第四章 矿物的物理性质

1第四章矿物的物理性质•0前言•1定义：即矿物作为整体化合物所具有的各方面的物理学性质总和，主要包括矿物的光学性质、力学性质、电学性质、磁学性质、热学性质（导热性、热膨胀性质、挥发性）及其放射性、可塑性、流变性等。•2矿物物理性质的影响因素：成分、结构、形态、环境的物理化学条件等因素。物理化学条件是通过热力学原理控制矿物的物理性质。•3研究矿物性质的意义：包括3方面——鉴定矿物（宝玉石的鉴定）、矿物成因研究（提供矿物形成的环境条件信息指导找矿）、矿物材料开发应用的基础。2一矿物的光学性质•1矿物的颜色：对可见光选择性吸收是矿物呈现出颜色的主要原因。可见光波长为390~750nm。在自然光的照射下矿物对光产生吸收、透射和反射，这些作用的共同结果产生了矿物的颜色。当矿物对光全部均匀吸收，则矿物呈现出黑色；基本上不吸收则为无色或白色；当只选择性地吸收某些波长的光波，则透射或反射出另外一些色光即为该矿物的彩色。•决定矿物颜色的因素有：（1）离子内部的电子跃迁。（2）离子间的电子转移。（3）能带间的电子跃迁。34•（4）色心——由于各种因素的影响在晶体内部质点的排列偏离了格子构造重复规律形成的晶格缺陷，这些晶格缺陷能引起相应的电子跃迁而使晶体显色，最为常见的是F心（阴离子缺失所引起）和V心（阳离子缺失所引起）。•（5）物理光学效应，包括晕色——某些透明矿物的表面常呈现出的一种彩虹般的色带，如白云母、方解石、石英等；锖色——某些不透明矿物经风化后表面产生氧化薄膜，引起的反射光的干涉作用，使矿物呈现出各种颜色的混合即为锖色，如斑铜矿；变彩——某些矿物在转动时或沿不同角度观察可呈现出不同的颜色的变化，这种现象即为之，如拉长石。5菱锰矿尖晶石电气石自然金62矿物的条痕：•是矿物粉未的颜色，可以消除假色，减少他色，比矿物颜色更为稳定，是鉴定矿物的重要特征之一。由于白色或无色矿物的条痕都为白色，因此，条痕对这两类矿物无鉴定意义，而对彩色矿物和金属色矿物的鉴定具有非常重要的意义。73矿物的透明度：•是指矿物可以透过可见光的程度，透明度的大小与矿物薄片的厚度有关，是否透明很大程度地取决于厚度，一般光学薄片的厚度为0.03mm。据光线在标准岩石（或矿物）薄片中的透明程度，把矿物分为透明矿物（如长石和石英等）、半透明矿物（如辰砂和锡石）、不透明矿物（如方铅矿和黄铁矿等）。•值得注意的是在判别矿物是否透明的基础理论是在标准厚度下，而对于手标本上的矿物和岩石是否透明，常是从矿物的边缘观察。•影响矿物的透明度的因素包括：矿物中的包裹体、气泡、杂质、裂隙及矿物的集合体形式等。84矿物的光泽：•是指矿物表面的反射能力，按照反射率的大小，光泽分为金属光泽、半金属光泽、金刚光泽和玻璃光泽910由于光泽与透明度、条痕有关，所以用肉眼观察光泽时一般需参考矿物的条痕和透明度。表4-1矿物的光泽分类及与透度、条痕的关系光泽金属光泽半金属光泽金刚光泽玻璃光泽反射率（R）/（%）2519~2510~194~10条痕黑色、灰黑、绿黑、或金属色深色（棕色、褐色）浅色（浅黄、桔黄、桔红）无色、白色透明度不透明不透明透明---半透明透明特征金属般光泽弱金属般光泽金刚石般光泽玻璃般光泽代表性矿物自然金、黄铁矿、方铅矿铬铁矿、黑钨矿金刚石、辰砂、雌黄石英、长石、方解石115矿物的发光性：是指矿物在受到外加能量的激发下，产生可见光的性质。•据能量的来源不同可分为：•光致发光——由可见光、红外光、紫外光等激发•阴极射线发光——由电子束激发•辐射发光——由X射线、γ射线等激发•热致发光——由热能激发•电致发光——激发能量来源于电能•摩擦发光——激发能量来源于摩擦的机械能•化学发光——激发能量来源于化学反应的能量•据发光的持续时间的长短又可分为：•萤光：当外加能量消失即发光体一旦停止受激，发光现象立即消失的发光现象即为萤光。•磷光：当外加能量消失即发光体一旦停止受激，发光体仍持续发光的发光现象即为磷光。•矿物的发光特性是鉴定矿物的重要标志，同时由于有的矿物特殊的发光特征，用于制作一些发光材料。12二矿物的力学性质•0矿物的力学性质：矿物的力学性质是指矿物在外力作用下表现出的性质即为之。主要有解理和硬度，次之为延展性、脆性、弹性和挠性。131矿物的硬度：•矿物的硬度为矿物抵抗外来刻划、压入、研磨等机械作用的能力，它是极为重要的鉴定标志。•测定的方法可分为：划入法和压入法。•划入法沿用摩氏硬度计中硬度十级，由软到硬依次为：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。一些随手可得的东西可以大致确定矿物的硬度：指甲的硬度为2.5，小刀为5.5，铜针3，钢针5.5~6，玻璃片5.5、瓷器片6~6.5。•压入法沿用维克法，用金刚石正方形锥体，在上方加上重物，测量金刚石的压痕对角线长度，然后用相应公式进行计算，求出各种矿物的精确硬度。•维氏硬度与摩氏硬度的对应关系不是线性的关系。•14•影响硬度的因素包括：主要是晶体结构的牢固程度，这与化学键的类型及其强度密切相关。共价键矿物的硬度最大、离子键矿物的硬度中等、金属键矿物的硬度较小、分子键矿物的硬度最小。152矿物的破裂性质（解理、裂开、断口）•解理和断口：矿物受到外力（如敲打、挤压）的作用后，矿物沿着一定的结晶方向发生破裂，若裂出光滑的平面的性质则称为解理，相应的面称为解理面；若裂出的凸不平且方向任意的断面称为断口。16•影响解理的因素有：主要是由于矿物晶体结构决定的，由于晶体具有异向性，在不同的结晶方向键力是有差异的，解理面往往是沿着面网间化学键力最弱的方向产生的。多平行面网密度最大的方向或平行异号离子组成的电中性面网而产生解理。。17解理的分级：•极完全解理——矿物在外力作用下极易裂成薄片，解理面平滑、完整很难生成断口。如云母、石墨、辉钼矿等。•完全解理：在外力作用下，很容易裂成平面，但不是薄片，解理面是平滑的。如方解石、方铅矿、萤石等。•中等解理：在外力作用下，产生明显的解理，但解理不太光滑和平整。如白钨矿。•不完全解理：在外力作用下，不易裂出解理，解理面小且不平整。如磷灰石。•极不完全解理：在外力作用下极难产生解理，多成断口，一般无解理。如石英。黄铁矿、石榴子石。•矿物的解理和断口是互为消长的，解理体现出晶体的各向异性，又体现出矿物的对称性。采用单形符号来表示。1819晶面与解理面的区别晶面解理面打击后的性质为晶体外面的一层平面，被击破后即消失为晶体内部结构上连结力弱的方向，受力打击后可边续出现互相平行的平面光亮度晶面上一般比较暗淡解理面上一般比较光亮平面花纹晶面一般不太平整，仔细观察时常见凸凹不平痕迹或各种晶面花纹解理面比较平整，但可出现规则的解理面或解理纹20•3矿物的脆性与延展性：矿物在外力作用下容易破碎的性质称为脆性。如镜铁矿的硬度虽然大于小刀，但由于其脆性大可用小刀压碎成小粒或粉未。脆性是离子键矿物的一种特性，离子键程度大脆性随之加大。•矿物在外力的打击或拉引下，容易形成薄片和细丝的性质称为延展性。延展性是金属键矿物的一种特性，如自然金、自然银、自然铜等矿物。一些硫化物矿物如辉铜矿。当用小刀刻划具有延展性的矿物时，会留下一道光亮的沟痕，以此区别脆性。21•4矿物的弹性与挠性：•矿物在外力作用下发生弯曲，但当外力消失后恢复原状，此性质称为弹性。如云母和石棉等矿物。•而当外力消失后，不能恢复原来形状的性质，称为挠性。如滑石、绿泥石、蛭石。22三矿物的密度与相对密度•矿物的密度为矿物的极其重要的性质，它反映了矿物的化学组成和晶体结构，是指矿物单位体积的质量，通常用g/cm3表示，而相对密度为同体积的矿物和水的比值，即为相对密度，是一个无量纲。•密度分级是以2.5和4分为三级，即为轻矿物（相对密度小于2.5，如石盐、石膏）、中等矿物（相对密度介于2.5~4之间，如石英、金刚石等）和重矿物（相对密度大于4，如重晶石、方铅矿、自然金等）。相对密度的确定方法有掂量法和实测法。23四矿物的电学性质•1矿物的导电性：矿物对电流的传导能力。可分为绝缘体（如金刚石、石英等）、良导体（金属键的自然金、自然银和自然铜等矿物）和半导体（黄铁矿和方铅矿等）。•2矿物的介电性•3矿物压电性：某些矿物晶体在机械力的作用下因形变而呈现的荷电的性质称为压电性。压电性只出现在无对称中心且具有极性轴的各种矿物中，如石英等。可作为检波器材料。•4矿物的热电性：即所谓的焦电性。当矿物的温度发生变化时，在晶体的某些结晶方向产生荷电的性质。这些矿物都有是无对称中心且具有极性轴的介电质矿物中。如电气石、方硼矿和异极矿等，可用于红外探测中。24五矿物的磁学性质•1矿物的磁性是指矿物能被永久性磁铁或电磁铁吸引或排斥的性质。•2根据矿物在外磁场作用下，表现的性质，把矿物分为逆磁性矿物（如方解石、石盐等）、电磁性矿物（如角闪石、辉石等）、磁性矿物（磁铁矿、磁黄铁矿、自然铁）。•3用肉眼观察矿物时，仅以永久磁铁或磁性小刀为工具，将矿物分为三级：强磁性（如磁铁矿）、弱磁性（如铬铁矿）、无磁性矿物（如黄铁矿）。25六矿物的热学性质•矿物的导热性•矿物的导热性：热导仪鉴定真假金刚石就是利用金刚石特有的高热导性能七矿物的其他物理性质放射性等。