4礦物的物理性質-光學性質

1、結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程第五章第五章 礦物的物理性質礦物的物理性質前言前言 礦物的物理性質取決于礦物本身的礦物的物理性質取決于礦物本身的化學成分和內部結構。化學成分和內部結構。不同種礦物，由于其成分和結構不同，物理性質不同，不同種礦物，由于其成分和結構不同，物理性質不同，可以可以借助物理性質的差異來識別礦物借助物理性質的差異來識別礦物。不同礦物其形成條件不同，其物理性質往往發(fā)生微細的不同礦物其形成條件不同，其物理性質往往發(fā)生微細的變化，為此可為人們提供變化，為此可為人們提供礦物成因礦物成因方面的信息。方面的信息。

2、結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程礦物的物理性質有著廣泛的應用：如利用礦物的物理性質有著廣泛的應用：如利用剛玉的高硬度剛玉的高硬度作為研磨材料；利用作為研磨材料；利用石英的壓電性石英的壓電性在電子工業(yè)中作振蕩元在電子工業(yè)中作振蕩元件，重晶石因件，重晶石因密度大密度大可作為鉆井泥漿的加重劑?？勺鳛殂@井泥漿的加重劑。隨著近代科學的發(fā)展，礦物廣泛地進入了新的技術領域，隨著近代科學的發(fā)展，礦物廣泛地進入了新的技術領域，尤其是某些尖端科學技術的發(fā)展，都需要具有某些具有特尤其是某些尖端科學技術的發(fā)展，都需要具有某些具有特殊性能的礦物材

3、料。殊性能的礦物材料。 如如冰洲石冰洲石因可獲得偏振光而成為因可獲得偏振光而成為激光的偏光材料激光的偏光材料; ;石墨石墨因相對密度小，耐高溫，在航空、航天工業(yè)因相對密度小，耐高溫，在航空、航天工業(yè)用作輕質材料用作輕質材料。因此，研究礦物的性質將大大促進國民經濟和高科技的發(fā)因此，研究礦物的性質將大大促進國民經濟和高科技的發(fā)展。展。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程一、礦物的光學性質一、礦物的光學性質 礦物的光學性質指礦物礦物的光學性質指礦物對光線的吸收、反射和折射對光線的吸收、反射和折射時時所表現的各種性質，以及由礦物所表

4、現的各種性質，以及由礦物晶體裂隙晶體裂隙引起的光線引起的光線干干涉和散射涉和散射等現象。等現象。其光學性質包括礦物的其光學性質包括礦物的顏色、條痕、光澤和透明度顏色、條痕、光澤和透明度等等。 1 1礦物的顏色礦物的顏色 礦物的顏色最明顯、最直觀礦物的顏色最明顯、最直觀，對可見光進行對可見光進行選擇性吸選擇性吸收收是礦物呈現顏色的主要原因。是礦物呈現顏色的主要原因。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程可見光波波長約在可見光波波長約在390390一一760nm760nm之間，波長由長至短依次之間，波長由長至短依次顯示顯示紅、橙、

5、黃、綠、藍、靛、紫紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等色；可見光的混合色等色；可見光的混合色就是白色。就是白色。不同顏色的光波，用不同顏色的光波，用不同波長不同波長來表示，單位為來表示，單位為納米納米(nm(nm） ，或用，或用波數波數(cm(cm-1-1) )表示；如果以表示；如果以能量能量表示時，則用表示時，則用電子伏待電子伏待(ev)(ev)表示。表示。波數是每厘米波長的數目，波數是每厘米波長的數目，其數值等于波長的倒數其數值等于波長的倒數。以。以波數表示波長時，可以直接轉換為能量單位。波數表示波長時，可以直接轉換為能量單位。 1cm1cm-1-12.859cal=1.242.859cal=1.

6、241010-4-4eV(1cal=4.1868JeV(1cal=4.1868J）; ; 1ev=8066cm1ev=8066cm-1-1=1.602189=1.6021891010-19-19J)J)。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程 2 2、礦物的呈色機理、礦物的呈色機理 礦物受白光照射時，對光產生礦物受白光照射時，對光產生吸收、反射和透射吸收、反射和透射等各等各種光學現象。種光學現象。如果礦物對光如果礦物對光全

7、部吸收全部吸收，礦物，礦物呈黑色呈黑色；如果礦物對白光中所有波長的色光如果礦物對白光中所有波長的色光均勻吸收均勻吸收，則礦物，則礦物呈呈灰色灰色，基本上都不吸收則為無色或白色基本上都不吸收則為無色或白色。如果礦物只如果礦物只選擇吸收選擇吸收某些波長的色光，而透過或反射出某些波長的色光，而透過或反射出另一些色光，則礦物就呈現相應顏色。另一些色光，則礦物就呈現相應顏色。礦物所吸收的顏色和觀察到的光的顏色之間存在礦物所吸收的顏色和觀察到的光的顏色之間存在互補關互補關系系（如表（如表H H一一4141）。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物

8、加工工程結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程 3 3、礦物的呈色機理、礦物的呈色機理 （1 1）過渡金屬離子內部的電子躍遷過渡金屬離子內部的電子躍遷 含過渡型離子的礦物含過渡型離子的礦物呈色的主要方式。呈色的主要方式。 在過渡金屬元素的晶體結構中，陽離子都具有在過渡金屬元素的晶體結構中，陽離子都具有未填滿未填滿的的d d或或f f電子亞層電子亞層。 過渡金屬離子周圍的過渡金屬離子周圍的配位陰離子配位陰離子( (配位體配位體) )可視為可視為點電點電荷荷，在這些點電荷的靜電場作用下，原來屬于同一能級的在這些點電荷的靜電場作用下

9、，原來屬于同一能級的d d或或f f亞層將發(fā)生分裂亞層將發(fā)生分裂，使離子外層電子軌道重新排列，使離子外層電子軌道重新排列，為為維持新的軌道狀態(tài)，需要吸收一定波長的可見光維持新的軌道狀態(tài)，需要吸收一定波長的可見光，晶體因，晶體因此呈色。此呈色。 結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程 注解：注解：1.1.在這個過程中，電子是在同一個離子的內部軌道間的在這個過程中，電子是在同一個離子的內部軌道間的躍遷躍遷( (即即d-dd-d躍遷或躍遷或f-ff-f躍遷躍遷) )，并不是從一個離子向另一，并不是從一個離子向另一個離子躍遷，故稱個離

10、子躍遷，故稱離子內部的電子躍遷離子內部的電子躍遷。實例：實例：紅寶石紅寶石( (含鉻的剛玉含鉻的剛玉A1A12 2O O3 3) )，在其晶體結構中，在其晶體結構中，A1A13+3+被被CrCr3+3+代替，代替，CrCr3+3+在畸變的八面體中受到配位陰離子在畸變的八面體中受到配位陰離子O O2-2-的作用，發(fā)生的作用，發(fā)生d-dd-d躍遷，其能量差躍遷，其能量差相應于籃綠色光所相應于籃綠色光所具有的能量具有的能量，自然光照射時，吸收藍綠色光，故呈紅色。，自然光照射時，吸收藍綠色光，故呈紅色。2. 2. 過渡型元素過渡型元素( (主要是主要是TiTi、V V、CrCr、MnMn、FeFe、C

11、oCo、Ni)Ni)，及及CuCu、TRTR和和U U等離子，等離子，都可使礦物呈色都可使礦物呈色，故稱，故稱色素離子。色素離子。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程注解：注解：1.1.同種離子在不同礦物中可呈不同顏色同種離子在不同礦物中可呈不同顏色。這是因為軌道分裂。這是因為軌道分裂產生的分裂能產生的分裂能不僅取決于過渡型金屬離子的種類不僅取決于過渡型金屬離子的種類，而巳與周圍陰離，而巳與周圍陰離子的種類以及由這些陰離子組成的配位多面體的形狀有關。子的種類以及由這些陰離子組成的配位多面體的形狀有關。 2.2.惰性氣體型離子

12、所構成的礦物，通常無色惰性氣體型離子所構成的礦物，通常無色。這是因為惰性氣體。這是因為惰性氣體型離子的型離子的P P軌道同其最鄰近的空軌道間的能量差值遠比可見光的能軌道同其最鄰近的空軌道間的能量差值遠比可見光的能量為大，其電子在可見光能量的作用下，不能被激發(fā)，不發(fā)生躍遷，量為大，其電子在可見光能量的作用下，不能被激發(fā)，不發(fā)生躍遷，從而可見光不能被吸收，因此礦物無色。從而可見光不能被吸收，因此礦物無色。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程(2)(2)離子間的電子轉移離子間的電子轉移 在在礦物晶體結構礦物晶體結構中，構成共同分子

13、軌道的離子之間在中，構成共同分子軌道的離子之間在一定能量光波作用下，電子可以從一個離子軌道躍遷到另一定能量光波作用下，電子可以從一個離子軌道躍遷到另一個離子軌道上，一個離子軌道上，這種發(fā)生在不同離子之間的電子躍遷稱這種發(fā)生在不同離子之間的電子躍遷稱為電子轉移為電子轉移( (或電荷轉移或電荷轉移) )。 伴隨著電子轉移，礦物對可見光有很強的吸收，使礦伴隨著電子轉移，礦物對可見光有很強的吸收，使礦物呈現不同的顏色。物呈現不同的顏色。實例：實例： 藍閃石晶體中存在著金屬離子藍閃石晶體中存在著金屬離子FeFe2+2+和和FeFe3+3+之間的電子之間的電子轉移而轉移而呈藍色呈藍色；石墨晶體石墨晶體結構

14、中碳原子組成的六方網層，結構中碳原子組成的六方網層，層內層內電子可以或多或少地電子可以或多或少地自由轉移自由轉移，造成強的光吸收呈，造成強的光吸收呈黑色黑色。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程 (3) (3)能帶間的電子躍遷能帶間的電子躍遷- -帶隙躍遷帶隙躍遷 根據能帶理論，根據能帶理論，晶體中的電子按照能量高低不同分別晶體中的電子按照能量高低不同分別位于各能帶中位于各能帶中，其描述的，其描述的能帶模型能帶模型有兩種：有兩種：其一，能帶的下部被電子占滿，為其一，能帶的下部被電子占滿，為滿帶滿帶（或稱價帶），（或稱價帶），

15、能能量較低量較低； 能帶的上部沒有被電子占滿，為能帶的上部沒有被電子占滿，為導帶導帶，其中的電子能量，其中的電子能量較高；二者之間是較高；二者之間是禁帶禁帶，禁帶的寬度隨礦物的鍵性不同而禁帶的寬度隨礦物的鍵性不同而不同不同; ;其二，其二，價帶與導帶部分重疊價帶與導帶部分重疊，中間沒有禁帶。，中間沒有禁帶。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程 當自然光通過礦物時，礦物吸收能量，電子當自然光通過礦物時，礦物吸收能量，電子從

16、滿帶向從滿帶向導帶躍遷導帶躍遷，所需的能量取決于禁帶的寬度所需的能量取決于禁帶的寬度，即滿帶頂部與即滿帶頂部與導帶底部間的能量差導帶底部間的能量差，（能量間隔），（能量間隔），以，以EgEg表示表示。 若禁帶寬度大，所需的能量大，電子難以躍遷；反之若禁帶寬度大，所需的能量大，電子難以躍遷；反之則易于躍遷。則易于躍遷。不同礦物由于禁帶寬度不同而呈現各種顏色不同礦物由于禁帶寬度不同而呈現各種顏色。q 當當礦物禁帶寬度窄礦物禁帶寬度窄( (Eg Eg 1.77eV)1.77eV)，甚至價帶與導帶，甚至價帶與導帶重疊（重疊（Eg Eg 0ev0ev）時，能量間隔均比可見光的能量小。）時，能量間隔均比可

17、見光的能量小?？梢姽庵械母鞣N色光都可以使電子躍遷，可見光中的各種色光都可以使電子躍遷，各種波長的可見各種波長的可見光被大量吸收，礦物不透明。光被大量吸收，礦物不透明。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程躍遷到導帶上的電子不穩(wěn)定，又極易回到滿帶上，返回躍遷到導帶上的電子不穩(wěn)定，又極易回到滿帶上，返回時電子的大部分能量時電子的大部分能量以可見光的形式輻射以可見光的形式輻射，此時礦物具有，此時礦物具有很強的反射能力，使晶體具有很強的反射能力，使晶體具有金屬顏色和金屬光澤金屬顏色和金屬光澤。如果礦物對各種色光大致均勻地吸收并再輻射時

18、，根據如果礦物對各種色光大致均勻地吸收并再輻射時，根據反射率大小不同，分別可呈現反射率大小不同，分別可呈現銀白、錫白、鋼灰、鉻灰、銀白、錫白、鋼灰、鉻灰、鐵黑鐵黑等金屬顏色。等金屬顏色。實例：實例：自然金屬元素的自然金屬元素的Eg Eg 0ev0ev，如自然金、自然銅；，如自然金、自然銅；部分硫化物部分硫化物( (如黃鐵礦、方鉛礦如黃鐵礦、方鉛礦) ) Eg Eg 1.7eV1.7eV。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程q 當礦物當礦物禁帶寬度中等禁帶寬度中等(1.773.10ev)(1.773.10ev)時，時，能量間隔

19、在能量間隔在可見光區(qū)范圍內可見光區(qū)范圍內，礦物可，礦物可選擇吸收能量選擇吸收能量比自身比自身EgEg大的各大的各種色光，使電子躍遷而呈色。種色光，使電子躍遷而呈色。 如辰砂如辰砂Eg Eg 2.0 ev2.0 ev，能選擇吸收黃、綠、青、藍、，能選擇吸收黃、綠、青、藍、紫色光，透過橙、紅色光而呈紅色。紫色光，透過橙、紅色光而呈紅色。q當當礦物禁帶寬度大礦物禁帶寬度大( (Eg Eg 3.10ev)3.10ev)時，其能量間隔比時，其能量間隔比可見光的能量大?？梢姽獾哪芰看?。 在在正常情況下正常情況下，可見光范圍內的能量都不能使電子躍可見光范圍內的能量都不能使電子躍遷遷，光不能被吸收，光不能被吸

20、收而大部分透過，礦物呈無色透明而大部分透過，礦物呈無色透明， 如如無色透明的金剛石，其無色透明的金剛石，其Eg Eg 5.5ev5.5ev。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程注解：注解：對于某些純凈的礦物，由于能帶間隔較大，本身不對于某些純凈的礦物，由于能帶間隔較大，本身不呈現顏色，但如果呈現顏色，但如果含有雜質元素含有雜質元素，在禁帶中可形成局部能，在禁帶中可形成局部能級，降低其能帶間隙，使礦物顏色發(fā)生變化。級，降低其能帶間隙，使礦物顏色發(fā)生變化。實例：如金剛石含實例：如金剛石含N N時呈黃色，含時呈黃色，含B B時則呈

21、藍色。時則呈藍色。(4)(4)色心色心 由于由于各種物理各種物理-化學因素化學因素的影響，在晶體局部范圍內，的影響，在晶體局部范圍內，質點的排列偏離嚴格的周期性重復規(guī)律質點的排列偏離嚴格的周期性重復規(guī)律，形成，形成晶格缺陷。晶格缺陷。色心概念：色心概念：晶體中能選擇吸收可見光而使晶體呈色的晶體中能選擇吸收可見光而使晶體呈色的點點缺陷缺陷稱色心。色心的類型很多，最常見是稱色心。色心的類型很多，最常見是F F心和心和V V心心。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程F F心心 F F心是晶體結構中由于心是晶體結構中由于陰離子缺位而

22、引起陰離子缺位而引起的的。陰離子。陰離子缺位時，空位成為一個帶正電荷的中心，它能捕獲電子，缺位時，空位成為一個帶正電荷的中心，它能捕獲電子，并將之束縛于該空位，并將之束縛于該空位，該種電子呈激發(fā)態(tài)，能吸收某種該種電子呈激發(fā)態(tài)，能吸收某種波長的色光而使晶體呈色波長的色光而使晶體呈色。 因此，因此，F F心是由心是由一個陰離子空位和一個受此空位電場一個陰離子空位和一個受此空位電場束縛的電子構成，又稱電子心束縛的電子構成，又稱電子心。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程F F心是由心是由一個陰離子空位和一個受此空位電場束縛的電子組

23、一個陰離子空位和一個受此空位電場束縛的電子組成成，又稱為電子心。螢石就是由于存在，又稱為電子心。螢石就是由于存在F F心而呈心而呈紫色紫色。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程V V心心 晶體結構中由于晶體結構中由于陽離子缺位而產生陽離子缺位而產生。 晶體中缺少一個陽離子，等于附近增加了一個負電荷，晶體中缺少一個陽離子，等于附近增加了一個負電荷，附近一個陰離子必須成為附近一個陰離子必須成為“空穴空穴”才能保持靜電平衡。才能保持靜電平衡。 因此，因此，V V心是由一個陽離子空位捕獲一個心是由一個陽離子空位捕獲一個“空穴空穴”所

24、組所組成，又稱空穴心成，又稱空穴心，是是F F心的反型體。心的反型體。注解注解1 1 ： 在同一種礦物晶體中，如果同時存在不同的色心，且在同一種礦物晶體中，如果同時存在不同的色心，且數量亦不相同時，將會引起不同的顏色，數量亦不相同時，將會引起不同的顏色，故一些晶體可呈故一些晶體可呈現多種顏色，現多種顏色，如螢石。如螢石。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程注解注解2 2 由于礦物的成分、結構、鍵型非常復雜，引起礦物顏由于礦物的成分、結構、鍵型非常復雜，引起礦物顏色變化的因素也是非常復雜，色變化的因素也是非常復雜，礦物的顏色往

25、往是多種呈色礦物的顏色往往是多種呈色機理所產生的總效應機理所產生的總效應。實例：藍寶石的藍色（含少量鐵、實例：藍寶石的藍色（含少量鐵、 鈦的剛玉），其藍色鈦的剛玉），其藍色機理是機理是d-dd-d躍遷和離子間的電子轉移綜合作用躍遷和離子間的電子轉移綜合作用引起的。引起的。(5)(5)物理光學效應物理光學效應 由于光的由于光的反射、干涉反射、干涉等物理因素能使礦物呈色，包括等物理因素能使礦物呈色，包括暈色、錆色、變彩暈色、錆色、變彩等等。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程暈色暈色 某些某些透明礦物透明礦物的表面常呈現出一種的

26、表面常呈現出一種彩虹般彩虹般的色帶稱為的色帶稱為暈色暈色；實例：云母、方解石、石英。這主要實例：云母、方解石、石英。這主要由于透明礦物內部的由于透明礦物內部的解理面或裂隙面對光連續(xù)反射，引起光的解理面或裂隙面對光連續(xù)反射，引起光的干涉干涉而產生的而產生的。 錆色錆色 某些某些不透明礦物不透明礦物，因風化，因風化表面產生氧化薄膜表面產生氧化薄膜，引起，引起反反射光的干涉作用射光的干涉作用，使礦物表面呈現各種顏色稱為錆色。，使礦物表面呈現各種顏色稱為錆色。實例：實例：斑銅礦斑銅礦具有獨特的、色彩斑駁的具有獨特的、色彩斑駁的藍、綻、紫色藍、綻、紫色，可，可作為鑒定特征作為鑒定特征。結晶學與礦物學結晶

27、學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程 變彩變彩 某些某些透明礦物透明礦物由于內部有微細的葉片狀包裹體由于內部有微細的葉片狀包裹體，對光對光發(fā)生反射和干涉，在發(fā)生反射和干涉，在轉動時或沿不同角度轉動時或沿不同角度觀察，可呈現不觀察，可呈現不同顏色的變化稱為同顏色的變化稱為變彩變彩。注解：注解：1.1.在礦物學中，礦物的顏色分為在礦物學中，礦物的顏色分為自色、他色、假色自色、他色、假色。自色是指由礦物本身固有的自色是指由礦物本身固有的成分、結構成分、結構所決定的顏色。所決定的顏色。他色是由礦物中含的他色是由礦物中含的機械雜質、氣液包裹體機械雜質、

28、氣液包裹體（紅色方解（紅色方解石）石）等所引起的顏色。等所引起的顏色。假色是由假色是由物理光學效應物理光學效應而產生的顏色，如上所述的暈色、而產生的顏色，如上所述的暈色、錆色、變彩等。錆色、變彩等。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程暈色暈色 錆色錆色 變彩變彩 結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程你知道么？你知道么？石英（紫色、煙黃色、煙褐色、玫瑰色石英（紫色、煙黃色、煙褐色、玫瑰色 煙灰色黑色）石煙灰色黑色）石英因粒度、顏色、包裹體等的不同而有許多變種

29、。英因粒度、顏色、包裹體等的不同而有許多變種。無色透明的石英稱為無色透明的石英稱為水晶水晶，紫色水晶俗稱紫色水晶俗稱紫晶紫晶，煙黃色、煙褐色至近黑色的俗稱煙黃色、煙褐色至近黑色的俗稱茶晶、煙晶或墨晶茶晶、煙晶或墨晶，玫，玫瑰紅色的俗稱瑰紅色的俗稱芙蓉石芙蓉石；呈腎狀、鐘乳狀的隱晶質石英稱呈腎狀、鐘乳狀的隱晶質石英稱石髓石髓，具不同顏色同心條帶構造的晶腺叫具不同顏色同心條帶構造的晶腺叫瑪瑙瑪瑙，瑪瑙晶腺內部有明顯可見的液態(tài)包裹體的俗稱瑪瑙晶腺內部有明顯可見的液態(tài)包裹體的俗稱瑪瑙水膽瑪瑙水膽，細粒微晶組成的灰色至黑色隱晶質石英稱細粒微晶組成的灰色至黑色隱晶質石英稱燧石燧石，俗稱火，俗稱火石。石。結

30、晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程2 2礦物的條痕礦物的條痕 礦物的條痕是指礦物的條痕是指礦物新鮮表面在白色無釉瓷板礦物新鮮表面在白色無釉瓷板上刻劃上刻劃后，留下的后，留下的粉末顏色粉末顏色。注解注解1 1 礦物的條痕可以礦物的條痕可以消除假色，減弱他色消除假色，減弱他色，比礦物顏色更，比礦物顏色更穩(wěn)定。在鑒定穩(wěn)定。在鑒定各種彩色或金屬色礦物各種彩色或金屬色礦物時，條痕色是重要的時，條痕色是重要的鑒定特征之一。鑒定特征之一。注解注解2 2 對對淺色礦物淺色礦物，條痕色皆為白色或灰白色，則毫無鑒定意義。，條痕色皆為白色或灰白色

31、，則毫無鑒定意義。注解注解3 3 有些礦物有些礦物由于類質同象混入物由于類質同象混入物影響，會使條痕發(fā)生變化。影響，會使條痕發(fā)生變化。 根據條痕色的微細變化，可大致了解礦物成分。根據條痕色的微細變化，可大致了解礦物成分。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程雌黃雌黃( (金黃色金黃色) )赤鐵礦赤鐵礦( (紅棕色紅棕色) ) 鉻鉛礦鉻鉛礦( (黃色黃色) ) 礦物的顏色礦物的顏色結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程黃銅礦黃銅礦( (銅黃色銅黃色) ) 辰砂辰

32、砂( (紅色紅色) ) 輝鉬礦輝鉬礦( (灰色灰色) ) 結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程3. 3. 礦物顏色的描述方法礦物顏色的描述方法1 1）采用標準色譜描述采用標準色譜描述 使用使用紅、橙、黃、綠、藍、紫以及白、灰、黑色紅、橙、黃、綠、藍、紫以及白、灰、黑色描述描述礦物的顏色，或根據實際情況礦物的顏色，或根據實際情況加上形容詞加上形容詞，如淺綠色、墨，如淺綠色、墨綠色等；綠色等；2 2）類比描述法類比描述法 與常見實物的顏色相類比：如描述具有與常見實物的顏色相類比：如描述具有非金屬光澤礦非金屬光澤礦物物的顏色時用的

33、顏色時用桔紅色、橙黃色、孔雀綠桔紅色、橙黃色、孔雀綠。 描述具有描述具有金屬光澤的礦物金屬光澤的礦物顏色時，顏色時，常與金屬的顏色類常與金屬的顏色類比比：如：如錫白色、鉛灰色、銅紅色、金黃色錫白色、鉛灰色、銅紅色、金黃色等；等；結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程3 3）混合色描述法（二名法）混合色描述法（二名法） 因有很多礦物往往呈現兩種顏色的混合色，因有很多礦物往往呈現兩種顏色的混合色，可用兩可用兩種色譜的顏色來命名種色譜的顏色來命名，主要顏色寫在后面，次要色調寫主要顏色寫在后面，次要色調寫在前面在前面，如黃綠色，以綠色

34、為主。，如黃綠色，以綠色為主。注意：注意： 在顏色描述過程中，在顏色描述過程中，應注意區(qū)分新鮮面與風化面的顏應注意區(qū)分新鮮面與風化面的顏色色，應著重觀察和描述新鮮面上的顏色：區(qū)分金屬色與，應著重觀察和描述新鮮面上的顏色：區(qū)分金屬色與非金屬色。非金屬色。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程4 4礦物的透明度礦物的透明度 礦物的透明度是礦物的透明度是指礦物透過可見光的程度指礦物透過可見光的程度。 礦物透射系數（礦物透射系數（Q Q）：設投入礦物的光線強度為：設投入礦物的光線強度為I I，當透，當透過過1cm1cm厚厚的礦物后，其

35、透射光強度為的礦物后，其透射光強度為I I0 0，則則I II I。的比值稱。的比值稱為透射系數。為透射系數。注解：關于礦物的透明度注解：關于礦物的透明度 透射系數大，礦物透明；反之，礦物半透明或不透明。透射系數大，礦物透明；反之，礦物半透明或不透明。 礦物的透明與不透明是礦物的透明與不透明是相對相對的；在研究礦物透明度時，的；在研究礦物透明度時，應以應以同一厚度同一厚度為準。為準。根據礦物在巖石薄片根據礦物在巖石薄片( (其其標準厚度為標準厚度為0.03mm0.03mm) )中的透光程中的透光程度，礦物的透明度可分為：度，礦物的透明度可分為：結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦

36、物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程 透明透明 ： 礦物在礦物在0.03mm0.03mm厚的薄片上能透光，如石英、厚的薄片上能透光，如石英、長石、角閃石。長石、角閃石。半透明半透明 : : 礦物在礦物在0.03mm0.03mm厚的薄片上透光能力較弱，如厚的薄片上透光能力較弱，如辰砂、錫石。辰砂、錫石。不透明不透明 : :礦物在礦物在0.03mm0.03mm厚的薄片上不能透光，如方鉛厚的薄片上不能透光，如方鉛礦、黃鐵礦、磁鐵礦。礦、黃鐵礦、磁鐵礦。礦物的透明度取決于礦物的礦物的透明度取決于礦物的化學成分和內部價鍵類型化學成分和內部價鍵類型。礦物中的礦物中的包裹體、氣泡、雜質、

37、裂隙及礦物的集合方式包裹體、氣泡、雜質、裂隙及礦物的集合方式等也影響礦物的透明度。等也影響礦物的透明度。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程透明透明 半透明半透明 不透明不透明結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程對于不透明礦物；對于不透明礦物；對于透明礦物，對于透明礦物，吸收系數吸收系數(K)(K)很小很小，可略去不計，故，可略去不計，故2222K)1N(K)1N(R 22)1N()1N(R 5 5礦物的光澤礦物的光澤 指指礦物表面對光的反射能力礦物表面對

38、光的反射能力，用反射率（，用反射率（R R）表示。）表示。反射率：指光垂直入射到礦物光面時的強度反射率：指光垂直入射到礦物光面時的強度(I(I。) )與反射與反射光強度光強度(I(IR R) )的比值，即的比值，即R=IR=IR RI I。1 1）礦物反射率的計算方法）礦物反射率的計算方法 其大小主要取決于其大小主要取決于折射率折射率(N)(N)和吸收系數和吸收系數(K)(K)的大小的大小結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程2 2） 礦物光澤的分級礦物光澤的分級 按照反射率的大小，光澤分為四級，即按照反射率的大小，光澤分為四

39、級，即金屬光澤、半金屬光澤、半金屬光澤、金剛光澤和玻璃光澤金屬光澤、金剛光澤和玻璃光澤，后三者又統(tǒng)稱為后三者又統(tǒng)稱為非金非金屬光澤屬光澤。各光澤等級的具體特征如下：各光澤等級的具體特征如下： 金屬光澤金屬光澤 R R2525，呈金屬般光亮。條痕黑色、灰黑、綠黑，呈金屬般光亮。條痕黑色、灰黑、綠黑或金屬色，不透明?；蚪饘偕?，不透明。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程 半金屬光澤半金屬光澤 R R25192519，呈弱金屬般的光亮，不透明。條痕深，呈弱金屬般的光亮，不透明。條痕深彩色彩色( (棕色、褐色棕色、褐色) )。如鉻鐵

40、礦、黑鎢礦。如鉻鐵礦、黑鎢礦。金剛光澤金剛光澤 R R19101910，如同金剛石般的光亮。條痕為淺色，如同金剛石般的光亮。條痕為淺色( (淺淺黃、桔黃、桔紅黃、桔黃、桔紅) )或無色，透明或無色，透明-半透明。半透明。如金剛石、辰砂、雌黃。如金剛石、辰砂、雌黃。 玻璃光澤玻璃光澤 R R10-410-4，如同玻璃般的光亮。條痕無色或白色，如同玻璃般的光亮。條痕無色或白色，透明。如石英、長石、方解石。透明。如石英、長石、方解石。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程礦物表面的礦物表面的光滑程度和集合方式不同光滑程度和集合方式不

41、同，會使光澤發(fā)生變，會使光澤發(fā)生變化。如果礦物表面不平整或因集合體的影響，化。如果礦物表面不平整或因集合體的影響，使光產生多使光產生多次的折射和散射，形成一些特殊的光澤次的折射和散射，形成一些特殊的光澤，其光澤類型其光澤類型一般一般可與一些實物類比可與一些實物類比。如：。如：珍珠光澤珍珠光澤 礦物光澤如同珍珠表面或蚌殼內壁那種礦物光澤如同珍珠表面或蚌殼內壁那種柔和的光澤柔和的光澤，如石膏、云母的極完全解理面上具有珍珠光澤。如石膏、云母的極完全解理面上具有珍珠光澤。絲絹光澤絲絹光澤 透明礦物呈透明礦物呈纖維狀集合體纖維狀集合體時，表面呈絲絹狀光澤。時，表面呈絲絹狀光澤。如石棉、纖維石膏等。如石棉

42、、纖維石膏等。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程油脂光澤、松脂光澤和瀝青光澤油脂光澤、松脂光澤和瀝青光澤 無色透明的礦物其斷口具無色透明的礦物其斷口具油脂光澤油脂光澤，如石英；，如石英； 黃色黃色-黃褐色礦物其斷口為黃褐色礦物其斷口為松脂光澤松脂光澤，如雄黃；，如雄黃； 黑色礦物的斷口則為黑色礦物的斷口則為瀝青光澤瀝青光澤，如鈾礦。，如鈾礦。土狀光澤土狀光澤 一般是粉末狀或土狀集合體的礦物，表面光澤暗談一般是粉末狀或土狀集合體的礦物，表面光澤暗談如土如土 如高嶺石、褐鐵礦等。如高嶺石、褐鐵礦等。結晶學與礦物學結晶學與礦物學

43、5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程金屬光澤金屬光澤半金屬光澤半金屬光澤 金剛光澤金剛光澤玻璃光澤玻璃光澤 結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程 6.6.礦物的發(fā)光性礦物的發(fā)光性 發(fā)光性是指發(fā)光性是指礦物受外來能量激發(fā)，發(fā)出可見光礦物受外來能量激發(fā)，發(fā)出可見光的性質。的性質。q 根據根據發(fā)光激發(fā)源發(fā)光激發(fā)源不同，分為：不同，分為：光致發(fā)光，如可見光、紅外光和紫外光等激發(fā)；光致發(fā)光，如可見光、紅外光和紫外光等激發(fā)；陰極射線發(fā)光，如電子束激發(fā)；陰極射線發(fā)光，如電子束激發(fā)；輻射發(fā)光，如輻射

44、發(fā)光，如x x射線、射線、射線等激發(fā)；射線等激發(fā)；熱致發(fā)光，如熱能激發(fā)；熱致發(fā)光，如熱能激發(fā)；其它：電致發(fā)光，摩擦發(fā)光，化學發(fā)光等。其它：電致發(fā)光，摩擦發(fā)光，化學發(fā)光等。q根據根據發(fā)光持續(xù)時間的長短發(fā)光持續(xù)時間的長短分為分為熒光和磷光熒光和磷光。發(fā)光體一旦停止受激，發(fā)光現象立即消失，稱為發(fā)光體一旦停止受激，發(fā)光現象立即消失，稱為熒光熒光；如果停止激發(fā)后，發(fā)光體仍持續(xù)發(fā)光則稱為如果停止激發(fā)后，發(fā)光體仍持續(xù)發(fā)光則稱為磷光磷光。能發(fā)出熒光或磷光的物體分別為能發(fā)出熒光或磷光的物體分別為熒光體或磷光體熒光體或磷光體。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用

45、專業(yè)：礦物加工工程q發(fā)光機理發(fā)光機理 礦物發(fā)光機理有許多不同的物理模型，其中公認為礦物礦物發(fā)光機理有許多不同的物理模型，其中公認為礦物的發(fā)光的發(fā)光主要與礦物中的晶體缺陷和雜質元素主要與礦物中的晶體缺陷和雜質元素有關。有關。 晶格缺陷稱之為晶格缺陷稱之為“陷井陷井”；能引起礦物發(fā)光的雜質元；能引起礦物發(fā)光的雜質元素稱素稱激活劑激活劑。注解：注解：1.1.激活劑大都是激活劑大都是過渡金屬元素過渡金屬元素，其中尤以，其中尤以稀土元素和某些稀土元素和某些錒系元素錒系元素最為重要。表示方法：如最為重要。表示方法：如CaCOCaCO3 3：MnMn2+2+。2.2.大多數組分純凈的礦物不發(fā)光，只有在大多數

46、組分純凈的礦物不發(fā)光，只有在含有微量含有微量( (小于小于1 1) )的雜質元素的雜質元素時才能發(fā)光。礦物發(fā)光機制可以用時才能發(fā)光。礦物發(fā)光機制可以用能帶理能帶理論論解釋。解釋。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程q發(fā)光機理發(fā)光機理組分純凈的礦物，由于組分純凈的礦物，由于晶體的價帶和導帶間能量間隔較晶體的價帶和導帶間能量間隔較大，大于可見光的能量大，大于可見光的能量，因而電子受激躍遷所需的躍遷能，因而電子受激躍遷所需的躍遷能必然較大，都大于可見光的能量，因而不發(fā)射可見光。必然較大，都大于可見光的能量，因而不發(fā)射可見光。當晶體

47、中存在當晶體中存在激活劑激活劑時，它們將在價帶和導帶之間產生時，它們將在價帶和導帶之間產生新的新的局部能級局部能級，這時，這時，如同在禁帶中架起一個能級如同在禁帶中架起一個能級“階階梯梯”，可以縮短電子躍遷距離，使躍遷電子得以逐級回跳。，可以縮短電子躍遷距離，使躍遷電子得以逐級回跳。 在回跳過程中，電子所具有的額外能量以在回跳過程中，電子所具有的額外能量以可見光的形式可見光的形式釋放出來釋放出來，晶體便產生發(fā)光現象。，晶體便產生發(fā)光現象。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程熒光磷光的產生機理熒光磷光的產生機理 熒光產生機理熒

48、光產生機理 如果礦物中含有激活劑，如果礦物中含有激活劑，晶體在禁帶中靠近滿帶頂部附晶體在禁帶中靠近滿帶頂部附近形成一個附加能級近形成一個附加能級( (如圖如圖a a）。）。 當晶體受當晶體受高能輻射高能輻射時，在滿帶或局部能級的時，在滿帶或局部能級的部分電子部分電子因受激進入導帶因受激進入導帶( (躍遷躍遷1 1和和2) 2) 。進入導帶的電子有進入導帶的電子有足夠的能量足夠的能量在晶格中移動在晶格中移動( (即所謂自由即所謂自由電子電子) )。 受激電子在導帶中不穩(wěn)定，受激電子在導帶中不穩(wěn)定，很快又跳回滿帶或局部能很快又跳回滿帶或局部能級級，并釋放出相當于可見光的能量并釋放出相當于可見光的能

49、量，產生一種，產生一種很短時間很短時間的的發(fā)光現象，這就是發(fā)光現象，這就是熒光熒光。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程磷光磷光 某些礦物中的激活劑，某些礦物中的激活劑，在禁帶中在禁帶中靠近導帶靠近導帶附近形成附近形成一個附加能級一個附加能級( (44b)44b)。當晶體受激時，滿帶電子除躍。當晶體受激時，滿帶電子除躍入導帶外入導帶外( (躍遷躍遷1)1)，還有可能躍入局部能級中，還有可能躍入局部能級中( (躍遷躍遷2)2)，被被晶體缺陷晶體缺陷( (陷井陷井) )所滯留所滯留； 被滯留的電子被滯留的電子受到熱和光的激發(fā)受到

50、熱和光的激發(fā)，可以從陷井中釋，可以從陷井中釋放出來，再躍進導帶放出來，再躍進導帶( (躍遷躍遷3)3)。 當輻射停止后，由于當輻射停止后，由于陷井類型和一些雜質陷井類型和一些雜質的影響，的影響，位于導帶的電子還持續(xù)不斷位于導帶的電子還持續(xù)不斷地回到滿帶地回到滿帶，并與其空穴復，并與其空穴復合合( (躍遷躍遷4)4)，伴隨著這種復合，伴隨著這種復合, ,不斷發(fā)射出不斷發(fā)射出一定波長一定波長的可的可見光，這就是見光，這就是磷光磷光。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程滿帶滿帶導帶導帶導帶導帶滿帶滿帶禁帶禁帶禁帶禁帶結晶學與礦物學

51、結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程你知道么？你知道么？ 關于關于“夜明珠夜明珠”的小知識的小知識 自然界的礦物種類數以千計，其中有自然界的礦物種類數以千計，其中有二十多種礦物二十多種礦物，在外來能量的激發(fā)下，能發(fā)出可見光。例如：螢石、在外來能量的激發(fā)下，能發(fā)出可見光。例如：螢石、金剛金剛石石、鋰輝石、祖母綠等稀有礦物。、鋰輝石、祖母綠等稀有礦物。 所謂所謂“夜明珠夜明珠”是指在外來能量的激發(fā)下，能發(fā)出可是指在外來能量的激發(fā)下，能發(fā)出可見光的一種物質，發(fā)出的光稱見光的一種物質，發(fā)出的光稱“磷光磷光”，其發(fā)光原理與礦，其發(fā)光原理與礦物晶體中

52、微量雜質有密切關系。物晶體中微量雜質有密切關系。 物理學中，夜明珠的發(fā)光原理是由具有磷光物質的石物理學中，夜明珠的發(fā)光原理是由具有磷光物質的石頭在受日照之后，吸收外來能量，然后又在黑暗中將這些頭在受日照之后，吸收外來能量，然后又在黑暗中將這些能量釋放出來，形成銀白的光華。能量釋放出來，形成銀白的光華。 夜明珠的主要材料有夜明珠的主要材料有螢石、方解石和一些鉆石螢石、方解石和一些鉆石，其中，其中螢石螢石最為常見最為常見 。結晶學與礦物學結晶學與礦物學5 5礦物的物理性質礦物的物理性質適用專業(yè)：礦物加工工程適用專業(yè)：礦物加工工程 夜明珠夜明珠”是在黑暗中，人眼能明視的，天然的、能自是在黑暗中，人眼能明視的，天然的、能自行發(fā)光的珠寶。行發(fā)光的珠寶。 在古代在古代“夜明珠夜明珠”又稱又稱“夜光璧夜光璧”，“明月珠明月珠”等等。著名著名“夜明珠夜明珠”有有“隨珠隨珠”、“懸黎懸黎”、“重棘之璧重棘之璧”