矿物的物理性质.ppt

第四章 矿物的物理性质 0 前言 1 定义：即矿物作为整体化合物所具有的各方面的 物理学性质总和，主要包括矿物的光学性质、力 学性质、电学性质、磁学性质、热学性质（导热 性、热膨胀性质、挥发性）及其放射性、可塑性 、流变性等。 2 矿物物理性质的影响因素：成分、结构、形态、 环境的物理化学条件等因素。物理化学条件是通 过热力学原理控制矿物的物理性质。 3 研究矿物性质的意义：包括3方面鉴定矿物 （宝玉石的鉴定）、矿物成因研究（提供矿物形 成的环境条件信息指导找矿）、矿物材料开发应 用的基础。 1 一 矿物的光学性质 1矿物的颜色：对可见光选择性吸收是矿物呈现出 颜色的主要原因。可见光波长为390750 nm。在 自然光的照射下矿物对光产生吸收、透射和反射， 这些作用的共同结果产生了矿物的颜色。当矿物对 光全部均匀吸收，则矿物呈现出黑色；基本上不吸 收则为无色或白色；当只选择性地吸收某些波长的 光波，则透射或反射出另外一些色光即为该矿物的 彩色。 决定矿物颜色的因素有：（1）离子内部的电 子跃迁。（2）离子间的电子转移。（3）能带间 的电子跃迁。 2 3 （4）色心由于各种因素的影响在晶体内部质 点的排列偏离了格子构造重复规律形成的晶格缺陷 ，这些晶格缺陷能引起相应的电子跃迁而使晶体显 色，最为常见的是F心（阴离子缺失所引起）和V心 （阳离子缺失所引起）。 （5）物理光学效应，包括晕色某些透明矿物 的表面常呈现出的一种彩虹般的色带，如白云母、 方解石、石英等；锖色某些不透明矿物经风化 后表面产生氧化薄膜，引起的反射光的干涉作用， 使矿物呈现出各种颜色的混合即为锖色，如斑铜矿 ；变彩某些矿物在转动时或沿不同角度观察可 呈现出不同的颜色的变化，这种现象即为之，如拉 长石。 4 菱锰矿 尖晶石 电气石自然金 5 2 矿物的条痕： 是矿物粉未的颜色，可以消除假色，减少 他色，比矿物颜色更为稳定，是鉴定矿物 的重要特征之一。由于白色或无色矿物的 条痕都为白色，因此，条痕对这两类矿物 无鉴定意义，而对彩色矿物和金属色矿物 的鉴定具有非常重要的意义。 6 3矿物的透明度： 是指矿物可以透过可见光的程度，透明度的大小 与矿物薄片的厚度有关，是否透明很大程度地取 决于厚度，一般光学薄片的厚度为0.03mm。据光 线在标准岩石（或矿物）薄片中的透明程度，把 矿物分为透明矿物（如长石和石英等）、半透明 矿物（如辰砂和锡石）、不透明矿物（如方铅矿 和黄铁矿等）。 值得注意的是在判别矿物是否透明的基础理论 是在标准厚度下，而对于手标本上的矿物和岩石 是否透明，常是从矿物的边缘观察。 影响矿物的透明度的因素包括：矿物中的包裹体 、气泡、杂质、裂隙及矿物的集合体形式等。 7 4 矿物的光泽： 是指矿物表面的反射能力，按照反射率的 大小，光泽分为金属光泽、半金属光泽、 金刚光泽和玻璃光泽 8 9 由于光泽与透明度、条痕有关，所以用肉眼观察光泽时一般 需参考矿物的条痕和透明度。 表4-1 矿物的光泽分类及与透度、条痕的关系 光泽金属光泽半金属光泽金刚光泽玻璃光泽 反射率（R） /（%） 2519251019410 条痕黑色、灰黑 、绿黑、或 金属色 深色（棕色 、褐色） 浅色（浅黄 、桔黄、桔 红） 无色、白色 透明度不透明不透明透明-半透 明 透明 特征金属般光泽弱金属般光 泽 金刚石般光 泽 玻璃般光泽 代表性矿物自然金、黄 铁矿、方铅 矿 铬铁矿、黑 钨矿 金刚石、辰 砂、雌黄 石英、长石 、方解石 10 5 矿物的发光性：是指矿物在受到外加能量的 激发下，产生可见光的性质。 据能量的来源不同可分为： 光致发光由可见光、红外光、紫外光等激发 阴极射线发光由电子束激发 辐射发光由X射线、射线等激发 热致发光由热能激发 电致发光激发能量来源于电能 摩擦发光激发能量来源于摩擦的机械能 化学发光激发能量来源于化学反应的能量 据发光的持续时间的长短又可分为： 萤光：当外加能量消失即发光体一旦停止受激，发光现象立即消失的发 光现象即为萤光。 磷光：当外加能量消失即发光体一旦停止受激，发光体仍持续发光的发 光现象即为磷光。 矿物的发光特性是鉴定矿物的重要标志，同时由于有的矿物特殊的发光 特征，用于制作一些发光材料。 11 二 矿物的力学性质 0 矿物的力学性质：矿物的力学性质是指矿 物在外力作用下表现出的性质即为之。主 要有解理和硬度，次之为延展性、脆性、 弹性和挠性。 12 1矿物的硬度： 矿物的硬度为矿物抵抗外来刻划、压入、研磨等机械作用 的能力，它是极为重要的鉴定标志。 测定的方法可分为：划入法和压入法。 划入法沿用摩氏硬度计中硬度十级，由软到硬依次为：滑 石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉 、刚玉、金刚石。一些随手可得的东西可以大致确定矿物 的硬度：指甲的硬度为2.5，小刀为5.5，铜针3，钢针 5.56，玻璃片5.5、瓷器片66.5。 压入法沿用维克法，用金刚石正方形锥体，在上方加 上重物，测量金刚石的压痕对角线长度，然后用相应公式 进行计算，求出各种矿物的精确硬度。 维氏硬度与摩氏硬度的对应关系不是线性的关系。 13 影响硬度的因素包括：主要是晶体 结构的牢固程度，这与化学键的类 型及其强度密切相关。共价键矿物 的硬度最大、离子键矿物的硬度中 等、金属键矿物的硬度较小、分子 键矿物的硬度 最小。 14 2矿物的破裂性质（解理、裂开、断口 ） 解理和断口：矿物受到外力（如敲打、挤 压）的作用后，矿物沿着一定的结晶方向 发生破裂，若裂出光滑的平面的性质则称 为解理，相应的面称为解理面；若裂出的 凸不平且方向任意的断面称为断口。 15 影响解理的因素有：主要是由于矿物 晶体结构决定的，由于晶体具有异向性， 在不同的结晶方向键力是有差异的，解理 面往往是沿着面网间化学键力最弱的方向 产生的。多平行面网密度最大的方向或平 行异号离子组成的电中性面网而产生解理 。 16 解理的分级： 极完全解理矿物在外力作用下极易裂成薄片，解理面平滑 、完整很难生成断口。如云母、石墨、辉钼矿等。 完全解理：在外力作用下，很容易裂成平面，但不是薄片，解 理面是平滑的。如方解石、方铅矿、萤石等。 中等解理：在外力作用下，产生明显的解理，但解理不太光滑 和平整。如白钨矿。 不完全解理：在外力作用下，不易裂 出解理，解理面小且不平 整。如磷灰石。 极不完全解理：在外力作用下极难产生解理，多成断口，一般 无解理。如石英。黄铁矿、石榴子石。 矿物的解理和断口是互为消长的，解理体现出晶体的各向异性 ，又体现出矿物的对称性。采用单形符号来表示。17 18 晶面与解理面的区别 晶面解理面 打击后 的性质 为晶体外面的一层平面， 被击破后即消失 为晶体内部结构上连结力 弱的方向，受力打击后可 边续出现互相平行的平面 光亮度晶面上一般比较暗淡解理面上一般比较光亮 平面花 纹 晶面一般不太平整，仔细 观察时常见凸凹不平痕迹 或各种晶面花纹 解理面比较平整，但可出 现规则的解理面或解理纹 19 3 矿物的脆性与延展性：矿物在外力作用 下容易破碎的性质称为脆性。如镜铁矿的 硬度虽然大于小刀，但由于其脆性大可用 小刀压碎成小粒或粉未。脆性是离子键矿 物的一种特性，离子键程度 大脆性随之加 大。 矿物在外力的打击或拉引下，容易形成薄 片和细丝的性质称为延展性。延展性是金 属键矿物的一种特性，如自然金、自然银 、自然铜等矿物。一些硫化物矿物如辉铜 矿。当用小刀刻划具有延展性的矿物时， 会留下一道光亮的沟痕，以此区别脆性。 20 4 矿物的弹性与挠性： 矿物在外力作用下发生弯曲，但当外力消 失后恢复原状，此性质称为弹性。如云母 和石棉等矿物。 而当外力消失后，不能恢复原来形状的性 质，称为挠性。如滑石、绿泥石、蛭石。 21 三 矿物的密度与相对密度 矿物的密度为矿物的极其重要的性质，它反映了 矿物的化学组成和晶体结构，是指矿物单位体积 的质量，通常用g/cm3表示，而相对密度为同体 积的矿物和水的比值，即为相对密度，是一个无 量纲。 密度分级是以2.5和4分为三级，即为轻矿物（相 对密度小于2.5，如石盐、石膏）、中等矿物（ 相对密度介于2.54之间，如石英、金刚石等） 和重矿物（相对密度大于4，如重晶石、方铅矿 、自然金等 ）。相对密度的确定方法有掂量法 和实测法。 22 四 矿物的电学性质 1 矿物的导电性：矿物对电流的传导能力。可分为 绝缘体（如金刚石、石英等）、良导体（金属键的 自然金、自然银和自然铜等矿物）和半导体（黄铁 矿和方铅矿等）。 2 矿物的介电性 3 矿物压电性：某些矿物晶体在机械力的作用下因 形变而呈现的荷电的性质称为压电性。压电性只出 现在无对称中心且具有极性轴的各种矿物中，如石 英等。可作为检波器材料。 4 矿物的热电性：即所谓的焦电性。当矿物的温度 发生变化时，在晶体的某些结晶方向产生荷电的性 质。这些矿物都有是无对称中心且具有极性轴的介 电质矿物中。如电气石、方硼矿和异极矿等，可用 于红外探测中。 23 五 矿物的磁学性质 1 矿物的磁性是指矿物能被永久性磁铁或电 磁铁吸引或排斥的性质。 2 根据矿物在外磁场作用下，表现的性质， 把矿物分