站內搜索: 資訊

新聞中心

是什么決定了礦物的顏色?

日期:2017年11月23日 09:37
顏色是礦物最明顯、最直觀的性質,對我們欣賞和認識礦物有極大的影響,觀察顏色的經驗對于鑒定區分不同礦物是至關重要的。
123
 
中國畫常有的顏色主要是花青、藤黃、胭脂、朱砂、赭石、石青、石綠等,前3種是植物顏色,后4種是礦物顏色。植物顏色在空氣中不穩定,易變色;而礦物顏色穩定,千年不變。如綠色的孔雀石,褐紅色的赤鐵礦等都可作為天然顏料。
 
那么礦物的顏色是怎樣形成的呢?
4
 
礦物的顏色是礦物對入射自然光(390~770nm)中不同波長的光波吸收后,透射和反射的。當礦物受到自然光照射,自然光中的某些波段的能量被吸收。被吸收的能量用于把電子躍遷到別的能級,所吸收的光的能級被從自然光中抽離,從而在組成自然光的能級波譜中留下一個或者多個吸收譜線,這一現象叫做光的選擇性吸收。當自然光的一部分以這種方式被吸收,我們的眼睛只能感受到順利穿過或反射并達到我們眼睛的剩下的殘余能量。大腦把這些殘余的能量組合到一起,并記錄成單一的一種顏色,即礦物的體色。
5
 
當礦物對白光中的不同波長的光波同等程度的吸收時,礦物所呈現的顏色取決與吸收程度。
 
如果是均勻地全部吸收,礦物呈黑色;若基本上都不吸收,則為無色或白色;若各色光均被均勻地吸收了一部分,則視其吸收量的多少,而呈現不同濃度的灰色。如果礦物只選擇性吸收地吸收某種波長的色光時,則礦物呈現出被吸收的色光的殘余色。
 
礦物的顏色又可分為體色(body color)和表面色(surface color)。
 
6
 
對于透明或半透明的礦物,可見光可入射到其內部一定的深度,當晶格內的某些電子從基態躍遷到激發態所需的能量正好與某波長的可見光的能量相當時,這些電子即可吸收入射光中的這部分光而從基態躍遷到激發態,剩余部分色光則重新透射、散色或反射出礦物的表面而使礦物呈現的顏色,稱為礦物的體色,即礦物透光的顏色,表現為被吸收色光的補色。 
 
有些礦物的體色是有構成材料主要成分的化學元素導致的,這種叫做自色礦物。體色有非構成材料主要成分而是以礦物中痕量“雜質”存在的元素所導致的,這種叫做他色礦物。
 
7
 
決定礦物顏色的重要因素主要有以下幾個方面,金屬離子的電子躍遷、離子間的電子轉移、色心致色和物理光學致色。但在每個礦物中,有不止一種因素會產生或導致其顏色。
 
因素一:分散的金屬離子
 
在化學元素中,被稱為過渡元素的一組八個金屬元素是許多礦物呈色的原因,也成為色素離子,主要為周期表中第四周期的Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni,以及次要的W、Mo、U、Cu和稀土元素等離子。
 
8
 
因為過渡金屬的離子都具有未填滿的d或f電子亞層,電子在離子內部的軌道間躍遷(即d-d躍遷或f-f躍遷)。
 
不同的過渡元素趨于產生不同的顏色。例如紅寶石中的紅色是由鉻元素產生的,而金綠寶石中的黃色是由鐵產生的。其中最常見的是通常分別使礦物呈綠色和紅褐色的Fe2+和Fe3+。
 
 
9
 
此外,還有一些礦物是因為其他元素而呈色的,例如天河石是微斜長石中綠色至藍綠色的變種,含有Rb和Cs,一般Rb2O的含量為1.4%~3.3%,Cs2O為0.4%~0.6%,其顏色有一種說法是含Rb致色,也有人認為是其中含有微量的Pb取代結構中的K,引起結構上的缺陷產生色心而導致呈色。 
10
 
所感受到的顏色還取決于致色離子在晶體結構中的位置,以及晶體結構的本身。通常情況下,晶體中的過渡元素大多是由氧離子環繞的,然而對于同樣的離子,不同的排列環繞方式將產生不同的影響。例如二價鐵離子在橄欖石中產生綠色,而在鐵鋁榴石中產生紅色。
 
產生的體色之所以會不同,是與電子從一個能級躍遷到另一個能級所需要的能量有關,環繞過渡元素離子的氧離子的距離和數量將影響電子躍遷能級的能量大小。
 
11
 
在紅寶石和祖母綠中,環繞每個過渡金屬鉻離子的氧原子的數量是相同的,但晶體中的晶體結構環境是不同的,氧原子與鉻離子之間的距離也是不同的,電子躍遷所需要的能量也不同,這種差別導致晶體對自然光的吸收稍有不同,而這足以對顏色產生巨大的影響。例如鉻存在于綠柱石結構中,我們看到的是祖母綠濃艷的綠色。而存在于剛玉結構中我們看到的是紅寶石鮮艷的紅色。
 
12
 
當入射光的光譜隨光源而改變,如日光與鎢絲白熾光的能量分布稍有不同,透過部分晶體,這種差別將足以改變體色,導致大腦把不同條件下透過晶體的殘余能量解釋為完全不同的顏色。這就是變色效應。有變色效應最著名的就是鉻釩致色金綠寶石的變色品種-------變石。石榴石和螢石等礦物也會產生變色效應。
 
13
 
對螢石的變色有貢獻的元素是過渡元素Fe 、V和稀土元素Y、Sr、 Nb 、Sm,在螢石晶體內呈類質同象置換的雜質元素離子。
 
我國四川平武雪寶頂的白鎢礦常呈橘黃色,十分醒目。其顏色成因與主量化學成分和晶體結構關系并不明顯,可能與晶體結構中較小的超微結構或是微量元素、稀土元素有關。
 
14
 
廣西陽朔的磷氯鉛礦常呈現亮綠色。其實純凈的磷氯鉛礦是無色透明的,磷氯鉛礦中具有選擇吸收的離子主要是Fe2+、Fe3+、Cu2+、Ni2+,致色元素是以Fe離子為主,Cu離子和Ni離子含量較少,它們比Fe離子少了一個數量級,可以認為磷氯鉛礦的顏色主要是Fe離子作用。當Fe3+離子含量較大時會使磷氯鉛礦呈現黃色,Fe2+比較多的時候致使磷氯鉛礦呈現綠色。
 
15
 
決定礦物顏色的重要因素主要有以下幾個方面,金屬離子的電子躍遷、離子間的電子轉移、色心致色和物理光學致色。但在每個礦物中,有不止一種因素會產生或導致其顏色。

所屬類別: 行業動態

該資訊的關鍵詞為:

3d定独胆百期无错公式