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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，当波长在大约390770nm范围内的电磁波辐射，刺激人们的视神经时，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(idiochromatic)：矿物本身固有的成分结构所决定的颜色 他色(allochromatic)：由杂质、气液包裹体所引起的颜色 假色(pseudochromatic) ：是因物理光学效应而产生的颜色,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。,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. 条痕（粉末色） 条痕是矿物在条痕板上擦划后留下的痕迹（实际上是矿物的粉末）的颜色。由于它消除了假色，减低了他色，因而比矿物颗粒的颜色更为固定，故可用来鉴定矿物。 条痕对不透明矿物的鉴定很重要，而透明矿物的条痕大多为白色、灰白色，因此，对这类矿物来说，条痕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。 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，但它们的条痕都是樱红色。,3. 透明度 矿物允许可见光透过的程度，称为矿物的透明度。它取决于矿物对光的吸收率和矿物的厚薄等因素。 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。 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 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。 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。 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。 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) ： 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。,解理产生的原因,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。,（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。,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，当受到定向压力或张力作用时，能激起晶体表面荷电的现象。,b热电性：是指某些矿物晶体，当受热或冷却时，能激起矿物晶体表面荷电的现象。,L3,+,-,电气石受热荷电,42,四、矿物的磁性,指矿物能被永久磁铁或电磁铁吸引或排斥的性质,矿物的磁性分为三类,矿物磁性分成三级,强磁性 矿物粉末能被永久磁铁吸起。如磁铁矿 弱磁性 矿物粉末能被永久磁铁吸引，但不能跃至磁铁上。如铬铁矿 无磁性 矿物粉末不能被永久磁铁吸引。如黄铁矿,逆磁性矿物 矿物在外磁场作用下， 产生很弱的感应磁场，其磁化方向与外磁场方向相反，磁化率很小，表现为被永久磁铁所排斥； 电磁性矿物 矿物在外磁场作用下， 产生的感应磁性稍大，其磁化方向与外磁场方向相同，磁化率不大，为正值，表现为受磁场的吸引。这类矿物不被永久磁铁吸引，但可被电磁铁吸引； 磁性矿物