[物理]第45节 矿物的物理性质201304.ppt

第四节 矿物的物理性质及化学性质 一、矿物的光学性质 二、矿物的力学性质 三、矿物的其它性质 ——电学性质 ——磁学性质 ——热学性质 …… 一、矿物的光学性质 矿物的光学性质(optical properties)是指矿物对可见光的反射、折射、吸收等所综合表现出来的各种性质。 包括：矿物的颜色、条痕、光泽、透明度。 矿物颜色与其对光的作用关系： 黑色——均匀地全部吸收自然白光； 白色或无色——基本上不吸收； 灰色——均匀地吸收各种色光； 被吸收的色光的补色——选择性地吸收某种波长的色光。 矿物颜色的成因类型： ——自色 ——他色 ——假色 (1)自色(Idiochromatic color)： 由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定的颜色。 (2)他色(allochromatic color)： 是指矿物因含外来带色的杂质、气液包裹体等所引起的颜色。如烟水晶 (3)假色(pseudochromatic color)： 是自然光照射在矿物表面或进入到矿物内部所产生的反射、干涉、衍射、散射等物理光学效应而引起的矿物呈色。假色只对个别矿物有辅助鉴定意义。 矿物中常见的假色主要有： ① 锖色(tarnish)： 指某些不透明矿物表面氧化薄膜引起反射光的干涉而呈现出的彩色。如斑铜矿表面的蓝、靛、红、紫斑驳色。 ② 晕色(iridescence)： 指某些透明矿物内部平行密集的解理面或裂隙面对光连续反射使矿物表面出现如同彩虹般的色带。在白云母、冰洲石、透石膏等无色透明晶体的解理面上最易见到。 ③ 变彩(play of color)： 指从不同方向观察某些透明矿物时，其不均匀分布的各种颜色会随之发生变换。这是由于矿物内部存在有许多厚度与可见光波长相当的微细叶片状或层状结构，引起光的衍射、干涉作用所致。例如，拉长石即具有美丽的蓝绿、金黄、红紫等连续改变的变彩；贵蛋白石呈现蓝、绿、紫、红等色的变彩。 ③ 乳光(也称蛋白光，opalescence)： 指在矿物中见到的一种类似于蛋清般略带柔和淡蓝色调的乳白色浮光。它是由于矿物内部含有许多远比可见光波长为小的其他矿物或胶体微粒，使入射光发生漫反射而引起的。如月长石和乳蛋白石均可见到这种乳光。 2、矿物的呈色（致色）机理 ①含过渡型离子的矿物——离子内部电子跃迁(internal electron transition)： 当自然光照射时，矿物中致色元素离子吸收光能而从基态跃迁到激发态。矿物将呈现所吸收色光的补色。 （外电子层d轨道或f轨道能级分裂，能级间的能量差与可见光中的某种波长的光波相当而致其被吸收，又称d—d跃迁或f—f跃迁。 ② 含变价元素矿物——离子间电荷转移(interionic charge transfer)： 在外加能量的激发下，矿物晶体结构中变价元素的相邻离子之间发生电子跃迁(称为电荷转移)，而使矿物致色。 如Fe2+与Fe3+，Mn2+与Mn3+或Ti3+与Ti4+之间最易发生电荷转移。例如蓝闪石即是由于结构中存在Fe2+与Fe3+之间的电荷转移而呈蓝色。 ③自然金属或硫化物矿物——能带间电子跃迁(interband transition)： 能带理论认为，矿物中的原子或离子，其外层电子均处于一定的能带。能带的下部为价带(valence band)，上部为导带(conduction band)，两者间为禁带(forbidden band) 。 矿物可吸收能量高于禁带宽度的色光，使电子从价带跃迁到导带而呈色。 如辰砂(HgS)的禁带宽度为32×10-16J，相当于620nm的波长，故矿物能吸收除红光以外的其它色光而呈红色。 ④碱金属和碱土金属化合物矿物——色心(color centre)： 色心是一种能选择性吸收可见光波的晶格缺陷，它能引起相应的电子跃迁而使矿物呈色。 如萤石(CaF2)的紫色、石盐(NaCl)的蓝色即分别是因晶格中F-空位和Cl-空位所引起的F心所致。 说明： A）能够使矿物呈色的过渡型离子称为色素离子(chromophoric ion)。主要有周期表中第四周期的Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni，以及次要的W、Mo、U、Cu和稀土元素的离子，其中最常见的是通常分别使矿物致绿色和褐红色的Fe2+和Fe3+。 B）对于仅由惰性气体型离子所构成的矿物，因其基态与激发态能级间的能量差远比可见光的能量为大，可见光不能激发电子而使其发生跃迁，即矿物对可见光不吸收，故呈现无色或白色。 （二