Оптические свойства

Кристаллохимическая структура обусловливает оптические свойства минералов. Скорость распространения световых колебаний в кристалле зависит от плотности его структуры. Чем плотнее кристаллохимическая структура, тем медленнее распространяются световые лучи. Так как плотность структуры в разных направлениях в кристалле обычно неодинакова (за исключением кристаллов кубической сингонии), то и скорость света в кристалле будет меняться в разных направлениях.

Отношение между скоростью света в воздухе и в кристалле называется показателем светопреломления. Переход луча света из одной среды в другую с иной плотностью сопровождается отклонением этого луча. Поэтому прозрачные минералы с высокой плотностью структуры характеризуются значительным отклонением световых лучей. Это воспринимается глазом в виде красивой «игры света», характерной для драгоценных камней (топаза, алмаза, сапфира и др.). Преобладают минералы с показателем светопреломления от 1,500 до 1,700.

Прозрачность - способность вещества пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы подразделяются на прозрачные (горный хрусталь, исландский шпат), полупрозрачные (сфалерит, киноварь) и непрозрачные (пирит, галенит). Некоторые непрозрачные минералы, например скрытокристаллическая разновидность кварца, получившая название халцедон, просвечивается в краях - в тонких обломках. Некоторые прозрачные минералы, например исландский шпат, обнаруживают эффект двулучепреломления: просматривающиеся через исландский шпат буквы или штриховые рисунки удваиваются.

Блеск является свойством минерала отражать свет. Это эффект, вызываемый отражением света от поверхности минерала. Блеск минералов зависит от разных факторов, прежде всего от показателя преломления и величины отражательной способности минерала. Чем выше отражательная способность минерала, тем сильнее блеск минерала на его зеркальных поверхностях. Вместе с тем все минералы можно разделить на две боль-шие группы: минералы с металлическим и неметаллическим блеском.

Металлический блеск имеют те минералы, которые (независимо от их окраски) дают черную черту на неглазурованной фарфоровой пластинке. Неметаллический блеск характерен для минералов, дающих цветную черту. Исключением из этого положения являются самородные элементы (золото, серебро, медь) и некоторые сульфиды (халькопирит), которые дают цветную черту, но относятся к минералам с металлическим блеском.

Среди неметаллических блесков выделяют алмазный, стеклянный, матовый, жирный, восковой, шелковистый, смолистый. Так, халцедон имеет восковой блеск, нефелин - жирный, хризотил-асбест - шелковистый. Блеск зависит также от шероховатостей, рельефа граней, от неровностей зернистых, параллельно-волокнистых, пластинчатых и других минераль-ных агрегатов, от степени трещиноватости минерала. Блеск одних и тех же минералов на гранях кристаллов, в их изломе и агрегатах бывает различ-ный. Это важно использовать при визуальной диагностике минералов. Так, гипс имеет стеклянный блеск на гранях кристалла, матовый - в зернистых агрегатах, шелковистый - в волокнистых агрегатах. Самородная сера имеет алмазный блеск на гранях кристалла, а в изломе блеск минерала жирный. В той или иной степени блеск прозрачных минералов зависит от их свето-преломления, т.е. от плотности кристаллохимической структуры. Проз-рачным минералам с величиной светопреломления в пределах 1,3 - 1,8 обычно свойствен стеклянный блеск (полевые шпаты, амфиболы, слюды). Для высокопреломляющих минералов с показателем светопреломления от 1,9 до 2,6 типичен алмазный блеск (касситерит, алмаз). У минералов с высоким светопреломлением (более 2,6) обычно полуметаллический блеск (гематит). Перламутровый блеск возникает за счет интерференции света в тонких пластинах. При параллельно-волокнистом строении агрегатов минералов возникает шелковистый блеск. Некоторые тонкозернистые агрегаты обладают матовым блеском (например, писчий мел).

Цвет минералов обусловлен избирательным поглощением отдель-ных интервалов волн видимой части спектра при отражении или пропус-кании света. Одни минералы имеют определенный цвет, по которому можно практически безошибочно определить минерал: красного цвета - киноварь, золотисто-желтого цвета - пирит, зеленого цвета - малахит и т.д. Другие минералы - турмалин, гранат, флюорит, берилл, кварц - имеют различную окраску. Встречаются и такие минералы, которые имеют разный цвет в одном и том же кристалле: один конец кристалла турмалина может быть окрашен в черный, другой - в зеленый цвет, а середина - бесцветная или розовая. Это полихромные минералы. К таким минералам можно отнести флюорит, кварц, кальцит, топаз и др.

Цвет минералов зависит от их внутренней структуры, от механических примесей и, главным образом, от присутствия элементов-хромофоров, т.е. элементов - носителей окраски. Это Cr, V, Ti, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, U, Mo и некоторые другие. Эти элементы могут быть основными элементами минерала (Cu - в малахите; Mn - в родоните), а могут входить в состав минерала лишь в виде примесей. Так, примесь Cr вызывает зеленую окраску в изумруде - разновидности берилла Be₃Al₂[Si₆O₁₈] и красную окраску в рубине - разновидности корунда Al₂O₃.

А.Е.Ферсман выделял следующие цвета (окраски) минералов:

1. Идиохроматическая (собственная) окраска, обусловленная особенностями химического состава, кристаллической структуры, при-сутствием ионов-хромофоров или электронно-дырочных центров окраски.

2. Аллохроматическая, связанная с механическими включениями ярко окрашенных посторонних минералов (например, буро-коричневый авантюрин - кварц, содержащий тонко рассеянные чешуйки гематита Fe₂O₃; розовый ортоклаз за счет механической примеси гематита; зеленый шеелит за счет тонко рассеянной примеси малахита по микротрещинам и др.).

3. Псевдохроматическая окраска, связанная с рассеянием света, интерференцией световых волн (побежалость, иризация, опалесценция). Некоторые минералы, например лабрадор, изменяют свой цвет в зависи-мости от условий освещения, приобретая при этом красивую радужную окраску. Такое свойство минералов получило название иризация (интер-ференция белого света при прохождении сквозь микроскопические парал-лельно ориентированные пластинки или трещины). Иногда на поверхности рудных минералов наблюдается тонкая пестроокрашенная пленка, образование которой связано с протеканием различных химических реакций при выветривании или окислении минерала. Природа окраски этой пленки также связана с интерференцией света, однако в данном случае это явление получило название побежалость (например, яркая фиолетовая и синяя побежалость у борнита Cu₅FeS₄; зеленоватая и красная побежалость у халькопирита CuFeS₂).

Важным приемом определения цвета минерала при его диагностике является определение цвета его порошка или цвета черты, оставленной минералом на шероховатой неглазурованной фарфоровой пластинке (бисквите). Цвет минерала в порошке может отличаться от цвета самого минерала. В тонком порошке часто легче оценить истинную окраску минерала. Однако это возможно лишь для минералов, твердость которых невелика. Часто одинаковые на вид минералы имеют разную черту. Так, черта гематита вишнево-красного цвета, хромита - желто-бурая, сфалерита - темно-коричневая, хотя все эти минералы в образце могут иметь черную окраску. Напротив, золотисто-желтый пирит имеет черного цвета черту. Это различие используется как важный прием в диагностике минералов.

Дата добавления: 2015-12-07