矿物的颜色由什么决定的?

颜色是矿物最明显、最直观的性质,观察颜色对于鉴定区分不同矿物是至关重要的。

颜色是人们的一种生理感觉。当可见区波长范围(390~770nm)内的电磁波辐射刺激人们的视觉神经时,人们就会产生颜色的感觉。矿物对可见光选择性吸收是矿物呈色的主要原因。在矿物学中,根据矿物呈色的原因与矿物本身的关系,可将矿物的颜色分为自色、他色和假色三类。

1、矿物的颜色是由什么决定的?

决定矿物颜色的重要因素,主要有以下几个方面,金属离子的电子跃迁、离子间的电子转移、色心致色、能带间电子跃迁和物理光学致色。

在每个矿物中,不止一种因素会产生或导致其颜色,矿物的颜色是很多致色因素综合作用的结果。

2、什么是自色?

自色指矿物自身所固有的颜色。如孔雀石的翠绿色、铁铝榴石的深红色等。

孔雀石(Cu致色)

铁铝榴石(Fe致色)

自色的产生,都与矿物本身的化学成分和内部构造直接有关。如果是色素离子引起呈色,那么,这些离子必须是矿物本身固有的组分(包括类质同象混入物),而不是外来的机械混入物。对于一种矿物来说,自色总是比较固定的,在鉴定矿物上具有重要的意义。

3、什么是他色?

他色指矿物由于外来带色杂质的机械混入所染成的颜色。如纯净的石英为无色透明,但由于不同杂质的混入,可使石英染成紫色(紫水晶)、玫瑰色(蔷薇石英)、烟灰色(烟水晶)、黑色(墨晶)等。引起他色的原因主要与色素离子的存在有关,但他色中的色素离子存在于机械混入物中,而不是矿物本身所固有的组分。显然,他色的具体颜色将随混入物组分的不同而异。因此,矿物的他色不固定,一般不能作为鉴定矿物的依据。

紫水晶

蔷薇石英

4、什么是假色?

假色是由物理光学效应所引起的颜色,是自然光照射在矿物表面或进入到矿物内部所产生的干涉、衍射、散射等引起的颜色。假色只对个别矿物有辅助的鉴定意义。假色主要包括锖(qiāng)色、晕色和变彩。

4.1什么是锖色?

锖色由某些不透明矿物的表面氧化薄膜引起反射光的干涩作用而使矿物表面呈现出斑驳陆离的彩色即锖色。锖色大多可以用小刀挂掉。

例如斑铜矿的新鲜面上本是暗铜红色,但由于其氧化表面上的薄膜的影响,造成了紫蓝混杂的斑驳色彩。这种由氧化薄膜所引起的假色称为锖色。

斑铜矿的锖色

4.2什么是晕色?

晕色是由于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。

如白云母、方解石、透石膏等具完全解理的透明矿物,由于一系列解理裂缝、薄层包裹体表面对入射光层层反射所造成的干涉现象的结果,可呈现如同彩虹般的不同色带所组成的晕色,它常常呈现同心环状的色环。

晕色

4.3什么是变彩?

变彩是指当从不同方向观察某些透明矿物时,其不均匀分布的各种颜色会随之发生变换。这是由于矿物内部存在很多厚度与可见光波长相当的细微叶片状或者层状、粒状结构,引起光的衍射、干涉作用所致。

例如,拉长石具有美丽的蓝绿色、金黄色、红紫色等连续的变彩;欧泊呈蓝、绿、紫、红等色彩。

拉长石

欧泊

矿物的颜色如同它的成分和结构一样复杂,不是一种致色机理就可以解释的,是很多的成因综合的结果,所以颜色也变化万千。

关于这个问题,中国科普博览邀请中国科学院地质与地球物理研究所的左亚彬来回答:

自色是矿物本身所固有的颜色,即在成因上与矿物本身的固有化学成分(及结构)有直接关系的颜色。它主要由离子内部电子跃迁、离子间电荷转移、能带间电子跃迁、色心等引起,如下图:

他色,即由非矿物本身固有的因素所引起的颜色,通常为色素离子、机械混入物、气液包裹体等。如因含各种离子(Fe3+、Ti4+、Cr3+、Fe2+等)而呈不同颜色的电气石。

假色是矿物表面氧化膜或其他物理因素(如裂隙等)引起光的干涉、衍射等物理光学过程,所呈现的矿物颜色。

假色的种类有很多:

(1)锖色:不透明矿物风化后,其表面氧化成一层薄膜,而引起反射光的干涉作用,使矿物表面所具有的颜色。例:斑铜矿的新鲜面为铜黄色,氧化表面呈紫色,且有蓝色斑点。

(2)晕色:透明矿物表面常呈出的一种彩虹状色带。如:白云母、方解石的晕色是由于解理和裂隙对光的连续反射而引起的光的干涉的结果。

(3)变色(变彩):某些透明矿物在移动时或沿不同方向观察时,所呈现出的不同颜色的闪烁变幻或徐徐变化的彩色。如:贵蛋白石、某些拉长石等。

(4)乳光(蛋白光):指矿物中一种类似于蛋青般的带柔和淡蓝色调的乳白色。一般是由于矿物内部含有许多远比可见光波长小的其他矿物或胶体微粒,对入射的白光发生漫反射造成的。例:蛋白石、月光石等。

首先,矿物的颜色是矿物对入射的自然可见光(波长为390~770nm)中不同波长的光波选择性吸收后,透射和反射出来的各种波长可见光的混合色。

矿物呈现出的颜色有多方面原因,据此将矿物的颜色分为自色、他色和假色。

(1)自色

顾名思义就是矿物本身固有的化学成分和晶体结构决定的对自然光选择性吸收、折射和反射而表现出来的颜色,是光波与晶格中的电子相互作用的结果。对于一定的矿物而言,自色通常比较固定,是矿物鉴定的首选标志。

(2)他色

是指矿物因含外来的带色杂质所形成的颜色,它与矿物本身的成分和结构无关,不是矿物固有的颜色,因此无鉴定意义,但又重要的成因意义。

(3)假色

是自然光照射到矿物表面或内部,受到某种物理界面(氧化膜、裂隙和包裹体等)的作用而发生干涉、衍射和散射等所产生的颜色。假色是一种物理的光学效应,只对少数矿物有辅助鉴定意义,在宝石学上也有一定意义。常见的假色主要有:

锖色,某些不透明矿物表面的氧化膜使反射光发生干涉而呈现出不均匀的彩色即锖色。

晕色,某些矿物内部存在一些列平行密集的解理面或裂隙面,它们对光的连续反射引起光的干涉,使矿物解理面和晶面呈现彩虹般的色带。

变彩,某些透明矿物内部存才许多微细叶片状或层状结构界面,可引起可见光的衍射干涉作用而出现不均匀色彩,从不同方向观察室,这种不均匀色彩随方向而变化。

乳光(也称蛋白光),某些矿物含许多远小可见光波长的其他矿物或胶体微粒,使入射光发生漫反射而产生的一种乳白色浮光。

矿物对可见光选择性吸收是物体呈现颜色的主要原因。不同颜色的光波,一般用不同波长来表示,以纳米为单位,1nm=109m。可见光波波长在390-760nm之间,其间波长由长至短依次显示红橙黄绿青蓝紫等色。它们的混合色就是白色。

当矿物受白光照射,便对光产生吸收、透射和反射等各种光学现象。如果矿物对光全部吸收时,矿物呈现黑色;如果对白光中所有波长的色光均匀吸收,则矿物呈现灰色;基本上都不吸收则为无色或白色。如果矿物只选择吸收某些波长的色光,而透过或反射出另一些色光,则矿物就呈现颜色。此外,由于光波多次反射、散射、干涉等,物理化学作用,亦能影响矿物的呈色。

矿物的颜色多种多样。呈色的原因,一类是白色光通过矿物时,内部发生电子跃迁过程而引起对不同色光的选择性吸收所致;另一类则是物理光学过程所致。导致矿物内电子跃迁的内因,最主要的是色素离子的存在,如Fe3+使赤铁矿呈红色,V3+使钒榴石呈绿色等。是晶格缺陷形成"色心",如萤石的紫色等。矿物学中一般将颜色分为3类:自色是矿物固有的颜色;他色是指由混入物引起的颜色;假色则是由于某种物理光学过程所致。如斑铜矿新鲜面为古铜红色,氧化后因表面的氧化薄膜引起光的干涉而呈现蓝紫色的锖色。矿物内部含有定向的细微包体,当转动矿物时可出现颜色变幻的变彩,透明矿物的解理或裂隙有时可引起光的干涉而出现彩虹般的晕色等。

2022-02-14

2022-02-14