第八章-礦物的物理性質(zhì)分析

第八章-礦物的物理性質(zhì)分析第一頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。礦物的物理性質(zhì)鑒定礦物判斷成因礦物利用礦物的物理性質(zhì)礦物的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)礦物的形成條件第二頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。一、礦物的光學(xué)性質(zhì)1、礦物的顏色定義：對光選擇性吸收的結(jié)果可見光390－760nm，其間波長由長至短依次顯示紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等色，它們的混合色為白色礦物的光學(xué)效應(yīng)——反射、吸收、透射

礦物對光全部吸收時，礦物呈黑色對所有波長的色光均勻吸收，礦物呈不同程度的灰色基本上都不吸收則為無色或白色選擇吸收某些波長的色光，礦物呈現(xiàn)吸收色光的互補(bǔ)色第三頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。礦物顏色的類型

自色、他色、假色自色是指礦物本身固有的成分、結(jié)構(gòu)所決定的顏色.自色對礦物鑒定有著重要的意義。他色是由雜質(zhì)、氣液包裹體所引起的顏色假色是因物理光學(xué)效應(yīng)而產(chǎn)生的顏色體色、表色體色：物體內(nèi)部所表現(xiàn)出來的顏色。當(dāng)白光透入礦物達(dá)一定深度，且在此過程中選擇吸收不同波長的色光而呈現(xiàn)出其互補(bǔ)色，為礦物所固有的顏色，如橄欖石吸收紫光而呈橄欖綠色第四頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。表色：即反射色，只有物體的反射光所呈現(xiàn)的顏色，不透明礦物因吸收非常強(qiáng)，因而表現(xiàn)的都是表面色。反射光是礦物表層對透射光吸收后的再輻射，而且某個波長范圍內(nèi)的色光吸收的越多再輻射時它們的強(qiáng)度也越大，從而使礦物呈現(xiàn)相應(yīng)的表面色。所以，表面色表現(xiàn)為與被吸收色光一致的顏色，而非補(bǔ)色。礦物的呈色機(jī)理

A、帶隙躍遷能帶理論認(rèn)為，結(jié)晶體中的電子不再被個別原子所束縛，而為整個晶體所共有，并在晶體內(nèi)部的一個三維空間的周期性勢場中運(yùn)動。電子運(yùn)動時的能量限定在一定的區(qū)域中，它有一定的上下限值，這些電子運(yùn)動所允許取的能量區(qū)域就稱為能帶。能帶理論中，電子在能帶能級上的充填首先成對充填在較低能量的能級上。完全被電子填滿的原子軌道形成的較低能量的能帶稱為滿帶，由未充滿電子的原子軌道所形成的較高能量的能帶稱為導(dǎo)帶，沒有電子充填的為空帶，滿帶與導(dǎo)帶之間為禁帶。上述能帶中凡充填有價電子的就稱為價帶第五頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。若礦物對各種色光大致是均勻的吸收并再輻射，按照反射率大小的不同而分別表現(xiàn)為銀白、錫白、鋼回、鉛灰、鐵黑等。（2）礦物帶隙寬度中等（Eg＝1.77-3.10ev）能量間隔在可見光的范圍內(nèi)，礦物可選擇能量比自身Eg大的各種色光，使電子躍遷而呈其互補(bǔ)色。導(dǎo)帶導(dǎo)帶滿帶滿帶滿帶滿帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶帶隙帶隙（1）礦物帶隙寬度窄（Eg<1.77ev，Eg＝0),低于可見光的能量，可見光中各種色光被大量吸收，礦物不透明，呈現(xiàn)較強(qiáng)的表色。（3）礦物帶隙寬度大（EgEg>3.10ev)大與可見光的能量，可將光不被吸收而大部分透過，礦物無色透明第六頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。B、內(nèi)電子轉(zhuǎn)移——過渡元素離子的呈色過渡金屬元素具有未充滿的d、f電子，進(jìn)入晶體場后發(fā)生晶體場分裂，使離子外層電子軌道重新排列，新形成軌道能級間的能量羅在可見光區(qū)，為維持新的能量狀態(tài)需要吸收一定波長的可見光，當(dāng)?shù)V物受到可見光照射時，便吸收該波長光波，使礦物呈現(xiàn)其互補(bǔ)色。過渡離子——色素離子同一離子進(jìn)入不同晶體場呈色不同第七頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。第八頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。C、電荷轉(zhuǎn)移——含不同價態(tài)離子礦物的呈色礦物中含有變價金屬離子，由于晶體場效應(yīng)的影響，當(dāng)電子受到自然光的照射后從一個離子的軌道躍遷到與之比林的另一例子軌道上去，伴隨電子的轉(zhuǎn)移有很強(qiáng)的吸收，而使礦物呈色第九頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。D、色心呈色由于種種物理化學(xué)因素，在晶體局部范圍內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)的排列偏離嚴(yán)格的周期性重復(fù)規(guī)律，形成晶格缺陷。晶體中能選擇吸收可見光的點(diǎn)缺陷稱為色心，它能引起相應(yīng)的電子躍遷而使晶體呈色F色心—晶格中由于陰離子缺位而引起的。對于整個晶格而言，陰離子的缺位，空位即形成帶正電荷的中心，它能捕獲附近離子中的電子，發(fā)生相應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移，吸收某種波長的色光而使晶體呈色。如石鹽的藍(lán)色，螢石的紫色V色心—晶格中由于陽離子缺位而引起的。從經(jīng)典角度考慮，缺少一個陽離子等于附近增加了一個負(fù)電荷，那么附近一個陰離子必須稱為“空穴”才能保持靜電的平衡。E、物理光學(xué)效應(yīng)—光的反射、干涉等物理因素所引起的礦物成色第十頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。礦物的條痕是指礦物粉末的顏色一般是將礦物在白色無釉瓷板上刻劃后，觀察其留下的粉末顏色。礦物的條痕可以消除假色、減弱他色，因而比礦物顏色更穩(wěn)定應(yīng)用對象：有色礦物

低硬度礦物（硬度<條痕板）2、礦物的條痕3、礦物的透明度

定義：礦物的透明度是指礦物可以透過可見光的程度。透明度的大小可以用透射系數(shù)Q來表示透射系數(shù)大，礦物透明；反之，礦物半透明或不透明

Io－投入礦物的光線強(qiáng)度I－透過1cm厚的礦物時透射光的強(qiáng)度透射系數(shù)第十一頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。顯微鏡下：0.03mm礦物薄片能透光——透明透光能力弱——半透明不能透光——不透明手標(biāo)本：1cm厚的礦物薄片輪廓清楚——透明僅見輪廓——半透明輪廓不見——不透明礦物透明度分級4、礦物的光澤礦物的光澤是指礦物表面對光的反射能力。光澤的強(qiáng)弱用反射率R來表示。反射率是指光垂直入射礦物表面時的強(qiáng)度與反射光強(qiáng)度的比值礦物反射率的大小，主要取決于折射率和吸收系數(shù)礦物的折射率和吸收系數(shù)越大，反射率越高，光澤也就越強(qiáng)

第十二頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。按照反射率的大小，光澤分為四級：金屬光澤R>25%。呈拋光金屬般的光澤半金屬光澤R=25-19%。呈未刨光金屬般的光澤金剛光澤R=19-10%。如同金剛石般的光澤玻璃光澤R=10-4%。如同玻璃般的光澤礦物光澤的分級金屬光澤半金屬光澤金剛光澤玻璃光澤第十三頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。5、礦物的發(fā)光性發(fā)光性是指物體受外加能量激發(fā)，發(fā)出可見光的性質(zhì)熒光：發(fā)光體一旦停止受激，發(fā)光現(xiàn)象立即消失磷光：發(fā)光體停止激發(fā)，仍持續(xù)發(fā)光二礦物的力學(xué)性質(zhì)1、礦物的解理、裂理和斷口礦物的解理

定義：礦物受外力（敲打、擠壓等）作用后，沿著一定的結(jié)晶方向發(fā)生破裂，形成一系列光滑平面的性質(zhì)解理產(chǎn)生的原因

解理是由礦物的晶體結(jié)構(gòu)決定的解理產(chǎn)生在面網(wǎng)間化學(xué)鍵力最弱的方向第十四頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。A

解理面一般平行于面網(wǎng)密度最大的面網(wǎng)B

平行于由異號離子組成的電性中和的面網(wǎng)C

當(dāng)相鄰面網(wǎng)為同號離子的面網(wǎng)時，其間易產(chǎn)生解理D平行于化學(xué)鍵力最強(qiáng)的方向第十五頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。根據(jù)解理產(chǎn)生的難易程度，可將礦物的解理分成五個等級：A極完全解理礦物在外力作用下極易裂成薄片。解理面光滑、平整。很難發(fā)生斷口。如云母、石墨、輝鉬礦等；B完全解理礦物在外力作用下，很容易沿解理方向裂成平面（但不成薄片）。解理面平滑。如方解石、方鉛礦、螢石等；C中等解理礦物在外力作用下，產(chǎn)生明顯的解理，但解理面不太連續(xù)和光滑，有斷口。如白鎢礦等；D不完全解理礦物在外力作用下，不易裂出解理面，解理面小而不平整，易出現(xiàn)斷口。如磷灰石0001及1010解理；E極不完全解理礦物受外力作用后，極難出現(xiàn)解理，多形成斷口，一般稱為無解理。如石英、黃鐵礦。解理的分級第十六頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。解理的表示——單形符號解理既體現(xiàn)出晶體的異向性又體現(xiàn)出晶體的對稱性說明只有晶質(zhì)礦物才有解理不同種的礦物，其解理發(fā)育程度不同無論完整與否，無論大小如何，同種礦物具相同的解理解理——面網(wǎng)，性質(zhì)相同的面網(wǎng)產(chǎn)生相同的解理性質(zhì)相同的一組面網(wǎng)——單形Why

?第十七頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。礦物斷口的形狀主要有下列幾種：貝殼狀斷口呈圓形的光滑曲面，面上常出現(xiàn)不規(guī)則的同心條紋，形似貝殼狀。如石英和玻璃質(zhì)體鋸齒狀斷口呈尖銳的鋸齒狀。延展性很強(qiáng)的礦物具有此種斷口，如自然銅參差狀斷口參差不齊、粗糙不平。大多數(shù)礦物具有此種斷口。如磷灰石；土狀斷口土狀礦物顯此斷口，如高嶺石礦物的斷口礦物受外力作用，在任意方向破裂所形成的凹凸不平的斷面斷口在晶體或非晶體礦物上均可發(fā)生斷口可用來作為鑒定礦物的一種輔助特征第十八頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。礦物的裂理定義：礦物在外力作用下沿一定結(jié)晶方向裂開的性質(zhì)沿某一種面網(wǎng)存在有他種成分的細(xì)微包裹體，或者是固溶體離溶物產(chǎn)生的原因沿著雙晶接合面特別是聚片雙晶的接合面發(fā)生礦物解理與裂理的區(qū)別解理——晶質(zhì)礦物的固有特性，同種礦物具有相同解理裂理——礦物的非固有特性，同種礦物并非都具有裂理，但若產(chǎn)生裂理，必在相同的方向上第十九頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。2、礦物的硬度定義：硬度是指礦物抵抗外來刻劃、壓入或研磨

等機(jī)械作用的能力分類：絕對硬度計——摩氏硬度計（壓入硬度）滑石石膏方解石瑩石磷灰石正長石石英黃玉剛玉金剛石小于指甲（<2.5）指甲與小刀之間（2.5-5.5）大于小刀(>5.5)簡單硬度計

影響礦物硬度大小的因素化學(xué)鍵原子半徑與電價緊密堆積程度第二十頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。1礦物的硬度主要取決于晶體結(jié)構(gòu)的牢固程度，這與化學(xué)鍵的類型及其強(qiáng)度密切相關(guān)。

共價鍵離子鍵金屬鍵分子鍵氫鍵大小2

對于具有離子晶格的礦物其離子鍵的強(qiáng)度隨離子半徑和離子電價而異離子半徑：礦物結(jié)構(gòu)類型和離子電價相同時，礦物硬度隨離子半徑減小而增大方解石Ca[CO3](0.108,3)菱鎂礦Mg[CO3](0.066nm,4.5)離子電價：晶體結(jié)構(gòu)類型和半徑相同時，離子電價越高，礦物硬度越大螢石CaF2(0.120nm,+2,4)方釷石（0.112nm,+4,6.5)3結(jié)構(gòu)堆積緊密程度/配位數(shù)CN）結(jié)構(gòu)緊密——硬度大方解石Ca[CO3]（6,3)文石Ca[CO3]（9,4)4礦物結(jié)構(gòu)中存在羥基、中性水分子硬度明顯降低石膏Ca[SO4]?2H2O(1-2)硬石膏Ca[CO3](3-4.5)第二十一頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。

礦物受外力作用容易破碎的性質(zhì)稱為脆性脆性是離子鍵礦物的一種特性。絕大多數(shù)礦物具有過渡型的離子－共價鍵，因此，礦物的離子鍵性越大，脆性越強(qiáng)

礦物在錐擊或拉引下，容易形成薄片和細(xì)絲的性質(zhì)稱為延展性通常溫度升高，延展性增強(qiáng)延展性是金屬鍵礦物的一種特性。金屬鍵的礦物在外力作用下能產(chǎn)生塑性形變，這就意味著離子能夠移動重新排列而不失去粘結(jié)力，這是金屬鍵礦物具有延展性的根本原因。金屬鍵程度不同，則延展性也有差異3、礦物的脆性和延展性延展性脆性第二十二頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。3、礦物的彈性和脆性礦物受外力作用發(fā)生彎曲形變，外力撤消后，彎曲形變能恢復(fù)原狀，此性質(zhì)稱為彈性

彈性的實質(zhì)：一些層狀結(jié)構(gòu)的礦物，其單位層之間存在著一定的離子鍵，當(dāng)受力彎曲時，這些離子鍵也被拉長或壓短，各單位層能夠變彎和移動。外力撤銷，這些離子鍵能恢復(fù)正常，并使各單位層恢復(fù)到原位礦物受外力作用發(fā)生彎曲形變，當(dāng)撤消后，彎曲了的形變不能恢復(fù)原狀，此性質(zhì)稱為撓性具撓性的礦物，在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，單位層之間，鍵力很弱。當(dāng)它受外力彎曲時，兩種層之間不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，沒有恢復(fù)力，因而彎曲后不能恢復(fù)原狀第二十三頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。三礦物的密度和相對密度礦物的密度：是指礦物單位體積的質(zhì)量，單位g/cm3相對密度：礦物在空氣中的重量與4℃時同體積水的質(zhì)量之比密度的分級：

輕級

相對密度小于2.5

中級相對密度由2.5-4

重級相對密度大于4影響礦物相對密度的因素—化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)元素原子量大小離子電價與半徑最緊密堆積程度第二十四頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。對晶體結(jié)構(gòu)類型相同的礦物來講，礦物的比重隨所含元素原子量的增大而增大，隨原子或離子半徑的增大而減小方鉛礦PbS(Pb=207.21,7.4-7.6g/cm3)重晶石Ba[SO4](Ba=137.36,4.3-4.7g/cm3)但

當(dāng)原子量的增大不足以抵消因原子或離子半徑增大所減小的比重時則原子量雖然增大，比重反而減?。↘cl，Nacl）在原子量、原子或離子半徑相同或相近的情況下，原子或離子的配位數(shù)越大，比重越大方解石Ca[CO3](6,2.71g/cm3)文石Ca[CO3](9,2.95g/cm3)礦物形成時的溫度(T)和壓力(P)對礦物的比重也有影響T升高CN降低形成小比重礦物方解石中溫文石低溫P增大CN增大形成大比重礦物石墨2.23金剛石3.50第二十五頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。四礦物的磁性礦物的磁性：是指礦物能被永久磁鐵或電磁鐵吸引或排斥的性質(zhì)礦物的磁性分為三類礦物磁性分成三級強(qiáng)磁性礦物粉末能被永久磁鐵吸起。如磁鐵礦弱磁性礦物粉末能被永久磁鐵吸引，但不能躍至磁鐵上如鉻鐵礦無磁性礦物粉末不能被永久磁鐵吸引。如黃鐵礦逆磁性礦物礦物在外磁場作用下，產(chǎn)生很弱的感應(yīng)磁場，其磁化方向與外磁場方向相反，磁化率很小，表現(xiàn)為被永久磁鐵所排斥；電磁性礦物礦物在外磁場作用下，產(chǎn)生的感應(yīng)磁性稍大，其磁化方向與外磁場方向相同，磁化率不大，為正值，表現(xiàn)為受磁場的吸引。這類礦物不被永久磁鐵吸引，但可被電磁鐵吸引；磁性礦物礦物的碎塊或粉末能被永久性磁鐵所吸引第二十六頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。礦物磁性的本質(zhì)礦物的磁性是由組成礦物的原子或離子的未成對電子的自旋磁矩產(chǎn)生的，離子的未成對電子越多，礦物的磁性就越強(qiáng)，反之，則弱或不顯磁性。對于惰性氣體型離子來講，具有飽和的外電子構(gòu)型，因而不顯磁性；而過渡型離子具有未充滿的d電子，因而多具有磁性。但并非所有的過渡型離子都具有磁性。離子進(jìn)入不同的晶體場，采用不同的自旋狀態(tài)，其磁性不同F(xiàn)e2+八面體場高自旋具有磁性Fe1-xS

低自旋無磁性FeSFeAsS2四面體場高自旋弱磁性（Zn,Fe)S第二十七頁，編輯于星期日：點(diǎn)四十七分。1、導(dǎo)電性礦物對電流的傳導(dǎo)能力稱礦物的導(dǎo)電性。取決于礦物的能帶結(jié)構(gòu)類型,按照礦物的能帶結(jié)構(gòu)可將礦物分為：絕緣體礦物：為離子鍵和共價鍵礦物。當(dāng)能帶中能量間隔很大時，一般的電場不能使價帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶上去，致使不能導(dǎo)電。如金剛石。