07矿物的光学性质
宝石学基础：宝石矿物的物理性质(光学性质).
宝石学基础：宝石矿物的物理性质（光学性质）光学性质光和宝石（自然光和偏振光）自然光经宝石（特别是各向异性宝石）反射、折射、双折射或选择性吸收等作用后，可转变成只在一个固定方向内振动的光波，这种光称为偏振光。
偏振光是在单一平面内并只在与传播方向垂直的一个方向上振动的光。
1、光的反射是指落到宝石表面的一部分光由表面折回的现象。
由光的反射而提供的一系列重要的光学效应：光泽：金刚光泽、亚金刚光泽、玻璃光泽、树脂光泽、丝绢光泽、金属光泽宝石的光泽也称反射率，可通过反射率仪来测试。
特殊光学效应：光彩、猫眼效应、星光效应、晕彩。
亮度：是指光从宝石亭部小面反射而导致冠部呈现的明亮和度，取决于宝石的透明度和琢磨比例。
2、光的折射折射：是指光穿过两个不同光密度的介质时（入射线与分界呈900除外），其传播方向发生变化的现象。
全内反射；以临界角（折射角等于900时）为基准，所有小于临界角的角度与分界面相遇的入射光，将离开光密度较大的物质而进入光疏介质中。
所有大于临界角的入射光与分界面相遇时，将发生全内反射（遵守反射定律）并留在光密度较大的物质中。
3、宝石的颜色颜色不是物质固有的特征，它只是光作用于人的眼睛而在人的头脑中产生的一种感觉。
这是颜色的本质。
颜色形成的条件：白光源、改变光的物质（致色元素）、接受残余光的人眼和解释它的人脑。
宝石颜色引起的因素：化学元素（自色元素、他色元素），铬元素致色的重要性。
（红宝石、祖母绿、变石），电荷转移（堇青石），晶体结构缺陷造成电子转移（电子色心和空穴色心，如萤石）主要致色元素（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu），放射性元素如U、Th。
色散；如钻石干涉与衍射；如欧泊的晕彩。
月长石的光彩。
多色性：一轴晶宝石具二色性，二轴晶宝石具三色性。
4、宝石的透明度透明度就是指宝石矿物透过可见光的能力，主要与宝石矿物对光的吸收的强弱有关。
透明：宝石矿物碎片厚为0.01cm时能透光.半透明：宝石矿物碎片厚为0.01—0.001 cm之间时能透光。
采矿课件chap3矿物的物理性质
向破裂。
刚玉晶体上的{1011}裂理
2. 硬度
是指矿物抵抗某种外来机械作用力（如刻 划、压入或研磨）侵入能力。
通常用摩氏硬度计作为硬度的等级的标准。 其他矿物的硬度是与摩氏硬度计中的标准矿物 互相刻划，相比较来确定的。在野外工作中， 用摩氏硬度计中的矿物作为比较标准有时不够 方便，常借用指甲（2）、铜具（3）、小刀 （5－6.5）等代替标准硬度的矿物来帮助测定 被鉴定矿物的硬度。
一、矿物的光学性质
矿物的光学性质是指矿物对自然光 的反射、折射和吸收等所表现出来的各 种性质。包括矿物的颜色、条痕、光泽 和透明度。
电 磁 波 谱 图
1. 矿物的颜色
定义：是一种生理感觉，当波 长在大约390~770nm范围内的 电磁波辐射，刺激人们的视神 经时，就有颜色的感觉。是对 光选择性吸收的结果
4）能带间的电子转移
在晶体结构中，由于原子间的距离 很小，每个原子的外层电子都与邻近原 子中的电子发生强烈的相互作用，形成 具有一定宽度的能量范围的能带。完全 被电子占据的称为满带；部分占据的称 为导带；相邻能带之间的能量范围称为 禁带。不同能带间的电子受到激发时可 发生跃迁。而能带间的能量差多与可见 光的能量相对应，故可吸收一定波长的 可见光而使晶体呈色。
锯 齿 状 断 口
参 差 状 断 口
贝
土
壳
状
状
断
断
口
口
（3）裂理(parting)矿物受外力作用，有时可沿着一定的结晶 学方向裂成平面的非固有性质，称为裂理或裂 开。与解理的成因不同：
A 裂开通常是沿着双晶
结合面特别是聚片双
晶的结合面发生，
B 或因晶格中某一定方
向的面网间存在它种
物质的夹层而造成定
结晶学与矿物学：矿物的物理性质
➍ 乳光(opalescence)：
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 的其他矿物或胶体微粒， 使入射光发生漫反射所致。
二、矿物的条痕
条痕(streak)：
矿物粉末的颜色， 通常是以矿物在
➍ 玻璃光泽(vitreous luster)： 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：
➊ 油脂光泽(greasy luster)：
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。
➌ 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。
violet red
i ndigo bl ue
orange
yellow
green olivine
根据产生的原因，矿物的颜色 通常分为自色、他色和假色。
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。
➌ 中等解理(good cleavage)：
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。
➍ 不完全解理(imperfect cleavage)：
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。
➍ 参差状断口(不平坦状断口，uneven fracture)：
晶体矿物的光学性质
04
晶体矿物的光学性质的应 用
地质学应用
岩石识别
通过观察岩石的光学性质，如颜色、透 明度、光泽等，可以初步判断岩石的矿 物组成和结构，有助于地质学家的岩石 分类和成因研究。
VS
矿床勘探
在矿床勘探中，通过观察岩石或矿物的光 学性质，如反射率、折射率、双折射率等 ，可以推测矿物的存在和分布情况，为找 矿提供重要线索。
分类
晶体矿物的光学性质可以分为线性光学性质和非线性光学性质两类。线性光学 性质包括光的折射、反射、散射等行为，非线性光学性质则涉及到更高阶的光 学效应。
晶体矿物光学性质的重要性
资源勘查
通过研究晶体矿物的光学性质， 可以有效地进行矿产资源的勘查 和识别，为地质学和矿产资源开
发提供重要依据。
宝石学
晶体矿物的光学性质是决定宝石价 值的重要因素之一，不同种类的宝 石因其独特的光学性质而备受珍视。
反射与光泽
反射
当光线照射到晶体矿物表面时，会有一部分光线被反射回来。反射能力与晶体的 表面平滑度、晶格结构等因素有关。反射能力强弱也是鉴定矿物的重要依据之一 。
光泽
晶体矿物表面的反光能力，与矿物的反射能力、表面平滑度等因素有关。不同晶 体矿物具有不同的光泽，也是鉴定矿物的重要依据之一。
颜色与色散
X射线衍射技术主要应用于研究晶体矿物的晶体结构和相 变等方面。通过分析X射线衍射图谱，可以确定矿物的晶 系、晶格常数、晶面间距等参数，为矿物的成因和演化研 究提供重要依据。
红外光谱技术
红外光谱技术是研究晶体矿物分子结构和化学键合状态的重要手段之一。通过红 外光谱技术，可以获得晶体矿物分子振动和转动信息，进而推断出矿物的化学成 分和分子结构。
01
研究不同化学成分对晶体矿物光学性质的影响，揭示其内在联
矿物的物理性质
矿物物理性质矿物的物理性质矿物的物理性质包括:颜色、条痕、光泽、透明度、硬度、解理、断口、比重等。
大体可以归结为三大类，即：光学、力学、特异性质。
矿物的光学性质矿物颜色（1）自色矿物本身所具有的颜色（2）他色：不是矿物本身所具有的颜色，而是因为矿物含有机械混入物或杂质离子，致使矿物呈现出与其自色不同的颜色。
红宝石(含Cr)蓝宝石(含Ti4+或Fe2+)刚玉（Al2O3）水晶（石英，SiO2）紫水晶（含Fe、Mn）水晶（3）假色：也不是矿物本身的颜色，而且多数只存在于矿物表面，主要是由于化学（风化）或物理的原因而使矿物呈现的颜色。
斑铜矿（假色）条痕（色）就是矿物在瓷板上划出的粉末的颜色。
条痕色更稳定，硬度大或浅色矿物一般无条痕。
褐铁矿与赤铁矿的条痕色褐铁矿：褐色赤铁矿：缨红色透明度冰州石（透明）是指矿物透过可见光的能力1．透明石英（半透明）2．半透明3．不透明辉石（不透明）光泽矿物表面对光线的反射强度1．金属光泽2．半金属光泽3．非金属光泽金属光泽（黄铁矿）半金属光泽（磁铁矿）珍珠光泽（白云母）玻璃光泽（石英）金刚光泽（金刚石） 非金属光泽又可进一步分为：金刚光泽、玻璃光泽、丝绢光泽、珍珠光泽、土状光泽、油脂光泽、沥青光泽等。
石英（油脂光泽）矿物的力学性质矿物的力学性质是指矿物在外力作用下所表现出来的性质。
硬度是指矿物抵抗外力刻划、压入、研磨等机械作用的能力。
摩氏硬度计：滑石(1)、石膏(2)、方解石(3)、萤石(4)、磷灰石(5)、长石(6)、石英(7)、黄玉(8)、刚玉(9)、金刚石(10)摩氏硬度计只代表矿物硬度的相对顺序，而不能说明硬度的绝对大小，各级之间的硬度差异也是不可比的。
如：石英硬度（7）为滑石硬度（1）的3500倍金刚石（10）硬度则为石英硬度的1150倍在实际和野外工作中为了方便应用，摩氏硬度的确定常借用指甲（2-2.5）、小刀（5-5.5）、碎玻璃（6）等简便工具来代替使用。
矿物的形态及物理性质
特殊变异光泽
油脂光泽
珍珠光泽
丝 绢 光 泽
蜡状光泽
土状光泽-----高岭土
矿物 的颜色、条痕、光泽、透明度之间的关系
颜色
透明度 条痕色 光泽
非金属色
透明 无色、白色 玻璃光泽 半透明 彩色 金刚光泽
金属色
不透明 暗彩色 半金属光泽 灰黑色、 黑色 金属光泽
二、矿物的力学性质
矿物在外力作用下所表现出来的性质
1、显晶质集合体
按单体形态和集合方式分为：
★ 粒状集合体 ---由粒状单体集合而成： 粗粒----D＞5mm 中粒----D = 1～5mm 细粒----D ＜1mm ★ ★ 柱状集合体 ---由一向延伸的矿物单体聚合而 成： 如：短柱、长柱、针状集合体； 板片状集合体----由二向延展的矿物单体聚合 而成； 板状、片状、 鳞片状集合体；
皮壳状集合体 ---- 呈厚层覆盖在其它矿物和岩石的表面上。孔雀石；
土状集合体 -------呈粉末状疏松地聚集在一起。高岭土； 致密块状 ------眼看不到单体界限的块状矿物，玉类；
如 ：软玉； 块状黄铜矿；
盐华状 ------- 干旱地区可溶性盐类组成的被膜； 块状集合体 ----- -肉眼看不到单体界限的致密块体。
石英晶体：柱状； 不同的选矿加工方法。
石棉：纤维状
★ 选矿、技术加工：形态不同，利用
1．矿物单体形态及分类
（1）、按晶面的完整程度
① 自形晶：具有完整的固有晶形的晶面， 晶面包围了整个晶体。 例：黄铁矿晶体-----立方体；
石榴子石
-----菱形十二面体。
金刚石-----八面体
②
半自形晶：晶体发育不完整，只出现部 例：磁铁矿，八面体不完整）。
[理学]矿物的物理性质
![[理学]矿物的物理性质](https://img.taocdn.com/s3/m/cc50675f1711cc7931b71669.png)
测量矿物硬度的金 刚石锥体
2019年2月24日星期日5 时17分45秒
19
四、韧性
矿物受压轧、锤击、弯曲或拉引等力作用时所出现的 抵抗能力，叫韧性。可分为下列几种： ① 脆性：矿物受力时容易破碎的性质。如镜铁矿硬度大于 小刀，但由于具有明显的脆性，因此可被小刀压碎出现 粉末或小粒。脆性是离子键矿物的一种特性。 ② 延展性：在锤击或拉引下，容易形成薄 片或细丝的性质，是金属键矿物的一种 特性。一般情况下温度升高，延展性增 强。金属键的矿物在外力作用下的一个 特征就是产生塑性形变，这就意味着离 子能够移动重新排列而失去粘接力，这 是金属键矿物具有延展性的根本原因。 自然金具有良好 金属键程度不同，则延展性也有差异。 的延展性
方铅矿表面上 的金属光泽
赤铁矿上的暗 淡金属光泽
石盐表面的油 脂光泽
“纤维石膏” 表面的丝绢光 泽
石英晶体的玻 璃光泽
2019年2月24日星期日5 时17分45秒
9
矿物的光泽可用于识别宝石。假宝石往往 呈玻璃光泽，真宝石是金刚光泽，丝绢光 泽、脂肪光泽和珍珠光泽。
2019年2月24日星期日5 时17分45秒
沿锂云母晶体底 面极完全解理
冰洲石完全的 菱面体解理
方铅矿的立方 体解理
2019年2月24日星期日5 时17分45秒
13
解理产生的原因：主要取决于 结晶构造中质点的排列及质点 间连接力的性质。 在同极键晶体中，几何因素起 着重要的作用，解理面往往平 行于结点密度最大的面网。 在异极键中，解理面常产生于： （1）解理面平行于阴阳离子电荷大部分已中 和的平面； （2）解理面产生于同类质点的两个面网之间
2019年2月24日星期日5 时17分45秒
27
矿物的物理性质
B、电荷转移——含不同价态离子矿物的呈色
矿物中含有变价金属离子，由于晶体场效应的影响，当电子 受到自然光的照射后从一个离子的轨道跃迁到与之相邻的另 一离子轨道上去，伴随电子的转移有很强的吸收，而使矿物 呈色
Fe2＋ Mn2+ Fe3+
பைடு நூலகம்
Fe3+ Mn4＋ Ti4+
使矿物呈色的过渡型离子
离子 颜色 矿物举例 离子 颜色
满带
1.77-3.10ev）能量间隔在可见光的
满带
范 围 内 ， 矿 物 可 选 择 能 量 比 自 身 Eg
大的各种色光，使电子跃迁而呈其
互补色。如辰砂等矿物Eg在2.5ev，
吸收绿色光，呈红色。
（3）矿物带隙宽度大（ Eg>3.10ev)大于可见光的能量，可 将光不被吸收而大部分透过，矿物无色透明
矿物举例
红 刚玉(红宝石) Fe2+ 绿 阳起石，绿泥石
Cr3+
绿
钙铬榴石
红
赤铁矿
Mn2+ 玫瑰
Mn4+ 黑 [UO2]2+ 黄
菱锰矿 蔷薇辉石
软锰矿 钙铀云母
Fe3+ 褐
黄绿
蓝 Cu2+
绿
褐铁矿 绿帘石 绿高岭石 蓝铜矿
孔雀石，绿松石
C、带隙跃迁（自然金属及硫化物）
能带理论认为，结晶体中的电子不再被个别原子所束缚，而为 整个晶体所共有，并在晶体内部的一个三维空间的周期性势场 中运动。电子运动时的能量限定在一定的区域中，它有一定的 上下限值，这些电子运动所允许的能量区域就称为能带。
能带理论中，电子在能带能级上的充填首先成对充填在较低能 量的能级上。