M4.物性2-力学性质课件

Chap.14矿物的物理性质5、矿物的发光性

★发光性：某些矿物在外加能量的激发下能明显地发出可见光。★激发源主要有：紫外光、阴极射线、x射线、γ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。

★矿物发光的实质是：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，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定波长的可见光的形式释放出来。★磷光：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10-8秒以上；★荧光：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<10-8秒的发光称荧光。★矿物发光性类型：（1）热发光：（2）阴极发光：（3）x射线发光:（4）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，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定，主要取决于那些矿物发光的杂质元素的有无及多少。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(mechanicalproperties)：矿物在外力（如敲打、挤压、拉引、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1）解理（cleavage）(1)解理：矿物晶体受应力作用而超过弹性限度时，沿一定结晶学方向破裂成一系列光滑平面。这些光滑的平面称解理面。注意：解理是晶质矿物才具有的特性。(2)产生原因

解理严格受晶体结构因素——晶格类型及化学键类型、强度和分布的控制，解理面常沿着面网间化学键力最弱的面网产生。①原子晶格，各方向的化学键力均等，解理面∥面网密度最大即d最大的面网。②离子晶格，因静电作用，解理沿由异号离子组成的、且d大的电性中和面网产生；或者，解理面∥两层同号离子层相邻的面网。解理面沿电性中和面网产生的：如方铅矿的三组完全解理方解石的三组完全解理解理面∥两层同号离子层相邻的面网产生的：如萤石的{111}四组完全解理③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④金属晶格，由于失去了价电子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性而无解理。自然银：具强延展性，无解理(3)解理描述的内容①解理的方向、组数、夹角解理反映出晶体的异向性和对称性。通常用相应的单形及其符号以表示解理的方向、组数和夹角。肉眼鉴定矿物时，很多时候难以判断矿物颗粒的结晶方向，通常只要求描述解理的组数和夹角（<90,=90,>90）。解理面上之解理纹可反映出解理的组数和夹角。冰洲石的三组完全解理(4)等级：解理据其产生的难易程度及完好性，通常分为五级：①极完全解理（eminentcleavage）：矿物受力后极易裂成薄片，解理面平整而光滑。②完全解理(perfectcleavage)：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∥解理面的阶梯。③中等解理(goodorfaircleavage)：矿物受力后常破裂成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，清晰可见。④不完全解理(poororimperfectcleavage)：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面。⑤极不完全解理(cleavageintraces)：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见零星的解理缝。注意：晶体中可有一种或几种不同等级的解理。硬石膏的三组解理（一组完全，两组中等）(5)意义：①解理是鉴定矿物的重要依据之一。②对已知矿物，据解理可确定其结晶方位及晶体的对称性。③据解理的特征，能反映出矿物晶体结构的某些特点。2)裂开(1)裂开：某些矿物晶体在应力作用下，有时可沿着晶格内一定的结晶方向破裂成平面。裂开的平面称裂开面。注意：从现象上看，裂开酷似解理，也只能出现在晶体上。刚玉的底面裂开(2)产生原因裂开的产生取决于杂质的夹层及机械双晶等结构以外的非固有因素。裂开面往往沿产生。注意：（1）裂开只见于某些矿物的某些晶体上，也可能不遵循晶体的对称性。（2）裂开只对少数矿物有鉴定意义；可推测矿物的成分、成因及形成历史。3)断口(fracture)(1)概念★断口：矿物内部若不存在由晶体结构所控制的弱结合面网，则受力后将沿任意方向破裂成不平整的断面。注意：①解理和断口产生的难易程度互为消长。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，而很难产生解理。②断口既可见于矿物单晶体上，也可出现在同种矿物的集合体中。③断口不具对称性，不反映矿物的内部特征。只作为鉴定矿物的辅助依据。(2)描述方法：矿物的断口主要藉于其形状来描述，常见的有：①贝壳状断口：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同心圆波纹，形似贝壳。②锯齿状断口：呈尖锐锯齿状，见于强延展性的自然金属元素矿物。③参差状断口：呈参差不平状，见于大多数脆性矿物及块状或粒状集合体。④平坦状断口：断面较平坦，见于块状矿物。⑤土状断口：断面粗糙、呈细粉状，为土状矿物特有。⑥纤维状断口：呈纤维丝状，见于纤维状矿物集合体上。2、矿物的硬度

1)概念★硬度(hardness)：矿物抵抗外来机械作用（如刻划、压入或研磨等）的能力。2)测定方法：大致有刻划法、静压入法、动压入法、研磨法、弹跳法和摇摆法等。矿物肉眼鉴定中，通常采用摩斯硬度(HM)，系一种刻划硬度。★摩斯硬度计：以十种硬度递增的矿物为标准来测定矿物的相对硬度。组成摩氏硬度计的十种矿物：1滑石2石膏3方解石4萤石5磷灰石6正长石7石英8黄玉9刚玉10金刚石3）硬度的对称性和异向性：

异向性：矿物的硬度具异向性。同一矿物晶体的不同单形的晶面上，甚至同一晶面的不同方向上的硬度均会有差异。对称性:矿物的硬度反映矿物内在的对称规律。3）硬度的对称性和异向性：4）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。①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，因其键力不太强，故硬度并不高。②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。③金属晶格矿物的硬度较低（某些过渡金属除外）。④分子晶格因分子间键力极微弱，其硬度最低。⑤以氢键为主的矿物的硬度很低。（2）离子半径、电价、配位数及结构的紧密程度：决定着键力的强弱，影响离子晶格矿物的硬度。①当矿物结构类型相同（等型结构），若离子电价相同，则硬度随离子半径的减小而增高；若离子半径相近，则硬度随离子电价增高而增大。如菱镁矿和方解石②当结构类型不同，但其他因素类同时，矿物的硬度则随质点堆积的紧密程度的增高（即阳离子的配位数增高）而增大。（3）含水矿物的硬度通常都很低。

3、矿物的弹性与挠性★弹性：某些层状或链状结构的矿物在外力作用下发生弯曲形变，当外力撤除后，在弹性限度内能自行恢复原状的性质。★挠性：某些层状结构的矿物在撤除使其发生弯曲形变的外力后，不能恢复原状的性质。

矿物的弹性和挠性取决于晶格内结构层间或链间键力的强弱。（1）若键力很微弱，受力后，层间或链间可发生相对位移而弯曲，由于基本上不产生内应力，故形变后内部无力促使晶格恢复到原状而表现出挠性；如蛭石（2）若层间或链间以一定强度的离子键联结，受力时发生相对晶格位移，同时所产生的内应力能在外力撤除后使形变迅速复原而表现出弹性；如云母（3）当键力相当强时，矿物则表现出脆性。4、矿物的脆性与延展性

脆性：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。延性：矿物受外力拉引时易成为细丝的性质。展性：矿物在锤击或碾压下易形成薄片的性质。

延展性是矿物受外力作用发生晶格滑移形变的表现，是金属键矿物的一种特性。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，则矿物具延展性。§14－3矿物的其他物理性质1、矿物的密度和相对密度密度（density）：矿物单位体积的质量(g/cm3)。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。★相对密度(relativedensity)：也称比重。纯净的单矿物在空气中的重量与4℃时同体积的水的重量之比。注意：1）相对密度无量纲，其数值与密度相同，但它更易测定。2）矿物的相对密度通常分为三级：①轻的：相对密度<2.5。②中等的：大多数非金属矿物的相对密度为2.5～4。③重的：相对密度>4。硫化物及自然金属元素矿物基本上属此类。2．影响因素1）主要取决于其组成元素的原子量、原子或离子的半径及结构的紧密程度。①等型结构矿物中，相对密度一般随组成元素的原子量的增大而增大，随原子或离子半径的增大而减小，具体地将视优势因素而异。②对同质多象变体，晶体结构中质点堆积得越紧密，即原子或离子的CN越高，其相对密度则越大。2）形成环境：一般地，高压环境下形成的矿物的相对密度较其低压环境的同质多象变体为大；而温度升高则有利于形成CN较低、相对密度较小的变体。3．研究意义对某些矿物的鉴定、分选及其应用均具重大意义，有时可作成因标志并指导找矿。2、矿物的磁性1)概念★磁性(magnetism)：矿物在外磁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。★磁化率(magneticsusceptibility)：

物体单位体积的磁化强度与外磁场强度之比值。2)类型(1)矿物的磁性，按其在外磁场中磁化的强弱，可分为：①亚铁磁性（ferrimagnetism）②铁磁性（ferromagnetism）③反铁磁性（antiferromagnetism）④顺磁性（paramagnetism）⑤抗磁性（逆磁性或反磁性，diamagnetism）(2）重砂分析中，将矿物的磁性分为三类：①抗磁性矿物：磁化方向与外磁场方向相反，微现被排斥的性质。如方解石、萤石、自然银等。②电磁性矿物：在外磁场中磁化微弱，只能被磁场强度大的电磁铁吸引。

③磁性矿物：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。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。(3）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：①强磁性：矿物块体或较大的颗粒能被吸引。如磁铁矿。②弱磁性：矿物粉末能被吸引。如铬铁矿。③无磁性：矿物粉末也不能被吸引。如黄铁矿。3)决定因素(1）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。一般地，①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、自然银等。②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多，矿物的磁性越强。如磁黄铁矿、自然铁、方锰矿、黑云母等。(2）磁性矿物的磁性强弱与温度有关。居里温度：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（Tc）。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。4)意义在矿物鉴定、分选及找矿等方面均具重要意义。3、矿物的电学性质1)导电性和介电性(1）导电性：矿物对电流的传导能力。主要取决于化学键类型及内部能带结构特征。①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。②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。③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；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。

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。热电效应：