Собственно оптические свойства

Прозрачность

Под прозрачностью понимается светопроницаемость кристаллов, т.е. их способность пропускать сквозь себя световые лучи, не рассеивая и не поглощая их.

Разумеется, идеально прозрачных кристаллов не бывает; любой кристалл хоть в малой степени да поглощает какие-то световые волны видимого спектра, и после прохождения через него их интенсивность несколько ослабевает. Тем не менее, существуют минералы, чьи кристаллы кажутся совершенно бесцветными и водяно-прозрачными, так что, по первому впечатлению, они не поглощают и не задерживают никаких видимых световых лучей (разве только лучи невидимой части спектра — например, инфракрасные).

Пожалуй, самый наглядный пример такого рода — кристаллы горного хрусталя (оптического кварца), сквозь которые можно четко различать любые окружающие предметы. Другой аналогичный пример — уже знакомый нам бесцветный исландский шпат (оптический кальцит). Абсолютно прозрачными, как вода, кажутся кристаллы бесцветного оптического флюорита, бесцветного топаза, апофиллита, бесцветного галита, гипса ("марьино стекло"), мусковита и ряда других минералов.

Но ведь и сама-то вода (или лед), как известно, в толстом слое имеет ясный голубоватый либо голубовато-зеленоватый оттенок, т.е. избирательно поглощает (абсорбирует) лучи красного конца видимого спектра. А некоторые минералы (кристаллы), почти не поглощающие видимых световых лучей, весьма чувствительны к световым волнам невидимых частей оптического диапазона, т.е. непрозрачны для них и селективно абсорбируют, например, длинноволновое инфракрасное (тепловое) излучение, или, наоборот, короткие волны, лежащие в ближней ультрафиолетовой области (а иногда — и те, и другие).

Если такое избирательное поглощение (абсорбция) световых волн видимого диапазона проявлено сильнее, то кристалл минерала приобретает окраску: он окрашивается в цвет, дополнительный к цвету абсорбированной световой волны. При этом, однако, он, если его окраска не слишком густая (интенсивная), может сохранять высокую прозрачность для всех других световых лучей видимого диапазона; вот только, если сквозь такой кристалл бросить взгляд на окружающий мир, то он предстанет окрашенным в тот же цвет, который имеет и сам кристалл.

Скажем, при взгляде сквозь изумруд, диоптаз, зеленый берилл все вокруг будет казаться зеленым, при взгляде сквозь аквамарин — голубовато-зеленым или голубым.

Подобные прозрачные окрашенные минералы составляют большинство драгоценных (вообще ювелирных) камней, подвергающихся огранке (ювелирные разновидности берилла, корунда, турмалина, шпинели и многие другие). И в минералогии их тоже обычно считают прозрачными, хотя некоторые специалисты предпочитают относить такие минералы к разряду полупрозрачных.

Но действительно полупрозрачными являются густо-окрашенные минералы с высокими показателями преломления — такие, как маложелезистый сфалерит или киноварь, реальгар или аурипигмент, многие гранаты, светлоокрашенный касситерит, манганотанталит и т.д. Полупрозрачны также аморфные минералоиды — опал, янтарь.

Совершенно непрозрачно абсолютное большинство рудных минералов — сульфидов и их аналогов (за исключением некоторых обманок, подобных сфалериту или киновари): все колчеданы (пирит, арсенопирит, халькопирит и т.д.), блески (галенит, молибденит и др.), блеклые руды и близкие к ним сульфосоли, а также многие оксиды железа (магнетит, ильменит и др.), самородные металлы и некоторые неметаллы (графит).

Вообще с повышением показателей преломления прозрачность кристаллов в целом уменьшается; тем не менее, бесцветные высокопреломляющие минералы (алмаз, циркон, ряд синтетических кристаллов, имитирующих алмаз) в минералогических справочниках безоговорочно именуются водяно-прозрачными. Минералы с высокими показателями преломления отражают или рассеивают значительную, а то и большую часть падающего на них света, т.е. в большинстве своем являются полупрозрачными или просвечивающими.

Непрозрачны большинство минералов, в кристаллической структуре которых доминирует металлическая связь; если же она играет подчиненную роль по отношению, например, к ковалентной, минералы чаще оказываются полупрозрачными или просвечивающими.

Изредка встречаются минералы, прозрачные в каком-либо одном кристаллографическом направлении и полупрозрачные или просвечивающие во всех других. Пример подобного минерала — борат натрия и кальция улексит, образующий параллельно-волокнистые агрегаты: он прозрачен вдоль волокон и малопрозрачен в поперечном направлении, т.е. ведет себя как своего рода природный световод; за это ему было в США присвоено название "TVstone" ("телевизионный камень").

Обычно ограничиваются качественной оценкой степени прозрачности минералов, относя их к одной из трех категорий: прозрачные, полупрозрачные, непрозрачные; часто между полупрозрачными и непрозрачными включают четвертую категорию — просвечивающие минералы, но многие предпочитают объединять их с полупрозрачными.

Между тем, степень прозрачности допускает в принципе и возможность количественной оценки, хотя на практике в минералогии к ней почти не прибегают. Такая оценка может быть дана в форме коэффициента прозрачности — отношения интенсивности (яркости) света, прошедшего сквозь слой кристаллического вещества толщиной 1 см (I), к первоначальной интенсивности света, измеренной на входе в кристалл (Io). Это отношение (I /

Цвет минерала

Цвет минерала – способность минерала поглощать свет определенной длины волны, в результате чего прошедший через минерал световой поток, лишившийся ряда волн, окрашивает минерал в тот или иной цвет. Он является важнейшим диагностическим свойством и нередко определяет практическую ценность ряда минералов. Например: ювелирные камни – изумруд, сапфир, александрит.

Минералы глубинного происхождения, возникающие при высоких температурах, характеризуются тёмным цветом (чёрный – ильменит, тёмно-зелёный – роговая обманка, буро-зелёный – энстатит, зелёный – оливин и т.д.), тогда как минералы, образующиеся вблизи поверхности земли и на ней, при низких температурах, обычно светлые, прозрачные (кварц – белый, прозрачный, кальцит – молочно-белый и т.д.). Это объясняется тем, что в конце минералообразующих процессов накапливаются ионы, лишённые сильной поляризации и поэтому дающие бесцветные соединения.

Причина окраски минералов:

1) природа образующих минерал атомов и ионов;

2) их координация;

3) поляризационные свойства химических элементов;

4) тип структуры.

В.И.Севергин в 1824 г. выделил три типа окраски минералов: 1) собственная, 2) зависящая от примесей, 3) случайная, которые А.Е.Ферсман в 1936 г. назвал соответственно идиохроматической, аллохроматической и псевдохроматической окрасками.

Псевдохроматическая(псевдо – ложный, греч.) окраска, не свойственная самому минералу, зависящая от:

а) дефектов кристаллической решетки или присутствия в минерале разноориентированных кристаллов плагиоколазов различной основности. Такое явление называется ирризация – яркий световой отлив на плоскостях спайности или гранях и наблюдается у лабрадора, олигоклаза (лунного камня);

б) образования пленки выветривания на поверхности минерала, которая придаёт минералу пёструю игру цветов. Такое явление называется побежалостью. Наблюдается у халькопирита, ильменита, вольфрамита.

Цвет черты

Выше было подчеркнуто непостоянство окраски очень многих минералов, что существенно уменьшает значение их цвета как диагностического признака. Гораздо более постоянным и мало зависящим от примесей, т.е. отражающим собственную окраску чистого минерала, является цвет тонкого порошка минералов, обычно определяемый как цвет черты, оставляемой минералом на матовой поверхности пластинки неглазурованного фарфора-бисквита (если такой пластинки под рукой нет, можно с успехом заменить ее, например, осколком фарфорового корпуса электрического изолятора или разбитой фарфоровой посудой).

Для многих минералов с изменчивой окраской цвет черты является хорошим диагностическим признаком. Особенно это относится к непрозрачным или малопрозрачным густоокрашенным минералам с твердостью не выше 6-6,5 (более твердые минералы не дадут черты, а лишь будут царапать бисквит).

Большинство прозрачных и полупрозрачных минералов, независимо от их собственной окраски, оставляют бесцветную или белую черту, которая, стало быть, тоже практически не способствует их определению.

Например, латунно-желтый пирит оставляет черную черту. А у халькопирита, который иногда по цвету можно спутать с пиритом (особенно в мелкокристаллических агрегатах), черта тоже черная, но если растереть ее пальцем, то она зеленеет, т.е. приобретает явственный зеленый оттенок, "выдающий" высокое содержание меди в минерале (надежный способ отличить халькопирит от пирита). Гематит, собственная окраска которого варьирует от черной (в кристаллических агрегатах типа железного блеска) до ярко красной (в тонкокристаллических, порошковатых и натечных агрегатах), всегда дает вишнево-красную черту, безошибочно его идентифицирующую. У гётита кристаллы темные красно-бурые, почти черные, а мелко и скрыто кристаллические агрегаты или землистые массы — бурые либо охристо-желтые; зато черта у него неизменно красновато-коричневая до оранжево-желтой; и т.д. (конкретные примеры — в описаниях отдельных минералов).

Понятно, что цвет черты обычно ближе всего к окраске наиболее тонкодисперсных (землистых, порошковатых и т.п.) агрегатов соответствующих минералов.