宝石的物理性质是区分鉴别各类宝石品种的重要依据，而物理性质则取决于宝石本身的化学成分和内部结构。
第一节 珠宝玉石的力学性质
一、硬度
宝石抵抗压入、刻划或研磨的性能称为宝石的硬度。宝石硬度与其化学组成、化学键及晶体结构有关。
宝石鉴定中常用的相对硬度是摩氏硬度，摩氏硬度计是德国物理学家Friedrich Mohs于1822年根据10种标准矿物的相对硬度而确定的，其定性级别如表2－1所示。
表2－1 硬度对照表
在利用表2－1摩氏硬度值确定宝石相对硬度时，还可以借助一些日常生活中常见物质的相对硬度加以补充，如指甲为2.5，铜针为3，玻璃为5～5.5，刀片为5.5 ～6，铜锉为6.5～7。
应该指出的是，这仅仅是一个硬度的顺序，相邻级别并非是等量增减的，如刚玉与金刚石间的硬度差异远远大于滑石与石膏间的差异。
大气中的灰尘成分主要含石英，石英硬度为7。硬度小于7的宝石抛光面变“毛”，就是由灰尘的经常磨蚀引起的。这是某些镶宝首饰的肉眼鉴定特征之一。
应该注意的是，硬度检测属有损检测，在不得不用硬度笔对宝石进行测试时，应遵循先软后硬的顺序，并尽量选择隐蔽处测试，以使宝石表面留下尽可能少的痕迹。
二、密度和相对密度
宝石单位体积的质量称为宝石的密度，单位为g/cm3。
宝石学中通常以测定相对密度的方法确定密度值，相对密度为宝石在空气中的质量与同体积的水在4℃及标准大气压条件下的质量之间的比值。相对密度没有单位。密度或相对密度是鉴定宝石的重要参数之一。
相对密度的测试方法将在宝石测试仪器的有关章节中介绍。
宝石学中常用的静水称重法计算公式如下：
三、韧性和脆性
韧性也称打击硬度，指宝石抵抗破碎的能力。很难破碎的性质为韧性，易破碎的性质称脆性。硬度大的宝石不一定是强韧宝石，钻石虽然可以切铁如泥，但如果用铁棒敲击时极易破碎，这不是因为它比铁软，而是因为它比铁脆。
常见宝石的韧性从高到低排列为：软玉、翡翠、刚玉、金刚石、水晶、海蓝宝石、绿柱石、月光石、金绿宝石、萤石。
四、解理、裂理和断口
解理、裂理和断口是矿物在外力作用下发生破裂的性状，破裂的特征与矿物结构有关，均是宝石鉴定和加工的重要参考因素。
1.解理
晶体在外力作用下，沿特定的结晶学方向（一般平行于理想晶面方向）裂开成光滑平面的性质称为解理，其裂开的光滑平面即为解理面。宝石学中根据形成解理的难易程度及解理面发育特点将解理分为极完全解理、完全解理、中等解理和不完全解理四类。
宝石的抛光效果在某种程度上受制于解理发育状况。如托帕石，其底面解理发育，故加工时应避免该面与解理面方向平行，以一定角度抛磨，不然会出现粗糙不平的抛光面。
2.裂理
晶体在外力作用下沿一定的结晶学方向（多沿双晶结合面方向）裂成平整光滑平面的性质称裂理或裂开，裂开的面称为裂理面。裂理是由非固有的其他原因引起的定向破裂，其光滑程度不如解理。
3.断口
宝石在外力作用下发生随机的、无一定方向的、不规则的破裂称为断口。常见断口有贝壳状（如玻璃、水晶）、参差状（如软玉）、土状（如绿松石）。
第二节 珠宝玉石的光学性质
宝石的光学特征是指宝石对可见光线的吸收、反射和折射时所表现的特殊性质，以及可见光在宝石中的干涉和散射现象。
一、颜色
颜色是宝石最直观的光学性质，它是肉眼鉴别宝石时最主要的单项指标，又是决定宝石品级、确定宝石价值大小的重要因素。
颜色是光作用在人的眼睛而在人头脑中产生的一种感觉，是可见光波进入人眼的一种视觉效果。我们通常所见到的白色光线是由七种不同颜色的单色光所组成，所有的有色物体都具有吸收可见光中某些波长光的物理性能。当这种作用发生时，传播到人眼睛中的颜色仅是未被吸收的那些波长的混合色。宝石的颜色是宝石与可见光相互作用的结果。
宝石材料对光有选择性的吸收，是由于宝石中某些化学元素的存在，它们既可以是宝石的基本化学成分，又可以是其中的微量杂质元素。宝石学中将宝石的颜色分为自色、他色和假色，相应宝石分为自色宝石、他色宝石和假色宝石三种类型。
自色宝石：引起颜色的元素是宝石基本的化学成分，如橄榄石的致色元素铁（Fe）是橄榄石的基本化学成分。自色宝石颜色很少变化。
他色宝石：引起颜色的元素是宝石中的微量杂质元素。如刚玉，化学成分为三氧化二铝（Al2O3），当它纯净时为无色，但当它含微量铬（Cr）元素时呈红色，称为红宝石；当它含微量铁（Fe）和钛（Ti）时呈蓝色，称为蓝宝石。他色是由于外来杂质元素的混入造成的，宝石纯净时通常无色。
假色宝石：颜色与宝石的化学成分没有直接关系，由于宝石的一些结构特征，如包裹体、平行解理等对光的折射和反射而使宝石产生颜色。
色质、饱和度、亮度称颜色的三要素，不同的色彩可以以这三要素互相区别。
色质：一种色彩能描述为红、绿或蓝色的属性。通常用主波长表示。例如某宝石色质的主波长为589nm，表明该宝石显橙黄色。也可简单地由色质的中和色来描述。
饱和度：颜色的纯净程度，或者是白光的混入程度，也称彩度。通常用色光和白光的比例来定量表示。例如饱和度60%的色光，指有40%的白光混入，宝石的颜色不像纯净时那样鲜艳。饱和度可简单地用很深、深、中等、浅和很浅五个等级来区别。
亮度：也称强度，指色彩的明亮程度，也是色光的光强大小。它取决于宝石和照射光线的相互作用以及宝石琢磨质量的优劣。亮度可简单地用高、中、低来形容。
二、透明度
透明度是宝石透过可见光的能力。通常划分为透明、亚透明、半透明、微透明、不透明几个等级。
透明：宝石允许绝大部分光透过，透过宝石观察后面的物体，底像显示清晰分明。如无色水晶。
亚透明：宝石允许较多光透过，透过宝石观察后面的物体，虽可看到物体的轮廓，但无法看清细节。如某些玻璃种的翡翠。
半透明：宝石允许部分光通过，透过宝石观察后面的物体，底像模糊，仅看到轮廓阴影。如高品质的月光石、碧玺。
微透明：仅在宝石边缘棱角处可有少量光透过，透过宝石无法观察到后面的物体。如黑曜岩。
不透明：宝石基本上不允许光透过，光线被全部吸收或反射。如孔雀石。
三、折射率和双折射率
对于给定的任何两种相接触的介质及给定波长的光来说，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数，这个比值称为折射率。
折射率也可表示为光在空气中的传播速度与其在宝石中的传播速度之比。即
钻石的折射率为2.417，就是说光在空气中的行进速度为在钻石中的2.417倍。
有些宝石，允许光线朝各个方向以相同的速度通过，即这类材料在任意方向上均表现出相同的光性（各向同性），只有一个折射率值。
有些宝石（各向异性），入射光通过后将分解为两条彼此完全独立的、传播方向不同的、振动方向相互垂直的单向光线，这每一组方向光线称为平面偏振光。不同平面偏振光的传播速度不同，即有不同的折射率值，两个折射率之间的差值称为双折射率值。
各向异性宝石的双折射率用最大折射率和最小折射率的差值来表示。例如水晶有两个折射率：最大折射率为1.553，最小折射率为1.544，双折射率为0.009。(www.xing528.com)
折射率是一个固定的比值。在宝石学中，折射率值在1.35～1.81之间的宝石折射率值是在折射仪上测定的，它是宝石鉴定中最重要的依据之一。
四、光泽
光泽是宝石表面反射光的能力和特征，它反映了宝石表面的明亮程度。光泽在很大程度上取决于宝石的折射率，也取决于宝石的抛光程度。
在宝石学中，光泽从强到弱可分为金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽。
金属光泽为自然金、银、铂的光泽。金刚光泽是非金属矿物中最强的一种光泽，也是透明宝石所能显示的最好光泽，如钻石的光泽。玻璃光泽是大多数透明宝石显示的光泽，如红宝石、祖母绿、尖晶石等的光泽。
由于宝石的抛光程度及结构特征不同，反光的特点会发生变异，形成一些特殊的光泽：
（1）油脂光泽——非常细微的粗糙表面显示如油脂表面似的光泽，如软玉。
（2）蜡状光泽——由于表面不平坦产生的光泽，较油脂光泽更弱，如玉髓、绿松石。
（3）树脂光泽——指一些质软宝石所显示的如树脂表面的光泽，如琥珀。
（4）丝绢光泽——由于纤维构造产生的如丝绢的光泽，如孔雀石、虎睛石。
（5）珍珠光泽——由许多细微的平行面形成的柔和多彩的反光和干涉现象，如珍珠。
光泽可以使宝石更加明亮，同时，不同光泽也为鉴定宝石提供了有用的线索。但各种光泽之间并没有明显的界线。
五、色散
当一束白光穿过一种有两个斜面的透明物质时，分解成它的组成波长，从而出现了五彩斑澜的色彩的现象，称色散（图1－1）。
当切磨良好的钻石在自然光下作相对转动，钻石表面会看到闪烁跳耀的火彩，有人称之为“火”（图1－2）。
色散有时也称“火”。对于有色宝石，这种“火”常被体色所掩盖，但高色散值也会为有色宝石添光增彩。
六、多色性
某些有色宝石的颜色随光波在其中振动方向不同，而显示的两种或三种体色的现象称多色性。
图1－1 白色光线的色散
图1－2 白光穿过钻石，色散作用给钻石以火彩
通常肉眼看到的颜色是两种或三种颜色的混合色。多色性的观察是用二色镜进行的。但一些多色性很强的宝石，如红柱石，肉眼在不同方向亦可见到颜色的变化。表2－2是几个显示多色性宝石的实例。
表2－2 具多色性宝石实例
七、特殊光学效应
1.光彩效应
宝石内部的包裹体或结构特征对光所产生的一种漫反射效应。如月光石、日光石。
月光石由于正长石与钠长石互层而反射出银白色光彩。优质月光石所显示的蓝色光彩还有光的干涉作用的叠加。
日光石由平行排列的赤铁矿细小薄片反射出具金属光泽的金星光彩。
2.猫眼效应
琢磨成弧面形的一些宝石，在平行光照下表面出现一条明亮的光带，随样品的转动，光带会在宝石表面平行移动或张合，如猫的眼睛，故称猫眼效应。
许多宝石能产生猫眼效应，最著名的能产生猫眼效应的宝石是金绿宝石的一个亚种猫眼石。其他能产生猫眼效应的宝石有海蓝宝石猫眼、电气石猫眼、磷灰石猫眼、石英猫眼、方柱石猫眼、蛇纹石猫眼、红柱石猫眼、透辉石猫眼、绿帘石猫眼、透闪石猫眼和孔雀石猫眼等。
3.星光效应
琢磨成弧面形的某些宝石，在平行光照下表面出现一组放射状闪动的亮线，尤如夜空中闪烁的星星，称星光效应。通常为4射或6射，极个别为12射星状光线。常见的能产生星光效应的宝石有红宝石、蓝宝石。
4.变色效应
不同光源照射下宝石呈明显颜色变化的光学效应称为变色效应。宝石学中常用日光和白炽灯两种光源进行观察。
变色效应最典型的例子是变石，它是金绿宝石的一个亚种。在日光下呈绿色，在白炽灯下呈红色。这是因为变石含过渡元素铬（Cr），铬（Cr）致色可以产生红色或绿色。变石中铬（Cr）的吸收取决于入射光的波长。日光中短波占优势，变石透过绿光呈绿色；白炽灯中长波多，变石透过红光呈红色。偶尔天然蓝宝石、尖晶石等也可以有变色效应。
变色效应不仅在天然变石中发生，还产生在合成变石和合成刚玉仿变石中，合成刚玉仿变石在日光下呈灰蓝绿色，在白炽灯下呈紫红色，它是由过渡元素钒（V）致色的。
5.亮度
亮度是指光线从宝石后刻面反射而导致的明亮程度。
从几何光学中可知，当光线从光密介质（折射率较大的媒质）进入光疏介质（折射率较小的媒质）时，光线偏离法线折射，这时的折射角大于入射角。当入射角增加到折射线沿两介质之间的分界面通过时，即折射角达到90°，这时的入射角称为临界角。
全内反射指当光线从光密介质进入光疏介质时，如果入射角大于临界角，光线将发生全内反射，并遵循反射定律，留在光密介质中。
切磨良好的宝石，可使从顶部进入宝石的入射光，经过多次全内反射再次从顶部射出，使宝石顿时增辉。如钻石就能显示完美的亮度。
一些低折射率的宝石要产生亮度则需很陡的底部，而底部过深会无法镶嵌，所以通常不产生强的亮度。
6.变彩
宝石的某些特殊结构对光的干涉或衍射作用而产生的颜色或一系列颜色，颜色随光源或宝石的转动而变化，这种现象称变彩效应。
欧泊在结构上有规律的三度空间的球粒堆积，构成了一个三维衍射光栅，当它的球粒间隔大小和可见光波长相当时，就发生了光的衍射，即光的传播方向发生变化，这些相干光线相互干涉即产生了颜色。光的折射角随波长连续变化，所以不同角度变化出现不同的颜色变化；球粒大小的变化，产生了不同的颜色。这就形成了欧泊变彩。普通欧泊球粒大小不同，排列不规则，所以不产生变彩。
7.发光性质
宝石在外来能量的激发下，发出可见光的性质称宝石的发光性。
宝石鉴定中的激发源常用紫外光。宝石在紫外光照射下，发射出可见光的现象称紫外荧光。按发光的强弱分为：强、中、弱、无。
外来激发源撤除后，短时内宝石仍能发出可见光的现象称磷光性。
第三节 珠宝玉石的热学性质
物体对热的传导能力称为热导率，它是以穿过给定厚度的材料，并使材料升高一定温度所需的能量来度量的。
不同宝石的热传导能力不同，对比它们的热导率即可有效地区分宝石。热学性质有助于许多宝石的鉴定，最明显的是钻石，它的热导率远远大于热导率次高的刚玉。这就构成了热导仪鉴定钻石的基础（碳硅石除外）。具体参见宝石仪器有关章节。
加热也会影响宝石的颜色。这是由于一些变价的色素离子在不同的温度条件下可改变其价态，或者加热使得晶体结构发生变化而影响其颜色。为了提高某些宝石的品质，可利用加热的方法来改善宝石的颜色，如对玛瑙、蓝宝石和海蓝宝石的加热处理。
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