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1、第十一章第十一章 矿物的物理性质矿物的物理性质 Physical Properties of MineralsPhysical Properties of Minerals 一、矿物的光学性质一、矿物的光学性质 二、矿物的力学性质二、矿物的力学性质 三、矿物的其它性质三、矿物的其它性质 电学性质电学性质 磁学性质磁学性质 热学性质热学性质 第 二 讲 一一 矿物的光学性质矿物的光学性质 矿物的矿物的光学性质光学性质: :是指矿物对可见光是指矿物对可见光 的反射、折射、吸收等所综合表现出来的反射、折射、吸收等所综合表现出来 的各种性质。的各种性质。 第 二 讲 包括：包括： 矿物的颜色、条痕、光
2、泽、透明度矿物的颜色、条痕、光泽、透明度 颜色互补原理 示意图 紫 青 黄绿 绿 蓝 红 橙 黄 （一）矿物的颜色： 1、颜色的定义： 是矿物对入射的白色可 见光(390770nm)中不 同波长的光波吸收后， 透射和反射的各种波长 可见光的混合色。 自然光呈白色， 由红、橙、黄、绿、蓝、青 、紫七种色光组成。对角扇 形区为互补色。 第 二 讲 矿物颜色的一般表现形式：矿物颜色的一般表现形式： 黑色黑色均匀地全部吸收自然白光；均匀地全部吸收自然白光； 白色或无色白色或无色基本上不吸收；基本上不吸收； 灰色灰色均匀地吸收各种色光；均匀地吸收各种色光； 彩色彩色选择性地吸收某种波长的色光而呈现选择性
3、地吸收某种波长的色光而呈现 被吸收的色光的补色。被吸收的色光的补色。 矿物颜色的成因类型包括：矿物颜色的成因类型包括： 自色自色 他色他色 假色假色 第 二 讲 (1) (1) 自色自色(Idiochromatic color)(Idiochromatic color)： 由矿物本身固有的化学成分和内部结构由矿物本身固有的化学成分和内部结构 所决定的颜色。又可分为体色和表面色。所决定的颜色。又可分为体色和表面色。 第 二 讲 (2) (2) 他色他色(allochromatic color)(allochromatic color)： 是指矿物因含外来带色的杂质元素等所是指矿物因含外来带色的杂
4、质元素等所 引的颜色。引的颜色。 (3) (3) 假色假色(pseudochromatic color)(pseudochromatic color)： 是自然光照射在矿物表面或进入到矿物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。色只对个别矿物有辅助鉴定意义。 第 二 讲 矿物中常见的假色主要有：矿物中常见的假色主要有： 1) 1)锖色锖色(tarnish)(tarnish)： 指某些指某些不透明矿物不透明矿物表面氧化薄膜引起反射光
5、的表面氧化薄膜引起反射光的 干涉干涉而呈现出的彩色而呈现出的彩色。 如斑铜矿表面的蓝、靛、红、紫斑驳色。如斑铜矿表面的蓝、靛、红、紫斑驳色。 2)2)晕色晕色(iridescence)(iridescence)： 指某些指某些透明矿物透明矿物内部平行密集的解理面或裂隙面内部平行密集的解理面或裂隙面 对光对光连续反射连续反射使矿物表面出现如同彩虹般的色带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。理面上最易见到。 第 二 讲 3)3)变彩变彩(play of color)(play of color)：
6、指从不同方向观察某些透明矿物时，其不均匀分布的指从不同方向观察某些透明矿物时，其不均匀分布的各各 种颜色种颜色会随之发生变换。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，引起细叶片状或层状结构，引起光的衍射、干涉光的衍射、干涉作用作用所致。所致。 例如例如: :拉长石即具有美丽的蓝绿、金黄、红紫等连续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。改变的变彩；贵蛋白石呈现蓝、绿、紫、红等色的变彩。 第 二 讲 4)4)乳光乳光( (也称蛋白光，也称蛋白光，
7、opalescence)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其他矿 物或胶体微粒物或胶体微粒，使入射光发生，使入射光发生漫反射漫反射而引起的。如月长石而引起的。如月长石 和乳蛋白石均可见到这种乳光。和乳蛋白石均可见到这种乳光。 第 二 讲 2 2、矿物的呈色（致色）机理、矿物的呈色（致色）机理 过渡型离子致色过渡型离子致色离子内部电子跃迁：离子内部电子跃迁： 当自然光照射时，矿物中致色
8、元素离子吸收光能从而使其外层当自然光照射时，矿物中致色元素离子吸收光能从而使其外层 电子由基态跃迁到激发态电子由基态跃迁到激发态, ,跃迁中吸收光能跃迁中吸收光能( (吸收光吸收光) )使矿物呈使矿物呈 色。色。 （外电子层（外电子层d d轨道或轨道或f f轨道能级分裂，能级间的能量差与可见光轨道能级分裂，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，又称中的某种波长的光波相当而致其被吸收，又称dddd跃迁或跃迁或ffff 跃迁）。跃迁）。 第 二 讲 变价元素致色变价元素致色离子间电荷转移：离子间电荷转移： 在外加能量的激发下，矿物晶体结构中变价元素在外加能量的激发下，矿物晶体
9、结构中变价元素 的相邻离子之间发生电子跃迁的相邻离子之间发生电子跃迁( (称为电荷转移称为电荷转移) )，而使，而使 矿物致色。矿物致色。 如如FeFe2+ 2+与 与FeFe3+ 3+， ，MnMn2+ 2+与 与MnMn3+ 3+或 或TiTi3+ 3+与 与TiTi4+ 4+之间最易发 之间最易发 生电荷转移。例如蓝闪石即是由于结构中存在生电荷转移。例如蓝闪石即是由于结构中存在FeFe2+ 2+与 与 FeFe3+ 3+之间的电荷转移而呈蓝色。 之间的电荷转移而呈蓝色。 第 二 讲 能带间电子跃迁致色能带间电子跃迁致色( (自然金属或硫化物矿物自然金属或硫化物矿物) )： 能带理论认为能
10、带理论认为: :矿物中的原子或离子，其外层电子均处矿物中的原子或离子，其外层电子均处 于一定的能带。能带的下部为于一定的能带。能带的下部为价带价带(valence band)(valence band)，上，上 部为部为导带导带(conduction band)(conduction band)，两者间为，两者间为禁带禁带 (forbidden band) (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。带而呈色。 如辰砂如辰砂(HgS)(HgS)的禁带宽度为的禁带宽度为3210321
11、0-16 -16J J，相当于 ，相当于620nm620nm的波长，故的波长，故 矿物能吸收除红光以外的其它色光而呈红色。矿物能吸收除红光以外的其它色光而呈红色。 色心致色色心致色( (碱金属和碱土金属化合物矿物碱金属和碱土金属化合物矿物) )： 色心是一种能选择性吸收可见光波的晶格缺陷，它能引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。起相应的电子跃迁而使矿物呈色。 如萤石如萤石(CaF2)(CaF2)的紫色，即分别是因晶格中的紫色，即分别是因晶格中F F - - 空位所引空位所引 起的起的F F心所致。心所致。 说明：说明： A A）能够使矿物呈色的过渡
12、型离子称为能够使矿物呈色的过渡型离子称为色素离子色素离子(chromophoric (chromophoric ion) ion)。主要有周期表中第四周期的。主要有周期表中第四周期的TiTi、V V、CrCr、MnMn、FeFe、CoCo、 NiNi，以及次要的，以及次要的W W、MoMo、U U、CuCu和稀土元素的离子，其中最常和稀土元素的离子，其中最常 见的是通常分别使矿物致绿色和褐红色的见的是通常分别使矿物致绿色和褐红色的FeFe2+ 2+和 和FeFe3+ 3+。所以 。所以 由过渡型离子组成的矿物或含有过渡离子的矿物易呈现彩色由过渡型离子组成的矿物或含有过渡离子的矿物易呈现彩色.
13、. B B）对于对于仅由惰性气体型离子所构成的矿物仅由惰性气体型离子所构成的矿物，因其基态与激发态，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，所以这类矿物对可见光几乎不吸收，故子而使其发生跃迁，所以这类矿物对可见光几乎不吸收，故 呈现无色或白色呈现无色或白色。 （二）矿物的条痕：（二）矿物的条痕： 1 1、条痕、条痕(streak)(streak)的概念：的概念： 矿物的条痕是矿物粉末的颜色。通常是指矿物在矿物的条痕是矿物粉末的颜色。通常是指矿物在 白色无釉瓷板上擦划所留下的粉末的颜色。白色无釉
14、瓷板上擦划所留下的粉末的颜色。 2 2、矿物条痕的意义：、矿物条痕的意义： 能消除假色、减弱他色、突出自色。能消除假色、减弱他色、突出自色。 条痕对于鉴定不透明矿物和鲜艳彩色的透明条痕对于鉴定不透明矿物和鲜艳彩色的透明半透半透 明矿物，尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素矿明矿物，尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素矿 物，具有重要意义。物，具有重要意义。 第 二 讲 （三）矿物的透明度（三）矿物的透明度 1 1、矿物透明度、矿物透明度(transparency(transparency或或diaphaneity)diaphaneity)的概念：的概念： 透明度是指矿物允许可见光透过的程度。透明度是指矿物允许可见光透过的程度。 一般将矿物的透明度划分为三级：一般将矿物的透明度划分为三级： 第 二 讲 (1) (1) 透明透明(transparent(transparent或或diaphanous)diaphanous)： 能允许绝大部分光透过，矿物条痕常为白色或略浅色能允许绝大部分光透过，矿物条痕常为白色或略浅色 。如石英、方解石和普通角闪石等。如石英、方解石和普通角闪石等。 (2) (2) 半透明半透明(translucent)(translucent)： 可允许部分光透过，矿物条痕呈各种彩色可允许部分光透过，矿物条痕呈各种彩色( (如红、褐等如红、褐等 色色
