结晶学及矿物学晶体的物性PPT课件

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磷光：矿物在外加能量的激发下
发光，当撤除激发源后，发光的 持续时间＞10-8秒；
• 而持续发光时间＜10-8秒的发光
称荧光。
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注意： 矿物的发光性与晶格中存在 微量杂质元素及因杂质而产生 的晶格缺陷有关。
§2 矿物的力学性质
•矿物的力学性质：矿物在外力(如敲打、挤压、拉引、 刻划等)作用下所表现出来的性质。
四、矿物的光泽
五、特殊光学效应 六、双折射和色散 七、矿物的发光性
一、矿物的颜色
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颜色： 矿物对入射的白色可见光
（390～770nm）中不同波长的光波
吸收后，透射和反射的各种波长 可见光的混合色。
电磁波谱
1）当矿物对各色光同等程度地均匀 吸收时，其所呈颜色取决于吸收程度： • ① 若均匀地全部吸收，矿物呈黑色；
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1）鉴别矿物的主要依据 2）提供有关矿物的信息 3）广泛应用于国民经济中
§1 矿物晶体的光学性质
§2 矿物晶体的力学性质 §3 矿物晶体的其它物理性质
§1 矿物的光学性质
• 矿物的光学性质：矿物对可见光的反射、折射、吸收 等所表现出来的各种性质。
一、矿物的颜色 二、矿物的条痕 三、矿物的透明度
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解理严格受晶体结构因素—— 晶格类型及化学键类型、强度和 分布的控制，解理面常沿面网间 化学键力最弱的面网产生。
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① 原子晶格，各方向的化学键力
均等，解理面∥面网密度最大即d 最大的面网。
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② 离子晶格，因静电作用，解理
沿由异号离子组成的、且 d大的 电性中和面网产生；或者，解理面 ∥两层同号离子层相邻的面网。
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据矿物新鲜平滑的晶面、解理面 或磨光面上反光的强弱，配合矿物 的条痕和透明度，矿物的光泽分四个 等级：
• 1）金属光泽金属光泽：
• 反光很强 ， 似平滑金属磨光面的 反光。
• 矿物具金属色 ， 条痕呈黑色或金 属色，不透明。
• 2）半金属光泽半金属光泽：
反光较强，似未经磨光的金属表 面的反光。
• 注意： • 少数矿物因晶格缺陷（如色心） 而引起。大部分碱金属和碱土金属的 化合物的呈色主要与色心(最常见F心) 有关。如萤石、紫水晶的紫色等。
• 3）假色：
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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、 散射等而引起的颜色。
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①
锖色：
某些不透明矿物 的表面氧化薄膜
• ② 若基本上均不吸收，矿物呈无色或 白色； • ③ 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。
紫 靛 蓝 绿 黄绿 红 橙 黄
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根据产生的原因，矿物的颜色通常分为 自色、他色和假色。 • 1）自色： • 由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定的颜色, 是由于组成矿物的原子或离子在可见光的激发下，发 生电子跃迁或转移所造成的。 • 体色：物体内部所表现的颜色。白光透入、吸收，再 因透射、散射、反射的颜色。透明矿物所呈现的都是 体色。 表面色：物体表面的反射色。不透明矿物吸收很强， 白光难以深入，而是经表层吸收后再辐射来呈色。
猫眼效应猫眼效应
• 在光线的照射下，以弧面形切磨的某些宝石，表面 呈现出一条明亮光带，当转动宝石时，光带随之移 动或出现光带张合现象，犹如猫眼瞳孔收缩成的一 条狭缝。 • 猫眼效应是光从长形、定向且全都平行于一个方向 的包裹体反射所致。 • 产生条件：足够丰富的平行排列的长形（针状）包 裹体；宝石必须切磨成弧面型，底部应平行包裹体 所在的平面，否则眼线位置不居中，甚至消失。
二、矿物的条痕
• 条痕：
• 矿物粉末的颜色，通常是以矿物在白色 无釉瓷板上擦划所留下的粉末的颜色。 • 矿物的条痕能消除假色、减弱他色、 突出自色，比矿物颗粒的颜色更为稳定、 更有鉴定意义。
•① 不透明矿物和鲜艳彩色的透明～半透明矿物， 尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素矿物，具重 要鉴定意义，如赤铁矿Fe2O3因形态不同可分别呈铁 黑（板状）、钢灰（鳞片状）、褐红（鲕状），但 条痕都为樱红色；而浅色或白色、无色透明矿物的 条痕多为白色、浅灰色等浅色，无鉴定意义。
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• 矿物呈金属色，条痕为棕色、褐色等 深彩色，不透明～半透明。
• 3）金刚光泽金刚光泽： • 反光较强，似金刚石般明亮耀眼的
反光。
• 颜色和条痕均呈浅色（ 如 浅黄、桔红、 浅绿等）、白色或无色，半透明～透明。
光线在金刚石晶体中传播示意
n1
n2
• •
4）玻璃光泽玻璃光泽：
反光较弱，呈普通平板玻璃表面 的反光。
所构成的矿物对可见光主要与最常见照射在或进入到所产生的引起而使矿物呈现某些一系列平行密集引起光的从而使矿物常出现如同水面上的油膜所形成的某些因内部存在许多某些矿物中见到的一种类似于略带柔和这是由于矿物含有许多使入射光发生所致
Chap.4
矿物晶体的物理性质
• 决定因素： 矿物的成分和结构 矿物的形成条件 • 研究意义：
一、矿物的解理、裂开和断口 二、矿物的硬度 三、矿物的弹性与挠性 四、矿物的脆性与延展性
一、矿物的解理、裂开和断口
1．解理 • 解理： • 矿物晶体受应力作用而超过弹性 限度时，沿一定结晶学方向破裂成 一系列光滑平面。这些光滑的平面 称解理面。
• 注意：解理是晶质矿物才具有的特性。
• 解理产生的原因：
• ② 某些矿物由于类质同像混入物
的影响，条痕和颜色会有所变化。
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根据条痕的微细变化，可大致 了解矿物成分的变化，推测矿物的 形成条件。
三、矿物的透明度
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透明度：
矿物允许可见光透过的程度。
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据矿物碎片刃边的透光程度， 配合矿物的条痕，矿物的透明度 分三级：
1）透明： 能透过绝大部分光，条痕为无色、白色或浅色。隔 着1cm厚矿物观察其后面的物体时，可清晰地看到物体 轮廓的细节，如水晶。 2）半透明： 可允许部分光透过，条痕呈红、褐等各种彩色。可 看到轮廓阴影。 3）不透明： 基本不允许光透过，条痕呈黑色或金属色。
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影响因素：
• ① 主要与其对可见光的吸收程度有关， 即取决于矿物的晶格类型和阳离子类型。 • 非金属矿物的透明度高，金属矿物的透 明度差。 • ② 矿物中的裂隙、包裹体，及矿物的集 合方式、颜色深浅和表面风化程度。
四、矿物的光泽
• 光泽：
• 矿物表面对可见光的反射能力。 • 矿物反光的强弱主要取决于矿物对 的折射和吸收的程度。
自然光的振动与传播方向
晶 体 结 构 与 双 折 射
2 双折射
• 除等轴晶系外其它晶系的晶体对光的作用在不同方 向上不同，具光学各向异性，有两个折射率，称为 双折射材料。 • 当光进入双折射晶体后，晶体结构强迫它平行于相 互垂直的两个平面振动（两条偏振光）。见上页示 意图。 • 如石英具两个折射率1.544和1.533，其数值差0.009称 为 双 折 射 率 （ DR ） ； 锆 石 （ 硅 酸 锆 ） 折 射 率 1.925～1.984， DR 0.059，刻面棱重影明显，见下页 示意图。
引起反射光的干 涉作用而使矿物 表面呈现斑驳陆 离的彩色。
• ②
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形成的彩虹般
的色带。 云母
• ③变彩变彩：
• 某些透明矿物 ， 因内部存在许多
厚度与可见光波长相当的微细叶 片状或层状结构，引起光的衍射、 干涉作用，导致其不均匀分布的各 种颜色会随观察方向的不同而发 生变换。 如欧泊。
• 矿物光泽的等级一般是确定的，
但变异光泽因矿物产出的状态不同 而异。 光泽是矿物鉴定的依据之一， 也是评价宝石的重要标志。
五、特殊光学效应
• 由于宝石内部具有包裹体、双晶、
微细球状结构等特殊内在因素， 导致光的干涉、散射、衍射等现象， 使宝石显现出特殊的光学效应。 • 常见的有： 猫眼效应、星光效应、变色效 应、变 彩效应等。
星光效应星光效应
• 在光线的照射下，以弧面形切磨的某些宝石，表面 呈现出两条或两条以上交叉亮线，产生星状光芒， 常见四射或六射星线，好像夜空中的星光。 • 猫眼效应是光从长形、定向且全都平行于一个方向 的包裹体反射所致。
• 产生条件：足够丰富的至少在两个不同方向上平行 排列的长形（针状）包裹体；宝石必须切磨成弧面 型，底部应平行包裹体所在的平面。
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7）土状光泽：
呈土状、粉末状或疏松多孔状 集合体的矿物表面如土块般暗淡 无光。
• 影响因素： • 主要是矿物的化学键类型：
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1）具金属键的矿物一般呈金属光泽 或半金属光泽；
2）具共价键的矿物一般呈金刚光泽 或玻璃光泽； 3）具离子键或分子键的矿物，对光 的吸收程度小，反光很弱，光泽即弱。
② 完全解理：
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。
3）沥青光泽：
解理不发育的半透明或不透明 黑色矿物的不平坦断口上乌亮
沥青状光泽。
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4）珍珠光泽：
浅色透明矿物的极完全解理面上 的如珍珠表面或蚌壳内壁柔和而
多彩的光泽。
5）丝绢光泽： 具玻璃光泽的无色或浅色透明矿物
的纤维状集合体表面常呈蚕丝或
丝织品状的光亮。
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6）蜡状光泽：
某些透明矿物的隐晶质或非晶质 致密块体上的似蜡烛表面的光泽。
变色效应
• 宝石的颜色随入射光波长的不同而变的现象。 • 变石（铍铝氧化物，金绿宝石）具有典型的变色效 应，在日光下呈绿色，而在白炽灯下呈红色，享有 “白昼里的祖母绿，黑夜里的红宝石”的美誉。产 生条件： • 在变石的可见光吸收谱中存在着两个明显的相间分 布的色光透过带，一个是绿色波段，一个是红色波 段。在日光中绿光成分偏多，变石在日光照射下绿 色加浓，呈现绿色，而在白炽灯的照射下呈现红色。
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矿物为无色、白色或浅色， 条痕呈无色或白色，透明。
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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：
• 1）油脂光泽油脂光泽： •
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。
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2）树脂光泽：
某些具金刚光泽的黄、褐或 棕色透明矿物的不平坦断口上的 似松香般的光泽。
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• ④乳光乳光：
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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。
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这是由于矿物内部含有许多 远比可见光波长为小的其它矿物 或胶体微粒，使入射光发生漫反射 所致。
• 描述矿物的颜色时应力求简明、准确、 贴切，通常除采用诸如黄绿、灰白、深 蓝等带色调的修饰语外，还常采用比拟 的修饰语，如桔黄、翠绿、天蓝、鸽血 红等。
变色效应
六、双折射和色散
1.自然光与偏振光： • 自然光：一切从光源直接发出的光波，如太阳光、 灯光等均属自然光。自然光在光波传播方向上的各 个平面内，可沿各个方向振动，且振幅相等。 • 偏振光：在垂直光波传播方向的某一固定平面内沿 一固定方向振动的光波。自然光可以通过反射、折 射等作用转变为偏振光。示意图见下页。
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③ 多键型的分子晶格，解理面
∥由分子键联结的面网。
[0001]
(0001)
a0=0.246nm
C
c0 =0.680nm
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④ 金属晶格，由于失去了价电子
的金属阳离子为弥漫于整个晶格内 的自由电子所联系，晶体受力时 很易发生晶格滑移而不致引起键的 断裂。故金属晶格具强延展性而无 解理。
• 解理的表示方法：
• 解理 解理反映出晶体的异向性和对称
性。 通常用相应的单形及其符号以表 示解理的方向、组数和夹角。解理面 上之解理纹可反映出解理的组数和 夹角。
• 解理的等级：
• 解理，据其产生的难易程度及完好性， 通常分为五级：
• ①极完全解理极完全解理：
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矿物受力后极易裂成薄片， 解理面平整而光滑。
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双折射(10倍放大镜)
3 色散
• 光在晶体中的传播速率 随波长而异的现象称为 色散，白光是一种复色 光，当白光通过宝石的 倾斜刻面时，分解为七 种单色光，可造成宝石 表面的光谱色闪烁或火 彩。钻石和锆石以其明 显的火彩而著称。
白光穿过棱镜和刻面宝石 时的色散
七、矿物的发光性
发光性： • 某些矿物在外加能量的激发下能明显 地发出可见光。 激发源主要有： • 紫外光、阴极射线、x射线、 射线和 高速质子流等各种高能辐射，以及加热、 摩擦、可见紫光等。
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① 含过渡型离子的矿物，呈现出
被吸收色光的补色。 色素离子： 能使矿物呈色的过渡型
离子，主要有Ti、V、Cr、Mn、Fe、 Co、Ni离子；次有W、Mo、U、Cu 和稀土元素等的离子。 • ② 由惰性气体型离子所构成的矿物， 对可见光不吸收，故呈无色或白色。
• 2）他色：
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矿物因含外来带色的杂质、 气液包裹体等所引起的颜色。