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(390～770nm)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 的颜色又可分为体色和表面色 体色(body color)：——透明或半透明的矿物所呈现的透射光的颜色（被吸收色光的补色）。
例 如橄榄石、石英等表面色(surface color)：——不透明矿物所呈现的表层的反射色(reflection color)，它多与被吸收色光 一致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 (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 n说明：nA）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+nB）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(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)： 反光能力很强，似平滑金属磨光面的反光矿物具金属色（感），条痕呈黑色 或金属色，不透明如方铅矿、黄铁矿和自然金等(2) 半金属光泽(submetallic luster)： 反光能力较强，似未经磨光的金属表面的反光矿物呈金属色，条痕为深彩色( 如棕色、褐色等)，不透明—半透明如赤铁矿、铁闪锌矿和黑钨矿等(3) 金刚光泽(adamantine luster)： 反光较强，似金刚石般明亮耀眼的反光矿物的颜色和条痕均为浅色(如浅黄、 桔红、浅绿等)、白色或无色，半透明—透明。
如浅色闪锌矿、雄黄和金刚石等(4) 玻璃光泽(vitreous luster)： 反光能力相对较弱，呈普通平板玻璃表面的反光矿物为无色、白色或浅色， 条痕呈无色或白色，透明如方解石，石英和萤石等 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n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)： 某些具玻璃光泽或金刚光泽、解理不发育的浅色透明矿物，在其不平坦的断口 上所呈现的如同油脂般的光泽，如石英、磷灰石、石榴子石和霞石等 (2) 树脂光泽(resinous luster)： 在某些具金刚光泽的黄、褐或棕色透明矿物的不平坦的断口上，可见到似松香 般的光泽如浅色闪锌矿和雄黄等 (3) 沥青光泽(pitchy luster)： 解理不发育的半透明或不透明黑色矿物，其不平坦的断口上具乌亮沥青状光亮 。
如沥青铀矿和富含Nb、Ta的锡石等 (4) 蜡状光泽(waxy luster)： 某些透明矿物的隐晶质或非晶质致密块体上，呈现有如蜡烛表面的光泽如块 状叶蜡石、蛇纹石及很粗糙的玉髓等 (5) 丝绢光泽(silky luster)： 无色或浅色、具玻璃光泽的透明矿物的纤维状集合体表面常呈蚕丝或丝织品状 的光亮如纤维石膏和石棉等6)珍珠光泽(pearly luster)：浅色透明矿物的极完全的解理面上呈现出如同珍珠表面或蚌壳内壁那种柔和 而多彩的光泽如白云母和透石膏等 (7) 土状光泽(earthy luster)：呈土状、粉末状或疏松多孔状集合体的矿物，表面如土块般暗淡无光如块 状高岭石和褐铁矿等影响矿物光泽的主要因素是矿物的化学键类型一般来说，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（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)的定义：（媒体：解理） 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 (1) 极完全解理(eminent cleavage)： 矿物受力后极易裂成薄片，解理面平整而光滑，如云母的｛001｝解理；石墨的｛ 0001｝解理；透石膏的｛010｝解理等 (2) 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，解理面显著而平滑，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 (3) 中等解理(good or fair cleavage)： 矿物受力后，常沿解理面破裂，解理面较小而不很平滑，且不太连续，常呈阶梯状 ，却仍闪闪发亮，清晰可见如蓝晶石的｛010｝解理等 (4) 不完全解理(poor or imperfect cleavage)： 矿物受力后，不易裂出解理面，仅断续可见小而不平滑的解理面。
如磷灰石的｛ 0001｝解理；橄榄石的｛100｝解理等5) (5) 极不完全解理极不完全解理(cleavage in traces)(cleavage in traces)：：3、解理发育的一般规律及其主要影响因素有：（1）解理沿着晶格中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2）解理面。