第六讲矿物学通论3.

第六讲矿物学通论4•七矿物的物理性质（重点）•八矿物的化学性质（选讲）七、矿物的物理性质矿物的物理性质鉴定矿物判断成因矿物利用矿物的物理性质矿物的化学组成和晶体结构矿物的形成条件矿物同自然界各种物理能量相互作用所表现出的一系列性质称为矿物的物理性质。例如：与光能作用表现一系列光学性质。如颜色、条痕色、光泽、透明度等；与机械力作用表现解理、硬度等力学性质；与重力作用表现比重；与电能作用表现一系列电学性质。重点讲解光学性质、力学性质和比重。（一）矿物的光学性质矿物的光学性质是指矿物对自然光的反射、折射和吸收等所表现出来的各种性质。包括矿物的颜色、条痕、光泽和透明度。一束光通过晶体时的路径示意图1.矿物的颜色定义：矿物对入射的白色可见光（390～770nm）中不同波长的光波选择性吸收后，透射和反射的各种波长可见光的混合色。矿物的光学效应——反射、吸收、透射矿物对光全部吸收时，矿物呈黑色对所有波长的色光均匀吸收，矿物呈不同程度的灰色基本上都不吸收则为无色或白色选择吸收某些波长的色光，矿物呈现吸收色光的互补色矿物颜色的类型自色、他色、假色自色(idiochromatic)：矿物本身固有的成分结构所决定的颜色他色(allochromatic)：由杂质、气液包裹体所引起的颜色假色(pseudochromatic)：是因物理光学效应而产生的颜色体色、表色体色：物体内部所表现出来的颜色。当白光透入矿物达一定深度，且在此过程中选择吸收不同波长的色光而呈现出其互补色，为矿物所固有的颜色，如橄榄石吸收紫光而呈橄榄绿色表色：即反射色，只有物体的反射光所呈现的颜色，不透明矿物因吸收非常强，因而表现的都是表面色。对于透明矿物来说，所透过光波的颜色就是该矿物的颜色；对于不透明矿物来说，它的颜色主要决定于其表面反射光波的颜色。根据产生颜色的原因不同，可将矿物的颜色分为三种：（1）自色——指矿物本身所固有的颜色，它的产生与矿物本身的化学成分和内部结构直接有关。如果是色素离子引起呈色，那么，这些离子必须是矿物本身固有的组分（包括类质同象组分），而不是外来的机械混入物。自色总是比较固定的，在鉴定矿物上具有重要意义。矿物自色的呈色机理可归纳为以下几种：①过渡型金属元素（色素离子）的d-d电子跃迁②元素或离子间的电子转移③晶体结构缺陷造成的电子转移（色心）④能带间电子的转移（能带理论）离子颜色矿物举例离子颜色矿物举例Cr3+红刚玉(红宝石)Fe2+绿阳起石，绿泥石绿钙铬榴石Fe3+红赤铁矿Mn2+玫瑰菱锰矿蔷薇辉石褐褐铁矿黄绿绿帘石绿高岭石Mn4+黑软锰矿Cu2+蓝蓝铜矿[UO2]2+黄钙铀云母绿孔雀石，绿松石经常使矿物呈色的过渡型离子（2）他色—指矿物由于外来带色杂质的机械混入或含气液包裹体所染成的颜色。如紫水晶、烟水晶、墨晶、紫色萤石、黑色方解石（机械混入有机质）。引起他色的原因主要与色素离子的存在有关，但这些色素离子不是矿物本身所固有的组分。如前面所列的三种水晶颜色和萤石的颜色，而乳白色石英的乳白色，是含较多的气液包裹体所致。他色也是比较固定的，而且是某些矿物的特征性颜色，这样的他色也可作为鉴定矿物的依据之一。•（3）假色—因矿物存在裂隙或表面氧化薄膜，使入射自然光在矿物表面或进入到矿物内部产生干涉、衍射、散射等物理光学效应所引起的颜色。常见的假色主要有：•①锖色—某些不透明矿物的表面氧化薄膜引起反射光的干涉作用而使矿物表面呈现斑驳陆离的彩色。②晕色—某些透明矿物内部一系列平行密集的解理面或裂隙面对光连续反射，引起光的干涉，从而使矿物表面常出现如同水面上的油膜所形成的彩虹般的色带。•③变彩（异彩）—某些透明矿物，因内部存在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，导致其不均匀分布的各种颜色会随观察方向的不同而发生变换。。锖色晕色变彩矿物颜色的命名和描述方法矿物的颜色多种多样，在描述时所采用的原则是简明、通俗，力求确切，A标准色谱法：利用标准色谱描述矿物的颜色。B类比法：最好用常见物体作比喻，如铅灰、铁黑、天蓝、樱红、乳白等。C二名法：当矿物的色彩是由多种色调构成时，便采用此法，如黄绿、橙黄等。如系同一颜色，但在色上有深浅、浓淡之分时，则在色别之前加上适当的形容词，如深蓝、暗绿、鲜红等。在观察与描述矿物颜色时，应注意下列问题：a以矿物新鲜面颜色为准，尽可能避开假色和他色；b注意观察矿物颜色的细微差别；c注意区分金属色（不透明矿物）和非金属色（透明—半透明矿物）。2.矿物的条痕色：是指矿物在无釉素瓷板上摩擦时留下的粉末的颜色。只有硬度比素瓷板低的矿物（绝大多数的矿物）才能用此法获得条痕。硬度高于素瓷板的矿物，几乎都是透明或半透明的，其粉末全是白色，没有必要再试条痕色。多数情况下，矿物的条痕色比颜色更深。这是因为粉末的表面凹凸不平，缝隙甚多，反射能力很弱。但入射光进入粉末内部遇到的每一颗粒界面都要反射光线，因而内部的反射能力很强，而向外则表现为相互干涉很强。所以，我们看到的条痕色，主要不是矿物的反射色，而是透射色。条痕色的一般规律表现为：（1）透明度高的矿物，其微粒几乎不吸收光线，因此其条痕为白色或略呈浅色。即使这些矿物因含少量色素离子或机械杂质，其大颗粒颜色很深，甚至为黑色，其条痕仍然是白色的。例如常见的“暗色”造岩矿物——普通辉石和普通角闪石，其颜色为黑色，但条痕却是白色的。（2）半透明矿物的微粒对透射光表现明显的吸收，因此其条痕呈现各种颜色。如辰砂的条痕为红色，孔雀石的条痕为绿色等，多数呈浅彩色类的颜色。（3）不透明矿物的微粒也不透光，因此，当其表面反射消失后，呈现出黑色条痕。例如：黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、毒砂等许多具不同金属色的硫化物皆为黑色条痕；自然金属具很强的延展性，在素瓷上画出的条痕不是粉末而是覆盖在素瓷上的薄片，其表面仍然光滑，所以这部分矿物的条痕不呈黑色而呈与矿物颜色一致的金属色。但若进一步采用适当的方法，如在白纸上擦或用手擦，其条痕仍然是黑色的。由此可见，条痕消除了假色，减弱了他色，突出了自色，它比颜色更稳定，是鉴定矿物，尤其是区别金属和非金属矿物的重要鉴定特征之一。3.透明度——前面已多次用到了透明度的概念，其文字定义为：矿物允许光线透过的程度。按透光的程度分为：透明、半透明、不透明。透光程度的划分标准为：用肉眼直接观察矿物：当隔着厚度为0.03mm的矿物薄片，若可清晰地看到其后物体轮廓的细节，则矿物是透明的；若仅能见到其后物体的大致轮廓，则为半透明；若见不到其后物体，则为不透明。在实际操作中，一般利用矿物的条痕色来间接判断其透明度：条痕为无色、白色、浅色的矿物一般是透明的；条痕为浅彩色（浅褐、红、绿）的矿物一般是半透明的；条痕为深色的矿物（黑色或金属色）一般为不透明的。从颜色上来说，呈非金属色的矿物为透明或半透明的，具金属色的矿物为不透明的。矿物的透明度不同，对它们所采用的研究手段也不同。透明和半透明矿物采用透射偏光显微镜观察和研究，而不透明矿物属于反射偏光显微镜研究的范畴。4.光泽：是指矿物表面对可见光反射的强度和特点。根据矿物新鲜平滑表面（晶面、解理面或磨光面）反射光的强弱和特点，配合矿物的条痕和透明度，可将光泽分为四级：（1）金属光泽：反射最强，呈明显强烈的镜面反射，相应的矿物条痕深色，颜色呈金属色，不透明，如自然铜、方铅矿等；（2）半金属光泽：反射比金属光泽弱，相应的矿物条痕呈深彩色至黑色，颜色呈金属色，不透明，如磁铁矿、铁闪锌矿等；金属光泽和半金属光泽，两者没有确切的界线，主要根据条痕和反光的强弱进行综合判断。如磁铁矿和黑钨矿，前者条痕黑色，但反光明显较金属光泽弱；后者虽反光较强，但条痕深彩色，所以这两个矿物的光泽都只能定为半金属光泽。（3）金刚光泽：反射很强，但呈钻石状的耀眼反光，即金刚石所具有的光泽特点。但一般地来说，只要矿物不具有金属光泽的特点，也不具有玻璃光泽和其它变异光泽的特点，相应的矿物条痕呈浅彩色，半透明，即可定为金刚光泽。（4）玻璃光泽：反射弱，呈平板玻璃一样的反光，相应的矿物条痕无色、白色、浅色，透明，颜色为非金属色。如方解石、石英、正长石、普通角闪石等绝大多数造岩矿物。玻璃光泽和金刚光泽的共同特点是反光不象金属，但两者的划分也没有确切的界线，一般通过表面的反光特点和条痕色加以区别。按照反射率的大小，光泽分为四级：金属光泽R25%。呈抛光金属般的光泽半金属光泽R=25-19%。呈未刨光金属般的光泽金刚光泽R=19-10%。如同金刚石般的光泽玻璃光泽R=10-4%。如同玻璃般的光泽矿物光泽的分级金属光泽半金属光泽金刚光泽玻璃光泽当矿物呈细小集合体或表面不平坦或某种特殊条件下，矿物的光泽常表现出各种变异的特点，这种光泽称为变异光泽，主要有：（1）丝绢光泽——透明矿物呈纤维状集合体时，呈现似丝绸的光泽，如石棉。它的产生显然是与集合体的形态特征密切相关的；（2）油脂光泽——解理不发育的透明矿物表面象沾有液态油脂一样的光泽。油脂光泽适用于颜色较浅的矿物，如霞石、石英；另外还有称为树脂光泽或松脂光泽的则适用于颜色较深的，特别是黄棕色的透明矿物，如琥珀、浅色闪锌矿；（3）珍珠光泽——透明矿物沿一组极完全解理裂成一迭薄片时，同时还具有弹性的那些解理薄片的平面上呈现似珍珠或贝壳内壁的那种柔和而多采的光泽，如云母的{001}面上和石膏的{010}面上常见。珍珠光泽是由于一系列解理面对光反复产生反射，并相互发生干涉所造成的，而且常呈现乳光；（4）蜡状光泽——在透明矿物的隐晶质或非晶质致密块状体表面上，呈现象蜡烛表面那样的光泽，如块状叶腊石的光泽；（5）沥青光泽——半透明或不透明的黑色矿物，解理不发育，在不平坦的断口上具沥青状光亮，如锡石、燧石、沥青铀矿等；（6）土状光泽——即光泽黯淡，或者说无光泽，就象土块那样，如高岭石、烟灰状辉铜矿、褐铁矿、铝土矿等的光泽。透明矿物和不透明矿物的微粒集合体均可呈现土状光泽。珍珠光泽丝绢光泽蜡状光泽土状光泽石英的油脂光泽矿物光学性质关系表5.矿物的发光性矿物在接受外界能量的照射下，能发射可见光的性质称为发光性。其实质是矿物晶格吸收了较高外加能量，然后以较低能量再发射出来造成的。如果在激发因素作用于矿物时，矿物产生发光现象，而当激发因素停止作用时，发光现象便迅速消失。这种发光现象称为“萤光”(fluorescence)，如白钨矿在紫外线照射下发鲜明的浅蓝色萤光；在外界能量撤除以后，在较长时间内，还能发的光叫磷光(phosphorescence)。矿物受热而发光的性质称为热光性。（二）矿物的力学性质和其它性质指矿物在外力作用下表现出来的各种物理性质，要求重点掌握解理、硬度和比重；理解裂开、断口和磁性；了解弹性、挠性、脆性和延展性等。1.解理(cleavage)：矿物晶体在外力作用下，沿着一定的结晶学方向破裂成一系列光滑平面的固有性质，叫做解理。裂成的光滑平面，叫做解理面。对解理的描述从三个方面入手：（1）方向：解理产生的方向总是垂直于结构中化学键强度较弱的方向，即晶体结构中质点平面间联系力相对较弱的部位产生解理。这就是产生解理的根本原因，而引起面网间联系力减弱的原因可归纳为以下四方面：①解理面一般平行晶格中面网密度较大的面网，而这些面网之间的间距也相对较大，因而其间的化学键力相对较弱；例如金刚石晶体构造中主要面网的间距如下：||{111}为1.545Å，||{110}为1.262Å，||{100}为0.892Å，其中以{111}面网间的距离最大，因而金刚石具有||{111}中等解理；而且，{111}面网也是面网密度最大的面网。②离子晶格中电性中和的面网间联系力相对较弱。所谓电性中和面网就是由阴阳离子组成的，正负电荷相等的质点平面。例如在石盐晶体中||{100}方向的面网即为电性中和平面，相邻两电性中和面网间不仅有异号离子的吸引力，而且存在同号离子的排斥力，而||{111}方向的相邻二面网为异性电荷层相联，只有异号离子间的吸引力，显然||{100}方向面网间的联系力比||{111}方向面网间的联系力弱得多，所以石盐晶体具||{100}的完全解理。③在