5-矿物的物理性质及化学性质

1第三章矿物通论矿物及矿物学的概念矿物的化学成分矿物的晶体化学矿物的形态矿物的物理性质及化学性质矿物的成因和成因标志矿物的鉴定研究方法2第四节矿物的物理性质及化学性质P91鉴定矿物判断成因矿物利用矿物的物理性质及化学性质矿物的化学组成和晶体结构矿物的形成条件矿物的物理性质及化学性质3矿物的物理性质及化学性质矿物的光学性质颜色条痕光泽透明度发光性矿物的力学性质硬度解理断口相对密度弹性、挠性、脆性、延展性及可塑性矿物的其他物理性质磁性电学性质其它物性矿物的化学性质（自学）4一、矿物的光学性质矿物的光学性质：矿物对可见光的吸收、反射、折射和透射时所表现的颜色、条痕、光泽、透明度等性质，也包括矿物受外部能量激发所产生的发光性质等。一束光通过一块部分透明宝石时的路径示意图5颜色颜色：一种生理感觉，当波长在大约390~770nm范围内的电磁波辐射，刺激人们的视神经时，就有颜色的感觉。颜色是对光选择性吸收的结果。6颜色矿物对光全部吸收——黑色对所有波长的色光均匀吸收——不同程度的灰色基本上不吸收——无色或白色选择吸收某些波长的色光——吸收色光的互补色7颜色矿物的呈色机理过渡金属元素的内部电子跃迁激发Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni以及W、Mo、U、Cu、稀土等过渡型离子的元素，都能以内电子跃迁的方式使矿物呈现色彩，称为“色素离子”。能带间电子跃迁转移许多自然金属和硫化物矿物的彩色，如辰砂（HgS）吸收除红光外的其它波长的可见光而呈红色。8颜色矿物的呈色机理原子或离子间的电荷转移如蓝宝石：由于Fe2+→Ti4+的电子跃迁，形成Fe3+→Ti3+组合吸收了红橙光，而呈现深蓝色。色心呈色如萤石（CaF2）的紫色：缺失F-而形成的电子色心引起。9颜色离子颜色矿物举例离子颜色矿物举例Cr3+红刚玉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Mn4+黑软锰矿Cu2+蓝蓝铜矿绿孔雀石，绿松石10辰砂蓝宝石萤石11颜色分类依据：颜色产生的原因及颜色的稳定程度自色他色假色12颜色自色：由矿物固有的化学成分和结构等内部因素而使矿物具有的颜色。实例：孔雀石的翠绿色，如黄铜矿的铜黄色，赤铁矿的红色特点：自色是矿物的固有属性，是矿物最基本的特征和鉴别标志。13颜色他色：由于矿物中带色的机械混入物（固体、气体和液体包裹体等杂质）引起的颜色。实例：刚玉Al2O3，纯净时无色，当含微量元素铬Cr时，形成红色（红宝石），当含微量元素铁Fe、钛Ti时形成蓝色（蓝宝石)。特点：他色很不稳定，常因产地、形成条件的不同而异，一般不能作为鉴定矿物的依据，但有时可作为某些矿物的辅助识别标志。14颜色15颜色假色：由于某种物理原因（如光的内反射、内散射、干涉、衍射等）及氧化作用而引起的颜色。特点：假色不是矿物的固有特征，一般不具有鉴别的意义。16颜色晕色-白云母、冰洲石等具有完全解理或裂隙的矿物，由于一系列的解理面或裂隙面之间光的反射、干涉引起的彩色。乳光-某些宝石显示的一种乳白色或像珍珠光泽柔和的辉光，这是胶态集合体或超显微晶质如蛋白石或玉髓等的光色。源于胶体分散相或超显微粒子的漫反射效应。17晕色乳光18颜色锖色-某些不透明金属矿物表面氧化膜引起反射光的干涉产生的彩色。变彩-转动观察某些矿物时，其表面可以呈现出不同的可变化的颜色。如拉长石，在一定角度范围内可以看到美丽的蓝绿、金黄、红紫等连续改变的变彩、变彩欧泊。多数是源于矿物内部有微细叶片状包裹物，引起光的干涉作用。19锖色变彩拉长石20欧泊十月诞生石希望和安乐之石21颜色欧泊的英文为Opal，源于拉丁文Opalus，意思是“集宝石之美于一身”。古罗马自然科学家普林尼曾说：“在一块欧泊石上，你可以看到红宝石的火焰，紫水晶般的色斑，祖母绿般的绿海，五彩缤纷，浑然一体，美不胜收。”22颜色自色主要由矿物固有因素决定，对鉴定矿物有重要意义；他色可作为鉴定某些矿物的辅助依据；假色一般不具有鉴定意义。23矿物颜色的命名与描述标准色谱法利用标准色谱中的颜色来描述矿物的颜色，如斜长石的颜色为白色。当矿物颜色与标准色谱颜色有深浅等差别时，可在标准色谱前加上适当的形容词，如浅灰色、淡红色。24矿物颜色的命名与描述类比法：以生活中常见实物的颜色来描述矿物的颜色，如赤铁矿的猪肝色，橄榄石的橄榄绿色，雄黄的桔红色。二名法：当矿物颜色介于两种标准色谱色之间，可将次要颜色作为主要颜色的形容词定在主要颜色名称之前，如黄绿色。25颜色在观察与描述矿物颜色时，应注意：对于晶质矿物，以矿物单晶体新鲜面颜色为准；对于隐晶质和非晶质，应以纯净集合体新鲜断面的颜色为准。注意观察矿物颜色的细微差别。26条痕条痕：矿物在白色素烧瓷板上擦划后所留下的矿物粉末的颜色。条痕可以消除假色、减弱他色的影响，比矿物的颜色更稳定，是鉴定矿物的重要标志之一。27条痕黄铜矿的条痕------带绿的黑色黄铁矿的条痕------黑色黄铜矿黄铁矿28条痕同种矿物有时可出现不同的颜色。实例：块状赤铁矿的条痕------樱红色29条痕透明矿物的条痕都是浅灰色或白色，因此对于透明矿物之间的区别，条痕的实际意义不大。条痕对不透明矿物的鉴定具有极重要的意义，因为这些矿物的条痕色调多样而明朗。条痕不适用于硬度高于条痕板的矿物。30光泽光泽：矿物晶体平整表面对可见光的反射能力，光泽的强弱用反射率R来表示。反射率：光垂直入射矿物表面时的强度与反射光强度的比值。矿物反射率的大小，主要取决于折射率和吸收系数。矿物的折射率和吸收系数越大，反射率越高，光泽也就越强31光泽分类依据：反射率的大小金属光泽半金属光泽金刚光泽玻璃光泽32光泽金属光泽R25%象一般金属磨光面的光泽实例：黄铁矿、方铅矿半金属光泽R=19-25%象一般未经磨光的金属表面的反光。实例：磁铁矿33光泽金刚光泽R=10-19%象金刚石所呈现的光泽实例：金刚石、闪锌矿玻璃光泽R=4-10%象普通玻璃表面呈现的光泽实例：石英、方解石34光泽当矿物表面不平整、带有极细小孔隙、或不是单晶体而是隐晶质或非晶质集合体时，会表现一些特殊的光泽：油脂光泽丝绢光泽珍珠光泽土状光泽35光泽油脂光泽解理不发育的透明矿物，在不平坦的断口上表现的如同固态油脂一样的光泽。如石英、石榴石的断口丝绢光泽透明矿物呈纤维状集合体时，表面呈现丝绸一样的光泽。如纤维状石膏、石棉36光泽珍珠光泽部分透明、解理完全或极完全的矿物，由于内层解理面反射光相互干涉形成类似珍珠或贝壳珍珠层表面的柔和又多彩的光泽。如白云母、方解石的解理面土状光泽粉末状或土状隐晶质矿物集合体表面呈现的类似粘土样的黯淡光泽。如隐晶质高岭石37光泽树脂光泽蜡状光泽38光泽影响因素：主要是矿物的化学组成和晶格类型具金属键的矿物一般呈金属光泽或半金属光泽；具共价键的矿物一般呈金刚光泽或玻璃光泽；具离子键或分子键的矿物，对光的吸收程度小，反光很弱，光泽即弱。39光泽光泽是矿物鉴定的重要依据之一，也是评价宝石的重要标志。矿物光泽的等级一般是确定的。但特殊光泽因矿物产出的状态不同而异，不是矿物的固有属性。实例：石膏玻璃光泽——按反射率丝绢光泽——纤维状集合体表面珍珠光泽——极完全解理面40透明度透明度：矿物晶体允许可见光透过的程度。透明度和光泽是互补的两种属性。肉眼观察矿物的透明度：通常隔着矿物薄片或碎块的刃边观察光亮处的近物，并根据所见物体的清晰程度进行分类。透明矿物半透明矿物不透明矿物41透明度透明矿物允许绝大部分可见光透过，隔着其薄片或碎块刃边，可清晰看到物体的轮廓。如白云母、石英、长石42透明度半透明矿物隔着矿物仅能见另一侧物体的模糊阴影。如辰砂、闪锌矿不透明矿物基本不允许可见光透过，隔着其薄片或碎块刃边看不见任何物体。如磁铁矿、黄铁矿43矿物光学性质比较表颜色非金属色金属色透明度透明透明-半透明微透明不透明条痕白色白色-彩色深彩色黑色光泽玻璃金刚半金属金属实例石盐方解石石英金刚石自然硫闪锌矿赤铁矿磁铁矿自然铜方铅矿黄铁矿44发光性发光性：矿物受到外界能量激发（如加热、紫外线、X射线等）时发出可见光的性质。实质：矿物晶体结构中的质点受外界能量激发，发生电子跃迁，在电子由激发态回到基态的过程，又将吸收的能量以可见光的形式释放出来。45发光性分类依据：发光性质荧光性•矿物在受外界能量激发时发光，激发停止(10-8秒)发光立即停止。•如金刚石、白钨矿在紫外光照射下的发光现象。磷光性•激发停止后(10-8秒)仍能继续发光一段时间的性质。•如磷灰石的热发光。46发光性少数矿物的发光性是自身固有的特性，如白钨矿Ca[WO4]的发光性与所含钼有关。当受紫外线照射时产生荧光，荧光的颜色与钼的含量有关：钼的含量约0.5%---浅蓝色；钼的含量在0.96-4.8%---黄色；钼的含量4.8%---白色。47发光性大多数矿物的发光性与晶格中存在微量杂质元素有关，当它们不含杂质元素时，它们的发光性也就随之消失。这种能导致矿物晶体发光的杂质元素元素，被称为发光性的活化剂。举例：闪锌矿中只需含0.01%的铜就能发光。48特殊的光学效应由于宝石内部具有包裹体、双晶、微细球状结构等特殊内在因素，导致光的干涉、散射、衍射等现象，使宝石显现出特殊的光学效应。如猫眼效应、星光效应49猫眼效应50星光效应51二、矿物的力学性质力学性质：指矿物在外力作用下表现出来的硬度、解理、裂开、断口等物理性质。52硬度硬度：矿物抵抗外力机械作用的强度。分类依据：机械力性质不同刻划硬度压力硬度研磨硬度矿物肉眼鉴定中，广泛应用摩氏硬度（属于刻划硬度）。53硬度摩氏硬度：以十种硬度递增的矿物为标准，来测定矿物的相对硬度。在野外，常用指甲（硬度2左右）、铜钥匙（3）、铁刀（5~5.5）、碎瓷片（6~6.5）帮助测定矿物的硬度。54硬度55硬度硬度很大程度上取决于矿物的成分和结构：原子晶格的矿物硬度最高，如金刚石；离子晶格的矿物硬度通常较高，但随离子性质的不同而变化较大；金属晶格矿物的硬度较低（除某些过渡金属外）；分子晶格的矿物硬度最低，如自然硫。56硬度晶体结构中质点排列方式对硬度的影响也很大，结构不紧密将降低硬度。如滑石------层状结构------硬度低含结晶水的矿物，其硬度通常也不高。如石膏矿物晶体的硬度具有方向性和对称性，即不同方向上的硬度有所不同，对称的方向上硬度完全一致。如蓝晶石------二硬石57硬度硬度是矿物物理性质中具普遍性的，比较固定的性质，因而是一项重要的鉴定特征。测量矿物的硬度时，要在洁净、新鲜的单个晶面上进行。刻划时，用力要缓且均匀，避免用力压掘。硬度也是影响矿石工艺加工生产和选矿成本的重要因素之一。58解理解理：矿物晶体受力作用后，沿一定方向裂开形成一系列光滑平面的性质。裂成的光滑平面，称为解理面。解理面一般平行于面网密度最大的面网、阴阳离子电性中和的面网、两层同号离子相邻的面网以及化学键力最强的方向。59解理分类依据：解理产生的难易、解理片厚薄、解理面大小及平整光滑程度极完全解理完全解理中等解理不完全解理极不完全解理60解理极完全解理：极易产生解理，解理片极薄，解理面大而平坦光滑。如白云母、黑云母完全解理：容易产生解理，并形成规则的解理块，解理面较大，且平坦光滑。如方解石61解理62解理中等解理：可以产生解理，但解理面不大，且平坦及光滑程度较差，碎块上既有解理面又有断口，如普通辉石。不完全解理：不易产生解理，解理面小且平坦光滑程度差，碎块上以断口为主，如磷灰石。极不完全解理（无解理）：肉眼见不到解理面，碎块上只发育断口，如石英。63解理64解理鉴定解理时，需要观察解理的完善程度、组数及其夹角等。某些矿物晶体上