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第十四章矿物的物理性质第十四章矿物的物理性质决定因素：矿物的成分和结构矿物的形成条件研究意义：1）鉴别矿物的主要依据2）提供有关矿物的信息3）广泛应用于国民经济中矿物的光学性质：矿物对可见光的反射、折射、吸收等所表现出来的各种性质。1矿物的光学性质一、矿物的颜色颜色：矿物对入射的白色可见光（390～770nm）中不同波长的光波吸收后，透射和反射的各种波长可见光的混合色。电磁波谱1）当矿物对各色光同等程度地均匀吸收时，其所呈颜色取决于吸收程度：①若均匀地全部吸收，矿物呈黑色；②若基本上均不吸收，矿物呈无色或白色；③若各色光皆被均匀地吸收了一部分，则视吸收量的多少，而呈现不同浓度的灰色。2）当矿物选择性地吸收某种波长的色光时，矿物呈现被吸收的色光的补色。红橙黄黄绿绿蓝靛紫根据产生的原因，矿物的颜色通常分为自色、他色和假色。1）自色：由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定的颜色,是由于组成矿物的原子或离子在可见光的激发下，发生电子跃迁或转移所造成的。体色表面色①含过渡型离子的矿物，呈现出被吸收色光的补色。色素离子：能使矿物呈色的过渡型离子，主要有Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni离子；次有W、Mo、U、Cu和稀土元素等的离子。②由惰性气体型离子所构成的矿物，对可见光不吸收，故呈无色或白色。2）他色：矿物因含外来带色的杂质、气液包裹体等所引起的颜色。注意：少数矿物因晶格缺陷（如色心）而引起。大部分碱金属和碱土金属的化合物的呈色主要与色心(最常见F心)有关。如萤石的紫色等。3）假色：由物理光学效应所引起的颜色，是自然光照射在矿物表面或进入到矿物内部所产生的干涉、衍射、散射等而引起的颜色。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：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。变彩：④乳光：某些矿物中见到的一种类似于蛋清般略带柔和淡蓝色调的乳白色浮光。这是由于矿物内部含有许多远比可见光波长为小的其他矿物或胶体微粒，使入射光发生漫反射所致。二、矿物的条痕条痕：矿物粉末的颜色，通常是以矿物在白色无釉瓷板上擦划所留下的粉末的颜色。矿物的条痕能消除假色、减弱他色、突出自色，比矿物颗粒的颜色更为稳定、更有鉴定意义。②某些矿物由于类质同像混入物的影响，条痕和颜色会有所变化。根据条痕的微细变化，可大致了解矿物成分的变化，推测矿物的形成条件。①不透明矿物和鲜艳彩色的透明～半透明矿物，尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素矿物，具重要鉴定意义；而浅色或白色、无色透明矿物的条痕多为白色、浅灰色等浅色，无鉴定意义。三、矿物的透明度透明度：矿物允许可见光透过的程度。据矿物碎片刃边的透光程度，配合矿物的条痕，矿物的透明度分三级：1）透明：能透过绝大部分光，条痕为无色、白色或浅色。2）半透明：可允许部分光透过，条痕呈红、褐等各种彩色。3）不透明：基本不允许光透过，条痕呈黑色或金属色。影响因素：①主要与其对可见光的吸收程度有关，即取决于矿物的晶格类型和阳离子类型。②矿物中的裂隙、包裹体，及矿物的集合方式、颜色深浅和表面风化程度。四、矿物的光泽光泽：矿物表面对可见光的反射能力。矿物反光的强弱主要取决于矿物对光的折射和吸收的程度。据矿物新鲜平滑的晶面、解理面或磨光面上反光的强弱，配合矿物的条痕和透明度，矿物的光泽分四个等级：1）金属光泽：反光很强，似平滑金属磨光面的反光。矿物具金属色，条痕呈黑色或金属色，不透明。2）半金属光泽：反光较强，似未经磨光的金属表面的反光。矿物呈金属色，条痕为棕色、褐色等深彩色，不透明～半透明。3）金刚光泽：反光较强，似金刚石般明亮耀眼的反光。颜色和条痕均呈浅色（如浅黄、桔红、浅绿等）、白色或无色，半透明～透明。光线在金刚石晶体中传播示意n1n24）玻璃光泽：反光较弱，呈普通平板玻璃表面的反光。矿物为无色、白色或浅色，条痕呈无色或白色，透明。矿物不平坦的表面或矿物集合体的表面上的特殊变异光泽：1）油脂光泽：某些解理不发育的浅色透明矿物的不平坦断口上呈现的似油脂般的光泽。2）树脂光泽：某些具金刚光泽的黄、褐或棕色透明矿物的不平坦断口上的似松香般的光泽。3）沥青光泽：解理不发育的半透明或不透明黑色矿物的不平坦断口上乌亮沥青状光泽。4）珍珠光泽：浅色透明矿物的极完全解理面上的如珍珠表面或蚌壳内壁柔和而多彩的光泽。5）丝绢光泽：具玻璃光泽的无色或浅色透明矿物的纤维状集合体表面常呈蚕丝或丝织品状的光亮。6）蜡状光泽：某些透明矿物的隐晶质或非晶质致密块体上的似蜡烛表面的光泽。7）土状光泽：呈土状、粉末状或疏松多孔状集合体的矿物表面如土块般暗淡无光。影响因素：主要是矿物的化学键类型：1）具金属键的矿物一般呈金属光泽或半金属光泽；2）具共价键的矿物一般呈金刚光泽或玻璃光泽；3）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。矿物光泽的等级一般是确定的，但变异光泽因矿物产出的状态不同而异。光泽是矿物鉴定的依据之一，也是评价宝石的重要标志。五、特殊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。常见的有：猫眼效应、星光效应、变色效应等。猫眼效应星光效应六、矿物的发光性发光性：某些矿物在外加能量的激发下能明显地发出可见光。激发源主要有：紫外光、阴极射线、x射线、射线和高速质子流等各种高能辐射，以及加热、摩擦、可见紫光等。磷光：矿物在外加能量的激发下发光，当撤除激发源后，发光的持续时间＞10-8秒；而持续发光时间＜10-8秒的发光称荧光。注意：矿物的发光性与晶格中存在微量杂质元素及因杂质而产生的晶格缺陷有关。矿物的力学性质：矿物在外力（如敲打、挤压、拉引、刻划等）作用下所表现出来的性质。2矿物的力学性质一、矿物的解理、裂开和断口1．解理矿物晶体受应力作用而超过弹性限度时，沿一定结晶学方向破裂成一系列光滑平面。这些光滑的平面称解理面。注意：解理是晶质矿物才具有的特性。解理产生的原因：解理严格受晶体结构因素——晶格类型及化学键类型、强度和分布的控制，解理面常沿面网间化学键力最弱的面网产生。①原子晶格，各方向的化学键力均等，解理面∥面网密度最大即d最大的面网。②离子晶格，因静电作用，解理沿由异号离子组成的、且d大的电性中和面网产生；或者，解理面∥两层同号离子层相邻的面网。③多键型的分子晶格，解理面∥由分子键联结的面网。a=0.246nm0(0001)[0001]Cc=0.680nm0④金属晶格，由于失去了价电子的金属阳离子为弥漫于整个晶格内的自由电子所联系，晶体受力时很易发生晶格滑移而不致引起键的断裂。故金属晶格具强延展性而无解理。解理的表示方法：解理反映出晶体的异向性和对称性。通常用相应的单形及其符号以表示解理的方向、组数和夹角。解理面上之解理纹可反映出解理的组数和夹角。解理的等级：解理，据其产生的难易程度及完好性，通常分为五级：①极完全解理：矿物受力后极易裂成薄片，解理面平整而光滑。②完全解理：矿物受力后易裂成光滑的平面或规则的解理块，解理面显著而平滑，常见∥解理面的阶梯。③中等解理：矿物受力后常破裂成较小的不很平滑的平面，解理面不太连续，常呈阶梯状，且闪闪发亮，清晰可见。④不完全解理：矿物受力后不易裂出解理面，仅断续可见小而不平滑的解理面。⑤极不完全解理：即无解理。矿物受力后很难出现解理面，仅在显微镜下偶尔可见零星的解理缝。注意：晶体中可有一种或几种不同等级的解理。研究意义：①解理是鉴定矿物的重要依据之一。②对已知矿物，据解理可确定其结晶方位及晶体的对称性。③解理的特征，能反映出矿物晶体结构的某些特点。2．裂开某些矿物晶体在应力作用下，有时可沿着晶格内一定的结晶方向破裂成平面。裂开的平面称裂开面。注意：从现象上看，裂开酷似解理，只能出现在晶体上。产生的原因：裂开的产生取决于杂质的夹层及机械双晶等结构以外的非固有因素。裂开面沿产生。接合面聚片双晶应力作用夹层固溶体离溶物外来微细包裹体定向排列的造成的由的或的)2(;)1(（1）裂开只见于某些矿物的某些晶体上，也可能不遵循晶体的对称性。（2）裂开只对少数矿物有鉴定意义；可推测矿物的成分、成因及形成历史。3．断口矿物内部若不存在由晶体结构所控制的弱结合面网，则受力后将沿任意方向破裂成不平整的断面。①解理和断口产生的难易程度互为消长。晶格内各方向的化学键强度近于相等的矿物晶体，受力后形成一定形状的断口，而很难产生解理。②断口既可见于矿物单晶体上，也可出现在同种矿物的集合体中。③断口不具对称性，不反映矿物的内部特征。只作为鉴定矿物的辅助依据。断口的描述方法：矿物的断口主要藉于其形状来描述，常见的有：①贝壳状断口：呈圆形或椭圆形的光滑曲面，出现以受力点为中心的不很规则的同心圆波纹，形似贝壳。②锯齿状断口：呈尖锐锯齿状，见于强延展性的自然金属元素矿物。③平坦状断口：断面较平坦，见于块状矿物。④参差状断口：呈参差不平状，见于大多数脆性矿物及块状或粒状集合体。⑤土状断口：断面粗糙、呈细粉状，为土状矿物特有。⑥纤维状断口：呈纤维丝状，见于纤维状矿物集合体上。二、矿物的硬度硬度：矿物抵抗外来机械作用(如刻划、压入或研磨等)的能力。硬度的测定方法：大致有刻划法、静压入法、动压入法、研磨法、弹跳法和摇摆法等。硬度的测定方法：矿物肉眼鉴定中，通常采用摩斯硬度(HM)，系一种刻划硬度。摩斯硬度计：以十种硬度递增的矿物为标准来测定矿物的相对硬度。硬度的影响因素：1）化学键的类型及强度：矿物的硬度主要取决于其内部结构中质点间联结力的强弱。①典型原子晶格的硬度很高；但具以配位键为主的原子晶格的大多数硫化物矿物，因键力不太强，故硬度并不高。②离子晶格矿物的硬度通常较高，但随离子性质的不同而变化较大。③金属晶格矿物的硬度较低(某些过渡金属除外)。④分子晶格因分子间键力极微弱，其硬度最低。⑤以氢键为主的矿物的硬度很低。2）离子半径、电价、配位数及结构的紧密程度，决定着键力的强弱，影响离子晶格矿物的硬度。①当矿物结构类型相同(等型结构)，若离子电价相同，则硬度随离子半径的减小而增高；若离子半径相近，则硬度随离子电价增高而增大。②当结构类型不同，但其他因素类同时，矿物的硬度则随质点堆积的紧密程度的增高（即阳离子的配位数增高）而增大。3）含水矿物的硬度通常都很低。矿物的硬度具异相性。同一矿物晶体的不同单形的晶面上，甚至同一晶面的不同方向上的硬度均会有差异。三、矿物的弹性与挠性弹性：某些层状或链状结构的矿物在外力作用下发生弯曲形变，当外力撤除后，在弹性限度内能自行恢复原状的性质。挠性：某些层状结构的矿物在撤除使其发生弯曲形变的外力后，不能恢复原状的性质。矿物的弹性和挠性取决于晶格内结构层间或链间键力的强弱。（1）若键力很微弱，受力后，层间或链间可发生相对位移而弯曲，由于基本上不产生内应力，故形变后内部无力促使晶格恢复到原状而表现出挠性；（2）若层间或链间以一定强度的离子键联结，受力时发生相对晶格位移，同时所产生的内应力能在外力撤除后使形变迅速复原而表现出弹性；（3）当键力相当强时，矿物则表现出脆性。四、矿物的脆性与延展性脆性：矿物受外力作用时易发生破碎的性质。见于绝大多数非金属晶格矿物。延性：矿物受外力拉引时易成为细丝的性质。展性：矿物在锤击或碾压下易形成薄片的性质。延展性是矿物受外力作用发生晶格滑移形变的表现，是金属键矿物的一种特性。肉眼鉴定时，用小刀刻划矿物表面，若留下光亮的沟痕而不出现粉末或碎粒，则矿物具延展性。一、矿物的密度和相对密度密度：矿物单位体积的质量(g/cm3)。矿物的密度可据矿物的晶胞大小及其所含的分子数和分子量计算得出。3矿物的其他物理性质相对密度(比重)：纯净的单矿物在空气中的重量与4℃时同体积的水的重量之比。1）