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一、矿物的光学性质 二、矿物的力学性质 三、矿物的其它性质 电学性质 磁学性质 热学性质 第八章 矿物的物理性质 Physical Properties of Minerals 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。 1. 矿物的颜色 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 光选择性吸收的结果 矿物的光学效应反射、吸收、透射 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 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 矿物颜色的类型 自色、他色、假色 自色( (idiochromaticidiochromatic) )：矿物本身固有的成分结 构所决定的颜色 他色 ( ( allochromaticallochromatic ) ) ：由杂质、气液包裹体 所引起的颜色 假色( (pseudochromaticpseudochromatic) ) ：是因物理光学效应而 产生的颜色 离子颜色矿物举例离子颜色矿物举例 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 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(play of colour): 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. 2. 条痕（粉末色）条痕（粉末色） 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. 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 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； 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。 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：矿物能 允许绝大部分 的透射光透过 ，隔着这个矿 物的薄片可以 清晰地看到位 于其另一侧的 物体轮廓细节 ，这样的矿物 称为透明矿物 。如石英、长 石、方解石等 。 半透明：矿物可允许部分透 射光透过，隔着这种矿物的 薄片能够看到另一侧有物体 存在，但分辨不清轮廓，这 样的矿物称为半透明矿物。 如辰砂、雄黄等。 不透明：矿物基本上不允许 可见光透过，这样的矿物为 不透明矿物，如磁铁矿、方 铅矿、石墨等。 4光泽 v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R来表示。 v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。 v矿物反射率的大小，主要取决于折射 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。 v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，光泽分为四级： 金属光泽 R25%。呈抛光金属般的光泽 半金属光泽 R=25-19%。呈未刨光金属般的光泽 金刚光泽 R=19-10%。如同金刚石般的光泽 玻璃光泽 R=10-4%。如同玻璃般的光泽 矿物光泽的分级 金属光泽半金属光泽金刚光泽 玻璃光泽 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： 油脂光泽：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。 树脂光泽：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 。 丝绢光泽：在透明、具玻璃光泽且个体细 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。 珍珠光泽：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。发光体一旦停止受激(10-8秒)， 发光现象消失，所发的光为萤光(fluorescence) ；在外界能量撤除以后(10-8秒)，还能发的光叫 磷光(phosphorescence)。 矿物受热而发的光的性质称为热光性 。 二、 矿物的力学性质 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 (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。裂成的光滑平面，叫做解理面 。 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 面网密度最大的面网 B 平行于由异号离子组 成的电性中和的面网 C 当相邻面网为同号离子的 面网时，其间易产生解理 D 平行于化学键力 最强的方向 根据解理的完好程度，一般分为五级 ： (1) 极完全解理：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) 完全解理：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) 中等解理：较易得到解理，但解理面不大，平坦 和光滑程度也较差，碎块上即有解理面又有断口，如普 通辉石等矿物的解理。 (4) 不完全解理：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) 极不完全解理：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。 矿 物 的 解 理 一 组 解 理 二 组 解 理 三 组 解 理 多 组 解 理 注意： 1）解理是某些晶体固有的性质，解理面总 是平行晶格中特定的面网，它既表现出明显的 异向性，也反映了晶体的对称性。 2）描述：单形符号-方向、组数、夹角、 等级。 3）解理的概念只适用于矿物显晶质单晶体 。 (4)解理面和晶面的区别： （1）本质上说，晶面受力消失，解理面受力后出 现； （2）晶面黯淡，解理面光亮； （3）晶面微观不平坦，常有晶面花纹，解理面平 坦，或出现规则解理台阶。 平行100完全解理平行111完全解理平行110完全解理 （2）断口(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： 贝壳状断口: 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。如石英和玻璃质体。 锯齿状断口：呈尖锐锯齿状，如自然铜的断口。 参差状断口：呈参差不平的形状，如磷灰石的断口 。 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。 锯齿状断口 参差状断口土状断口 贝壳状断口 （3）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 理或裂开。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1011裂理 2. 硬度 是指矿物抵抗某种外来机械作用力 （如刻划、压入或研磨）侵入能力。 通常用摩氏硬度计作为硬度的等级 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。 v摩氏硬度计十种矿物的维氏硬度如下（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 硬玉 2100 磷灰石 610 金刚石 10000 硬度的影响因素： 1）化学键的类型及强度： 矿物的硬度主要取决于其内部结构中 质点间联结力的强弱。 2） 含水矿物的硬度通常都很低。 典型原子晶格的硬度很高；但具以配 位键为主的原子晶格的大多数硫化物矿物，因 键力不太强，故硬度并不高。 离子晶格矿物的硬度通常较高，但随 离子性质的不同而变化较大。 金属晶格矿物的硬度较低(某些过渡金 属除外)。 分子晶格因分子间键力极微弱，其硬 度最低。 以氢键为主的矿物的硬度很低。 3矿物的比重： 是指矿物（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： 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 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 PbS (Pb=207.21, 7.4-7.6 g/cm3) 重晶石 BaSO4 (Ba=137.36, 4.3-4.7 g/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 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 配位数越大，比重越大。 方解石 CaCO3 (6, 2.71 g/cm3) 文石 CaCO3 (9, 2.95 g/cm3) 矿物形成时的温度(T)和压力(P) 对矿物的比重也有影响 T增大 CN降低 形成小比重矿物 方解石中温 文石低温 P增大 CN增大 形成大比重矿物 石墨 2.23 金刚石3.50 4矿物的脆性和延展性 脆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。 延展性：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矿物的弹性和挠性 弹性：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。 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 1.导电性：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.荷电性：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：是指某些矿物晶体，当受到定向 压力或