Конспект лекцій Частина 1 Загальна мінералогія львів видавничий центр лну імені Івана Франка


Тема 3. Фізичні властивості ііііррррррмінералів



жүктеу 1.08 Mb.
бет8/12
Дата07.09.2018
өлшемі1.08 Mb.
түріКонспект
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12

Тема 3. Фізичні властивості ііііррррррмінералів

І. Відбивання і заломлення світла в мінералах.
Блиск, полиск. Колір мінералу, колір риси


Потрібно знати

Із курсу «Фізика»: природа світла, спектр електромагнетного випромінювання, закони заломлення та відбиття променя світла, показник заломлення, явища дифракції та інтерференції, поляризація світла.

Із курсу «Кристалографія та кристалохімія»: оптична інди-кат­риса. Ізотропні та анізотропні мінерали.

Література для самостійного вивчення

  1. Лазаренко Є. К. Курс мінералогії. – К.: Вища школа, 1970. – С. 88–100.

  2. Хёрблат К., Клейн К. Минералогия по системе Дена. – М.: Недра, 1982. С. 160–190.

  3. Берри Л., Мейсон Б., Дитрих Р. Минералогия. – М.: Мир, 1987. – С. 137–147 .

  4. The Colors of Minerals. Mineral Spectroscopy Server: California Institute of Technology, http://minerals.gps.caltech.edu/COLOR_Causes/index.htm


Залежність оптичних властивостей від кристалохімічної будови мінералу [1, 3]

Відбиття, поглинання, заломлення та пропускання світла в мінералах. Показники заломлення мінералів. Видовження мінералу, дис­пер­сія показників заломлення. Двозаломлення. Поляризація світла в разі заломлення та відбивання.



Відбивна здатність мінералу. Поглинання. Співвідношення відбиття та поглинання, прозорість мінералу. Розсіювання світла. Прозорі, напівпрозорі, непрозорі (рудні) мінерали. Пояснення оптичних властивостей мінералів з погляду моделей їхньої кристалічної будови (модель молекулярних орбіталей у кристалічному полі; зонна модель). Роль дефектів у формуванні оптичних властивостей мінералів.
Блиск мінералів [1, 2, 3]

Блиск - це вигляд мінералу у відбитому світлі. Розрізняють два головні типи блиску: металічний і неметалічний, та проміжний між ними - напівметалічний.




Таблиця 4

Залежність інтенсивності металічного блиску від показника відбиття непрозорих мінералів

Мінерал

Показник відбиття

Самородне срібло

90

Самородне золото

76

Самородна мідь

65

Самородне залізо

60

Нікелін

53

Пірит, арсенопірит

48

Галеніт

40

Халькозин

32

Магнетит, ільменіт

20
Відчуття блиску зумовлене кількістю і характером світла, відбитого поверхнею мінералу. Блиск залежить від якості поверхні; на різних гранях кристала він може відрізнятись. Є зв’язок між показником заломлення і блиском мінералів. 

Металічний блиск простежується в мінералів, що сильно відбивають світло, непрозорі в видимому світлі (хоча можуть часто пропускати інфрачервоні промені, наприклад пірит, енаргіт). Показник заломлення цих мінералів понад 3. Металічний блиск мають самородні метали і непрозорі сульфіди та арсеніди (пірит, арсенопірит, халькопірит, галеніт, піротин, пентландит, нікелін, герсдорфіт, кобальтин). Металічний блиск стає відчутнішим зі збільшенням показника відбиття мінералу (співвідношення світла, що впало на мінерал, і світла, відбитого від мінералу) (див. табл. 4, 5).

Напівметалічний блиск мають звичайно напівпрозорі мінерали групи сульфідів та оксидів( ільменіт, куприт, гематит, кіновар), а також магнетит, що сильно поглинає світло.

Полиск як відображення характеру зламу та агрегативності мінеральних індивідів і агрегатів.


Таблиця 5

Блиск і показники заломлення мінералів, за Поваренних, 1964

Блиск

Показник заломлен-ня

Приклади

Скляний невиразний

1,3-1,5

Флюорит (1,434), кальцит

Скляний виразний

1,5-1,9

Кварц, топаз (1,964)

Алмазний

1,9 - 3.4

Циркон (1,964), каситерит (1.99), сфалерит (2.4), алмаз (2,45), рутил (2.6), кіновар (3,093)
Відміни полисків:

  • масний полиск мають мінерали або агрегати мінералів переважно з алмазним, рідше скляним блиском, у яких поверхня з численними мікронерівностями; такий полиск може бути в алмазу із тонкою скульптурою граней, в тонкозернистих агрегатів сфалериту, кіноварі, самородної сірки;

  • восковий полиск мають світлозабарвлені мінерали зі скляним блиском на нерівних поверхнях зламу (кальцит, барит, кварц) або ж їхні дрібнозернисті агрегати; наприклад, приховано-кристалічні агрегати, такі як халцедон, опал;

  • смолистий полиск мають мінерали зі скляним блиском чорного чи темно-коричневого кольору в тонкозернистих агрегатах або такі, що піддані метаміктовим змінам (наприклад, аланіт, пірохлор);

  • шовковистий полиск мають мінерали в паралельно-волокнистих агрегатах (хризотил- і амфібол-азбести, гіпс-селеніт, арагоніт, ґетит);

  • перламутровий полиск мають мінерали зі скляним блиском та досконалою спайністю (тальк, слюди, гіпс, кальцит, флюорит, пластинчасті цеоліти (найсильніше в гейландиту));

  • матовий, бляклий полиск простежується в мінералів із поверхнею, що розсіює світло, або ж у їхніх тонкозернистих агрегатів.

Колір мінералів і типи їхнього забарвлення  [1, 2, 3]

Колір мінералів у відбитому та пропущеному світлі (приклад: гематит, кіновар, пірит). Залежність забарвлення від тріщинуватості та розміру індивідів.

Причини появи забарвлення мінералу зумовлені електронними процесами у кристалічній структурі, енергія яких відповідає довжинам світлових хвиль. Здебільшого ці процеси потребують зовнішнього збудження (наприклад, опромінення світлом) і супроводжуються змінами в розподілі енергії. Такі зміни пов’язані з переміщенням електронів між орбіталями всередині атомів, іонів, що складають кристал, або ж обміном енергії між дефектами кристалів.

Колір мінералу зумовлений селективним (вибірковим) поглинанням частини світлових хвиль спектра білого світла. Якщо мінерал пропускає/відбиває тільки випромінювання певної смуги спектра, а інші промені поглинає, тоді людське око й сприймає цей колір. Наприклад, зелений колір смарагду (різновид берилу) відповідає пропусканню світла в довжинах хвиль від 5000 до 5500 Å, багряно-червоний колір рубіну (різновид корунду) відповідає пропусканню суміші двох смуг спектра: червоно-оранжевої (~ 6000-7000 Å) і синьої (~ 4400-4800 Å). Рожевий колір нікеліну зумовлений виразним відбиттям червоної частини спектра на тлі загального високого відбиття. Особливості пропускання та поглинання світла мінералами вивчають за методами оптичної спектроскопії.



Спектри пропускання та спектри поглинання

В ІЧ-інтервалі (довжини хвиль 4.0-7.5 мкм) поглинання зумовлене коливанням вузлів кристалічної ґратки. Близько-ІЧ інтервал (0.8 - 4.0 мкм) поглинання фіксує молекулярні коливання в межах комплексів, що належать до складу структури, зокрема молекул води, СН4, СО2 (включених у структуру та адсорбованих на поверхні індивідів). Видимий діапазон спектра відповідає за поглинання світла селективно-поглинальними кольоротворними центрами – хромофорами, тобто іонами або групами іонів, що адсорбують (поглинають) світло з певною довжиною хвилі.


Розрізняють такі типи забарвлення мінералів:

  • ідіохроматичне (власне), зумовлене кристалохімічними особ­ливостями мінералу:

    • постійне, для мінералів сталого складу;

    • мінливе, для багатьох мінералів-твердих розчинів;

  • псевдохроматичне (фальшиве, чуже), зумовлене наявністю включень-пігментів (інших забарвлених мінералів, органічної речовини) або явищами інтерференції в мінеральних зростках.

Власне забарвлення мінералу контрольоване його хімічним складом . Кольоропоглинальними центрами для такого типу забарвлення є як основні (формульні) компоненти мінералу, так і незначні ізо­морфні домішки.  

Мінерали із постійним характерним забарвленням:

сині – азурит, лазурит, ковелін;

зелені – малахіт;

рожеві – еритрин, родохрозит, родоніт, нікелін;

жовті – аурипігмент, уранові слюдки, халькопірит;

червоні – реальгар, кіновар.



Забарвлення мінералів-твердих розчинів. Приклади зміни забарвлення залежно від вмісту заліза:

  • темно-зелений або чорний колір біотиту, геденбергіту;

  • білий до темно-зеленого колір діопсиду, актиноліту;

  • сфалерит ZnS білий, слабкожовтуватий без домішок заліза; змінює колір залежно від вмісту Fe від жовтого (<1% Fe) через коричневий (2-8 % Fe) до чорного (8 % Fe).

Приклади забарвлення, яке створюють незначні ізоморфні домішки:

  • галіт, безколірний за природою, може набувати голубого до синього кольору за наявності в структурі радіоактивних K40, Rb87 ;

  • кальцит може набувати жовтуватого кольору за наявності домішок заліза; рожевого - з домішками Mn і Co; яблучно-зеленого - з домішками Ni;

  • без заліза колір сфалериту можуть створювати інші домішки: зелений - Co2+, червоний і оранжевий - незначні домішки Cd2+, Ag+, In3+, Sn4+.

Склад і кількісне співвідношення домішок зумовлене, з одного боку, особливостями кристалічної структури, з іншого, – умовами формування. Забарвлення мінералів-твер­дих розчинів є типоморфною ознакою.

Псевдохроматичне (фальшиве) забарвлення зумовлене такими факторами:

  • численні включення яскраво забарвлених мінералів у безбарвному мінералі-господарі, подекуди як наслідок розпаду твердих розчинів (включення гематиту створюють червонувате забарвлення польових шпатів, сильвіну; включення хлориту зумовлюють зелене, а включення рутилу - голубе забарвлення кварцу);

  • дисперсія світла – різнобарвна, веселкова гра каменю (алмаз);

  • розсіяння світла тонкими флюїдними та мінеральними включеннями та фазовими границями певної орієнтації – гра барв у разі адулярисценції та авантюрисценції, астеризм, («зір­час­тість») корунду, піроксенів;

  • інтерференція світла в тріщинах, у тому числі спайності, виповнених повітрям (іризувальний кварц, кальци;т)

  • інтерференція світла на поверхневих напівпрозорих сильно заломлювальних плівках (відливи на халькопіриті, борніті, піриті, ґетиті);

  • інтерференція світла під час проходження через тонкопластинчасті або глобулярні зростки (іризація плагіоклазів зі структурами розпаду твердих розчинів та тонкими полісинтетичними двійниками; опалесценція благородного опалу, який складається із глобул (150-300 нм) кристобаліту або тридиміту – поліморфів SiO2).

Формування ідіохроматичного забарвлення мінералів [3]

Фізична природа поглинання певної частини світлового спектра здебільшого пов’язана з позицією хромофорів у структурі мінералу. Один і той самий хромофор може давати різні кольори залежно від його взаємодій у структурі: приклади - мідь в азуриті та малахіті, залізо в альмандині, андрадиті та олівіні. 

Забарвлення мінералу створене входженням перехідного металу в структуру мінералу і визначене типом елементів-хромофорів, їхньою комбінацією (з урахуванням валентного складу та концентрацій), позицією та оточенням у структурі.

Приклад: домішка Cr3+ створює трав’янисто-зелене забарвлення берилу-смарагду Al2[Be3(Sі6O18)]·(Na,Lі,H2O) та яскраво-червоне в корунду - рубіну Al2O3 . Сапфір (яскраво синій корунд) та кіаніт Al2O[SіO4] кольором (синім) зобов’язані входженню 4+ + Fe2+ на місце двох Al3+. Перескакування електронів у групах Fe2+  Tі4+ зумовлює адсорбцію червоної частини спектра, створюючи синій колір мінералів.

Таблиця 6



Причини ідіохроматичного забарвлення мінералів,
за Нассау, 1978

Причина забарвлення

Приклади мінералів

Мінерали - сполуки перехідних металів (Tі, V, Cr, Mn, Fe, Co, Nі, Cu). Селективне поглинання зумовлене електронними переходами між енергетичними рівнями в елементах-хромофорах; ефект залежить від кількості d-електронів, координації перехідного елемента, відстані між катіонами та аніонами або викривлення поліедра, орієнтації d-орбіталей у координаційному поліедрі

Азурит, хризокола - Cu+ і Cu2+; малахіт - Cu2+; уваровіт - Cr3+; крокоїт - Cr6+; родоніт, родохрозит, спесартин - Mn2+; альмандин, олівін - Fe2+; ґетит - Fe3+

Домішка перехідного металу

Цитрин(кварц), рубін (корунд, сапфір); берили - морганіт, смарагд; зелений і рожевий турмалін; жовтий везувіан 

Електронні переходи між енергетичними рівнями, зумовлені дефектами кристалічної ґратки – центрами забарвлення; електронні або діркові центри кольору, радіаційне (збуджене) забарвлення

Багряний флюорит (вакансії F-), димчастий кварц (діркові центри, пов’язані із входженням Al3+ на місце 4+ і паралельним входженням лужного елемента або H+)

Перенесення заряду в об’єднаних молекулярних орбіталях (перескакування електронів із однієї позиції в іншу)

Кордієрит, сапфір, кіаніт, ванадініт (V5+ - O2-), магнетит (Fe2+ - Fe3+)

Рис. 4. Спектри поглинання різно­забарвлених мінералів.



За спектрами поглинання порів­няйте роль кольоротворних ефек­тів атомів заліза в струк­турі олі­віну (Mg,Fe)2[SіO4], хризобе­рилу (Al,Fe3+)2BeO4 та ґранату (аль­мандину) Fe3Al2[Sі3O12]. Вра­хуйте вплив валентності та ко­ординації атомів заліза в струк­турі цих мі­нералів (в олівіні - VIFe2+ ; в хризо­берилі - VIFe3+ і VIAl3+; в альман­дині - VIІІ Fe2+ і VIAl3+ ).
Варіації забарвлення мінералів. Зміна забарвлення в межах одного виду. Зміна забарвлення в рядах твердих розчинів.

Кольоротворні активаційні та електронно-діркові центри, зумовлені власними дефектами структури, часто спричиненими гетеровалентним ізоморфізмом.



Плеохроїзм (ди- та трихроїзм) – здатність мінералу до зміни селективного поглинання залежно від напряму проходження світла через кристал; візуально виявляється як зміна забарвлення в різних кристалографічних напрямах. Приклади: кордієрит (діахроїт), рубін. Зміна забарвлення у разі зміни освітлення (олександрит). Використання для огранювання дорогоцінних каменів.

Зміна забарвлення мінералу під дією зовнішніх чинників (нагрі­вання, проникаюче випромінювання) (циркон, кварц (цитрин-аме­тист), жовтий топаз).



Люмінесценція мінералів [2,3]

Люмінесценція – випромінювання мінералу у видимому світлі (свічення), збуджене певним енергетичним впливом (різного типу високоенергетичне випромінювання, нагрівання, механічні зусилля, деформація) на нього. Внаслідок цих впливів електрони в кристаліч­ній структурі переходять у збуджений, високоенергетичний стан, який є нестабільним, а повертаючись у початковий стан, виділяють енергію, частково у видимому діапазоні.

Згідно з природою збудника виділяють такі типи люмінесценції:



  • фотолюмінесценція (флюорисценція) зумовлена опроміненням в ультрафіолетовому діапазоні (характерна для апатиту, циркону, діаманту, флюориту, кальциту, шеєліту); свічення, що спостеріга­ється деякий час після зняття зовнішнього випромінювання назива­ють фосфорисценцією;

  • катодолюмінесценція збуджена потоком електронів (в кварцу, кіаніту, та мінералів, що мають фотолюмінесценцію);

  • рентгенолюмінесценція збуджена рентгенівськими променями;

  • електролюмінесценція збуджена електричним полем;

  • термолюмінесценція збуджена нагріванням вище деякого поро­гового значення;

  • триболюмінесценція збуджена пружними коливаннями, уда­ром, тертям (галіт, сфалерит, флюорит, кварц).

Стимулювання люмінесценції ізоморфними домішками перехідних металів.

Люмінесценція мінералів як діагностична і типоморфна ознака.



Каталог: mineralogy
mineralogy -> К геохимии алюминия
mineralogy -> Рабочая программа по дисциплине «Биогеохимия»
mineralogy -> Рабочая программа по дисциплине «Структуры рудных полей и месторождений»
mineralogy -> Начало в лекциях Идиохроматическая окраска
mineralogy -> Изоморфизм в минералах
mineralogy -> Рабочая программа Направление подготовки 020700 Геология Профиль подготовки Геохимия Квалификация выпускника Бакалавр
mineralogy -> Рабочая программа Направление подготовки 020700 Геология Магистерская программа 020700. 68. 12 Минералогия


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет