M4.物性2-力学性质

1、Chap.14 Chap.14 矿物的物理性质矿物的物理性质5、矿物的发光性、矿物的发光性 发光性发光性：某些矿物在外加能量的激发下能某些矿物在外加能量的激发下能明显地发出可见光。明显地发出可见光。激发源激发源主要有：紫外光、阴极射线、主要有：紫外光、阴极射线、x射线、射线、射线和高速质子流等各种高能辐射，以及加射线和高速质子流等各种高能辐射，以及加热、摩擦、可见紫光等。热、摩擦、可见紫光等。 矿物发光的实质矿物发光的实质是：是： 矿物晶格中的原子或离子的外层电子受矿物晶格中的原子或离子的外层电子受外加能量的激发，从基态跃迁到激发态，外加能量的激发，从基态跃迁到激发态，激发态不稳定，受激电子随

2、即自发地分段激发态不稳定，受激电子随即自发地分段向基态跃迁，同时将吸收的部分能量以一向基态跃迁，同时将吸收的部分能量以一定波长的可见光的形式释放出来。定波长的可见光的形式释放出来。磷光磷光：矿物在外加能量的激发下发光，当矿物在外加能量的激发下发光，当撤除激发源后，发光的持续时间在撤除激发源后，发光的持续时间在10-8秒秒以上；以上；荧光荧光：矿物在外加能量的激发下发光，当：矿物在外加能量的激发下发光，当撤除激发源后，持续发光时间撤除激发源后，持续发光时间10-8秒的秒的发光称荧光发光称荧光。矿物发光性类型矿物发光性类型：（1）热发光：）热发光：（2）阴极发光：）阴极发光： （3） x射线发光射

3、线发光: （4）光致发光：紫外光和可见光）光致发光：紫外光和可见光: 自然界只有少数矿物的发光性比较稳定，自然界只有少数矿物的发光性比较稳定，可作为矿物鉴定及找矿、探矿、选矿、品位可作为矿物鉴定及找矿、探矿、选矿、品位估计的重要依据。大多数矿物的发光性不稳估计的重要依据。大多数矿物的发光性不稳定，主要取决于那些矿物发光的杂质元素的定，主要取决于那些矿物发光的杂质元素的有无及多少。有无及多少。锆石的阴极发光照片14-2 矿物的力学性质矿物的力学性质 矿物的力学性质矿物的力学性质(mechanical properties)：矿矿物在外力（如敲打、挤压、拉引、物在外力（如敲打、挤压、拉引、刻划等）

4、作用下所表现出来的性质。刻划等）作用下所表现出来的性质。1、矿物的解理、裂开和断口、矿物的解理、裂开和断口1） 解理（解理（cleavage）(1)解理解理：矿物晶体受矿物晶体受应力作用应力作用而超而超过弹性限度时，沿过弹性限度时，沿一定结晶学方向破一定结晶学方向破裂裂成成一系列光滑平面一系列光滑平面。这些光滑的平。这些光滑的平面称解理面面称解理面。 注意：解理是晶质矿物才具有的特性注意：解理是晶质矿物才具有的特性。(2)产生原因产生原因 解理严格受晶体结构因素解理严格受晶体结构因素晶格晶格类型类型及及化学键类型化学键类型、强度和分布强度和分布的控制，的控制，解理面常沿着面网间化学键力最弱的面

5、解理面常沿着面网间化学键力最弱的面网产生网产生。原子晶格，各方向的化学键力均等，原子晶格，各方向的化学键力均等，解理面解理面面网密度最大即面网密度最大即d最大的面网。最大的面网。离子晶格离子晶格，因静电作用，解理沿由异号，因静电作用，解理沿由异号离子组成的、且离子组成的、且d大的大的电性中和面电性中和面网产生；网产生；或者，解理面或者，解理面两层两层同号离子层相邻同号离子层相邻的面的面网。网。 解理面沿电性中和面网产生的：解理面沿电性中和面网产生的： 如方铅矿的三组完全解理如方铅矿的三组完全解理 方解石的三组完全解理方解石的三组完全解理n解理面解理面两层同号离子层相邻的面网产生两层同号离子层相

6、邻的面网产生的：如萤石的的：如萤石的111四组完全解理四组完全解理多键型的分子晶格，解理面平行由分子键联结的面网。多键型的离子晶格：解理面平行于化学键强的方向发育。如辉石和角闪石的中等完全解理辉石族矿物解理的产生金属晶格金属晶格，由于失去了价电子由于失去了价电子的金属阳离子由弥漫于整个晶格的金属阳离子由弥漫于整个晶格内的自由电子所联系，晶体受力内的自由电子所联系，晶体受力时很易发生晶格滑移而不致引起时很易发生晶格滑移而不致引起键的断裂。故金属晶格具强延展键的断裂。故金属晶格具强延展性而无解理。性而无解理。自然银：具强延展性，无解理(3)解理描述的内容解理描述的内容解理的解理的方向、组数、夹角方

7、向、组数、夹角解理反映出晶体的解理反映出晶体的异向性异向性和和对称对称性性。通常用相应的通常用相应的单形及其符号单形及其符号以表以表示解理的示解理的方向方向、组数组数和和夹角夹角。 肉眼鉴定矿物时，很多时候难以肉眼鉴定矿物时，很多时候难以判断矿物颗粒的结晶方向，通常判断矿物颗粒的结晶方向，通常只要求描述解理的只要求描述解理的组数组数和和夹角夹角（90）。）。 解理面上之解理面上之解理纹解理纹可反映出解理可反映出解理的的组数组数和和夹角夹角。冰洲石的三组完全解理(4)等级等级：解理据其产生的难易程度解理据其产生的难易程度及完好性，通常分为五级：及完好性，通常分为五级： 极 完 全 解 理 （极

8、完 全 解 理 （ e m i n e n t cleavage）：矿物受力后极易裂成矿物受力后极易裂成薄片，解理面平整而光滑。薄片，解理面平整而光滑。完全解理完全解理(perfect cleavage)：矿物受力后易裂成光滑的平面或规则矿物受力后易裂成光滑的平面或规则的解理块，解理面显著而平滑，常见的解理块，解理面显著而平滑，常见解理面的阶梯。解理面的阶梯。中等解理中等解理(good or fair cleavage)：矿物受力后常破裂成矿物受力后常破裂成较小的不很平滑的平面，解理面不较小的不很平滑的平面，解理面不太连续，常呈阶梯状，且闪闪发亮，太连续，常呈阶梯状，且闪闪发亮，清晰可见。清晰

9、可见。不完全解理不完全解理(poor or imperfect cleavage)：矿物受力后不易裂出解矿物受力后不易裂出解理面，仅断续可见小而不平滑的解理理面，仅断续可见小而不平滑的解理面。面。极不完全解理极不完全解理(cleavage in traces)：即无解理。矿物受力后很即无解理。矿物受力后很难出现解理面，仅在显微镜下偶尔可难出现解理面，仅在显微镜下偶尔可见零星的解理缝。见零星的解理缝。注意：注意：晶体中可有一种或几种不同等晶体中可有一种或几种不同等级的解理级的解理。硬石膏的三组解理（一组完全，两组中等）(5)意义：意义：解理是鉴定矿物的重要依据之一。解理是鉴定矿物的重要依据之一。

10、对已知矿物，据解理可确定其结对已知矿物，据解理可确定其结晶方位及晶体的对称性。晶方位及晶体的对称性。据解理的特征，能反映出矿物晶据解理的特征，能反映出矿物晶体结构的某些特点。体结构的某些特点。2)裂开裂开(1)裂开裂开：某些矿物晶体在某些矿物晶体在应力作用应力作用下，有时下，有时可沿着晶格内一定的结晶可沿着晶格内一定的结晶方向破裂成平面方向破裂成平面。裂开的平面称。裂开的平面称裂裂开面开面。 注意：从现象上看，裂开酷似解注意：从现象上看，裂开酷似解理，也只能出现在晶体上理，也只能出现在晶体上。刚玉的底面裂开(2)产生原因产生原因 裂开的产生取决于裂开的产生取决于杂质的夹层杂质的夹层及及机机械双

11、晶械双晶等等结构以外结构以外的的非固有非固有因素。因素。裂开面往往沿裂开面往往沿产生。产生。注意：注意：（1）裂开只见于某些矿物的某些）裂开只见于某些矿物的某些晶体上，也可能晶体上，也可能不遵循晶体的对称不遵循晶体的对称性性。（2）裂开只对少数矿物有鉴定意）裂开只对少数矿物有鉴定意义；可推测矿物的成分、成因及形义；可推测矿物的成分、成因及形成历史。成历史。3)断口断口(fracture)(1)概念概念 断口断口：矿物内部若不存在由晶矿物内部若不存在由晶体结构所控制的弱结合面网，则体结构所控制的弱结合面网，则受力后将沿受力后将沿任意方向任意方向破裂成不平破裂成不平整的整的断面断面。注意：注意：解

12、理解理和和断口断口产生的难易程度产生的难易程度互为消长互为消长。晶格内各方向的化学键强度近于相等的晶格内各方向的化学键强度近于相等的矿物晶体，受力后形成一定形状的断口，矿物晶体，受力后形成一定形状的断口，而很难产生解理。而很难产生解理。断口既可见于断口既可见于矿物单晶体矿物单晶体上，也可出上，也可出现在现在同种矿物的集合体同种矿物的集合体中。中。断口断口不具对称性不具对称性，不反映矿物的内部不反映矿物的内部特征特征。只作为鉴定矿物的。只作为鉴定矿物的辅助辅助依据。依据。(2)描述方法：矿物的断口主要藉于其形状描述方法：矿物的断口主要藉于其形状来描述，常见的有：来描述，常见的有：贝壳状断口贝壳状

13、断口：呈圆形或椭圆形的光滑曲呈圆形或椭圆形的光滑曲面，并出现以受力点为中心的不很规则的面，并出现以受力点为中心的不很规则的同心圆波纹，形似贝壳。同心圆波纹，形似贝壳。锯齿状断口锯齿状断口：呈尖锐锯齿状，见于强延呈尖锐锯齿状，见于强延展性的自然金属元素矿物。展性的自然金属元素矿物。参差状断口参差状断口：呈参差不平状，见于大多呈参差不平状，见于大多数脆性矿物及块状或粒状集合体。数脆性矿物及块状或粒状集合体。平坦状断口平坦状断口：断面较平坦，见于块状矿断面较平坦，见于块状矿物。物。土状断口土状断口：断面粗糙、呈细粉状，为土断面粗糙、呈细粉状，为土状矿物特有。状矿物特有。纤维状断口纤维状断口：呈纤维丝

14、状，见于纤维状呈纤维丝状，见于纤维状矿物集合体上。矿物集合体上。2、矿物的硬度、矿物的硬度 1)概念概念 硬度硬度(hardness)：矿物抵抗矿物抵抗外来机械作用（如刻划、压入或研磨外来机械作用（如刻划、压入或研磨等）的能力。等）的能力。2)测定方法：测定方法： 大致有大致有刻划法刻划法、静压入法静压入法、动压动压入法入法、研磨法研磨法、弹跳法弹跳法和和摇摆法摇摆法等。等。矿物肉眼鉴定中，通常采用矿物肉眼鉴定中，通常采用摩斯硬摩斯硬度度(HM)，系一种刻划硬度。系一种刻划硬度。 摩斯硬度计摩斯硬度计：以以十种十种硬度递增硬度递增的矿物为标准来测定矿物的的矿物为标准来测定矿物的相对硬相对硬度度

15、。n组成摩氏硬度计的十种矿物：组成摩氏硬度计的十种矿物：n1 滑石滑石n2 石膏石膏n3 方解石方解石n4 萤石萤石n5 磷灰石磷灰石n6 正长石正长石n7 石英石英n8 黄玉黄玉n9 刚玉刚玉n10 金刚石金刚石3）硬度的对称性和异向性：硬度的对称性和异向性： 异向性异向性：矿物的硬度具：矿物的硬度具异向性异向性。同同一矿物晶体一矿物晶体的的不同单形的晶面不同单形的晶面上，上，甚至甚至同一晶面的不同方向上同一晶面的不同方向上的硬的硬度均会有度均会有差异差异。对称性对称性: 矿物的硬度反映矿物内在矿物的硬度反映矿物内在的对称规律。的对称规律。 3）硬度的对称性和异向性：硬度的对称性和异向性：4

16、）影响因素影响因素（1）化学键的类型及强度）化学键的类型及强度：矿物的硬：矿物的硬度主要取决于其内部结构中度主要取决于其内部结构中质点间联结质点间联结力的强弱力的强弱。典型典型原子晶格原子晶格的硬度很的硬度很高高，但具以，但具以配配位键为主位键为主的的原子晶格原子晶格的大多数硫化物矿的大多数硫化物矿物，因其键力不太强，故物，因其键力不太强，故硬度并不高硬度并不高。离子晶格离子晶格矿物的硬度通常矿物的硬度通常较高较高，但随，但随离子性质的不同而变化较大。离子性质的不同而变化较大。金属晶格金属晶格矿物的硬度矿物的硬度较低较低（某些过（某些过渡金属除外）。渡金属除外）。分子晶格分子晶格因分子间键力极

17、微弱，其因分子间键力极微弱，其硬度最低硬度最低。以以氢键氢键为主的矿物的硬度为主的矿物的硬度很低很低。（2）离子半径离子半径、电价电价、配位数配位数及及结构的结构的紧密程度紧密程度：决定着键力的强弱，影响离子：决定着键力的强弱，影响离子晶格矿物的硬度。晶格矿物的硬度。当矿物当矿物结构类型相同结构类型相同（等型结构），若（等型结构），若离子离子电价相同电价相同，则硬度随，则硬度随离子半径离子半径的的减小减小而而增高增高；若；若离子半径相近离子半径相近，则硬度随离子，则硬度随离子电价增高电价增高而而增大增大。如菱镁矿和方解石。如菱镁矿和方解石当当结构类型不同结构类型不同，但，但其他因素类同时其他因

18、素类同时，矿物的硬度则随矿物的硬度则随质点堆积质点堆积的的紧密程度紧密程度的的增增高高（即阳离子的配位数增高）而（即阳离子的配位数增高）而增大增大。（3）含水矿物含水矿物的的硬度硬度通常都通常都很低很低。 3、矿物的弹性与挠性、矿物的弹性与挠性 弹性弹性：某些某些层状层状或或链状链状结构的结构的矿物在外力作用下发生弯曲形变，矿物在外力作用下发生弯曲形变，当外力撤除后，在弹性限度当外力撤除后，在弹性限度内能自内能自行恢复原状行恢复原状的性质。的性质。 挠性挠性：某些层状结构的矿物在某些层状结构的矿物在撤除使其发生弯曲形变的外力后，撤除使其发生弯曲形变的外力后，不能恢复原状不能恢复原状的性质。的性

19、质。 矿物的弹性和挠性取决于晶格内矿物的弹性和挠性取决于晶格内结构层结构层间或链间键力的强弱间或链间键力的强弱。（1）若）若键力很微弱键力很微弱，受力后，层间或链间可，受力后，层间或链间可发生相对位移而弯曲，由于基本上发生相对位移而弯曲，由于基本上不产生内不产生内应力应力，故形变后内部无力促使晶格恢复到原，故形变后内部无力促使晶格恢复到原状而表现出状而表现出挠性挠性；如蛭石；如蛭石（2）若层间或链间）若层间或链间以一定强度的离子键联结以一定强度的离子键联结，受力时发生相对晶格位移，同时所产生的内受力时发生相对晶格位移，同时所产生的内应力能在外力撤除后使形变迅速复原而表现应力能在外力撤除后使形变

20、迅速复原而表现出出弹性弹性；如云母；如云母（3）当）当键力相当强键力相当强时，矿物则表现出时，矿物则表现出脆性脆性。4、矿物的脆性与延展性、矿物的脆性与延展性 脆性脆性：矿物受外力作用时易发生破碎的性矿物受外力作用时易发生破碎的性质。见于绝大多数非金属晶格矿物。质。见于绝大多数非金属晶格矿物。延性延性：矿物受外力拉引时易成为细丝的性质。矿物受外力拉引时易成为细丝的性质。展性展性：矿物在锤击或碾压下易形成薄片的性质。矿物在锤击或碾压下易形成薄片的性质。 延展性延展性是矿物受外力作用发生晶格滑移形变是矿物受外力作用发生晶格滑移形变的表现，是的表现，是金属键矿物金属键矿物的一种的一种特性特性。 注意

21、：肉眼鉴定时，用小刀刻划矿物表面，注意：肉眼鉴定时，用小刀刻划矿物表面，若留下光亮的沟痕而不出现粉末或碎粒，则矿若留下光亮的沟痕而不出现粉末或碎粒，则矿物具延展性。物具延展性。14143 3 矿物的其他物理性质矿物的其他物理性质1、矿物的密度和相对密度、矿物的密度和相对密度密度（密度（density）：矿物单位体积的矿物单位体积的质量质量(g/cm3)。矿物的密度可据矿物的晶胞大小及其矿物的密度可据矿物的晶胞大小及其所含的分子数和分子量计算得出。所含的分子数和分子量计算得出。 相对密度相对密度(relative density)：也称也称比重比重。纯净的单矿物在空气中的。纯净的单矿物在空气中的

22、重量与重量与4时同体积的水的重量之比。时同体积的水的重量之比。注意：注意：1）相对密度无量纲，其数值与密度相同，）相对密度无量纲，其数值与密度相同，但它更易测定。但它更易测定。2）矿物的相对密度通常分为三级：）矿物的相对密度通常分为三级： 轻的轻的：相对密度：相对密度4。硫化物及自然。硫化物及自然金属元素矿物基本上属此类。金属元素矿物基本上属此类。2影响因素影响因素1）主要取决于其组成元素的）主要取决于其组成元素的原子量原子量、原子或原子或离子的半径离子的半径及及结构的紧密程度结构的紧密程度。 等型结构等型结构矿物中，相对密度一般随组成矿物中，相对密度一般随组成元素的元素的原子量的增大而增大原

23、子量的增大而增大，随，随原子或离子原子或离子半径的增大而减小半径的增大而减小，具体地将视优势因素而，具体地将视优势因素而异。异。 对对同质多象变体同质多象变体，晶体结构中，晶体结构中质点堆积质点堆积得得越紧密越紧密，即原子或离子的，即原子或离子的CN越高越高，其相对，其相对密度则密度则越大越大。2）形成环境形成环境：一般地，：一般地，高压高压环境下环境下形成的矿物的形成的矿物的相对密度较相对密度较其其低压低压环环境的同质多象变体为境的同质多象变体为大大；而；而温度升温度升高高则有利于形成则有利于形成CN较低较低、相对密度相对密度较小较小的变体。的变体。3研究意义研究意义 对某些矿物的鉴定、分选

24、及其应用对某些矿物的鉴定、分选及其应用均具重大意义，有时可作成因标志并指均具重大意义，有时可作成因标志并指导找矿。导找矿。2 2、矿物的磁性、矿物的磁性1)1)概念概念 磁性磁性( (magnetism)magnetism)：矿物在外磁矿物在外磁场作用下被磁化所表现出能被外磁场场作用下被磁化所表现出能被外磁场吸引、排斥或对外界产生磁场的性质。吸引、排斥或对外界产生磁场的性质。 磁 化 率磁 化 率 ( ( m a g n e t i c m a g n e t i c susceptibility)susceptibility)： 物体单位体积的磁物体单位体积的磁化强度与外磁场强度之比值。化强

25、度与外磁场强度之比值。2)2)类型类型(1)(1)矿物的磁性，按其在外磁场中磁化的强弱，矿物的磁性，按其在外磁场中磁化的强弱，可分为：可分为：亚铁磁性亚铁磁性（ferrimagnetismferrimagnetism）铁磁性铁磁性（ferromagnetismferromagnetism）反铁磁性反铁磁性（antiferromagnetismantiferromagnetism）顺磁性顺磁性（paramagnetismparamagnetism）抗磁性抗磁性（逆磁性或反磁性，（逆磁性或反磁性，diamagnetismdiamagnetism）(2(2）重砂分析中，将矿物的磁性分为三类：）重砂分

26、析中，将矿物的磁性分为三类： 抗磁性矿物抗磁性矿物：磁化方向与外磁场方向磁化方向与外磁场方向相反，微现被排斥的性质。如方解石、萤相反，微现被排斥的性质。如方解石、萤石、自然银等。石、自然银等。 电磁性矿物电磁性矿物：在外磁场中磁化微弱，在外磁场中磁化微弱，只能被磁场强度大的电磁铁吸引。只能被磁场强度大的电磁铁吸引。 磁性矿物磁性矿物：在外磁场中不仅易被强烈在外磁场中不仅易被强烈磁化，且本身还能对外界产生磁场，故表磁化，且本身还能对外界产生磁场，故表现出强烈的相互吸引作用：既可被永久磁现出强烈的相互吸引作用：既可被永久磁铁所吸引，本身又能吸引铁质物体。铁所吸引，本身又能吸引铁质物体。 电磁性矿物

27、和磁性矿物的磁化方向均与电磁性矿物和磁性矿物的磁化方向均与外磁场方向相同，表现出被吸引的性质。外磁场方向相同，表现出被吸引的性质。(3(3）肉眼鉴定时，一般以马蹄形磁铁或磁）肉眼鉴定时，一般以马蹄形磁铁或磁化小刀来测试矿物的磁性，粗略分为三级：化小刀来测试矿物的磁性，粗略分为三级： 强磁性强磁性：矿物块体或较大的颗粒能被矿物块体或较大的颗粒能被吸引。如磁铁矿。吸引。如磁铁矿。 弱磁性弱磁性：矿物粉末能被吸引。如铬铁矿物粉末能被吸引。如铬铁矿。矿。 无磁性无磁性：矿物粉末也不能被吸引。如矿物粉末也不能被吸引。如黄铁矿。黄铁矿。3)3)决定因素决定因素(1(1）矿物的磁性主要是由于组成矿物的原子或

28、）矿物的磁性主要是由于组成矿物的原子或离子的未成对电子的自旋磁矩产生的。离子的未成对电子的自旋磁矩产生的。一般地，一般地， 由惰性气体型离子和铜型离子组成的矿由惰性气体型离子和铜型离子组成的矿物都具抗磁性，如方解石、金刚石、方铅矿、物都具抗磁性，如方解石、金刚石、方铅矿、自然银等。自然银等。 所有的磁性和电磁性矿物均含有具不成所有的磁性和电磁性矿物均含有具不成对电子的过渡型离子，且不成对的电子数越对电子的过渡型离子，且不成对的电子数越多，矿物的磁性越强。如磁黄铁矿、自然铁、多，矿物的磁性越强。如磁黄铁矿、自然铁、方锰矿、黑云母等。方锰矿、黑云母等。(2(2）磁性矿物的磁性强弱与温度有关。）磁性

29、矿物的磁性强弱与温度有关。 居里温度居里温度：当温度升高至超过某一当温度升高至超过某一温度时，其磁性即转变为顺磁性的临界温度时，其磁性即转变为顺磁性的临界温度（温度（TcTc）。）。磁性矿物的居里点能提供磁性矿物的居里点能提供有关矿物的成分、结构及成因等信息。有关矿物的成分、结构及成因等信息。4)4)意义意义 在矿物鉴定、分选及找矿等方面均具在矿物鉴定、分选及找矿等方面均具重要意义。重要意义。3 3、矿物的电学性质、矿物的电学性质1)1)导电性和介电性导电性和介电性 (1 (1）导电性导电性：矿物对电流的传导能矿物对电流的传导能力。主要取决于化学键类型及内部能力。主要取决于化学键类型及内部能带

30、结构特征。带结构特征。具金属键的自然元素矿物和某些金属硫具金属键的自然元素矿物和某些金属硫化物，极易导电，为电的良导体化物，极易导电，为电的良导体。离子键或共价键矿物具弱导电性或不导离子键或共价键矿物具弱导电性或不导电。非金属矿物是非导体称为绝缘体电。非金属矿物是非导体称为绝缘体。主要是大部分深色硫化物、硫盐和氧化主要是大部分深色硫化物、硫盐和氧化物矿物，当温度升高时，导电性增强；物矿物，当温度升高时，导电性增强；温度降低时则不导电。导电性介于导体温度降低时则不导电。导电性介于导体与绝缘体之间，称为半导体与绝缘体之间，称为半导体。 半导体矿物的导电性主要受杂质元素的半导体矿物的导电性主要受杂质元素的存在及晶格缺陷的影响；还随温度变化。存在及晶格缺陷的影响；还随温度变化。 热电效应热电效应：矿物受温差变化时，在冷、矿物受温差变化时，在冷、热端点会产生热电动势（即温差电动势）。热端点会产生热电动势（即温差电动势）。通常以热电系数（通常以热电系数（ ，v/v/）表示。表示。 意义：研究半导体矿物的