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1、第三章 矿物的物理性质Physical Properties of Minerals,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。,颜色互补示意图,紫,青,黄绿,绿,蓝,红,橙,黄,（一）矿物的颜色： 1、颜色(color)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
2、、绿、蓝、青、紫七种色光组成。对角扇形区为互补色。,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
3、、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： 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。 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。 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、
4、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。 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 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
5、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dd跃迁或ff跃迁。 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。,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(val
6、ence 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3210-16J，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。 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(ch
7、romophoric 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）矿物的条痕： 1、条痕(streak)的概念： 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。 2、矿物的条痕的意义： 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
8、色的透明半透明矿物，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。 根据条痕的微细变化，可大致了解矿物成分的变化，推测矿物的形成条件。,（三）矿物的透明度 1、矿物透明度(transparency或diaphaneity)的概念： 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： (1) 透明(transparent或diaphanous)： 能允许绝大部分光透过，矿物条痕常为无色、白色或略浅色。如石英、方解石和普通角闪石等。 (2) 半透明(translucent)： 可允许部分光透过，矿物条痕呈各种彩色(如红、褐等色)。如辰砂、雄黄和黑钨矿等。 (3) 不透明(
9、opaque)： 基本不允许光透过，矿物具黑色或金属色条痕。如方铅矿、磁铁矿和石墨等。 2、判别透明度等级的依据： 1）矿物边缘的透光程度条痕； 2）0.03mm厚度的矿物薄片，在偏光显微镜下观察。,3、影响透明度的因素： 1）化学组成和晶体结构。 吸收系数大的矿物，其透明度即低。一般地，金属晶格由于内部存在着自由电子，因而其对光的吸收比原子晶格和离子晶格要强得多。而离子晶格的吸收程度又因离子类型而异：铜型离子对光的吸收很强，过渡型离子、惰性气体型离子的吸收能力则依次降低。 2）颜色深浅和厚度； 3）矿物中的裂隙、包裹体； 4）矿物的集合方式； 5）表面风化程度。,（四）矿物的光泽 1、矿物光
10、泽(luster)的概念： 指矿物表面对可见光的反射能力。矿物对光的折射和吸收越强，反光能力越大，光泽越强，反之则弱。 2、矿物光泽的等级： (1) 金属光泽(metallic luster)： (2) 半金属光泽(submetallic luster)： (3) 金刚光泽(adamantine luster)： (4) 玻璃光泽(vitreous luster)：,注意：矿物肉眼鉴定时，根据矿物新鲜平滑的晶面、解理面或磨光面上反光能力的强弱，同时配合矿物的条痕和透明度进行光泽等级的判定。 金刚光泽、玻璃光泽（半金属光泽）统称为非金属光泽。,金刚光泽（辰砂）,金属光泽（金）,半金属光泽 （针铁
11、矿）,玻璃光泽 （水镁石）,金属光泽 （黄铁矿）,半金属光泽 （铬铁矿）,金刚光泽 （金刚石）,玻璃光泽 （水晶）,3、矿物的特殊光泽： (1) 油脂光泽(greasy luster)： (2) 树脂光泽(resinous luster)： (3) 沥青光泽(pitchy luster)： (4) 蜡状光泽(waxy luster)： (5) 丝绢光泽(silky luster)： (6)珍珠光泽(pearly luster)： (7) 土状光泽(earthy luster)：,一般来说，具金属键的矿物，一般呈现金属或半金属光泽；具共价键、离子键或分子键的矿物呈现金刚光泽或玻璃光泽。,珍珠光泽
12、（白云石）,丝绢光泽（石棉）,土状光泽（高岭土）,二 矿物的力学性质 矿物的力学性质(mechanical properties)是指矿物在外力(如敲打、挤压、拉引和刻划等)作用下所表现出来的性质。 包括： 解理、裂开和断口； 硬度； 脆性； 延展性； 弹性和挠性。,(一) 矿物的解理、裂开和断口 1、解理(cleavage) （1）解理的概念 矿物晶体在应力（敲打、挤压等）作用下，沿一定结晶学方向破裂成一系列光滑平面的固有特性称为解理，这些光滑的平面称为解理面(cleavage plane)。 （2）解理的分级： 通常按照破裂的难易程度，将解理分为五个等级。 I.极完全解理(eminent
13、cleavage)： 矿物受力后极易裂成薄片，如云母的001解理；石墨的0001解理 II. 完全解理(perfect cleavage)： 矿物受力后易裂成光滑的平面或规则的解理块，常见平行解理面的阶梯。如方铅矿的100解理；方解石的1011解理等。 III. 中等解理(good or fair cleavage)： 解理面较小而不很平滑，且不太连续，常呈阶梯状，如蓝晶石的010解理等。 IV. 不完全解理(poor or imperfect cleavage)： V. 极不完全解理(cleavage in traces)：,(3)解理发育的一般规律及其主要影响因素有： （I）解理沿着晶格中
14、面网密度最大的方向发育。例如金刚石平行100、110、111的面网间距分别为0.089nm、0.126nm、0.154nm，因而其解理沿111产生。 （II）解理面平行于由异号离子组成的电性中和面。例如石盐具平行100解理。 （III）当相邻面网为同号离子组成的面网时，解理面易平行于该面网发育。如萤石结构中，111面网的间距虽非最大，但该方向存在均由F-离子组成的相邻面网，由于静电斥力使其面网间联结力弱，导致解理沿111面网产生。 （IV）解理面易平行于晶体内化学键最强的方向发育。对多键型的分子晶格，解理面平行于由分子键联结的面网，如石墨具层状结构，层内键力远比层间的分子键强，故其解理平行00
15、01。,注意： 1）解理是某些晶体固有的性质，解理面总是平行晶格中特定的面网，它既表现出明显的异向性，也反映了晶体的对称性。 2）描述：单形符号-方向、组数、夹角 等级。 3）解理的概念只适用于矿物显晶质单晶体。,(4)解理面和晶面的区别： （1）本质上说，晶面受力消失，解理面受力后出现； （2）晶面黯淡，解理面光亮； （3）晶面微观不平坦，常有晶面花纹，解理面平坦，或出现规则解理台阶。,2裂开 （1）裂开(或称裂理，parting) 是指某些矿物晶体在应力作用下，有时可沿着晶格内一定的结晶方向破裂成平面的性质。裂开的平面称为裂开面(parting plane)。 （2）裂开解理区别 产生的原
16、因不同。表示方式相同单形符号。 裂开：杂质夹层、聚片双晶的接合面。不是矿物本身固有的特性。 解理：结构决定。矿物本身固有的特性 如某些含钛磁铁矿可见平行111的裂开；方解石在应力作用下，常可沿0112聚片双晶裂开等。 裂开面不直接受晶体结构控制。因而裂开不是矿物本身固有的特性，它只出现于某些矿物在特定环境下形成的某些晶体上。,3断口(fracture) 断口是矿物受力后沿任意方向破裂而形成的断面，称为断口。 常见的矿物断口，主要有如下几种： (1) 贝壳状断口(conchoidal fracture) (2) 锯齿状断口(hackly fracture) (3) 参差状断口(uneven fracture) (4) 平坦状断口(even fracture) (5) 土状断口(earthy fracture) (6) 纤维状断口(fibrous fracture),(二) 矿物的硬度 1、矿物的硬度(har
