代的原因可分为内因和外因两大类。一方面取决于矿物晶体内质点本身的性质，比如原子、离子的半径大小、电价、离子类型、化学键性等；另一方面也与矿物形成时的外部条件相关，如形成类质同像替代时的温度、压力、介质条件等。
　　内因主要有三个方面：一是原子和离子半径。从几何角度来考虑，相互取代的原子或离子，它们的半径应当接近，这样有利于保持矿物晶体结构的稳定；二是总电价平衡。在类质同像替代中，必须保持总电价平衡，在使总电价平衡的前提下，类质同像的替代可以有不同的方式：①简单的替代，如菱镁矿Mg[CO₃]-菱铁矿Fe[CO₃]中的Mg²⁺和Fe²⁺的替代。②成对的替代，可以是异价离子之间的成对替代，例如斜长石Na[AlSi₃O₈]-Ca[Al₂Si₂O₈]系列中的Na⁺+Si⁴⁺→Ca²⁺+Al³⁺。③不等量的替代，可以是较少的高价阳离子与较多的低价阳离子之间的替代，例如云母中Mg²⁺和Al³⁺间以3Mg²⁺→2Al³⁺方式替代；三是离子类型和离子键。离子类型不同，化学键不同，它们之间的类质同像替代就不易实现。相互替代的质点离子类型和成键性质应相同或相似。比如，惰性气体型离子在化合物中一般以离子键结合，常见于卤化物、氧化物和含氧盐中，而铜型离子在化合物中以共价键结合为主，它们常见于硫化物中。
　　外因主要包括温度、压力、组分浓度。环境温度的升高有利于类质同像的发生，温度降低则会限制类质同像的范围并促使类质同像混晶发生分解，即固溶体出溶；一般来说，压力增大会限制类质同像替代的范围并促使其出溶；周围环境某离子浓度越高越容易替代进入矿物晶格。
　　类质同像混晶的分解
　　温度下降和压力增大会促使类质同像的分解而产生离溶。所谓固溶体出溶，指的是原来呈类质同像替代的多种组分发生分解，形成不同组分的多个物相。被分离出来的晶体常受到主晶体结构的控制而在主晶体中呈定向排列，例如天河石（矿物名称：微斜长石，图3）的颜色为蓝绿色，其内常有固溶体出溶呈格子或斑纹状的白色钠长石。

　　研究类质同像的实际意义
　　类质同像是矿物中一种非常普遍的现象，是引起矿物化学成分变化的主要原因。它的意义不仅仅局限于造就宝石矿物五彩缤纷的颜色，还具有众多的实际意义。
　　研究类质同像有助于了解稀有元素的赋存状态。地壳中有许多元素本身很少或根本不形成独立矿物，而是以类质同像混入物的形式贮存于一定的矿物晶格中。例如金属元素铼（Re）是熔点和沸点最高的元素之一，作为一种重要的战略性金属矿产，铼在地球上的含量却极为稀少，主要以类质同像的方式赋存于其他矿物之中（如辉钼矿），属于典型的稀散元素。
　　研究类质同像可以反映矿物的形成条件。由于类质同像的形成与矿物的生成条件有关，因而对它的研究有助于了解成矿环境。例如，闪锌矿中铁含量的变化，反映了矿物形成温度的变化。
　　类质同像替代所引起的矿物化学成分的规律变化，必然会导致矿物的一系列物理性质（如颜色、光泽、条痕、折光率等等）的规律变化，系统地研究这些规律变化的相互关系，可以使我们根据矿物物理性质的测定来反推矿物组分的变化。
　　类质同像混入物的分解也具有重要的实际意义，因为这种分解有时能造成某些元素的集中。这种集中过程在外生作用中表现得特别明显。例如超基性岩中所含的类质同像混入物在氧化和分离后有时会形成铁、锰、镍、钴的次生矿床。此外，掌握类质同像混入物分解的知识对于了解矿床氧化带和原生矿床的关系从而对进一步寻找原生矿床有很大帮助。