脑子进水就算了，石头里居然也有水？
我们生活的地球，常常被称为“水球”——江河湖海里有水，天上的云彩里有水，地下有水，植物动物的身体里有水......
我们人类的脑子里，也有水（开玩笑。
以上事物中有水都可以理解。
可是，万万没想到！干干巴巴麻麻赖赖的石头里，居然也有水！石头里的水是什么水，又是怎么进去的呢？今天让我们一起了解一下。
水水灵灵的蛋白石，里面确实有水分
水里有“矿”，矿里就有水
矿泉水大家都喝过吧？那是受污染较少的地下水，里边富含矿物质。
矿泉水是这样来的——水在地下岩石裂隙中呆久了，就会有一些矿物质溶解在水里，于是矿泉水就出现了，这很好理解。既然矿物质能溶在水里，那么水自然也能反过来“入侵”到矿物中，与矿物融合在一起。
图片来自：123rf.com.cn
矿物中的水，总共有三种形式。
当水通过大气降水、地表渗透进入地下后，未必能进入一个安宁的世界——如果岩层内缺少“隔水层”，地下水就会继续往下流，一直流到地层深处的岩浆那儿，化为高温蒸汽。
当岩浆向地表流动，缓慢远离地心并冷却凝固、形成矿物的时候，岩浆中的水也会成为矿物分子结构的一部分，被称为“结构水”。
有些矿物比如石膏、芒硝、胆矾，大多是从干旱的湖泊水体中析出结晶的，所以水也会混进矿物晶体中，成为“结晶水”。
还有一种情况，就是如果矿物的质地不够紧密，存在细小裂隙，就会有水分子挤进去，这就有了第三种——“吸附水”。
都是“水”，它们仨有啥区别呢？
吸附水，活泼不老实
蛋白石
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细腻柔滑、色彩缤纷的蛋白石（又名欧泊），是一种价廉物美的宝石。虽然名叫“蛋白”，但其实它们并不是有机物，化学成分和石英一样是二氧化硅。
只不过蛋白石的晶体结构比较特殊，是颗粒极细的“凝胶体”，里面还含有3%~20%的水分。正是这些水分，让蛋白石美得这么与众不同。
蛋白石中的水以吸附水的形式存在
吸附水顾名思义，就是在矿物形成过程中，吸附在矿物颗粒表面或裂隙中的水，是矿物水里最“自由”的一种形式。吸附水里的水分子身份独立，不与矿物分子结合。
如果把含有吸附水的矿物加热到100℃，或者把它长期放在特别干燥的地方，水分子就会离开矿物，回到空气中。失水后的矿物长相会变丑，变得干干巴巴的。
失水后的蛋白石，在矿物学上就成了另一种矿物——燧石
在含水的岩层中，吸附水扮演着活跃的角色：一方面它们能微量溶解一些碳酸盐类的矿物，如果吸附水过多，就会使岩石的坚硬程度降低，变得结构疏松、容易破碎。
另一方面，矿物颗粒间的“空位”被水挤占，其他的液体、气体就很难再挤进去了。
欧泊化的动物化石
图片来自：australianopalcentre.com
我们平时养植物、养龟常用的垫料——蛭石，就是一种特别能吸水的黏土矿物。被吸进蛭石中的水，严格来说并不是吸附水，而是以一种名为“层间水”、介于结晶水与吸附水之间的特殊形态存在。
蛭石受热时，里面的层间水发生气化，把薄薄的层间缝隙撑大，然后蛭石就膨胀了。
蛭石酷似水蛭（蚂蟥），所以叫这个名字
摄影：唐志远
结晶水，别欺负老实人
胆矾
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中学化学课上介绍的胆矾——“五水硫酸铜”，原本是蓝莹莹的，加热变成“无水硫酸铜”后就是平淡无奇的白色粉末。
胆矾中的水，就是典型的结晶水。
左：五水硫酸铜 右：无水硫酸铜
结晶水是一个个完整的水分子，却基本丧失了独立地位，不能自由活动，经过加热才能获得足够的能量、从矿物中逃脱。
拿胆矾来说，常温下每个硫酸铜分子搭配五个结晶水分子，加热到30℃时就会失去两个结晶水分子，100℃时会失水变成“一水硫酸铜”，400℃时就成无水硫酸铜了。
石膏中的结晶水，则让石膏变得透亮。
半透明的生石膏晶体
天然条件下，大部分石膏以生石膏的形态存在，每个硫酸钙分子搭配两个水分子，晶体发育良好的话就是透明或半透明的。
如果受热失水，生石膏先是转变为含结晶水较少的熟石膏；最后完全失去结晶水，只剩下硫酸钙，变成硬石膏。
骨折了，打石膏
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姑娘们平时经常佩戴的玉石、翡翠中，也含有一定量的结晶水。
不过珠宝界评判玉石、翡翠的品相时，常常说的“水头”如何如何，并不是指其中的水分多少，而是指它们的透明度，这主要取决于颗粒大小、杂质含量、颜色深浅等因素。
结构水，我大概是个“假水”
除了上面那些著名的含水矿物，蛇纹石、绿帘石、云母这些地层中的常见矿物，也是有水的。
只不过它们内部的水是“结构水”，就算加热也很难跑出来。
干干巴巴的绿帘石，里面就含有结构水
以结构水形式存在的水，已经不是真正的“水”了——完完整整的H2O水分子被拆散，分成了氢氧根离子（OH）—和氢离子H+，完全和矿物融为了一体。
结构水
想要恢复水的真身，除非把矿物加热到600℃~1000℃，生生破坏掉它们的晶体结构，才能把里面的水释放出来。在这个“简单粗暴”的过程中，矿物的分子结构也会发生改变，形成的新矿物跟原来不同。
对地质学家来说，结构水里包含着许多矿物形成时的信息。哪怕是同一地区、同一种类的矿物，其内部结构水的含量、存在方式可能也有所不同，说明它们分别形成于不同的地质过程中，从而可以推测这个地区当年有过哪些地质活动。
绿帘石
图片来自：Matteo Chinellato
好了 下课
课后考试题一人一张
前排同学往后传一下
随堂考
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撰文 |杨帅斌
微信编辑 | 高兴