Чем обусловлена окраска минералов

Окраска минералов

Цвет минералов (окраска минералов) — способность минералов отражать и преломлять свет, создавая определённое ощущение цвета.

Окраска является важным свойством для камней, применяемых в декоративных целях. Кроме того, цвет минерала и цвет черты, вместе с твёрдостью, позволяют быстро идентифицировать многие минералы.

Содержание

Природа возникновения цвета минералов

Цвет минералов различен в кристаллах и штуфах, в прозрачных шлифах, в отражённом свете на полированных аншлифах.

Цвет определяется взаимодействием электромагнитного излучения видимого и ультрафиолетового диапазона с электронами атомов в кристалле (Электронный спектр, Зонная теория), а также наличием дефектов кристаллов (вакансий, межузельных атомов и т.п.). Молекулы и ионы, составляющие кристаллы минералов, взаимодействуют с фотонами на электронных уровнях кристалла. Минералы, содержащие ионы трёхвалентного железа, имеют окраску, обусловленную переносом заряда между ионом металла и лигандами, или между разнозарядными ионами металлов (перенос заряда O-Fe3+, Fe2+ и Fe2+ в кордиерите).

Радиационная окраска возникает под действием ионизирующего излучения и связана с образованием электронно-дырочных центров окраски (например, сине-фиолетовая окраска флюорита, жёлтая окраска кальцита и горного хрусталя).

Ионы переходных металлов (Mn, Fe, Co, Ni, Cr, V, Ti, лантаноиды, актиноиды др.) дают характерную для них окраску (хризолит, малахит, изумруд, сапфир и рубин, родонит).

Классификация цветов минералов по её происхождению

Собственный цвет — идиохроматическая окраска

Собственная окраска, связанная с внутренними свойствами минерала, как правило свойствами ионов примесей, внедрившихся в кристаллическую решетку.

Аллохроматическая окраска, вызванная примесями хромофоров

Псевдохроматическая окраска

Вызывается интерференцией падающего света в прозрачных и полупрозрачных минералах, возникающей при отражении от внутренних поверхностей, трещин спайности (например, иризация лабрадорита — от синего и зелёного до жёлтого и красного; опал, лунный камень, перистерит). Псевдохроматическая возникает при дифракции света и интерференции отражённых лучей, при рассеянии, преломлении или полном внутреннем отражении белого света, связанном с особенностями кристаллического строения минерала.

Псевдохроматическая окраска нередко возникает при окислении поверхностного слоя кристаллов (побежалость — характерны радужные плёнки на пирите, халькопирите, ковеллине.

Цвет черты

Цвет черты — один из старых способов идентификации минералов. Он основан на том, что черта камнем на «бисквите» (неглазурованном фарфоре) для многих минералов имеет очень характерный цвет. Цвет черты часто не соответствует цвету большого агрегата или кристалла, например, пирит даёт зеленовато-чёрную черту.

Изменение цвета минералов

См. также

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Окраска минералов» в других словарях:

окраска минералов — Смотри Цвет (окраска) минералов … Энциклопедический словарь по металлургии

Цвет (окраска) минералов — [color, tint; flower] одно из важнейших физических свойств минералов, отражающее характер взаимодействия электромагнитного излучения видимого диапазона с электронами атомов, молекул и ионов, входящих в состав кристаллов, а также электронной… … Энциклопедический словарь по металлургии

Окраска — свойство предметов отражать, переизлучать и рассеивать свет, определяющее их визуальное восприятие цвет, воспринимаемый человеком в определённых условиях. Термин окраска не является синонимом слова цвет; он имеет более специальный смысл, нежели… … Википедия

Цвет минералов — окраска минералов, одно из важнейших физических свойств минералов, отражающее характер взаимодействия электромагнитного излучения видимого диапазона с электронами атомов, молекул и ионов, входящих в состав кристаллов, а также с… … Большая советская энциклопедия

Цвет минералов — (окраска минералов) способность минералов отражать и преломлять свет, создавая определённое ощущение цвета. Окраска является важным свойством для камней, применяемых в декоративных целях. Кроме того, цвет минерала и цвет черты, вместе с… … Википедия

Цвет минералов — фиэ. свойство м лов, являющееся важным признаком для их характеристики а диагностики. Различают Ц. м. в образце, цвет тонкого порошка черты, в прозрачных шлифах и в отраженном свете. Ц. м. большей частью характеризуется чисто качественно: ярко… … Геологическая энциклопедия

Цвет минералов — Смотри Цвет (окраска) минералов … Энциклопедический словарь по металлургии

Декоративные коллекционные минералы — Содержание 1 Коллекционные камни (минералы и самородные элементы) 2 … Википедия

Геологическая термометрия — совокупность способов определения температуры застывания магмы, формирования различных рудных месторождений, кристаллизации отдельных минералов и т.д. Термометрические исследования могут проводиться методами Г. т. и минералогической… … Большая советская энциклопедия

ЦЕОЛИТЫ — семейство минералов, водных алюмосиликатов кальция, натрия, калия, бария и др.; включает ок. 50 минеральных видов. Наиболее распространенные из них: натролит, стильбит, гейландит, томсонит, анальцим, ломонит, филлипсит, шабазит, морденит и… … Энциклопедия Кольера

Источник

Цвет минералов

Цвет минералов (окраска минералов) — способность минералов отражать и преломлять свет, создавая определённое ощущение цвета.

Окраска является важным свойством для камней, применяемых в декоративных целях. Кроме того, цвет минерала и цвет черты, вместе с твёрдостью, позволяют быстро идентифицировать многие минералы.

Содержание

Природа возникновения цвета минералов

Цвет минералов различен в кристаллах и штуфах, в прозрачных шлифах, в отражённом свете на полированных аншлифах.

Радиационная окраска возникает под действием ионизирующего излучения и связана с образованием электронно-дырочных центров окраски (например, сине-фиолетовая окраска флюорита, жёлтая окраска кальцита и горного хрусталя).

Окраска кристаллов с металлической и ковалентной связью (самородные металлы —- золото; сульфиды —- пирит, халькопирит) обусловлена оптическими переходами электронов и возникновением максимумов отражения (пирит, золото) либо формированием фундаментальных полос поглощения (киноварь, куприт).

Классификация цветов минералов по её происхождению

Собственный цвет — идиохроматическая окраска

Собственная окраска, связанная с внутренними свойствами минерала, как правило свойствами ионов примесей, внедрившихся в кристаллическую решетку.

Аллохроматическая окраска, вызванная примесями хромофоров

Псевдохроматическая окраска

Вызывается интерференцией падающего света в прозрачных и полупрозрачных минералах, возникающей при отражении от внутренних поверхностей, трещин спайности (например, иризация лабрадорита — от синего и зелёного до жёлтого и красного; опал, лунный камень, перистерит). Псевдохроматическая возникает при дифракции света и интерференции отражённых лучей, при рассеянии, преломлении или полном внутреннем отражении белого света, связанном с особенностями кристаллического строения минерала.

Псевдохроматическая окраска нередко возникает при окислении поверхностного слоя кристаллов (побежалость — характерны радужные плёнки на пирите, халькопирите, ковеллине.

Цвет черты

Цвет черты — один из старых способов идентификации минералов. Он основан на том, что черта камнем на «бисквите» (неглазурованном фарфоре) для многих минералов имеет очень характерный цвет. Цвет черты часто не соответствует цвету большого агрегата или кристалла, например, пирит даёт зеленовато-чёрную черту.

Изменение цвета минералов

Цвет драгоценных и поделочных камней — важная характеристика для облицовочных, ювелирных и поделочных камней.

С давних пор стремились «облагородить» менее ценные камни, сделав их цвет подобным редким минералам. Дымчатый горный хрусталь обжигали, запекая в хлеб, пористые минералы (бирюза) — подкрашивали разными красителями, алмазы — облучали в реакторе, для получения жёлтого цвета, и.т.д.

См. также

Литература

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Цвет минералов» в других словарях:

Цвет минералов — фиэ. свойство м лов, являющееся важным признаком для их характеристики а диагностики. Различают Ц. м. в образце, цвет тонкого порошка черты, в прозрачных шлифах и в отраженном свете. Ц. м. большей частью характеризуется чисто качественно: ярко… … Геологическая энциклопедия

Цвет минералов — окраска минералов, одно из важнейших физических свойств минералов, отражающее характер взаимодействия электромагнитного излучения видимого диапазона с электронами атомов, молекул и ионов, входящих в состав кристаллов, а также с… … Большая советская энциклопедия

Цвет минералов — Смотри Цвет (окраска) минералов … Энциклопедический словарь по металлургии

ЦВЕТ МИНЕРАЛОВ — физ. св во минералов, являющееся важным признаком для их хар ки и диагностики. Ц. м. (т. е. их окраску) определяют точно по спектру поглощения или отражения. По происхождению различают окраски: идиохроматич. (обусловлена св вами кристаллич.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Цвет черты — Красная черта гематита на белом фарфоровом бисквите Цвет черты цвет минералов в тонком порошке, служит одним из диагностических признаков для определения минералов и горных пород. Цвет тонкого порошка для большинства минералов постоянен, в… … Википедия

Цвет (окраска) минералов — [color, tint; flower] одно из важнейших физических свойств минералов, отражающее характер взаимодействия электромагнитного излучения видимого диапазона с электронами атомов, молекул и ионов, входящих в состав кристаллов, а также электронной… … Энциклопедический словарь по металлургии

Цвет почвы — (син.: окраска п.) один из наиболее важных и легкодоступных наблюдениию морфологических признаков п. Основными веществами, обусловливающими цвет п., являются: 1) темноокрашенные органические и органо минеральные вещества; 2) окисные соединения… … Толковый словарь по почвоведению

Окраска минералов — Цвет минералов (окраска минералов) способность минералов отражать и преломлять свет, создавая определённое ощущение цвета. Окраска является важным свойством для камней, применяемых в декоративных целях. Кроме того, цвет минерала и цвет черты,… … Википедия

Зелёный цвет — Для термина «Зелёный» см. другие значения. Зелёный Цветовые координаты HEX #008000 RGB¹ (r, g, b) (0, 128, 0) … Википедия

Зеленый цвет — Зелёный Цветовые координаты RGB HEX #00FF00 (r, g, b) (0, 255, 0) (c, m, y, k) (100, 0, 100, 0) (h, s … Википедия

Источник

Чем обусловлена окраска минералов

Главная
English
Биологический кружок ВООП
Гостю кружка
Планы кружка
Экспедиции и выезды
Исследовательская работа
Программа «Parus»
История кружка
Контакты кружка
Полевой центр
Фотогалерея
Летопись биостанции
Статьи о биостанции
Исследовательские работы
Учебные программы
Полевые практикумы
Методические семинары
Вебинары
Исследовательская работа
Проектная деятельность
Экспедиции и лагеря
Экологические тропы
Экологические игры
Публикации (статьи)
Методические материалы
Наглядные определители
Карманные определители
Определительные таблицы
Энциклопедии природы России
Компьютерные определители
Мобильные определители
Учебные фильмы
Методические пособия
Полевой практикум
Природа России
Минералы и горные породы
Почвы
Грибы
Лишайники
Водоросли
Мохообразные
Травянистые растения
Деревья и кустарники
Ягоды и сочные плоды
Насекомые-вредители
Водные беспозвоночные
Дневные бабочки
Рыбы
Амфибии
Рептилии
Птицы, гнезда и голоса
Млекопитающие и следы
Фото растений и животных
Систематический каталог
Алфавитный каталог
Географический каталог
Поиск по названию
Галерея
Природные ландшафты мира
Физическая география России
Физическая география мира
Европа
Азия
Африка
Северная Америка
Южная Америка
Австралия и Новая Зеландия
Антарктика
Рефераты о природе
География
Геология и почвоведение
Микология
Ботаника
Культурные растения
Зоология беспозвоночных
Зоология позвоночных
Водная экология
Цитология, анатомия, медицина
Общая экология
Охрана природы
Заповедники России
Экологическое образование
Экологический словарь
Географический словарь
Художественная литература
Международные программы
Общая информация
Полевые центры (Великобритания)
Международные экспедиции (США)
Курс полевого образования (США)
Международные контакты
Интернет-магазин
Карманные определители
Цветные таблицы
Компьютерные определители
Энциклопедии природы
Методические пособия
Учебные фильмы
Комплекты материалов
Контакты
Гостевая книга
Ссылки
Партнеры
Наши баннеры
Карта сайта

Бесплатные экскурсии в музей Пиявки!
Международный Центр Медицинской Пиявки приглашает посетить музей и узнать о пользе и вреде пиявок, их выращивании, гирудотерапии, лечебной косметике и многом другом. Подробнее >>>

АгроБиоФерма «Велегож» в Подмосковье приглашает!
Принимаются организованные группы школьников и родители с детьми (от 12 до 24 чел.) по учебно-познавательной программе «Введение в природопользование» Подробнее >>>

Зимние учеты птиц России!
Приглашаем биологические кружки, профессиональных орнитологов и просто любителей птиц принять участие в программах зимних учетов птиц «Parus» и «Евроазиатские Рождественские учеты» в зимний сезон 2020-2021 годов. Подробнее >>>

Биологический кружок ВООП приглашает!
Биологический кружок при Государственном Дарвиновском музее г.Москвы (м.Академическая) приглашает школьников 5-10 классов на занятия в музее, экскурсии по вечерам, учебные выезды в природу по выходным и дальние полевые экспедиции в каникулы! Подробнее >>>

Соревнования по полевой ботанике «ВЕСЕННЯЯ ФЛОРА» пройдут в мае-июне 2020 года в онлайн-формате (определение растений по фотографиям). К участию в соревновании приглашаются школьники и взрослые любители природы, проживающие в средней полосе Европейской части России. Подробнее >>>

Международные дни наблюдений за птицами!
Союз охраны птиц России приглашает российских любителей птиц принять участие в акции и загрузить результаты своих наблюдений на www.biodat.ru Подробнее >>>

Здесь может быть бесплатно размещено Ваше объявление о проводимом Всероссийском конкурсе, Слёте, Олимпиаде, любом другом важном мероприятии, связанном с экологическим образованием детей или охраной и изучением природы. Подробнее >>>

Мы публикуем на нашем сайте авторские образовательные программы, статьи по экологическому образованию детей в природе, детские исследовательские работы (проекты), основанные на полевом изучении природы. Подробнее >>>

Минералы и горные породы России и СССР

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛОВ
Оптические свойства

Мир минералов восхищает и покоряет наблюдателя не только скульптурным совершенством, стройностью и изяществом форм кристаллов, но и своей живописью, ласкающим глаз многоцветьем, поразительным разнообразием и великолепием красок, широчайшей цветовой гаммой от мрачноватых черных и бурых тонов до радостных всплесков ярких и насыщенных цветов — красных, синих, зеленых, оранжевых, желтых и т.д., или, наоборот, нежных и легких оттенков цвета — голубого, бледно-зеленого, розового, желтоватого и др.

Откуда же берется все это великолепие? Какие колдовские силы его производят?

Причины, вызывающие появление столь роскошной красочной палитры, запечатленной и воплощенной в минералах, многообразны и в целом достаточно сложны; выяснение природы окраски минералов представляет собой непростую проблему, и ее подлинно научная разработка на основе представлений и методов, используемых в физике твердого тела, имеет, в сущности, всего-навсего четвертьвековую историю. Многие конкретные вопросы, связанные с установлением причин окраски отдельных минералов, не выяснены до сих пор.

Часто в учебниках минералогии, равно как и в специальных книгах, посвященных окраске минералов, можно встретить утверждение, что цвет минералов представляет один из их важнейших, самых ценных диагностических признаков.

Между тем, к настоящему времени следует считать твердо установленной ошибочность такого мнения; диагностическое значение окраски минералов в целом сильно преувеличивается. Подавляющее большинство минералов может под влиянием различных факторов, преимущественно кристалло- и геохимических, приобретать самый разный цвет — буквально в диапазоне от белого (или даже бесцветного) до черного, включая коричнево-бурые, желтые, красные, оранжевые, зеленые, синие и прочие цветовые тона разной насыщенности, с многочисленными тонкими оттенками и градациями цвета.

Следовательно, более правильным и справедливым будет другое утверждение: цвет минералов является не столько диагностическим, сколько одним из важнейших и ценнейших (поскольку прежде всего бросается в глаза) типоморфных признаков: он во многом зависит от условий минералообразования и, следовательно, может способствовать их выяснению.

Окраска минералов, как уже упоминалось выше, представляет собой результат взаимодействия световых волн видимого диапазона (400-740 нм) с электронными оболочками материальных частиц (атомов, ионов и др.), слагающих кристаллическое вещество, и с электронной системой кристалла в целом. Это взаимодействие в общем случае вызывает селективное (избирательное) поглощение каких-то интервалов световых волн видимого диапазона.

При полном поглощении света минерал приобретает черный цвет; наоборот, полное пропускание или отражение (рассеяние) света соответствует бесцветности или белому цвету минерала. В остальных случаях, когда из солнечного спектра как бы «выхватываются» некоторые участки — широкие области, узкие полосы, отдельные спектральные линии и их серии — минерал окрашивается в цвета, дополнительные к цвету поглощенных световых волн.

Селективная абсорбция световых волн может проявляться сильнее или слабее, т.е. волны определенной длины поглощаются в одних случаях практически полностью, в других — лишь частично, иногда в небольшой степени; это определяет интенсивность (густоту, насыщенность) цветового тона минерала. Так, при слабом избирательном поглощении волн красного конца спектра у белого минерала появится голубоватый оттенок, а при сильном поглощении красных лучей минерал окрасится в густо-синий цвет.

Как видим, минералоги XVIII-XIX веков всячески изощрялись в придумывании определений цветовых оттенков минералов.

Лишь в последние годы, и то не столько в минералогии, сколько в геммологии и ювелирном деле, начинают переходить к объективной количественной (колориметрической) цветовой характеристике минералов. Такой подход дает возможность стандартизации описания цвета минералов, что особенно важно при оценке драгоценных камней: в этом случае цвет является одним из наиболее существенных критериев качества кристалло сырья.

Кроме того, возможность количественно (в числовом выражении) представить характеристику цвета минералов способна сослужить хорошую службу при минералогических поисках полезных ископаемых. Ведь ярко окрашенные минералы, сопровождающие труднодиагностируемые рудные минералы (например, белые, без четко выраженных кристаллических форм), зачастую используются как минералы-индикаторы оруденения. А поиски коренных месторождений алмаза (алмазоносных кимберлитовых трубок) ведутся методом пироповой съемки, причем лишь некоторые цветовые разновидности магнезиального граната — пиропа, обладающие вполне определенными спектральными характеристиками, могут служить благоприятным поисковым признаком.

При инструментальном (колориметрическом) определении цвета минералов измеряются три цветовых параметра: цветовой тон (длина волны в соответствии с оптическим спектром), его насыщенность (в относительных единицах или баллах) и яркость (в процентах).

В зависимости от причин, обусловливающих цвет минералов, выделяют три основных типа их окрасок: аллохроматические, идиохроматические и псевдохроматические.

Аллохроматические окраски тесно связаны с микронеоднородным строением минералов и вызываются присутствием в них мельчайших рассеянных включений (вростков) посторонних окрашенных минеральных веществ.

Типичные примеры аллохроматических окрасок — розовые до мясо-красных у ортоклаза или микроклина, равно как и у сердолика или карнеола, содержащих тонкие пылевидные включения гематита или гётита; зеленая окраска хризопраза, обусловленная адсорбированными на поверхности и в порах соединениями никеля и включениями его гидросиликатов; а также некоторых разновидностей кварца и халцедона — празема и плазмы, связанная с рассеянными включениями тонких чешуек хлорита и гидрослюдки (селадонита) или волоконец актинолита; в красно-зеленом гелиотропе присутствуют включения и гематита (или гётита), и хлорита.

Вообще среди аллохроматических окрасок резко доминируют бурые, красные, розовые и зеленые тона, а среди включений минералов, обусловливающих такие окраски, — оксиды и гидроксиды железа и марганца, мелкочешуйчатые разновидности хлоритов, слюдок и т.п. Определенную роль в числе факторов, вызывающих аллохроматические окраски минералов, могут играть и присутствующие в них мелкие газово-жидкие включения (придающие, например, кварцу молочно-белый цвет).

Многие минералы окрашиваются тонкораспыленными частицами органического вещества, углистыми или графитовыми включениями, приобретая темно-серый или темно-бурый (до черного) цвет.

С введением в минералогическую практику поляризационного, а затем и электронного микроскопа причины аллохроматических окрасок расшифровываются довольно легко и быстро, и никаких особых сложностей тут не возникает. Заодно выяснилось, что некоторым минералам аллохроматическая природа окраски приписывалась напрасно; достаточно сказать что еще в 50-х годах аллохроматической считалась окраска таких минералов, как сапфир, аметист и другие цветные разновидности кварца, которая, как теперь установлено, имеет иную природу и ни с какими чужеродными механическими примесями не связана.

Идиохроматические, т.е. собственные окраски минералов представляют наиболее трудную проблему. Именно для их понимания приходится привлекать «тяжелую артиллерию», обращаясь к понятиям и представлениям, развитым в физике твердого тела, и к соответствующим методам исследования,- комбинируя, в частности, оптическую спектроскопию (анализ спектров поглощения и отражения света) со спектроскопией электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), позволяющей выявлять в кристаллах различные точечные дефекты (примеси, вакансии), в том числе и электронно-дырочные центры окраски.

При интерпретации оптических спектров широко используется аппарат зонной теории, разработанной в физике полупроводников и металлофизике, теории кристаллического поля и теории молекулярных орбиталей, составляющих основу современных представлений о химической связи.

Различают несколько групп идиохроматических окрасок минералов в зависимости от механизма поглощения ими световых волн. Избирательное поглощение световых волн видимого спектра обусловлено электронными переходами, которые могут быть четырех типов: внутренние переходы (при наличии в составе минералов переходных металлов с незаполненными электронными оболочками); перенос заряда (электронов) между одновременно присутствующими разнозаряженными ионами одного либо различных металлов или от анионов к катионам; наличие точечных структурных дефектов (например, анионных вакансий — так называемых F центров); переход электронов типа «зона-зона»: из одной зоны проводимости в другую, ближайшую, с преодолением заключенной между ними запрещенной зоны (у металлических и полупроводниковых минералов).

Свет может абсорбироваться самим веществом минерала; каждый такой минерал характеризуется своей фундаментальной полосой поглощения. Окраска подобного типа свойственна некоторым сульфидам с преобладанием ковалентной связи и с полупроводниковыми свойствами, таким как киноварь HgS (красная), гринокит CdS (оранжево-желтый), реальгар AsS (оранжево-красный), аурипигмент As₂S₃ (желтый), а также отдельным оксидам (темно-красный куприт Сu₂О, желто-оранжевые глёт и массикот РbО) и самородным неметаллам (сера).

Окраски минералов этой группы, в большинстве своем высокопреломляющих и полупрозрачных (или просвечивающих в тонких сколах), находят объяснение в электронной теории строения кристаллического вещества (так называемой зонной теории); цвет подобных минералов зависит от соотношения ширины зоны проводимости и запрещенной зоны (различают «узкозонные» и «широкозонные» полупроводники) и непосредственно обусловлен межзонными оптическими переходами электронов.

Большинство таких минералов окрашены в желтые, оранжевые, красные тона, так как лишь коротковолновый синий и фиолетовый свет несет энергию, достаточную для перемещения электронов из одной зоны проводимости в другую, и соответственно эти минералы поглощают только световые волны синей части спектра, приобретая дополнительные к ним цвета; более длинноволновый свет нужной энергией не обладает и потому свободно проходит сквозь эти минералы.

Окраска самородных металлов, большинства сульфидов (и их аналогов), некоторых оксидов (магнетит и др.), графита и других непрозрачных минералов со значительным вкладом металлической связи определяется максимумом отражения, также сопряженным с межзонными оптическими электронными переходами.

Окраска более или менее прозрачных минералов с ионной или смешанной ионноковалентной связью, содержащих в своем составе (в качестве главных компонентов) ионы металлов переменной валентности, обычно обусловлена электронными переходами между ними («переносом заряда» Fe 2+ => Fe 3+ или Ti 3+ => Ti 4+ при одновременном присутствии обоих разновалентных ионов) или между катионами металлов и анионами, например, связанными с ними ионами кислорода («перенос заряда» O 2- => Fe 3+ ; O 2- => Cr 6+ ; O 2- > V 5+ ; O 2- =>МO 6+ и т.д.).

Полосы переноса заряда Fe 2+ => Fe 3+ фиксируются в оптических спектрах таких минералов, как кордиерит, аквамарин, сапфир, вивианит и многие другие), Ti 3+ => Ti 4+ у титанита и других титаносиликатов, а полосы переноса заряда между кислородом и ионами металлов — в спектрах большой группы минералов трехвалентного железа, в минералах классов хроматов, ванадатов, молибдатов (крокоита, ванадинита, вульфенита и др.).

У большинства минералов с преимущественно ионным типом связи окраска связана не с главными компонентами состава, а с присутствующими в них изоморфными примесями — элементами хромофорами. В роли хромофоров (греческое «несущий цвет») в мире минералов выступают 8 d-переходных металлов (т.е. металлов, атомы которых имеют недостроенные электронные d-оболочки): Fe, Cr, Ti, V, Mn, Co, Ni, Cu.

Кроме того, хромофорами могут являться и f-переходные элементы (с недостроенными f-оболочками), в том числе некоторые лантаноиды и уран. Все эти элементы могут быть как примесными (чаще), так и главными (видообразующими) компонентами минералов. В частности, минералам уранила (UO₂)₂, т.е. содержащим 6-валентный уран, присуща (при отсутствии других хромофоров, например, ионов Cu 2+ ) яркая оранжевая или канареечно-желтая окраска, что существенно помогает при поисках месторождений урановых руд, если в них хорошо развита зона окисления (с урановыми слюдками, силикатами и карбонатами урана).

В качестве примеров минералов, содержащих в качестве главных компонентов ионы переходных металлов, которые и являются «виновниками» их окраски, назовем зеленый малахит и синий азурит (Сu 2+ ), изумруд и рубин (Cr 3+ ), родохрозит, триплит и литиофилит (Mn 3+ ), хризолит (Fe 2+ ). Примесь Мn 3+ окрашивает в розовые и сиреневые тона многие безжелезистые минералы пегматитов: лепидолит, розовый турмалин — рубеллит, апатит, кунцит (прозрачный розовый сподумен), розовый берилл-воробьевит, фосфат бериллия гердерит и др.

Следует, впрочем, подчеркнуть, что главным красителем в минеральном мире, несомненно, служит железо, которое, в зависимости от степени окисления (т.е. заряда), от структурной позиции и от концентрации может придавать минералам различные оттенки коричнево-бурого, желтого, зеленого, красного, розового и даже синего цвета, а также (особенно при высоких содержаниях Fe 2+ ) сообщать им черный цвет и непрозрачность.

Окраска минералов с преобладанием ионной связи, обусловленная присутствием хромофоров — ионов переходных металлов, зависит не только от электронной структуры таких катионов, но и от создаваемого ими кристаллического поля, что связано и с окружающими их катионами и анионами. Так, ионы Fe 2+ всегда поглощают красный свет, и потому содержащие их минералы обычно окрашены в зеленые цвета разных оттенков.

При наиболее обычном КЧ Fe 3+ = 6 чем сильнее искажены координационные октаэдры Fe 3+ и чем ниже их симметрия и слабее кристаллическое поле3), тем сильнее ион Fe 3+ поглощает красный свет, и содержащие его минералы приобретают зеленую и желтовато-зеленую окраску: светло-зеленые гранаты — демантоид и гроссуляр; темно-зеленые шпинели — плеонаст и ганит; желтовато-зеленые хризоберилл, везувиан и эпидот (последний может и не иметь желтоватого оттенка, т.е. быть чисто зеленым); темно-зеленый глауконит; и др.

Вместе с тем, при высоком содержании Fe 3+ в минералах, что имеет место в его оксидах и гидроксидах, а также в большинстве фосфатов, арсенатов и сульфатов, главным фактором, определяющим окраску, становится перенос заряда O₂ > Fe 3+ ; полоса переноса заряда (в зависимости от того, насколько она простирается в длинноволновую часть спектра) вызывает желтую, коричнево-бурую, красно-коричневую и красную окраски (гематит, гётит, лепидокрокит, ярозит и многие другие минералы).

Таким образом, заряд поглощающих свет ионов (хромофоров) оказывает большое влияние на окраску минералов. Но не только заряд, а и структурная позиция этих ионов (прежде всего — координационное число, а также межатомные расстояния). Так, примесь железа в бериллах может служить, в зависимости от его валентности, раздельного или совместного присутствия Fe 2+ и Fe3+ и их положения в структуре (в октаэдрах, тетраэдрах или промежутках между координационными полиэдрами), причиной, вызывающей зеленую, желтую или голубую окраску.

Наконец, очень многие минералы обязаны своей окраской присутствующим в них точечным структурным дефектам — электронно-дырочным центрам, возникающим вследствие вхождения посторонних примесных ионов в низких концентрациях и часто в необычном валентном состоянии (например, парамагнитные электронные центры Pb + в амазоните). Замещение Si 4+ 3+ в кварце (с одновременным вхождением Li + или Н + для компенсации заряда, т.е. стабилизации центра) придает кварцу дымчатую окраску.

Цвет лазурита, гакманита, генттельвина обусловлен ионами-радикалами S₃ и S₂ ; некоторые кальциты окрашиваются ионами-радикалами СO₃ 3- ; голубые, синие, лиловые флюориты характеризуются наличием собственных дефектов решетки (без участия посторонних ионов), проявленных либо в форме междуузельных атомов фтора, либо в форме так называемых F-центров (центр окраски), т.е. вакансий фтора (пустых незаполненных узлов решетки, захвативших электрон). В иных случаях окраска флюорита (зеленая, желтая и др.) может быть связана с вхождением редкоземельных элементов.

Число подобных примеров можно многократно увеличить. Например, F-центры обусловливают желтую окраску галита NaCl и анилиново-красную — сильвина КCl, как и вообще в большинстве случаев цвет кристаллов галогенидов щелочей.

Конкретные причины окраски отдельных минералов охарактеризованы при их описании. Следует лишь упомянуть, что подобные «дефектные» окраски минералов весьма часто оказываются нестойкими к солнечному свету и/или повышенной температуре: минералы быстро либо постепенно выцветают на свету или при нагревании. Правда, во многих случаях их окраска восстанавливается после рентгеновского облучения (или под влиянием других видов ионизирующего излучения).

У некоторых минералов окраски такого рода вообще вызываются искусственно — путем термического или радиационного воздействия. Да и в природе подобные окраски у минералов появляются не без участия естественного радиоактивного облучения, активирующего (проявляющего) электронно-дырочные центры.

Третий тип окрасок минералов составляют псевдохроматические окраски, охватывающие целый ряд особых оптических эффектов, которые рассматриваются в основном применительно к некоторым драгоценным камням. В эту группу «ложных окрасок» входят такие эффекты, связанные с явлениями интерференции и дифракции света, его преломлением, дисперсией, полным внутренним отражением и рассеянием, как иризация полевых шпатов (лабрадорита, «лунного камня»), обусловленная их тонкопластинчатым строением, опалесценция — свойство опала, связанное с его глобулярным строением, а также упоминавшаяся выше игра света вследствие высокой дисперсии («огонь», сияние, или искрение камня); обычно заодно с ними описывают и эффекты, вызываемые присутствием в минерале ориентированных игольчатых включений или полых канальцев — астеризм («звездчатые» камни), либо тонковолокнистым строением («эффект кошачьего глаза»), либо, наконец, наличием мелких чешуйчатых вростков (слюды, гематита и т.п.) — авантюриновый эффект (относящийся, строго говоря, к аллохроматизму).

К явлениям псевдохроматизма принадлежит также побежалость, являющаяся для некоторых минералов, особенно из класса сульфидов, реже оксидов, характерным диагностическим признаком. Побежалость зависит от состояния поверхностного слоя минерала и представляет собой тонкие цветные иризирующие (часто радужные) пленки на поверхности минеральных индивидов и агрегатов, внешне напоминающие пленки масла или нефтепродуктов на поверхности воды. Радужная побежалость наблюдается, например, на халькопирите, ковеллине, иногда пирите и других сульфидах, а также на кристаллах гематита (железного блеска), на почковидных агрегатах гётита; пёстрая или сине-фиолетовая — на борните, голубая или синяя — на гранях кристаллов магнетита, ильменита и др.

Окраска часто распределяется в минерале неравномерно; нередко она контролируется зональным или секториальным строением кристалла, причем окрашенные зоны или пирамиды роста перемежаются либо с бесцветными (агаты, аметист, турмалин), либо с зонами другого цвета (полихромный турмалин). Нередко наблюдается и незакономерное, пятнистое распределение окраски в кристалле.

Наконец, нельзя не сказать, что окраска минералов может зависеть не только от внутренних причин, но и от внешних, а именно — от окраски падающего на них света, т.е. от «цветовой температуры» источника освещения.

Наиболее резко такая зависимость от длины волны падающего света выражена у минерала александрита (драгоценная разновидность хризоберилла): при дневном (естественном) освещении он кажется зеленым, при вечернем (т.е. искусственном) — красным. Это связано с тем, что в спектре александрита (а хромофором в данном случае служит Cr 3+ ) имеются «окна», пропускающие свет как в зеленой, так и в красной областях. Спектр дневного (солнечного) света соответствует цветовой температуре 6000K, имея максимум интенсивности в зеленой области; «окно» в зеленой части спектра александрита пропускает эти зеленые лучи, и минерал кажется зеленым.

Искусственное освещение — будь то электрическая лампа или свечи — имеет цветовую температуру порядка 2400К, и в его спектре максимум интенсивности приходится на более длинноволновое излучение. Но в спектре александрита есть и «окно», соответствующее длинам волн более 600 нм; оно-то и пропускает красные лучи, вследствие чего окраска камня меняется с зеленой на красную.

Усилению «александритового эффекта» способствуют и особенности физиологии зрения человека, которое наиболее чувствительно к зеленому цвету.

Александритовый эффект, правда, менее резко проявленный, свойствен и некоторым хромсодержащим пиропам из алмазоносных кимберлитовых трубок. Он воспроизводится также в синтетических кристаллах хризоберилла-александрита (с 1973 года) и в искусственных имитациях александрита — искусственном корунде с переходами от зеленовато-голубого до бледно-фиолетового цвета (но не красного), а также в синтетической шпинели (с добавкой ванадия).

Расшифровка природы окраски минералов вообще приобретает особо важное практическое значение в работах по выращиванию искусственных кристаллов драгоценных камней и их имитаций, когда для придания синтетическим кристаллам нужного цвета необходимо знать, чем вызывается окраска их природных аналогов.

Приведенный обзор показывает всю сложность проблемы происхождения окраски минералов, которая зависит от многих, притом нелегко выявляемых факторов. Отсюда — серьезные трудности, встающие на пути исследователя, пытающегося расшифровать ее природу в каждом конкретном случае.

В разделе Методические материалы Вы также можете познакомиться с описаниями разработанных экологическим центром «Экосистема» печатных определителей растений средней полосы, карманных определителей объектов природы средней полосы, определительных таблиц «Грибы, растения и животные России», компьютерных (электронных) определителей природных объектов, полевых определителей для смартфонов и планшетов, методических пособий по организации проектной деятельности школьников и полевых экологических исследований (включая книгу для педагогов «Как организовать полевой экологический практикум»), а также учебно-методических фильмов по организации проектной исследовательской деятельности школьников в природе. Приобрести все эти материалы можно в нашем некоммерческом Интернет-магазине. Там же можно приобрести mp3-диски Голоса птиц средней полосы России и Голоса птиц России, ч.1: Европейская часть, Урал, Сибирь.

Источник

• ← Чем обусловлена окраска корки
• Чем обусловлена окраска стенки кисты при геморрагическом инсульте →