矿物形态与物理性质

矿物的形态包括矿物的单体、连生体及集合体的形态。其中单体形态是研究的基础。晶体形态是其成分和内部结构的反映，一定成分和内部结构的矿物，具有一定的晶体形态特征。当然，还要受其生长时的外部环境的影响。矿物不同的矿物具有不同的晶形和形态特征，这是我们识别矿物的一个基本准则。研究矿物的形态，在鉴定矿物、研究其成因、指导找矿及利用矿物资源方面具有十分重要的意义。矿物的形态矿物形态集合体形态不规则晶面特征结晶习性规则单体形态不规则规则双晶平行连晶粒状柱状片状结核体晶面条纹蚀象显晶质隐晶质分泌体鲕状体钟乳状理想形态一、矿物单体的形态只有晶质矿物才能呈现单体，所以矿物的单体形态是指矿物单晶体的形态。1．理想晶体与实际晶体在结晶学中，主要讨论的是理想晶体。所谓理想晶体，是指它的内部结构严格地服从空间格子规律，外形应为规则的几何多面体，面平、棱直，同一单形的晶面同形等大。实际上晶体在其生长过程中或晶体长成之后，总是不可避免地要受到外界复杂因素的种种影响，致使晶体不能按理想形态发育；此外，晶体在形成之后，还可能受到溶蚀和破坏。因而，实际晶体和理想晶体相比，相差很远，不能表现出理想晶体所具有的全部特征。实际晶体就内部结构而言，并非严格按照空间格子规律所形成。其外形与理想晶体也常有一定的差距。晶面也非平面，同一单形的晶面也非同形等大，从而形成“歪晶”。2.晶体习性晶体习性：其含义一是同种晶体所习见的形态；二是晶体在三维空间延伸的比例。在相同的生长条件下，一定成分的同种矿物，总是有它自己的常见形态，矿物晶体的这种性质与其成分、结构和形成环境密切相关。晶体上出现某种或某几种单形，是因为晶面应平行强键，且是面网密度最大的面网。但由于结晶时的环境不同，不同面网的相对生长速度会有变化，以致最后保留在晶体上的晶面可能不同或有所增减。我们可以利用单形出现的情况来鉴定矿物及分析矿物形成的条件。不同成因的锆石形态不同温度下形成的方解石的形态晶体的另一个习性，是其在三维空间延伸的情况。有以下三种：1）三向等长：晶体沿X、Y、Z轴大致相等发育，呈等轴状或粒状。即a=b=c，晶体结构在三维空间是相等或差异很小。如石榴子石、黄铁矿。2）二向延展：晶体沿两个方向特别发育，而另一方向发育较差，a=bc，呈板状、片状等。如石墨、云母等。这些矿物常具有坚强的构造层。3）一向伸长：晶体沿一个方向特别发育，即有a=bc，呈柱状、针状等，如辉石、角闪石等。这些矿物在晶体结构上常具有一个方向键力很强。晶体习性三向等长粒状一向延长柱状／棒状／针状两向延展板状／片状一向延长型：返回二向延展型：返回三向等长型：返回影响晶体习性的因素有以下几个方面：(1)成分、结构对矿物晶体延伸习性起制约作用A成分简单、对称程度高的矿物，一般成粒状。如自然金、金刚石、方铅矿、石盐。B晶胞形状对低级晶族矿物晶体延伸习性的影响。低级晶族矿物晶体的形状是沿最小轴长方向延伸，或沿最大轴长方向缩扁的。C晶体习性晶面常平行结构中化学键最强的方向。(2)生成环境对矿物晶体习性的影响结晶温度、结晶速度、介质的酸碱度和杂质的存在、介质的流动方向和形成晶体的空间部位等都会对晶体习性产生影响。3．晶面花纹除了结晶习性外，还要了解晶面的特征。实际晶面不是理想的平面，常出现各种花纹，即晶面花纹。晶面花纹对不同的矿物来说都有着各自特色，因此，它可作为矿物的鉴定标志。(1)晶面条纹：是指晶面上可以见到的一系列平行或交叉的条纹，它们严格地沿着一定的晶体学方向排列。根据形成机理不同可以分成聚形纹和聚片双晶纹。聚形纹它是在晶体生长过程中，由相互邻接的两个单形的狭长晶面交替发育而形成的。在一个晶体上，同一单形的各晶面，只要有条纹出现，它的样式和分布状况总是相同的。因此，利用晶面条纹的特征，不仅可以鉴定矿物，而且还有助于作单形分析和对称分析。晶面花纹有以下三种：聚片双晶纹是由聚片双晶所引起的条纹。和聚形纹相比，聚片双晶纹较平直、细密而均匀。聚形纹只出现在晶面上，晶面消失也随之消失；而聚片双晶纹贯穿晶体内部，故晶面消失后它不随之消失。（2）晶面螺纹晶面上的螺旋纹是晶体螺旋状生长的结果。它与形成条件和晶体的成分结构有关。高温比低温生长的晶体具有更圆的螺旋纹，成分和结构简单的晶体常简单圆形螺旋纹，而成分和结构复杂的晶体则呈现多边形螺旋纹。晶面条纹之一：下一页晶面条纹之二：返回（3）蚀象是晶面受到溶蚀而遗留下来的一种具有一定形状的凹斑。蚀象的形状和分布主要受晶面内质点排列方式的控制。不同种类的晶体，蚀象的形状和位向一般不同，同一晶体不同单形的晶面上，也不一样。晶体上性质相同的晶面上的蚀象相同。同一晶体上属于一种单形的晶面其蚀象才相同。蚀像：返回返回二、矿物集合体的形态同种矿物的多个单体聚集在一起的群体叫做矿物集合体。自然界的矿物大多数是以集合体的形式出现的，其集合体形态主要取决于单体的形态和它们集合的方式。根据集合体中矿物颗粒大小可分为三种：肉眼可以辨认单体的为显晶集合体，显微镜下才能辨认单体的隐晶集合体，在显微镜下也不能辨认单体的为胶态集合体。显晶集合体形态按单体的结晶习性及集合方式的不同可分为粒状、片状、板状、针状、柱状、棒状、放射状、纤维状、晶簇状等集合体粒状集合体片／板状集合体毛发状集合体棒状集合体针状集合体显晶集合体：下一页显晶集合体：下一页显晶集合体：返回一群发育完好的晶体，一端固定在一共同的基底上，另一端向空间自由发育，则叫做晶族。晶族中发育最好的晶体其延伸方向与基底近于垂直，不垂直于基底的晶体在生长过程中常被排挤而淘汰，这种现象称为“几何淘汰律”。晶簇2.隐晶和胶态集合体这类集合体，可以由溶液直接结晶或由胶体生成。也可以由胶体矿物老化而成。胶体由于表面张力的作用，常使集合体趋向于形成球状外貌，胶体老化后，常变成隐晶质或显晶质，其内部形成放射状或纤维状构造，此外，还可以呈致密状、土状等。按其外形和成因可分为：31隐晶质集合体结核体：它是围绕某一核心自内向外发育而成的球状、凸镜状或瘤状的矿物集合体。组成结核体的物质可以是细晶质或胶体非晶质。结核的大小通常直径在1厘米以上；多存在于致密岩石或疏松的沉积物中，在风化带和氧化壳中也能见到。其物质来源一般源于周围的岩石。其内部常具同心层状构造，当胶体老化后，往往可以看到有细长的晶体从中心向外呈放射状排列，因而具有放射状构造，如黄铁矿结核。黄铁矿结核鲕状及豆状集合体：由许多形状如同鱼卵大小的球粒所组成的集合体，称为鲕状集合体；形状、大小如豆的称豆状集合体。它们通常为胶体溶液沉淀而成。胶体物质开始围绕悬浮状态的细纱、有机质碎屑或气泡等凝聚，当到一定大小时，便沉于水底，由于水体的流动，鲕粒还可以在水底下不断滚动而继续增大。两者都具有明显的同心层状构造。鲕状集合体：返回豆状集合体：返回分泌体：岩石中的球状或不规则形状的空洞，被胶体溶液从洞壁开始逐层地向中心渗透沉淀充填而成；中心经常留有空腔，有时长有晶簇。由于溶液的周期性沉淀，常出现环带构造。大的叫晶腺（1cm），小的叫杏仁体（1cm）。晶腺杏仁体生长顺序分泌体：返回钟乳状集合体：由溶液或胶体失水而逐渐形成的集合体。将其形状与常见物体类比而给予不同的名称，如葡萄状、钟乳状等。附着于洞穴顶部形成下垂的钟乳体成为石钟乳；而溶液滴到洞穴底部自下而上生长的成为石笋；石钟乳和石笋连接起来则称为石柱。钟乳状体长具有同心层状、放射状、致密状或结晶粒状构造，这是凝胶再结晶的结果。葡萄状集合体肾状集合体钟乳状集合体钟乳状：返回葡萄状肾状返回此外，在描述矿物集合体时，还经常用到其它一些术语，如：粉末状矿物集合体、土状集合体以及沉积在矿物或岩石表面的矿物薄膜称之为被膜状集合体，被膜较厚者又叫做皮壳，而由可溶性盐类形成的被膜特称为盐华等。一定的矿物常呈现某种集合体形态，同时，某些集合体形态还常与一定的成因相联系。所以，矿物集合体的形态，一方面可作为鉴定矿物的依据之一，而且也可作为矿物的成因标志之一。块状集合体：返回土状集合体：返回被膜状集合体：返回三、矿物形态的观察和描述方法对于单体矿物来说，要观察晶体习性，描述其单形和对称，进行晶体定向。要研究晶面特征，描述晶面花纹、蚀象等。对于规则连生体，要描述其连生类型和规律。对于集合体，若为显晶质体，首先要圈定单体及判断单体的结晶习性。在集合体中单体间的界限可能是单体的晶面、晶棱、解理面或断口。单体形态确定后，按晶体结晶习性和集合方式描述显晶集合体形态。对隐晶与胶态集合体来说，既要描述起外表，又要描述其内部形态。思考题•同一种矿物的理想晶体形态和实际（天然）晶体有何异同？•为什么鲕状集合体不能称为粒状集合体？•聚形纹与聚片双晶纹有何区别？•如何判断集合体中的单体形态？•钟乳石称为方解石的柱状集合体对吗？为什么？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的物理性质一、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电磁波谱1.矿物的颜色定义：是一种生理感觉，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。是对光选择性吸收的结果矿物的光学效应——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的呈色机理：1）过渡金属元素的内部电子跃迁当矿物中含有过渡金属元素时，无论是主要还是次要成分，它们都是矿物产生颜色的基础。这是由于过渡金属离子的d轨道或f轨道，会发生晶体场分裂。所产生的能量差大约在25000cm-1到14000cm-1的范围，其与某种可见光的波长相当，在d-d或f-f轨道的电子跃迁，便可吸收某种可见光。色素离子是使矿物呈色的主要离子。如第四周期的Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni及稀土元素。惰性气体型离子所构成的矿物通常是无色的。因为其p轨道同其最邻近的空轨道间的能量差远比可见光的能量大，其电子在可见光能量的作用下，不能被激发，不发生电子跃迁，从而可见光不能被吸收，因此矿物是无色的。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）元素离子间的电子转移或电荷转换在晶体结构中相邻离子间在外来能量作用下可产生电子转移，即电子可以从一个原子的轨道上跃迁到另一个原子的轨道上去，离子产生电荷转移，伴随着电子转移有很强烈的吸收。如蓝宝石，Fe2+的一个电子可吸收白光中的橙黄色光而发生跃迁，转移到相邻的Ti4+中去，使（Fe2+＋Ti4+）组合变为（Fe3+＋Ti3+）组合，晶体则表现为深蓝色。实质上是光化学反应的氧化－还原过程。3）晶体结构缺陷造成的电子转移一些矿物在晶体结构中具有能吸收光而呈现颜色的色心。色心是晶体结构缺陷，主要是晶格位置未被离子占据而形成的空位，故能捕获电子，并使该电子的能量状态发生变化，其激发态和基态之间能量差与可见光相对应。最常见的色心是F色心（电子色心），它是一电子占据阴离子的空位而形成的。如果电子占据到晶格间隙之中称为F’色心，它也能造成矿物呈色。阳离子的空位而形成的色心叫V色心。–a)Schottky(vacancy)-seenwithsteelballsinlastframe–b)Impurity•Foreignionreplacesnormalone(solidsolution)–Notconsideredadefect•Foreignionisadded(interstitial)•Bothcombineda.Schottkydefectb.Interstitial(impurity)defect4）能带间的电子转移在晶体结构中，由于原子间的距离很小，每个原子的