金属光泽的矿物之条痕色为(矿物的光泽与透明度) 矿物的光学特性-颜色、条纹、光泽、透明度
矿物的光学性质主要是指矿物对光线的吸收、反射和拆射时所表现的各种性质，以及由矿物引起的光线干涉和散射等现象。用肉眼能观察到的矿物光学性质有矿物的颜色、条痕、光泽和透明度等。这些性质相互之间有着密切的内在联系。 一、颜色 颜色是矿物的重要光学性质之一。不少矿物具有鲜艳的颜色，如孔雀石的绿色、蓝铜矿的蓝色、斑铜矿的古铜色等，对这些矿物来说，其颜色的差异是明显、最直观的物理性质，对鉴定矿物具有重要的实际意义。（其中把可见区域扩展了以便表明颜色、波长、波数和能量间的关系）
图1 电磁波谱 矿物的颜色，主要是由于矿物对可见光选择性吸收的结果。可见光波波长约在390～770m之间，其间波长由长至短依次显示红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色。它们的混合色就是白色。不同颜色的光波，一般用波长表示，可以纳米（nm）为单位，也可用波数（cm－1）为单位来表示。如果以能量表示时，则用电子优特（eV）表示（见图1）。 当矿物受白光照射时，便对光产生吸收、透射和反射等各种光学现象。如果矿物对光全部吸收时，矿物呈黑色；如果对白光中所有波长的色光均匀吸收，则矿物呈现灰色；基本上都不吸收则为无色或白色。如果矿物只选择吸收某些波长的色光，而透过或反射出另一些色光，则矿物就呈现颜色。矿物吸收光的颜色和被观察到的颜色之间为互补（图2）。例如，照射到矿物上的白光中的绿光被矿物吸收，矿物即呈现绿色的补色—红色。 决定矿物颜色的重要因素有以下几方面。 （一）过渡金属阳离子内部电子跃迁 当矿物组成中含有过渡型离子时，因为该离子都具有未填满的d或f电子轨道。对孤立离子来说，同—d亚层5个轨道的能级是相同的。但在晶体场中，由于每个阳离子周围阴离子电荷的作用，使原来属于同一能级的d或f轨道发生分裂，使离子外层电子轨道重新排列，这时新形成轨道的能量差正在可见江范围内，为维持新的轨道状态就得吸收一定波长的可见光，矿物即呈现出颜色。例如以类质同象方式进入刚玉中的Cr3+，其3个d电子迁到能量较高的d轨道上，当吸收了以绿光为主的光波能量，这些电子即跃迁到能量较高的d轨道上去。由于绿光被吸收，晶体即呈现绿色的补色—红色（含铬刚玉叫红宝石）。 ![]()
图2补色滤色元素(主要是Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)和Cu、TR、U等离子体是使矿物呈色的主要离子，故称为色素离子。表1显示了常见色素离子和相关矿物质的颜色。表1常见色素离子和相关矿物的颜色电离而又读颜色 | 矿物的例子 | 理子 | 而又读颜色 | 矿物的例子 | Cu2+Ni2+Co2+ Fe2+、Fe3+Fe3+蓝色、绿色、玫瑰色、玫瑰色、蓝色、黑色、棕色和红色 | 铜矿孔雀石镍金刚石钴稀土磁铁矿褐铁矿赤铁矿 | Fe2+Mn4+Mn2+、Mn3+Cr3+ V5+V2+Ti4+ | 深黑色玫红玫红玫红绿色黄色红色绿色棕色红色棕色 | 绿泥石、软锰矿、菱锰矿、刚玉、钙铬石榴石、钒矿、钒云母胆结石 | 由表可以看出，同种离子在不同矿物中可呈不同颜色。这是因为轨道分裂产生的分裂能不仅取决于过渡型金属离子的种类，而且与周围阴离子的种类以及由这些阴离子组成的配位多面体的形状有关。 惰性气体型离子所构成的矿物，通常无色。这是因为惰性气体型离子的p轨道同其最邻近的空轨道间的能量差值远比可见光的能量为大，其电子在可见光能量的作用下，不能被激发，不发生跃迁，从而可见光不能被吸收，因此矿物无色。 （二）离子间的电子转移 在矿物晶体结构中，构成共同分子轨道的离子之间（金属离子与金属离子之间、金属离子与配位阴离子之间、非金属离子与非金属离子之间），在一定能量光波作用下，电子可以从一个离子轨道跃迁到另一个离子轨道上去，这种发生在不同离子之间的电子跃迁称为电子转移（或电荷转移）。伴随着电子转移有很强的吸收，这就决定了某些矿物的颜色、如蓝闪石存在着金属离子Fe2＋和Fe3＋之间的电子转移而呈蓝色。石墨的品体结构中碳原子组成六方网层，层内二电子可以或多或少地自由转移，造成强的光吸收而呈黑色。 （三）能带间电子跃迁一带隙跃迁 对自然金属和硫化物一类矿物的呈色，一般用带隙跃迁来说明。根据能带理论，晶体中的电子按能量高低分别位于各能带中。为电子占满的能带称为满带，未占满的叫导带，导带的能量较高。各能带间有一能量间隙，称为禁带。电子可以由满带向导带跃迁，但必须吸收超过中间的禁带宽度所代表的能量才能发生。而在自然元素和硫化物晶体中，这一禁带宽度很窄，有时甚至为零（如自然铜等金属为零；方铅矿、黄铁矿等有金属光泽的矿物小于1.7eV，即小于红色光波的能量；辰砂、雄黄等有金刚光泽的矿物在2．0～2.5eV间，即橙色光至绿色光之间）。因此，它们能够吸收可见光而产生颜色。对于禁带宽度小于1.7eV甚至为零者，各种波长的可见光波均被大量吸收，使其透明度很低。 跃迁后位于激发态的电子又极易回到基态，同时以可见光的形式放出大部分能量，以至使这类矿物经常具有很强的反射能力及特有的金属光泽和金属颜色。 （四）色心 由于种种物理一化学因素，在晶体局部范围内，形成晶格缺陷：）晶体中能选择吸收可见光的点缺陷称色心。它能引起相应的电子跃迁而使晶体呈色。色心的类型很多，最常见的型式是F心和V心。F心是由一个阴离子空位和一个受此空位电场束缚的电子所组成，故又称电子心。萤石就是由于存在F心呈紫色。V心是晶体结构中由于阳离子缺位而引起的。从静电作用考虑，缺少一个阳离子，等于附近增加一个负电荷，则附近一个阴离子必须成为空穴才能保持静电平衡。因此，V心是由一个阳离子空位捕获一个空穴所组成，故又称空穴心。 在同一个晶体中，如果同时存在不同的色心，且数量亦不相同时，将会引起不同的颜色，故某种晶体可有多种颜色，如萤石。应该指出，由于矿物的成分、结构、键型是复杂的，引起颜色变化的因素也是复杂的。一种矿物的颜色往往是各种呈色机理所产生的总效应，如蓝宝石（含少举Fe和Ti的刚玉）的颜色是由d－d电子跃迁和离子间电子转移综合作用引起，即由Fe 2 ＋、Fe3＋、Ti3＋的d－d电子跃迁和Fe2＋ + Ti4 ＋ / Fe3 ＋ + Ti3 ＋的电子转移（Fe2＋的一个电子转移给Ti4 ＋，使形成Fe3 ＋＋ Ti3＋的组合），产生对红光强烈吸收，使刚玉染成深蓝或蓝绿色。 以上的呈色原因，都与矿物对可见光的吸收有关。但是，像某些少数矿物所呈现的彩色、乳光等，则与矿物对可见光的内散射或内反射有关。如贵蛋白石是具有彩色的透明蛋白石，它是一种水胶凝体矿物。由于其各部分的含水量不均匀，引起折射率的不同，于是当可见光入射时即发生内散射，各散射光相互干涉的结果，使白光中某些波长的色光强度减弱，另一些波长的色光强度增强，从而引起呈色。又如月长石，它实际上是由厚度极小的钠长石和钾长石的互层所组成的两相混合物，这两相具有不同的折射率，因而在一系列相互平行的界面上，将对入射光多次产生内反射，各反射光相互干涉的结果，同样也可引起颜色。 在矿物学中传统地将矿物的颜色分为自色、他色和假色三类。 自色指矿物自身所固有的颜色。如黄铜矿的铜黄色，孔雀石的翠绿色，贵蛋白石的彩色等。自色的产生，与矿物本身的化学成分和内部构造直接有关。如果是色素离子引起呈色，那么，这些离子必须是矿物本身固有的组分（包括类质同象混入物），而不是外来的机械混入物。对于一种矿物来说，自色总是比较固定的，在鉴定矿物上具有重要的意义。 他色指矿物因含外来带色杂质的机械混入所染成的颜色。如纯净的石英为无色透明，但由于不同杂质的混人，可使石英染成紫色（紫水晶）、玫瑰色（蔷薇石英）、烟灰色（烟水晶）、黑色（墨晶）等。引起他色的原因主要是色素 离子作为一种机械混入物存在矿物中，而不是矿物本身所固有的组分，显然他色的具体颜色将随混入物组分的不同而异。因此，矿物的他色不固定，一般不能作为鉴定矿物的依据，而对少数矿物可作为辅助依据加以考虑。 假色指由于某些物理原因所引起的颜色。而且这种物理过程的发生，不是直接由矿物本身所固有的成分或结构所决定的。例如，黄铜矿表面因氧化薄膜所引起的锖色（蓝紫混杂的斑驳色彩）。又如白云母、方解石等具完全解理的透明矿物，由于一系列解理裂缝、薄层包裹体表面对入射光层层反射所造成的干涉结果，可呈现如彩虹般不同色带组成的晕色。这种锖色、晕色都属于假色。假色只对特定的某些矿物具有鉴定意义。 矿物的颜色种类繁多，对颜色的描述应力求确切、简明、通俗、使人易于理解。通常人们惯用三种命名法：一种为标准色谱红、橙、黄、绿、蓝、紫以及白、灰、黑色来描述矿物的颜色或根据实际情况加上形容词，如浅绿色墨绿色等；一种为类比法，即与常见实物的颜色相类比。如描述具有非金属光泽矿物的颜色时用桔红色、橙黄色、孔雀绿。描述具有金属光泽的矿物颜色时，常与金属的颜色类比，如锡白色、铅灰色、铜红色、金黄色等；一种为二名法，因有很多矿物往往呈现两种颜色的混合色，可用两种色谱的颜色来命名，其中主要颜色写在后面，次要色调写在前面，如黄绿色，则以绿色为主。 此外，在颜色描述过程中，还应注意区分新鲜面与风化面的颜色，应着重观察和描述新鲜面上的颜色；区分金属色与非金属色，从而正确类比。 二、条痕 矿物的条痕是指矿物粉末的颜色。一般是将矿物在白色无釉瓷板上刻划后，观察其留在瓷板上的粉末颜色。矿物的条痕可以消除假色，减弱他色，因而比矿物颜色更稳定。所以，在鉴定各种彩色或金属色的矿物时，条痕色是重要的鉴定特征之一。如赤铁矿的颜色可呈铁黑色，也可呈钢灰色，但其条痕总是樱红色，由此利用其条痕可准确鉴定。然而，浅色矿物（如方解石、石膏）等，他们的条痕色均为白色或近于白色，难以作为鉴定矿物的依据，因而它的条痕色则无鉴定意义。 有些矿物由于类质同象混入物的影响，使条痕色发生变化。如闪锌矿（Zn，Fe）S，当铁含量高时，条痕呈褐黑色；含铁低时，条痕则呈淡黄色或黄白色，山此可见，某些矿物随着成分的变化，条痕也稍有变化。因此，根据条痕色的细微变化，可大致了解矿物成分的变化。在实际观察矿物的条痕色时，要注意寻找矿物的新鲜面及需要鉴定的矿物颗粒在瓷板上刻划，以获得良好的效果。 三、光泽 矿物的光泽是指矿物表面对光的反射能力。光泽的强弱用反射率R来表示。反射率是指光垂直入射矿物光面时的强度（I0）与反射光强度（It）的比值，即H＝ItLI0。通常用百分率表示。反射率越大，光泽就愈强。 （一）第一类光泽 是指矿物的平坦晶面或解理面上对光的反射情况而言的，按照反射率的大小，光泽分为四级： 1、金属光泽，R＞25％。呈金属般的光亮。矿物具金属色。条痕黑色、灰黑、绿黑或金属色。不透明。如自然金、黄铁矿、方铅矿等。 2、半金属光泽，R＝25%～19%。呈弱金属般的光亮。不透明。条痕深彩色（棕色、褐色）。如铬铁矿、黑钨矿。 3、金刚光泽，R＝19%～10％。如同金刚石般的光亮。条痕为浅色（浅黄、桔黄、桔红）或无色。透明至半透明。如金刚石、辰砂、雌黄等。 4、玻璃光泽，R＝10%～4%.如同玻璃般的光亮。条痕无色或白色。透明。、如石英、长石、方解石等。 （二）第二类光泽 当矿物表面不平坦或呈集合体时，由于光产生多次的折射和散射，形成一些特殊的光泽，它们可与一些实物的光泽类比。 1、油脂光泽和树脂光泽。前者是指表面像涂了油脂似的光泽；后者则是指像树脂表面那样的光泽。油脂光泽适用于对颜色较浅矿物的描述，例如石英、霞石；树脂光泽则适用对颜色较深矿物的描述，特别是呈黄棕色的矿物，如墟拍、浅色闪锌矿。这两种光泽都出现在一些透明矿物的断口面上，是由于反射面不很光滑，部分光发生漫反射所造成的。 2、珍珠光泽。矿物呈现如同珍珠表面或蚌壳内壁那种柔和而多彩的光泽如石膏、云母解理面上的光泽。珍珠光泽都出现在片状解理很发育的浅色透明矿物解理面上，是由于光的反射、干涉造成的。 3、丝绢光泽。透明矿物呈纤维状集合体时，表面所反射的那种光泽。 例如石棉、纤维石膏的光泽。 4、蜡状光泽。像蜡烛表面的光泽。例如致密块状叶蜡石的光泽。这种光泽多出现在透明矿物的隐晶质或非晶质致密块体上，它比油脂光泽更暗一些。 5、土状光泽。矿物表面光泽暗淡如土，例如高岭石的光泽。土状光泽都出现在呈粉末状或土状集合体表面上。 四、透明度 矿物的透明度是指矿物可以透过可见光的程度。透明度的大小可以用透射系数Q表示。若进人矿物的光线强度为Io，当透过1cm厚的矿物时，其透射光的强度为I,则I/Io的比值称为透射系数。透射系数大，矿物透明；反之矿物半透明或不透明。 矿物的透明度决定于矿物的化学成分与内部构造。例如具有金属键的矿物（如自然金、自然铜等），由于含有较多的自由电子，对光波的吸收较多，禁带值小于可见光的能量，因而透过的光就少，透明度很低；反之，一些离子键或共价键的矿物（如冰洲石、金刚石等），由于不存在自由电子，禁带值大于可见光的能量，因而透过大量的光，透明度较高。 矿物的透明与不透明不是绝对的，例如自然金本是不透明矿物，但金箔亦能透过一部分的光。因此，在研究矿物透明度时，应以同一的厚度为准。 根据矿物在岩石薄片（其标准厚度为0.03mm）中透光的程度，可将矿物的透明度分为： （一）透明：矿物为0.03mm厚的薄片时能透光，如石英、长石、角闪石等。 （二）半透明：矿物为0.03mm厚的薄片时透光能力弱，如辰砂、锡石等。 （三）不透明：矿物为0.03mm厚的薄片时不能透光，如方铅矿、黄铁矿，磁铁矿等。 在肉眼鉴定矿物时，透明度难以精确度量，常与矿物条痕色配合起来判断矿物的透明度：对于不透明矿物，其条痕色常为黑色或金属色；半透明矿物条痕则呈各种彩色；透明矿物条痕常呈无色或白色。 此外，同一矿物的透明度还受矿物中的包裹体、气泡、杂质、裂隙及矿物的集合方式的影响。 免责声明：本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考，不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之，本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者，视为自愿接受本网站声明的约束。
