宝石光学性质.pptVIP

第二章 宝石的基本特性 第一节 宝石的光学性质 第二节 宝石的力学性质 第三节 宝石中的包裹体 第一节 宝石的光学性质 一、宝石的颜色 二、宝石的光泽和透明度 三、宝石的折射率和色散 四、宝石的多色性 五、宝石的发光性 六、宝石的特殊光学效应 一、宝石的颜色 研究意义： 宝石颜色是评价宝石质量和价值的重要依据； 不少宝石的特有颜色可以作为其重要鉴定特征； 了解宝石颜色的致色原因，对宝石的合成、改色、鉴别等工作都一定的指导意义。 1、颜色的本质 颜色是具有一定波长的电磁波。一定波长的可见光，会呈现一定的颜色。 在整个电磁波谱中，能引起人眼视觉的可见光只是一小部分，一般取400~700nm波长作为可见光的范围（实际范围可达380~780nm）。 单色光的波长由长到短，对应的颜色感觉由红到紫。 日常见到的自然光，就是由以上几种色光混合而成的白光。 将各种色光的颜色排成扇形圆环图，任意一对对角扇形区两种颜色的色光，都可以适当比例混合成为白光，这两种颜色称为互补色。 颜色表示方法： 波长（λ） 单位：纳米（nm） 能量（E） 单位：电子伏（ev） E(ev) × λ(nm) ≈ 1240 400nm紫光相当于3.10ev ; 700nm红光相当于1.77ev 即可见光的能量范围大致为1.77~3.10ev 。 波长越短，能量越大。 宝石的颜色是宝石对不同波长的可见光选择性吸收的结果。 当可见光（白光）照射宝石时： 如果宝石选择吸收了某些波长的色光，则宝石呈透射或反射色光的混合色，相当于被吸收色光的补色或补色的混合色； 如果宝石普遍均匀的吸收所有色光，则宝石随吸收程度不同而呈黑、灰或白色； 如果所有的色光都有通过宝石，则宝石呈无色透明。 2、宝石颜色的致色机理 五种机理： 过渡金属离子的内部电子跃迁致色 离子间的电荷转移致色 色心致色 能带间的电子跃迁致色 物理光学致色 （1）过渡金属离子的内部电子跃迁致色 当宝石组分中含有：Ti 、 V 、 Cr 、 Mn 、 Fe 、 Co 、 Ni 、 Cu 等，都是宝石产生颜色的物质基础，称为“色素离子”。 这类离子存在 d 轨道上未成对的单电子，受到周围配位体阴离子电子云影响，d 轨道的能级会发生分裂，所产生的能量差值可能与某种波长的可见光能量相当。 当白光入射宝石晶格，d 电子受到相同能量光波激发，从基态（低能轨道）跃迁到激发态（高能轨道），这部分光波的能量转移给被子激发电子，即吸收，其余光波透射或反射出宝石，混合呈色。 红宝石的呈色机理 成分：Al2O3 含Cr2O3 Cr3+→Al3+ 有3个d电子 基态 e 激发态 吸收紫光、绿-黄光 通过红光、蓝光（少量） 呈红色、紫红色 （2）离子间电荷转移致色 在晶体结构中，相邻离子间在外来能量（光能）作用下，可使电子从一个原子的轨道跃迁到另一个原子轨道上去，即离子间发生电荷转移。 离子间电荷转移分三类型： 非金属离子——金属离子 金属离子——金属离子 非金属离子——金属离子 蓝宝石的致色原因 蓝宝石成分：Al2O3 含Fe2+ 、Ti4+ 等杂质。 Fe2+——Ti4+ 电荷转移 吸收红、黄光，呈蓝色。 （3）色心致色 色心：可以吸收光波的晶体结构缺陷。 主要有两种： 缺失原子（缺位）—— 受放射性幅照捕获 1个电子形成电子色心； 额外原子（填隙原子）——受放射性幅照激发 1个电子形成空穴色心。 两者结果都造成有不成对的电子而发生能级分裂，吸收光波产生颜色。 例：紫色萤石的致色原因 萤石成分：Ca F2 由于Ca2+含量过高和受放射性幅照影响，造成F – 缺位而为电子占据——电子色心。 该色心吸收黄绿光波，使萤石呈紫色。 例：烟晶的致色原因 成分：SiO2 Si4+←Al3+﹢H+(Na+) 受幅照后，Al3+邻近的Oˉ的1个价电子被激发离开其轨道，出现未配对电子——空穴色心。 产生极强的紫外——可见光范围的吸收，呈烟灰色。 （4）能带间的电子跃迁致色 能带理论认为：晶体中的电子不束缚于个别原子，而是在整个晶体中作周期性共有化运动。 即晶体中的每个电子都是在周期性排列的原子和其它所有电子产生的势场中运动。 在晶体中，各个原子的相似轨道能级发生相互重叠而构成各个能量范围不同的能带，电子按能级高低分别处在各能带中。 处在价带顶部的电子当受到大于Eg的外来能量（可见光）激发，可以跃迁到导带上去。吸收可见光能量而使晶体产生颜色。 能带理论所解释的宝石颜色 （5）物理光学致色 指由于宝石内部的结构、构造、裂隙、包裹体等到因素，对光发生物理光学作用而使宝石呈色。 这些作用主要有： 1）干涉作用致色 2）衍射作用致色 3）散射作用致色 4）有色包体致色 1）干涉作用致色 干涉：