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矿物颜色千变万化之真相大揭秘!

桔灯勘探 2018/9/13 10:48:07 点击 1489 次

导读 矿物之美体现在多个方面,但首先便是颜色,这也是矿物爱好者们关注的焦点。自然界的矿物颜色千变万化,甚至同一种矿物呈现多种颜色。那么矿物为何会呈现出多彩多变的颜色?其中大有学问。

中国粉体网讯  矿物之美体现在多个方面,但首先便是颜色,这也是矿物爱好者们关注的焦点。自然界的矿物颜色千变万化,甚至同一种矿物呈现多种颜色。那么矿物为何会呈现出多彩多变的颜色?其中大有学问。


按照颜色特性,矿物颜色有哪几种? 


1、自色


自色指矿物自身所固有的颜色。致色物质是矿物本身的组分,而非机械混入物。如蓝铜矿的蓝色、孔雀石的绿色和辰砂的红色等。



蓝铜矿化学式Cu3(CO3)2(OH)2


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。



2、他色


他色指外来带色杂质机械混入矿物中所染成的颜色。如纯净的水晶为无色透明,但由于不同杂质的混入,可使水晶染成紫色(紫水晶)、玫瑰色(蔷薇水晶)等。


紫水晶化学式SiO2


引起他色的原因主要与色素离子的存在有关,但他色中的色素离子存在于机械混入物中,而不是矿物本身所固有的组分。



蔷薇水晶化学式SiO2


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。


3、假色


假色是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、散射等引起的颜色。假色是某些矿物的独有特性,所以只对某些矿物具有辅助的鉴定意义。


假色主要有锖(qiāng)色、晕色和变彩。


锖色


某些不透明矿物的表面氧化薄膜引起反射光的干射作用,从而使矿物表面呈现出斑驳陆离的彩色。如斑铜矿表面独特的蓝、靛、红、紫斑驳的彩色,和彩虹色有明显的差异。

 

锖色大多可以用小刀挂掉。



斑铜矿的鲜艳锖色


晕色


由于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。


在鱼眼石、白云母、冰洲石、透石膏等无色透明晶体的解理面上最易见到。



冰洲石解理面上可见晕色


变彩


当从不同方向观察某些透明矿物时,其不均匀分布的各种颜色会随之发生变换。这是由于矿物内部存在很多厚度与可见光波长相当的细微叶片状或者层状、粒状结构,引起光的衍射、干涉作用所致。


最常见的便是欧泊和月光石。月光石具有美丽的蓝绿色、金黄色、红紫色等连续的变彩;欧泊呈蓝、绿、紫、红等色彩。



欧泊的变彩



颜色的致色原理是什么? 


矿物学家通过长期研究,将矿物颜色的主要成因分为以下 5 类:


1、矿物组分中含有致色的金属离子


在化学元素中,被称为过渡元素的一组八个金属元素是许多矿物呈色的原因,也称为色素离子,主要为周期表中第四周期的Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni,以及次要的W、Mo、U、Cu和稀土元素等离子。


其主要原理是可见光与这些过渡金属离子的电子发生相互作用,发生轨道跃迁导致的。




2、矿物组分中电荷在不同离子间迁移


在某些矿物晶体中,电子可通过吸收一定能级波长的光获得能量,从一种离子类型移动到另一种离子类型并返回。在电荷迁移过程中会发生可见光的选择性吸收,导致矿物呈现颜色。


最常见的是Fe2+ - Fe3+相互作用和Fe2+ - Ti4+相互作用。


比如,蓝宝石的蓝色就是在铁离子和钛离子之间发生电荷转移而致色。当能量以光辐射形式进入到晶体时,这两个金属的离子态快速的变化,有Fe2+变为Fe3+又变回,由Ti4+变为Ti3+又变回。




蓝宝石化学式Al2O3,含有微量的Fe,Ti元素。


再比如,只发生在铁离子间的电荷迁移。黄绿色的绿柱石,由于含有导致黄色的Fe3+而颜色暗淡,通过加热可以使Fe3+获得一个电子而产生更多的导致蓝绿色的Fe2+,形成海蓝宝石。也可以通过辐照,使Fe2+失去一个电子而产生更多的导致黄色的Fe3+,形成金色绿柱石。





绿柱石家族成员


3、晶体结构中存在晶格缺陷


晶格缺陷被称为色心,可以在矿物晶体生长过程中形成,也可由电离辐射产生。这些晶格缺陷,可以吸收能量。


大部分的碱金属元素和卤族元素的化合物呈色主要与色心有关,最常见的是由于晶格中的阴离子空位而产生的F心。由于矿物晶格中阴离子空位,局部正电荷过剩,能捕获电子,发生相应的电子转移,选择性吸收某些色光,导致矿物呈现其补色。



紫色萤石


比如,萤石的紫色就是因晶格中的F空位引起的F心所致。如果萤石被加热,结构恢复正常,颜色也会变淡。


烟晶的烟灰色是结构中的杂质Al3+经天然辐照形成[AlO4]4+色心所致。将烟晶加热,可使颜色复原。



烟晶



4、机械混入物


矿物机械混入杂质也会影响矿物的颜色。比如无色的方解石会被MnO2和C染色。


微粒的红色和绿色矿物斑点也可以影响矿物的颜色。比如,方解石被红色的赤铁矿包覆,水晶被赤铁矿包覆。



水晶被赤铁矿染成的红色


5、矿物中存在精细结构导致物理光学呈现的假色


在一些矿物中,矿物结构中存在紧密的间隔结构,比如不同矿物共生形成的片状结构,矿物晶体的解理面或者裂隙面。(具体见前文假色描述)


在一些金属矿物中,矿物表面发生的各种锈蚀呈现的彩色薄膜。(具体见前文假色描述)



月光石


矿物的颜色如同它的成分和结构一样复杂,不是一种致色机理就可以解释的,是很多的成因综合的结果,所以颜色也变化万千。


(中国粉体网编辑整理/三昧)

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