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Chap.4矿物晶体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§1矿物晶体的光学性质§2矿物晶体的力学性质§3矿物晶体的其它物理性质矿物的光学性质：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、矿物的颜色二、矿物的条痕三、矿物的透明度四、矿物的光泽五、特殊光学效应六、双折射和色散七、矿物的发光性颜色：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。一、矿物的颜色电磁波谱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：物体内部所表现的颜色。白光透入、吸收，再因透射、散射、反射的颜色。透明矿物所呈现的都是体色。表面色：物体表面的反射色。不透明矿物吸收很强，白光难以深入，而是经表层吸收后再辐射来呈色。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、紫水晶的紫色等。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。云母③变彩变彩：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。如欧泊。④乳光乳光：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它矿物或胶体微粒，使入射光发生漫反射所致。描述矿物的颜色时应力求简明、准确、贴切，通常除采用诸如黄绿、灰白、深蓝等带色调的修饰语外，还常采用比拟的修饰语，如桔黄、翠绿、天蓝、鸽血红等。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。二、矿物的条痕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，如赤铁矿Fe2O3因形态不同可分别呈铁黑（板状）、钢灰（鳞片状）、褐红（鲕状），但条痕都为樱红色；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。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。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：三、矿物的透明度1）透明：能透过绝大部分光，条痕为无色、白色或浅色。隔着1cm厚矿物观察其后面的物体时，可清晰地看到物体轮廓的细节，如水晶。2）半透明：可允许部分光透过，条痕呈红、褐等各种彩色。可看到轮廓阴影。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。非金属矿物的透明度高，金属矿物的透明度差。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。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。四、矿物的光泽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。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、变彩效应等。五、特殊光学效应在光线的照射下，以弧面形切磨的某些宝石，表面呈现出一条明亮光带，当转动宝石时，光带随之移动或出现光带张合现象，犹如猫眼瞳孔收缩成的一条狭缝。猫眼效应是光从长形、定向且全都平行于一个方向的包裹体反射所致。产生条件：足够丰富的平行排列的长形（针状）包裹体；宝石必须切磨成弧面型，底部应平行包裹体所在的平面，否则眼线位置不居中，甚至消失。猫眼效应猫眼效应在光线的照射下，以弧面形切磨的某些宝石，表面呈现出两条或两条以上交叉亮线，产生星状光芒，常见四射或六射星线，好像夜空中的星光。猫眼效应是光从长形、定向且全都平行于一个方向的包裹体反射所致。产生条件：足够丰富的至少在两个不同方向上平行排列的长形（针状）包裹体；宝石必须切磨成弧面型，底部应平行包裹体所在的平面。星光效应星光效应宝石的颜色随入射光波长的不同而变的现象。变石（铍铝氧化物，金绿宝石）具有典型的变色效应，在日光下呈绿色，而在白炽灯下呈红色，享有“白昼里的祖母绿，黑夜里的红宝石”的美誉。产生条件：在变石的可见光吸收谱中存在着两个明显的相间分布的色光透过带，一个是绿色波段，一个是红色波段。在日光中绿光成分偏多，变石在日光照射下绿色加浓，呈现绿色，而在白炽灯的照射下呈现红色。变色效应变色效应1.自然光与偏振光：自然光：一切从光源直接发出的光波，如太阳光、灯光等均属自然光。自然光在光波传播方向上的各个平面内，可沿各个方向振动，且振幅相等。偏振光：在垂直光波传播方向的某一固定平面内沿一固定方向振动的光波。自然光可以通过反射、折射等作用转变为偏振光。示意图见下页。六、双折射和色散自然光的振动与传播方向晶体结构与双折射除等轴晶系外其它晶系的晶体对光的作用在不同方向上不同，具光学各向异性，有两个折射率，称为双折射材料。当光进入双折射晶体后，晶体结构强迫它平行于相互垂直的两个平面振动（两条偏振光）。见上页示意图。如石英具两个折射率1.544和1.533，其数值差0.009称为双折射率（DR）；锆石（硅酸锆）折射率1.925～1.984，DR0.059，刻面棱重影明显，见下页示意图。2双折射双折射(10倍放大镜)光在晶体中的传播速率随波长而异的现象称为色散，白光是一种复色光，当白光通过宝石的倾斜刻面时，分解为七种单色光，可造成宝石表面的光谱色闪烁或火彩。钻石和锆石以其明显的火彩而著称。3色散白光穿过棱镜和刻面宝石时的色散发光性：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。七、矿物的发光性磷光：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、裂开和断口二、矿物的硬度三、矿物的弹性与挠性四、矿物的脆性与延展性1．解理解理：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。一、矿物的解理、裂开和断口解理产生的原因：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：解理是矿物晶体特有的一种性质，绝大多数晶体，包括一些通常认为无解理的晶体，如石英、黄铁矿等，都程度不等地发育有解理。同一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。如具一向极完全解理者都具有层状结构，具二向柱面解理者往往具有链状结构。④加工上的意义。2．裂开裂开裂开：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(注意：（1）