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1、第三章第三章矿物的物理性矿物的物理性质质矿物物的的物物理理性性质鉴定矿物判断成因矿物利用矿物物的的物物理理性性质矿物的化学物的化学组成成 和晶体和晶体结构构矿物的形成条件物的形成条件一、矿物的光学性质一、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.矿物的颜色矿物的颜色定义：定义：是一种生理感觉，当波是一种生理感觉，当波长在大约长在大约390770390770nmnm范围内的范围内的电磁波辐射，刺激人们的视神电磁波辐射，刺激人们的视神经时，就有颜色的感觉。是经时，就有颜色的感觉。是对对光选择性吸收的结果光
2、选择性吸收的结果矿物的光学效应矿物的光学效应反射、吸收、透射反射、吸收、透射 矿物对光全部吸收时，矿物呈黑色矿物对光全部吸收时，矿物呈黑色 对所有波长的色光均匀吸收，矿物呈不同程度的灰色对所有波长的色光均匀吸收，矿物呈不同程度的灰色 基本上都不吸收则为无色或白色基本上都不吸收则为无色或白色 选择吸收某些波长的色光，矿物呈现吸收色光的互补色选择吸收某些波长的色光，矿物呈现吸收色光的互补色矿物的呈色机理：1）过渡金属元素的内部电子跃迁当矿物中含有过过渡渡金金属属元元素素时，无论是主要还是次要成分，它们都是矿物产生颜色的基础。这是由于过渡金属离子的d 轨道或f 轨道，会发生晶体场分裂。所产生的能量差
3、大约在25000cm-1到14000cm-1的范围，其与某种可见光的波长相当，在d-d或f-f 轨道的电子跃迁，便可吸收某种可见光。色素离子是使矿物呈色的主要离子。如第四周期的Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni及稀土元素。惰性气体型离子所构成的矿物通常是无色的。因为其p轨道同其最邻近的空轨道间的能量差远比可见光的能量大，其电子在可见光能量的作用下，不能被激发，不发生电子跃迁，从而可见光不能被吸收，因此矿物是无色的。离子离子颜色颜色矿物举例矿物举例离子离子颜色颜色矿物举例矿物举例Cr3+红刚玉(红宝石)Fe2+绿阳起石，绿泥石绿钙铬榴石Fe3+红赤铁矿Mn2+玫瑰菱锰矿蔷薇辉石褐褐铁矿黄绿绿帘石绿
4、高岭石Mn4+黑软锰矿Cu2+蓝蓝铜矿UO22+黄钙铀云母绿孔雀石，绿松石经常使矿物呈色的过渡型离子经常使矿物呈色的过渡型离子2）元素离子间的电子转移或电荷转换在晶体结构中相邻离子间在外来能量作用下可产生电子转移，即电子可以从一个原子的轨道上跃迁到另一个原子的轨道上去，离子产生电荷转移，伴随着电子转移有很强烈的吸收。如蓝宝石，Fe2+的一个电子可吸收白光中的橙黄色光而发生跃迁，转移到相邻的Ti4+中去，使（Fe2+Ti4+）组合变为（Fe3+Ti3+）组合，晶体则表现为深蓝色。实质上是光化学反应的氧化还原过程。3）晶体结构缺陷造成的电子转移一些矿物在晶体结构中具有能吸收光而呈现颜色的色心。色心
5、是晶体结构缺陷，主要是晶格位置未被离子占据而形成的空位，故能捕获电子，并使该电子的能量状态发生变化，其激发态和基态之间能量差与可见光相对应。最常见的色心是F色心（电子色心），它是一电子占据阴离子的空位而形成的。如果电子占据到晶格间隙之中称为F色心，它也能造成矿物呈色。阳离子的空位而形成的色心叫V色心。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满带；部分占据的称为导带导带；相邻能带之间的能量范围称为禁带禁带。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
6、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。矿物颜色的类型矿物颜色的类型自色、他色、假色自色、他色、假色 自色自色(idiochromaticidiochromatic)：矿物本身固有的成分结构所决定的颜矿物本身固有的成分结构所决定的颜色色 他色他色(allochromaticallochromatic)：由杂质、气液包裹体所引起的颜色由杂质、气液包裹体所引起的颜色 假色假色(pseudochromaticpseudochromatic)：是因物理光学效应而产生的颜色是因物理光学效应而产生的颜色 体色、表色体色、表色 体色：体色：物体内部所表现出来的颜色。当白光透入矿物达一物体内部
7、所表现出来的颜色。当白光透入矿物达一定深度，且在此过程中选择吸收不同波长的色光而定深度，且在此过程中选择吸收不同波长的色光而呈现出其互补色，为矿物所固有的颜色，如橄榄石呈现出其互补色，为矿物所固有的颜色，如橄榄石吸收紫光而呈橄榄绿色吸收紫光而呈橄榄绿色 表色：表色：即反射色，只有物体的反射光所呈现的颜色，不即反射色，只有物体的反射光所呈现的颜色，不 透明矿物因吸收非常强，因而表现的都是表面色。透明矿物因吸收非常强，因而表现的都是表面色。物理光学效应（假色）物理光学效应（假色）晕色：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
8、形成的彩虹般的色带。锖色(tarnish):是由于光的干涉作用引起的。硫化物表面常因氧化产生很薄的薄膜,受日光照射后薄膜的两侧均会反射，反射光干涉后有的光波消失或减弱，有的则得到加强。因而在矿物表面上看到的是斑驳陆离的彩色。变彩(playofcolour):是由于衍射现象而呈色的。在拉长石的某些面上，可以看到随观察方向的不同而有蓝、绿、黄、红等颜色的变换，故称变彩。锖色晕色变彩矿物颜色的命名和描述方法矿物的颜色多种多样，在描述时所采用的原则是简明、通俗，力求确切，A标准色谱法：利用标准色谱描述矿物的颜色。B类 比 法：最 好 用 常 见 物 体 作 比 喻，如 铅 灰、铁 黑、天蓝、樱红、乳白
9、等。C 二 名 法：当 矿 物 的 色 彩 是 由 多 种 色 调 构 成 时，便 采 用 此 法，如 黄 绿、橙 黄 等。如 系 同 一 颜 色，但 在 色 上 有 深 浅、浓 淡 之 分 时，则 在 色 别 之 前 加 上 适 当的形容词，如深蓝、暗绿、鲜红等。在观察与描述矿物颜色时，应注意下列问题：a以矿物新鲜面颜色为准；b注意观察矿物颜色的细微差别。2.条痕（粉末色）条痕（粉末色）条痕条痕条痕条痕是矿物在条痕板上是矿物在条痕板上擦划后留下的痕迹（实际上擦划后留下的痕迹（实际上是矿物的粉末）的颜色。由是矿物的粉末）的颜色。由于它消除了假色，减低了他于它消除了假色，减低了他色，因而比矿物颗
10、粒的颜色色，因而比矿物颗粒的颜色更为固定，故可用来鉴定矿更为固定，故可用来鉴定矿物。物。条痕对条痕对不透明矿物不透明矿物的鉴的鉴定很重要，而定很重要，而透明矿物透明矿物的条的条痕大多为白色、灰白色，因痕大多为白色、灰白色，因此，对这类矿物来说，条痕此，对这类矿物来说，条痕则失去了鉴定矿物的意义。则失去了鉴定矿物的意义。例如黄铜矿与黄铁矿，外表颜色近似，但黄铜例如黄铜矿与黄铁矿，外表颜色近似，但黄铜矿的条痕颜色为带绿的黑色，而黄铁矿的条痕为黑矿的条痕颜色为带绿的黑色，而黄铁矿的条痕为黑色，以此，可以区别它们。色，以此，可以区别它们。同种矿物有时可出现不同的颜色，如块状赤铁同种矿物有时可出现不同的
11、颜色，如块状赤铁矿，有时为黑色，有时为红色，但它们的条痕都是矿，有时为黑色，有时为红色，但它们的条痕都是樱红色。樱红色。3.透明度透明度矿物允许可见光透过的程度，称为矿物允许可见光透过的程度，称为矿物的透矿物的透矿物的透矿物的透明度明度明度明度。它取决于矿物对光的吸收率和矿物的厚薄。它取决于矿物对光的吸收率和矿物的厚薄等因素。等因素。金属矿物吸收率高，一般都不透明；金属矿物吸收率高，一般都不透明；金属矿物吸收率高，一般都不透明；金属矿物吸收率高，一般都不透明；非金属矿物吸收率低，一般都是透明的。非金属矿物吸收率低，一般都是透明的。非金属矿物吸收率低，一般都是透明的。非金属矿物吸收率低，一般都是
12、透明的。在观察矿物的透明度时，为了消除厚度的影在观察矿物的透明度时，为了消除厚度的影响，通常是隔着矿物的破碎刃边（或薄片）观察响，通常是隔着矿物的破碎刃边（或薄片）观察光源一侧的物体。根据所见物体的清晰程度，可光源一侧的物体。根据所见物体的清晰程度，可将矿物的透明度大体分为透明、半透明和不透明将矿物的透明度大体分为透明、半透明和不透明三种。三种。透明：透明：矿物能矿物能允许绝大部分允许绝大部分的透射光透过，的透射光透过，隔着这个矿物隔着这个矿物的薄片可以清的薄片可以清晰地看到位于晰地看到位于其另一侧的物其另一侧的物体轮廓细节，体轮廓细节，这样的矿物称这样的矿物称为透明矿物。为透明矿物。如石英、
13、长石、如石英、长石、方解石等。方解石等。半透明半透明：矿物可允许部分透：矿物可允许部分透射光透过，隔着这种矿物的射光透过，隔着这种矿物的薄片能够看到另一侧有物体薄片能够看到另一侧有物体存在，但分辨不清轮廓，这存在，但分辨不清轮廓，这样的矿物称为半透明矿物。样的矿物称为半透明矿物。如辰砂、雄黄等。如辰砂、雄黄等。不透明：不透明：矿物基本上不允许矿物基本上不允许可见光透过，这样的矿物为可见光透过，这样的矿物为不透明矿物，如磁铁矿、方不透明矿物，如磁铁矿、方铅矿、石墨等铅矿、石墨等。4光泽光泽矿物的光泽是指矿物表面对光的反射能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力。光泽的强弱用反
14、射率R来表示。来表示。反射率是指光垂直入射矿物表面时的强反射率是指光垂直入射矿物表面时的强度与反射光强度的比值。度与反射光强度的比值。矿物反射率的大小，主要取决于折射率矿物反射率的大小，主要取决于折射率和吸收系数。和吸收系数。矿物的折射率和吸收系数矿物的折射率和吸收系数越大，反射率越高，光泽也就越强。越大，反射率越高，光泽也就越强。矿物的光泽通常根据反射光由强到弱的次序，可分为：按照反射率的大小，光泽分为按照反射率的大小，光泽分为四级四级：金属光泽金属光泽R25%。呈抛光金属般的光泽呈抛光金属般的光泽 半金属光泽半金属光泽R=25-19%。呈未刨光金属般的光泽呈未刨光金属般的光泽 金刚光泽金刚
15、光泽R=19-10%。如同金刚石般的光泽如同金刚石般的光泽 玻璃光泽玻璃光泽R=10-4%。如同玻璃般的光泽如同玻璃般的光泽矿物光泽的分级矿物光泽的分级金属光泽金属光泽半金属光泽半金属光泽金刚光泽金刚光泽玻璃光泽玻璃光泽另外，由于反射光受到矿物的颜色、表面平坦程度及集合方式的影响，常呈现出特殊的变异光泽：油油脂脂光光泽泽：颜色浅、具有玻璃光泽或金刚光泽的矿物，在不平坦断面上呈现的如同油脂面上见到的那种光泽。如石英，断口为油脂光泽。树树脂脂光光泽泽：颜色黄黄褐、具金刚光泽的矿物，如闪锌矿、雄黄等，在不平坦面上，可以见到象松香等树脂平面所呈现的那样的光泽。丝丝绢绢光光泽泽：在透明、具玻璃光泽且个体
16、细小呈纤维状集合体或解理完全的矿物，如石棉、纤维石膏等，具有象蚕丝或丝织品那样的光泽。珍珍珠珠光光泽泽：解理发育的浅色透明矿物，如白云母、滑石等，在它们的解理面上所看到的那种象贝壳凹面上呈现的那种柔和而多彩的光泽。矿物光学性质关系表5.矿物的发光性矿物的发光性矿物在接受外界能量的照射下，能发射可见光的性质称为发光性。其实质是矿物晶格吸收了较高外加能量，然后以较低能量再发射出来造成的。发发光光体体一一旦旦停停止止受受激激(10-8秒)，发发光光现现象象消消失失，所发的光为萤萤光光(fluorescence)；在外界能量撤除以后(10-8秒)，还能发的光叫磷磷光光(phosphorescence)
17、。矿物受热而发的光的性质称为热光性热光性。二、二、矿物的力学性质矿物的力学性质是矿物在外力作用下表现出来的各种物理性质，解理、裂理（裂开）、断口、硬度、延展性、弹性和脆性等。解理和硬度可鉴定矿物。1.解理、裂开和断口解理、裂开和断口(1)解理(cleavage)cleavage)：矿物晶体在外力作用下，沿着一定的结晶学方向破裂成一系列光滑平面的固有性质，叫做解理解理。裂成的光滑平面，叫做解理面解理面。解理面一般平行于面网密度最大的面网、阴阳离子电性中和的面网、两层同号离子相邻的面网以及化学键力最强的方向。解理解理产产生的原因生的原因A 解理面一般平行于解理面一般平行于面网密度最大的面网面网密度
18、最大的面网B平行于由异号离子组平行于由异号离子组成的电性中和的面网成的电性中和的面网C当相邻面网为同号离子的当相邻面网为同号离子的面网时，其间易产生解理面网时，其间易产生解理D 平行于化学键力平行于化学键力最强的方向最强的方向 根据解理的完好程度，一般分为五级：根据解理的完好程度，一般分为五级：(1)(1)极极完完全全解解理理：极易获得解理，解理面大而平坦，极光滑，解理片极薄，如云母、石墨等的解理。(2)(2)完完全全解解理理：易获得解理，常裂成规则的解理块，解理面较大光滑而平坦，如方解石、方铅矿等。(3)(3)中中等等解解理理：较易得到解理，但解理面不大，平坦和光滑程度也较差，碎块上即有解理
19、面又有断口，如普通辉石等矿物的解理。(4)(4)不不完完全全解解理理：较难得到解理，解理面小且不光滑平坦，碎块上主要是断口，如磷灰石、绿柱石。(5)(5)极极不不完完全全解解理理：很难得到解理，仅在显微镜下偶尔可见零星的解理面，石英一般认为没有解理。不同种的矿物，其解理特征不同，有的无解理；有的有一组解理；而有的则有几组解理。（2）断断口口(fracture)：具极不完全解理的矿物，尤其是没有解理的晶质和非晶质矿物，她们受外力打击后，都会发生无一定方向的破裂，其破裂面就是断口。根据的断口形状，断口可分为：贝贝壳壳状状断断口口:呈圆形的光滑曲面，面上常出现不规则的同心条纹，形似贝壳状。如石英和玻
20、璃质体。锯齿状断口锯齿状断口：呈尖锐锯齿状，如自然铜的断口。参参差差状状断断口口：呈参差不平的形状，如磷灰石的断口。土状断口土状断口：为土状矿物所特有的粗糙断口，如块状高岭石的断口。锯锯齿齿状状断断口口参参差差状状断断口口土土状状断断口口贝贝壳壳状状断断口口（3）裂理）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，称为裂裂理理或或裂裂开开。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向破裂。刚玉晶体上的刚玉晶体上的1011裂理裂理2.硬度硬度是指矿物抵抗某种外来机械作用力
21、（如刻划、压入或研磨）侵入能力。通常用摩摩氏氏硬硬度度计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（56.5）等代替标准硬度的矿物来帮助测定被鉴定矿物的硬度。摩氏硬度是一种相对硬度，应用时极为方便，但较粗略。因此在对矿物作详细研究时，常需要测矿物的绝对硬度。通常采用的绝对硬度值是维克用压入法测定的，称为维氏硬度维氏硬度。摩氏硬度计十种矿物的维氏硬度维氏硬度如下（单位kg/mm2）：滑石2正长石930石膏35石英1120方解石172黄玉1250萤石248硬
22、玉2100磷灰石610金刚石10000矿物硬度是内部结构牢固程度的表现，主要取决于化学键的类型和强度。离子键型矿物硬度较高、共价键型矿物硬度高、金属键型矿物硬度低、分子键型矿物硬度最低。决定化学键强度的因素及对硬度的影响有以下几个方面：1）原子价态和原子间距 矿物的硬度随组成矿物的原子或离子电价的增高而增大，与原子间距的平方成反比。2）原子的配位数 在其它条件相同的情况下，矿物硬度随原子配位数增大而增大。3）离子共价键的状态 大多数矿物中，组成元素之间的化学键为离子共价键的中间过渡类型，硬度随共价性程度的增大而增大。硬度还体现晶体的对称性，即不同方向上的硬度不同。3矿物的比重矿物的比重：是指矿
23、物（纯净的矿物）的重量与4时同体积水的重量之比。其数值与密度的数值相同。矿物的比重变化范围很大，从小于1（如琥珀）到23（铂族矿物）不等。自然金属元素矿物比重最大，盐类矿物比重最小。大多数矿物的比重都在23.5之间。矿物比重可分为三级：矿物比重可分为三级：轻级：比重小于2.5。如石墨等。中级：比重2.54，大多数矿物的比重属于此级。重级：比重大于4。对晶体结构类型相同的矿物来讲，矿物的比重随所含元素原对晶体结构类型相同的矿物来讲，矿物的比重随所含元素原 子量的增大而增大，随原子或离子半径的增大而减小。子量的增大而增大，随原子或离子半径的增大而减小。方铅矿方铅矿 PbS(Pb=207.21,7.
24、4-7.6g/cm3)重晶石重晶石 BaSO4(Ba=137.36,4.3-4.7g/cm3)但当原子量的增大不足以抵消因原子或离子半径增大所减小的比但当原子量的增大不足以抵消因原子或离子半径增大所减小的比重时，则原子量虽然增大，比重反而减小重时，则原子量虽然增大，比重反而减小。在原子量、原子或离子半径相同或相近的情况下，原子或离子的在原子量、原子或离子半径相同或相近的情况下，原子或离子的配位数越大，比重越大。配位数越大，比重越大。方解石方解石 CaCO3(6,2.71g/cm3)文石文石 CaCO3(9,2.95g/cm3)矿物形成时的温度矿物形成时的温度(T)和压力和压力(P)对矿物的比重
25、也有影响对矿物的比重也有影响T增大增大CN降低降低形成小比重矿物形成小比重矿物 方解石中温方解石中温 文石低温文石低温P增大增大CN增大增大形成大比重矿物形成大比重矿物 石墨石墨2.23金刚石金刚石3.504 4矿物的脆性和延展性矿物的脆性和延展性 脆脆性性是指矿物受外力作用时易破碎的性质。如食盐、方解石等。脆性是离子键矿物的一种特性。具有过渡型离子共价键的矿物，离子键彻底程度越高，矿物的脆性就越强。延延展展性性：是指矿物在锤击或拉伸下，容易成为薄片或细丝的性质。如自然金等。5 5矿物的弹性和挠性矿物的弹性和挠性 弹弹性性：是指矿物在外力作用下发生弯曲形变，当外力解除后又恢复原状的性质。如云母
26、。挠性挠性：是指矿物受外力作用发生弯曲形变，当外力作用解除后不能恢复原状的性质。如滑石、绿柱石等 三、矿物的电学性质三、矿物的电学性质1.导导电电性性：是指矿物对电流的传导能力。它取决于化学键的类型。具金属键的矿物，因为在晶体结构中有自由电子存在，导电性就强。如自然金属矿物和某些金属硫化物，是电良导体；离子键或共价键矿物导电性弱或不导电。如石棉、云母等。因此，矿物的导电能力差别很大。某些矿物当温度增高时导电性增强，温度降低时具绝缘体性质。还有些矿物的导电性具有方向性。2.荷荷电电性性：矿物在外部能量作用下，能激起矿物晶体表面荷电的性质，称为矿物的荷电性。荷电性分为：a压电性压电性：是指某些矿物
27、晶体，当受到定向压力或张力作用时，能激起晶体表面荷电的现象。b b热电性热电性：是指某些矿物晶体，当受热或冷却时，能激起矿物晶体表面荷电的现象。L3+-电气石受热荷电41 四、矿物的磁性四、矿物的磁性 指矿物能被永久磁铁或电磁铁吸引或排斥的性质指矿物能被永久磁铁或电磁铁吸引或排斥的性质矿物的磁性分为三类矿物的磁性分为三类矿物磁性分成三级矿物磁性分成三级 强磁性强磁性 矿物粉末能被永久矿物粉末能被永久磁铁吸起。如磁铁矿磁铁吸起。如磁铁矿 弱磁性弱磁性 矿物粉末能被永久矿物粉末能被永久磁铁吸引，但不能跃至磁铁磁铁吸引，但不能跃至磁铁上。如铬铁矿上。如铬铁矿 无磁性无磁性 矿物粉末不能被永矿物粉末不
28、能被永久磁铁吸引。如黄铁矿久磁铁吸引。如黄铁矿 逆磁性矿物逆磁性矿物 矿物在外磁场作用下，矿物在外磁场作用下，产生很弱的感应磁场，其磁化方向与产生很弱的感应磁场，其磁化方向与外磁场方向相反，磁化率很小，表现外磁场方向相反，磁化率很小，表现为被永久磁铁所排斥；为被永久磁铁所排斥；电磁性矿物电磁性矿物 矿物在外磁场作用下，矿物在外磁场作用下，产生的感应磁性稍大，其磁化方向与产生的感应磁性稍大，其磁化方向与外磁场方向相同，磁化率不大，为正外磁场方向相同，磁化率不大，为正值，表现为受磁场的吸引。这类矿物值，表现为受磁场的吸引。这类矿物不被永久磁铁吸引，但可被电磁铁吸不被永久磁铁吸引，但可被电磁铁吸引；
29、引；磁性矿物磁性矿物 矿物的碎块或粉末能被永矿物的碎块或粉末能被永久性磁铁所吸引。久性磁铁所吸引。思考题闪锌矿（Zn,Fe）S的黑褐色，含有细分散赤铁矿的红色石英，透明方解石在裂隙附近呈现的五颜六色分别属于自色、他色和假色的哪一类颜色？何谓条痕色？条痕色和透明度有何关系？简述晶格类型对光学性质的影响。何谓相对硬度和绝对硬度？摩氏硬度属于哪一类硬度，它如何分级？解理的定义。画示意图说明解理产生的各种原因。裂理和解理有何异同？说出下列解理的组数和夹角（90、60和斜交）：立方体、八面体、菱面体、四方柱100、斜方柱110。肉眼鉴定中比重如何分级？何谓矿物的发光性？何谓荧光，何谓磷光？何谓矿物的弹性和挠性？