Оптические свойства минералов

Легче всего определяются оптические свойства минералов – прозрачность, цвет и блеск.

Прозрачность - способность минерала пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы делятся на 3 группы (при этом следует иметь в виду, что границы между ними условные):

1. Прозрачные (сквозь минерал можно легко видеть различные предметы) – например, горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.

2. Полупрозрачные (сквозь минерал виден свет, но контуры предметов уже не различимы) – например, сфалерит, киноварь и др.

3. Непрозрачные – например, пирит, магнетит, графит и др.

Многие минералы, кажущиеся в крупных кристаллах непрозрачными, просвечивают (или полупрозрачны) в тонких сколах. Надо иметь в виду, что в тончайших срезах (толщиной в десятые и сотые доли миллиметра) подавляющее большинство минералов оказываются прозрачными. Но в образце мы этого не увидим. Поэтому подразделение по прозрачности касается именно минералов в образцах. Но есть и такие минералы, которые непрозрачны даже в тонких срезах.

Цвет. Нередко именно окраска является настолько характерным признаком минерала, что не только позволяет однозначно определить его, но и дает представление о его химическом составе. Например, все водные соли меди имеют яркий зеленый или синий цвет. Не случайно у студентов нередко наблюдается стремление пользоваться при определении минерала только его окраской, как наиболее простым признаком. Но такой подход является неправильным, так как один и тот же минерал нередко может иметь различную окраску, в зависимости от незначительных примесей или дефектов строения его кристаллической решетки. Например, флюорит может быть окрашен и в зеленый, и в фиолетовый, и в зеленый, и в желтый цвета различных оттенков, а может быть и бесцветным. Турмалин бывает зеленым, розовым, бурым, синим, черным. Многообразна и окраска разновидностей кварца (бесцветная, белая, желтая, фиолетовая, черная и т.д.). Окраска некоторых минералов может быть неоднородной зональной (полихромные турмалины и флюориты) (рис. 19), каемчатой (кварц и аметист), секториальной (двухцветные топазы) даже в одном кристалле. Поэтому цветом минералов, как диагностическим признаком, следует пользоваться с осторожностью, учитывая как природное разнообразие окрасок некоторых минералов, так и другие, более постоянные их физические свойства, обусловленные их химическим составом и структурой.

Рисунок 19. Полихромная зональная окраска кристаллов турмалина

Различают следующие типы окраски минералов:

- идиохроматический (от греческого «идиос» – «собственный») – минерал имеет отчетливо выраженный собственный цвет, обусловленный его химическим составом;

- аллохроматический (от греческого «аллос» - «чужой») – минерал окрашен примесями;

- псевдохроматический – «ложная окраска».

Иногда тонкий поверхностный слой минерала имеет дополнительную окраску. Это явление называется побежалостью. Появление побежалости связано с образованием очень тонких пленок других минералов на поверхности, в связи с чем наблюдаются явления интерференции падающего и отраженного света. Побежалость часто бывает радужной (состоящей из нескольких цветов - как пятна бензина на поверхности лужи). У халькопирита и борнита поверхность часто переливается синим, зеленым, красным и розовато-фиолетовым цветом. То есть радужные пленки на поверхности сильно искажают, а иногда полностью затушевывают истинный цвет минерала). Кроме того, в некоторых прозрачных и полупрозрачных минералах (например, в плагиоклазах – лабрадоре, олигоклазе) иногда наблюдается «игра цветов», получившая название ирризация,которая обусловлена интерференцией падающего цвета в связи с отражением его от внутренних поверхностей (трещин спайности, микропертитовых вростков). В некоторых минералах (благородный опал) при повороте наблюдаются пробивающиеся из глубины кристаллов «вспышки» зеленого, желтого, красного или голубого света - опалесценция

Таким образом, окраска является важным диагностическим признаком только для тех минералов, окраска которых не зависит от примесей (то есть обладающих идиохроматическим типом окраски).

Цвет черты (цвет минерала в порошке).Более постоянный и надежный по сравнению с окраской самого минерала диагностический признак. Цвет черты в ряде случаев полностью совпадает с цветом минерала в образце. Например, у серы и аурипигмента и окраска, и цвет порошка светло-желтые, у магнетита – черные, у малахита – зеленые, у азурита и лазурита – синие, у киновари - красные и т. д. Но очень многие минералы в тонкораздробленном состоянии имеют цвет, значительно отличающийся от его цвета в образце. Так пирит соломенно-желтый, а в тонкораздробленном состоянии – черный, а у гематита цвет стально-серый или черный, а черта красная,

Для определения цвета минерала в порошке совсем необязательно дробить весь образец на мелкие части. Для этого достаточно с легким нажимом несколько раз провести минералом по поверхности специальной пластинки из неглазированного фарфора или фаянса (так называемому «бисквиту») и определить цвет получившейся черты. Черта должна быть достаточно широкой (не менее 1-2 мм шириной). Этим признаком успешно пользуются при определении густоокрашенных минералов. Следует иметь в виду, что большинство светлоокрашенных и прозрачных минералов имеет белую черту, а минералы с высокой твердостью (более 6-6,5) вообще не дают черты, а оставляют царапину на фарфоровой пластинке. Поэтому говорить, к примеру, о цвете черты алмаза на бисквите бессмысленно.

Блеск. Большинство минералов с различной интенсивностью отражают падающий на них свет, то есть обладают блеском. Только немногие из них имеют матовую поверхность. Характер блеска зависит от того, насколько сильно поверхность минерала отражает падающий свет, каково соотношение отражения, поглощения и пропускания света минералом, как именно отражаемый свет рассеивается.

По убыванию интенсивности различают следующие виды блеска:

Металлический – напоминает блеск полированного металла (сталь, серебро, золото). Минералы с металлическим блеском всегда непрозрачны (даже в тонких срезах).

Полуметаллический – похож на металлический, но более тусклый, как у потускневших от времени металлов (гематит) или как у грифеля простого карандаша (графит). Минералы, обладающие полуметаллическим блеском также обычно непрозрачны.

Алмазный – сильный блеск, обусловленный неоднократным полным отражением света от внутренних поверхностей прозрачных и полупрозрачных минералов (алмаз, сера, сфалерит, киноварь)

Стеклянный – поверхность минерала блестит, как стекло (то есть значительно слабее, чем у минералов с алмазным блеском). Стеклянным блеском обладает абсолютное большинство (около 70%) прозрачных и полупрозрачных минералов. Например, кварц, топаз, флюорит и др.

Перламутровый – минерал блестит и переливается как поверхность перламутра или жемчуга. Наблюдается у прозрачных и просвечивающих минералов, имеющих тонкое пластинчатое строение или обладающих весьма совершенной спайностью. Свет одновременно отражается от множества поверхностей внутри минерала, в результате интерференции возникают перламутровые «переливы». Примеры: слюды, тальк, гипс.

Шелковистый – обусловлен волокнистым строением минерала, поэтому минерал блестит и переливается, как шелк или моток шелковых нитей (гипс-селенит, асбест, иногда малахит)

Жирный – поверхность минерала кажется смазанной жиром или покрытой маслянистой пленкой (нефелин). Возникает тогда, когда поверхности минерала покрыта мельчайшими неровностями. В результате при рассеянии получается эффект «жирной поверхности».

Смоляной – блеск, напоминающий блеск застывшей смолы или гудрона (обсидиан, янтарь, морион).

Восковой – полуматовый блеск, напоминающий блеск пчелиного воска, характерный для минералов, равномерно рассеивающих свет (халцедон, серпентин).

Наконец, если минерал представлен тонкодисперсными, землистыми массами, то он не блестит, т.е. является матовым, как у кусочка мела (каолинит). Это происходит потому, что весь свет при отражении от мельчайших неровностей рассеивается совершенно равномерно, в результате блеска в обычном смысле слова нет.

Сильный блеск иногда может искажать цвет минерала. Так, например, алмазный блеск киновари иногда маскирует красный цвет ее кристаллов, придавая им сероватую окраску. Определение характера блеска для начинающих обычно представляет определенные трудности. Для более уверенного определения типа блеска следует испытуемый образец поместить как можно ближе к минералу-эталону и сравнить их блеск.

Механические свойства

Твердость – устойчивость минерала к царапанию. Является одним из главных и наиболее надежных диагностических признаков минералов. По твердости все минералы условно разделяются на 10 групп, в соответствии с предложенной австрийским минералогом Фридрихом Моосом шкалой твердости. Набор условных эталонов твердости, состоящий из 10 минералов, в его честь получил название шкала Мооса. Минералы в ней подобраны таким образом, что каждый последующий минерал в ней оставляет царапину на предыдущем. Причем получается углубленная царапина, не исчезающая при легком стирании пальцем. Относительная твёрдость выражается условными единицами твёрдости от 1 до 10, соответствующими номеру эталонного минерала шкалы Мооса (от самого мягкого до самого твёрдого). Исследование твердости минералов шкалы Мооса количественными методами показало, что их твердость достаточно закономерно изменяется в геометрической прогрессии со знаменателем, близким к 2, однако твердость алмаза превышает твердость корунда значительно более, чем вдвое.

Минерал-эталон, который оставляет на другом царапину, считается более твёрдым. Если минерал оставляет на другом минерале черту (пишет), то он является более мягким. Главное достоинство шкалы Мооса заключается в простоте ее использования.

Таблица 1

Шкала твердости Мооса и возможная замена минералов-эталонов

При определении твердости выбирают небольшую гладкую поверхность на испытуемом минерале, проводят по ней, слегка надавливая, острым углом минерала из шкалы твердости Мооса и наблюдают полученную черту.Если на испытуемом минерале остается царапина, значит онимеет меньшую твердость, чем минерал-эталон. В этом случае берут из шкалы Мооса минерал-эталон с меньшим номером и повторяют испытание до тех пор пока не найдут минерал-эталон, на котором оставляет царапину испытуемый минерал. Чтобы убедиться, что след – действительно царапина, а не оставленная минералом черта, пробуют стереть ее пальцем и рассматривают в лупу. Твердость определяемого минерала принимают промежуточной между твердостью двух минералов-эталонов – более мягкого и более твердого по сравнению с испытуемым минералом.

Например, если определяемый минерал царапается кварцем (7), а сам оставляет царапину на полевом шпате (6), то его твердость - 6,5 (или 6-7). Минералы с равными значениями твердости не оставляют царапин друг на друге.

При практическом определении твердости минералов редко пользуются всеми минералами шкалы твердости. Алмаз является самым твердым из минералов в природе. Корунд также единственныминерал, имеющий твердость 9. Сравнительно немногие минералы имеют и очень низкую твердость – 1. Наиболее широко используются эталоны твердости в диапазоне от 2 до 8. В полевых условиях для практических целей можно пользоваться примерной шкалой твердости, составленной из следующих предметов – заменителей минералов шкалы Мооса (табл. 1): грифель мягкого карандаша (1), медная монета или проволока (3), железный гвоздь (4-4,5), кусочек оконного стекла (5-5,5), складной нож или швейная игла (5,5-6,5), напильник (7). Лезвие стального ножа (или швейная игла), имеющие твердость более 5,5, будут давать углубленную черту на минералах с твердостью меньше 5. Минералы же, имеющие твердость 6,5 и выше, будут давать углубленную черту на лезвии ножа. Минералы, имеющие твердость 1, жирны на ощупь; минералы, имеющие твердость 2 и меньше, легко чертятся ногтем.

Для минералов, вкрапленных в породу, или находящихся в тесном срастании друг с другом, очень важно следить за тем, чтобы испытанию на твердость подвергся именно исследуемый минерал, а не соседний с ним, что очень легко может случиться при недостаточно внимательной работе.

Спайность и излом. Спайностью называется способность кристаллов раскалываться (расщепляться) по определенным кристаллографическим направлениям параллельным действительно наблюдаемым или возможным граням кристалла, с образованием ровных блестящих плоскостей скола. Блеск спайных плоскостей особенно хорошо заметен в отраженном свете, если образец медленно поворачивать под разными углами к источнику света. В зависимости от того, насколько легко раскалываются минералы по определенным плоскостям, различают следующие степени совершенства спайности (в порядке убывания):

Весьма совершенная – спайность в одном направлении, когда минерал очень легко (иногда даже руками) разделяется на все более тонкие пластинки или листочки. При этом получаются ровные зеркально блестящие плоскости спайности. Получить излом иначе как по спайности весьма трудно. Характерна для минералов слоистой структуры (рис. 20а). Примеры: слюды, тальк, графит.

Совершенная – при любом ударе молотком по минералу он рассыпается на обломки, ограниченные ровными спайными плоскостями (кубики, ромбоэдры, октаэдры и т.д.). Неровные поверхности излома получаются очень редко. Примеры: кальцит (рис. 20б), галит, флюорит, галенит.

Средняя – при раскалывании минерала с одинаковой частотой образуются как ровные спайные поверхности, так и неправильные поверхности излома по случайным направлениям. Примеры: полевые шпаты, роговая обманка.

Несовершенная и весьма несовершенная (т.е. отсутствует) – при раскалывании минерала подавляющая часть обломков ограничена неправильными неровными поверхностями излома. Примеры: кварц, апатит, берилл (рис. 20в).

Рисунок 20. Спайность: а – весьма совершенная (у слюд); б - совершенная (у кальцита); в – отсутствует (у кварца)

Таким образом, спайность может наблюдаться по одному (слюды), двум (полевые шпаты), трем (кальцит, галит), четырем и более (флюорит, сфалерит) направлениям. Степень совершенства спайности зависит от строения кристаллической решетки каждого минерала, так как разрыв по некоторым плоскостям (плоским сеткам) этой решетки из-за более слабых связей происходит гораздо легче, чем по другим направлениям. В случае одинаковых сил сцепления между частицами кристалла, спайность отсутствует (кварц).

Неровная поверхность, получающаяся при раскалывании таких минералов, называется излом. Другими словами излом – это способность минералов раскалываться не по плоскостям спайности, а по сложной неровной поверхности. Различают следующие виды излома:

Раковистый – похожий на внутреннюю поверхность раковины (кварц, халцедон, обсидиан) (рис. 21). С раковистым изломом кремня человек познакомился в каменном веке – ведь именно этот тип излома дает такие острые режущие края.

Рисунок 21. Раковистый излом

Занозистый - напоминает поперечный излом древесины и свойственен волокнистым минеральным агрегатам– (асбест, амфиболы)

Крючковатый – поверхность излома как бы покрыта мелкими крючочками (самородная медь, серебро и другие ковкие металлы).

Землистый – поверхность излома матовая и как бы покрыта мелкой пылью (каолин)

Ровный – свойственен очень мелкозернистым агрегатам, например, яшмам.

Ступенчатый – возникает у минералов с хорошей спайностью или отдельностью.

Отдельность – свойство некоторых минералов раскалываться с образованием параллельных, хотя, чаще всего, не совсем ровных плоскостей, не обусловленных строением кристаллической решетки, которое иногда принимают за спайность. Чаще всего отдельность возникает из-за ориентированного распределения включений или из-за полисинтетического двойникования. В отличие от спайности отдельность – свойство лишь некоторых экземпляров (индивидов) данного минерала, а не минерального вида в целом. Главным отличием отдельности от спайности является то, что получившиеся осколки невозможно расщепить далее на более мелкие обломки с ровными параллельными сколами.

Поиск по сайту: