Оптические свойства минералов
Оптические свойства минералов характеризуются цветом, цветом черты, прозрачностью и блеском. Их физическая природа различная.
Цвет (color) является важным диагностическим признаком для многих минералов, обладающих постоянной окраской. Выделяют три вида окраски минерала: идиохроматическая; аллохроматическая и псевдохроматическая.
Идиохроматическая (собственная) обусловлена внутренним строением и вхождением в химический состав минералов элементов -хромофоров (Fe,Ca,Ni,Cr,Mn,Co и др.). В зависимости от их валентного состояния минералы окрашиваются в разные тона. Например, минералы, содержащие Mn (родохрозит MnСО3) имеет розовый цвет, Fe– черный ( магнетит Fe3О4).
Аллохроматическая («аллос» -посторонний) окраска обусловлена механической примесью другого минерала. В этом случае минералы могут иметь самую разнообразную окраску и всевозможные оттенки. Например, кварц, у которого много разновидностей (аметист – фиолетовый, цитрин – золотисто-желтый, морион – черный и др. Разнообразную окраску могут иметь также кальцит, доломит, гипс и др.
Псевдохроматическая («псевдо» - ложный). Минералы могут иметь необычную ложную окраску, которая вызывается оптическими эффектами. Так, например, при отражении света от тонких пленок окисления на поверхности минерала возникает пестроцветнаярадужная окраска (побежалость) точно такая же , как в масленной пленке (бензина) на поверхности воды. Красивое внутреннее свечение (иризация) в голубых и синих тонах возникает внутри минерала лабрадора при отражении и разложении света от плоскостей спайности и тонких трещин (рис.10).
Практически цвет определяется на глаз (используя все цвета радуги), а так же сравнением с хорошо знакомыми предметами, добавляя в цветавую характеристику какой - либо оттенок: молочно-белый (кварц), латунно-желтый (пирит), свинцово – серый (галенит) и тд.
Цвет черты (streak) – цвет минерала в порошке. Порошок можно получить, проводя зерном минерала по белой шероховатой фарфоровой пластинке (бисквита). Минералы, твердость которых превышает твердость фарфоровой пластинке, черту не оставляют. Цвет черты у многих минералов совпадает с окраской самого минерала. Но для некоторых цвет черты является важным отличительным признаком. Так, например, магнетит, гематит и лимонит по многим физическим свойствам очень похожие, нопо цвету черты легко различаются: у магнетита она бархатисто-черная, у гематита - вишнево-красная, а у лимонита- ржаво-бурая.
Блеск (luster) – способность минерала отражать от своей поверхности свет. По блеску все минералы можно разделить на три группы: с металлическим, полуметаллическим и неметаллическим блеском.
Металлический блеск – сильный блеск, свойственный металлам. Он характерен для непрозрачных минералов. Такой блеск наблюдается у самородных металлов (золото, серебро, платина) и у многих сульфидов и окислов железа.
Полуметаллический блеск – имеет вид потускневшего металла.
Неметаллический блеск характерен для большинства прозрачных минералов. Его разновидности (стеклянный, жирный, матовый, алмазный) определяют, сравнивая с блеском известных веществ. Очень широко распространен у породообразующих минералов (кварц, полевые шпаты, кальцит, доломит и др.) стеклянный блеск, напоминающий блеск поверхности обычного стекла.
Если поверхность стального ножа смазать тонкой пленочкой жира ( масла) мы увидим жирный блеск (у кварца на его сколах, у самородной серы).
У алмаза, сфалерита, кинавари самый сильный алмазный блеск.
Матовый блеск, как правило, наблюдается у землистых минеральных агрегатах (каолинит и др.). Отдельные минералы,кроме блеска, характеризуются отливом: перламутровый, шелковистый.
Перламутровый- аналогичен блеску перламутровой раковины и характерен для слюдистых минералов(мусковита, биотита),а также гипса, талька.
Шелковистый отлив напоминает блеск шелковых нитей и наблюдается у минералов с тонковолокнистым строением (хризотил-асбест).
Прозрачность (transparent) – способность минерала пропускать через себя свет. По степени прозрачности минералы делятся на прозрачные (горный хрусталь, топаз и др), полупрозрачные (апатит, сфалерит), непрозрачные (пирит , магнетит). В очень тонких (0,03 мм) пластинках –шлифах большая часть породообразующих минералов являются минералами прозрачными, но в бразцах кажутся непрозрачными, так как их толщина значитено превышает толщину шлифа. Однако, некоторые разновидности кварца (горный хрусталь), кальцита (исланский шпат), гипса обладают ярко выраженной прозрачностью даже в толстых образцах (рис. 5, 11). Рудные минералы (даже в шлифах) совершенно непрозрачны.
1.3.2. Механические свойства минералов
При определения минералов из механических свойств наиболее часто используют спайность, твердость, плотность
Спайность (cleavage) – способность минералов раскалываться (или расщепляться) по одному или нескольким кристаллографическим направлениям с образование ровных зеркальных поверхностей скола, параллельных существующим или возможным граням кристалла (рис. 11). Это свойство зависит только от внутреннего строения минерала. Спайность может проявляться в одном, двух, трех и более направлениях, а ее наличие и характер хорошо видны в сколах зерен минерала.
Так как спайность –это способность к раскалыванию, то различают четыре степени совершенства спайности:
· Весьма совершенная спайность – проявляется у минералов, которые очень легко (например, ногтем) расщепляются на отдельные тонкие листочки или пластинки, образуя зеркальные ровные параллельные плоскости (слюды, гипс, хлорит). Расколоть или разорвать минерал в другом направлении весьма трудно.
· Совершенная спайность (рис.11) отличается тем, что минерал раскалывается при слабом ударе молотка на гладкие ровные параллельные пластинки (ромбоэдры - кальцит, кубы - галит).
· Средняя спайность характерна для минералов, при раскалывании которых возникают как ровные, так и неровные поверхности скола (полевые шпаты).
· Несовершенная спайность проявляется у многих минералов. В этом случае при раскалывании минерала преобладают поверхности скола с неровным, неправильным изломом, напоминающие поверхности раковины.
Необходимо не путать плоскости спайности, которые видны на сколах, с гранями кристалла: плоскости спайности имеют более сильный блеск и свежий вид. Кроме того, они образуют ряд параллельных друг другу поверхностей.
При определении спайности в очень маленьких зернах минералов рекомендуется использовать увеличительное стекло( лупу).
Спайность тесно связана с изломом. Излом – вид поверхности минерала, образующийся при раскалывании минералов, как правило, лишенных спайности или, обладающих несовершенной спайностью. У минералов, обладающих совершенной или хорошей спайностью, излом будет ровным с гладкой поверхностью, или ступенчатым. Для минералов выделяются следующие виды изломов: неровный, раковистый (кварц), занозистый (агрегаты эгирина), крючковатый (самородная медь), ступенчатый (кальцит, галенит).
Твердость (hardness) – это степень сопротивления минерала внешним механическим воздействиям (царапанью, резанию, вдавливанию). На практике определяется относительная твердостьминераов, которая изменяется от 1 до 10. Она определяется по шкале Мооса в которой в качестве эталонов используются 10 минералы с известной постоянной твердостью.
Mohs' scale of Hardness
| 1. Тальк (Talc) Mg3(OH)2[Si4O10] | 6.Ортоклаз (Orthoclase) K[AlSi3O8] |
| 2. Гипс (Gypsum) CaSO4×2H2O | 7. Кварц (Quarts) SiO2 |
| 3. Кальций (Calcite) CaCO3 | 8. Топаз (Topas) Al2(F,OH)2[SiO4] |
| 4. Флюорит (Fluor) CaF2 | 9. Корунд (Corundum) Al2O3 |
| 5. Апатит (Apatite) Ca5(F,Cl)[PO4]3 | 10. Алмаз (Diamond) C |
Для определения относительной твердости двух минералов (один из них эталон твердости) острым ребром одного проводят по поверхности другого (с нажимом). Более твердый минерал оставляет на поверхности более мягкого минерала царапину, а более мягкий минерал на поверхности более твердого иногда оставляет черту, которая легко стирается пальцем. Например, исследуемый минерал царапается кварцем, а сам он царапает стекло (или апатит). Таким образом, твердость исследуемого минерала будет меньше 7 (кварц) и больше 5 (апатит, стекло), т.е. она равна 6.
Чтобы приблизительно оценить твердость можно использовать общедоступные предметы. Практически достаточно знать, что твердость ногтя равна 2 - 2,5; медной иглы – 3,5; стекла, бритвы, стальной иглы – 5; кварц – 7.
Плотность (density). По плотности все минералы можно разделить на три категории: легкие – с плотностью до 2 500 кг/м3 (нефть, уголь, гипс, галит); средние – с плотностью до 4 000 кг/м3 (кальцит, кварц, полевые шпаты, слюды) и тяжелые – с плотностью более 4000 кг/м3 (пирит, магнетит, золото). На практике для быстрого приблизительного определения плотности (если образец мономинеральный) пользуются взвешиванием минерала на руке с оценкой «тяжелый», «средний», «легкий».
1.3.3. Другие характерные свойства.
Кроме выше перечисленных физических свойств некоторые минералы обладают сильными магнитными свойствами, например, магнетит, пирротин, платина, что проявляется в их действии на магнитную стрелку компаса. Другие минералы по-разному взаимодействуют с кислотами. Так, например, кальцит (CaCO3) бурно вскипает под каплей соляной кислоты (HCl), а доломит (CaMg(CO3)2) – «шипит» только в черте, т.е. реакция с выделением CO2 протекает крайне медленно и только в пределах черты, где минерал истерт в порошок. Различная растворимость некоторых минераловпозволяет легко отличить хлориды натрия и калия, которые легко растворяются в воде, от похожих на них сульфатов и карбонатов. Для этого достаточно прикаснуться к ним языком: хлорид натрия-галит (на вкус) соленый; хлорид калия-сильвини –горько-соленый, а карбонаты( кальцит) и сульфаты( гипс)- ? ( попробуйте их на вкус).
Контрольные вопросы: 1.Какие виды окраски минералов выделяются?
2.Что понимается под чертой минерала? Как она определяется? 3. Назавите минералы шкалы Мооса с твердостью 3,5,7,9. 4.В чем отличие совершенной спайности от несовершенной. 5. Перечислите наиболее распространенные в природе агрегаты минералов. 6.Что такое кристалл и какие морфологические формы их характеризуют?7.Что такое побежалость?