矿物的物理性质课件

1、Chap.4 矿物的物理性质Chap.4 矿物的物理性质 决定因素： 矿物的成分和结构 矿物的形成条件 研究意义： 1）鉴别矿物的主要依据 2）提供有关矿物的信息 3）广泛应用于国民经济中 决定因素： 矿物的成分和结构 矿物的光学性质： 矿物对可见光的反射、折射、 吸收等所表现出来的各种性质。 1 矿物的光学性质 矿物的光学性质： 1 矿物的光学性质 一、矿物的颜色 颜色： 矿物对入射的白色可见光 （390770nm）中不同波长的光波 吸收后，透射和反射的各种波长 可见光的混合色。 一、矿物的颜色电磁波谱电磁波谱 1）当矿物对各色光同等程度地均匀 吸收时，其所呈颜色取决于吸收程度： 若均匀地全

2、部吸收，矿物呈黑色； 若基本上均不吸收，矿物呈无色或 白色； 若各色光皆被均匀地吸收了一部分， 则视吸收量的多少，而呈现不同浓度的 灰色。 1）当矿物对各色光同等程度地均匀 2）当矿物选择性地吸收某种波长的色光时，矿物呈现被吸收的色光的补色。 2）当矿物选择性地吸收某种波长 根据产生的原因，矿物的颜色通常分为 自色、他色和假色。 1）自色： 由矿物本身固有的化学成分和内部结构 所决定的颜色,是由于组成矿物的原子或 离子在可见光的激发下，发生电子跃迁 或转移所造成的。 体色（透射出吸收光波的补色） 表面色（反射色） 根据产生的原因，矿物的颜色通常分为 含过渡型离子的矿物，呈现出 被吸收色光的补色

3、。 色素离子： 能使矿物呈色的过渡型 离子，主要有Ti、V、Cr、Mn、Fe、 Co、Ni离子；次有W、Mo、U、Cu 和稀土元素等的离子。 由惰性气体型离子所构成的矿物， 对可见光不吸收，故呈无色或白色。 含过渡型离子的矿物，呈现出 2）他色： 矿物因含外来带色的杂质、 气液包裹体等所引起的颜色。 注意： 少数矿物因晶格缺陷（如色心） 而引起。大部分碱金属和碱土金属的 化合物的呈色主要与色心(最常见F心) 有关。如萤石的紫色等。 2）他色： 3）假色： 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、 散射等而引起的颜色。 3）假色： 锖色： 某些不

4、透明矿物的表面氧化薄膜 引起反射光的干涉作用而使矿物 表面呈现斑驳陆离的彩色。 锖色： 晕色： 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。 晕色： 变彩变彩： 某些透明矿物，因内部存在 许多厚度与可见光波长相当的 微细叶片状或层状结构，引起 光的衍射、干涉作用，导致其 不均匀分布的各种颜色会随 观察方向的不同而发生变换。 变彩变彩： 乳光乳光： 某些矿物中见到的一种类似于 蛋清般 略带柔和淡蓝色调的 乳白色浮光。 这是由于矿物内部含有许多 远比可见光波长为小的其他矿物 或胶体微粒，使入射光发生漫反

5、射 所致。 乳光乳光： 二、矿物的条痕 条痕： 矿物粉末的颜色，通常是以矿物在白色 无釉瓷板上擦划所留下的粉末的颜色。 矿物的条痕能消除假色、减弱他色、 突出自色，比矿物颗粒的颜色更为稳定、 更有鉴定意义。 二、矿物的条痕 不透明矿物和鲜艳彩色的条痕 尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素矿物，具重要鉴定意义；而浅色或白色、无色透明矿物的条痕多为白色、浅灰色等浅色，无鉴定意义。 不透明矿物和鲜艳彩色的条痕 某些矿物由于类质同像混入物 的影响，条痕和颜色会有所变化。 根据条痕的微细变化，可大致 了解矿物成分的变化，推测矿物的 形成条件。 某些矿物由于类质同像混入物 三、矿物的透明度 透明度： 矿物允

6、许可见光透过的程度。 据矿物碎片刃边的透光程度， 配合矿物的条痕，矿物的透明度 分三级： 三、矿物的透明度 1）透明： 能透过绝大部分光，条痕为 无色、白色或浅色。 2）半透明： 可允许部分光透过，条痕呈红、褐等 各种彩色。 3）不透明： 基本不允许光透过，条痕呈黑色或 金属色。 1）透明： 影响因素： 主要与其对可见光的吸收程度 有关，即取决于矿物的晶格类型和 阳离子类型。 矿物中的裂隙、包裹体，及矿物 的集合方式、颜色深浅和表面风化 程度。 影响因素： 四、矿物的光泽 光泽： 矿物表面对可见光的反射能力。 矿物反光的强弱主要取决于 矿物对光的折射和吸收的程度。 四、矿物的光泽 据矿物新鲜平

7、滑的晶面、解理面 或磨光面上反光的强弱，配合矿物 的条痕和透明度，矿物的光泽分四个 等级： 据矿物新鲜平滑的晶面、解理面 1）金属光泽金属光泽： 反光很强，似平滑金属磨光面 的反光。 矿物具金属色，条痕呈黑色 或金属色，不透明。 1）金属光泽金属光泽： 2）半金属光泽半金属光泽： 反光较强，似未经磨光的 金属表面的反光。 矿物呈金属色，条痕为棕色、 褐色等深彩色，不透明半透明。 2）半金属光泽半金属光泽： 3）金刚光泽金刚光泽： 反光较强，似金刚石般明亮耀眼 的反光。 颜色和条痕均呈浅色（ 如 浅黄、桔红、浅绿等）、白色或无色， 半透明透明。 3）金刚光泽金刚光泽： 光线在金刚石晶体中传播示意

8、n1n2光线在金刚石晶体中传播示意n1n2 4）玻璃光泽玻璃光泽： 反光较弱，呈普通平板玻璃表面 的反光。 矿物为无色、白色或浅色， 条痕呈无色或白色，透明。 4）玻璃光泽玻璃光泽： 矿物不平坦的表面或矿物 集合体的表面上的特殊变异光泽： 1）油脂光泽油脂光泽： 某些解理不发育的浅色透明矿物 的不平坦断口上呈现的似油脂般的 光泽。 矿物不平坦的表面或矿物 2）树脂光泽： 某些具金刚光泽的黄、褐或 棕色透明矿物的不平坦断口上的 似松香般的光泽。 2）树脂光泽： 3）沥青光泽： 解理不发育的半透明或不透明 黑色矿物的不平坦断口上乌亮 沥青状光泽。 3）沥青光泽： 4）珍珠光泽： 浅色透明矿物的极完

9、全解理面上 的如珍珠表面或蚌壳内壁柔和而 多彩的光泽。 4）珍珠光泽： 5）丝绢光泽： 具玻璃光泽的无色或浅色透明矿物 的纤维状集合体表面常呈蚕丝或 丝织品状的光亮。 5）丝绢光泽： 6）蜡状光泽： 某些透明矿物的隐晶质或非晶质致密块体上的似蜡烛表面的光泽。 6）蜡状光泽： 7）土状光泽： 呈土状、粉末状或疏松多孔状 集合体的矿物表面如土块般暗淡 无光。 7）土状光泽： 影响因素： 主要是矿物的化学键类型： 1）具金属键的矿物一般呈金属光泽 或半金属光泽； 2）具共价键的矿物一般呈金刚光泽 或玻璃光泽； 3）具离子键或分子键的矿物，对光 的吸收程度小，反光很弱，光泽即弱。 影响因素： 1）矿物

10、光泽的等级一般是确定的， 但变异光泽因矿物产出的状态不同 而异。 2）光泽是矿物鉴定的依据之一， 也是评价宝石的重要标志。 1）矿物光泽的等级一般是确定的， 五、特殊光学效应 由于宝石内部具有包裹体、双晶、 微细球状结构等特殊内在因素， 导致光的干涉、散射、衍射等现象， 使宝石显现出特殊的光学效应。 常见的有： 猫眼效应猫眼效应、星光效应星光效应、变色效应等。 五、特殊光学效应 六、矿物的发光性 发光性： 某些矿物在外加能量的激发下 能明显地发出可见光。 激发源主要有： 紫外光、阴极射线、x射线、 射线和高速质子流等各种高能辐射， 以及加热、摩擦、可见紫光等。 六、矿物的发光性 磷光：矿物在外

11、加能量的激发下 发光，当撤除激发源后，发光的 持续时间10-8秒； 而持续发光时间10-8秒的发光 称荧光。 磷光：矿物在外加能量的激发下 注意： 矿物的发光性与晶格中存在 微量杂质元素及因杂质而产生 的晶格缺陷有关。 注意： 矿物的力学性质： 矿物在外力（如敲打、挤压、 拉引、刻划等）作用下所表现出来 的性质。 2 矿物的力学性质 矿物的力学性质： 2 矿物的力学性质一、矿物的解理、裂开和断口 1解理 解理： 矿物晶体受应力作用而超过弹性 限度时，沿一定结晶学方向破裂成 一系列光滑平面。这些光滑的平面 称解理面。 注意：解理是晶质矿物才具有的特性。一、矿物的解理、裂开和断口 解理产生的原因：

12、 解理严格受晶体结构因素 晶格类型及化学键类型、强度和 分布的控制，解理面常沿面网间 化学键力最弱的面网产生。 解理产生的原因： 原子晶格，各方向的化学键力 均等，解理面面网密度最大即d 最大的面网。 原子晶格，各方向的化学键力 离子晶格，因静电作用，解理 沿由异号离子组成的、且 d大的 电性中和面网产生；或者，解理面 两层同号离子层相邻的面网。 离子晶格，因静电作用，解理 多键型的分子晶格，解理面 由分子键联结的面网。 多键型的分子晶格，解理面 金属晶格，由于失去了价电子 的金属阳离子为弥漫于整个晶格内 的自由电子所联系，晶体受力时 很易发生晶格滑移而不致引起键的 断裂。故金属晶格具强延展性

13、而无 解理。 金属晶格，由于失去了价电子 解理的表示方法： 解理 解理反映出晶体的异向性和 对称性。 通常用相应的单形及其 符号以表示解理的方向、组数和 夹角。解理面上之解理纹可反映出 解理的组数和夹角。 解理的表示方法： 解理的等级： 解理，据其产生的难易程度及完好性， 通常分为五级： 极完全解理极完全解理： 矿物受力后极易裂成薄片， 解理面平整而光滑。 解理的等级： 完全解理： 矿物受力后易裂成光滑的平面或 规则的解理块，解理面显著而平滑， 常见解理面的阶梯。 完全解理： 中等解理： 矿物受力后常破裂成较小的不很平滑的平面，解理面不太连续，常呈阶梯状，且闪闪发亮，清晰可见。 中等解理： 不

14、完全解理： 矿物受力后不易裂出 解理面，仅断续可见 小而不平滑的解理面。 不完全解理： 极不完全解理：即无解理。 矿物受力后很难出现解理面， 仅在显微镜下偶尔可见零星的 解理缝。 极不完全解理：即无解理。 注意： 晶体中可有一种或几种不同等级 的解理。 注意： 研究意义： 解理是鉴定矿物的重要依据之一。 对已知矿物，据 解理可确定 其结晶方位及晶体的对称性。 解理的特征，能反映出矿物 晶体结构的某些特点。解理与晶面如何区别？ 研究意义： 2裂开 裂开裂开： 某些矿物晶体在应力作用下， 有时可沿着晶格内一定的结晶方向 破裂成平面。裂开的平面称裂开面。 注意： 从现象上看，裂开酷似解理， 只能出现

15、在晶体上。 2裂开 产生的原因： 裂开的产生取决于杂质的夹层及 机械双晶等结构以外的非固有因素。 裂开面 沿 产生 产生的原因： （1）裂开只见于某些矿物的某些 晶体上，也可能不遵循晶体的对称性。 （2）裂开只对少数矿物有鉴定意义； 可推测矿物的成分、成因及形成历史。 （1）裂开只见于某些矿物的某些 3断口 断口： 矿物内部若不存在由晶体结构 所控制的弱结合面网，则受力后 将沿任意方向破裂成不平整的断面。 3断口 解理和断口产生的难易程度互为 消长。晶格内各方向的化学键强度近于 相等的矿物晶体，受力后形成一定形状 的断口，而很难产生解理。 断口既可见于矿物单晶体上，也可 出现在同种矿物的集合体

16、中。 断口不具对称性，不反映矿物的 内部特征。只作为鉴定矿物的辅助依据。 解理和断口产生的难易程度互为 断口的描述方法： 矿物的断口主要藉于其形状来描述， 常见的有： 贝壳状断口贝壳状断口： 呈圆形或椭圆形的光滑曲面， 出现以受力点为中心的不很规则 的同心圆波纹，形似贝壳。 断口的描述方法： 锯齿状断口： 呈尖锐锯齿状，见于强延展性 的自然金属元素矿物。 平坦状断口： 断面较平坦，见于块状矿物。 锯齿状断口： 参差状断口： 呈参差不平状，见于大多数脆性 矿物及块状或粒状集合体。 参差状断口： 土状断口： 断面粗糙、呈细粉状，为土状 矿物特有。 土状断口： 纤维状断口： 呈纤维丝状，见于纤维状矿

17、物 集合体上。 纤维状断口： 二、矿物的硬度 硬度： 矿物抵抗外来机械作用 (如刻划、压入或研磨等)的能力。 二、矿物的硬度硬度的测定方法硬度的测定方法： 大致有刻划法、静压入法、 动压入法、研磨法、弹跳法 和 摇摆法等。硬度的测定方法硬度的测定方法： 矿物肉眼鉴定中，通常采用 摩斯硬度 ( HM )，系一种刻划硬度。 摩斯硬度计： 以十种硬度递增的矿物为标准 来测定矿物的相对硬度。 矿物肉眼鉴定中，通常采用1812年奥地利Friedrich Mohs提出用十种硬度递增的矿物为标准来测定矿物的相对硬度，以确定矿物抵抗外来刻划的能力，此即摩斯硬度计(Mohs scale of hardness)

18、。 摩氏硬度计：1滑石；2石膏；3方解石；4萤石；5磷灰石；6长石；7石英；8黄玉；9刚玉；10金刚石。 指甲(2.02.5)、小钢刀(56)、铜针(3)、玻璃(5.56.0)、钢针(5.56.0)1812年奥地利Friedrich Mohs提出用十种硬度3、影响矿物硬度的主要因素：（1）化学键的类型及强度。 一般地，典型原子晶格离子晶格 金属晶格分子晶格氢键为主的矿物。（2）含H2O或OH-者硬度通常都很低。如石膏(CaSO42H2O)和硬石膏(CaSO4)的硬度分别为2和33.5。3、影响矿物硬度的主要因素：3、影响矿物硬度的主要因素：（3）离子晶格矿物：当矿物结构类型相同(等型结构)时，

19、若离子电价也相同，则矿物的硬度随离子半径的减小而增高。例：rMg2+0.066nm，rCa2+0.108nmH菱镁矿(MgCO3)=3.54.5H方解石(CaCO3)(3) 若离子半径相近，则离子电价越高的矿物硬度越大。例: rCa2+=0.112nm, rTh4+=0.105nmH萤石(CaF2)= 4H方钍石(ThO2) (6.5)。当结构类型不同，但其他因素类同时，矿物的硬度则随质点堆积的紧密程度的增高(即阳离子的配位数增高)而增大。例：D方解石（CaCO3）= 2.72D文石（CaCO3）=2.94，CNCa2+方解石=6CN文石=9H3方解石H文石3.54。3、影响矿物硬度的主要因素

20、： 硬度的影响因素： 1）化学键的类型及强度： 矿物的硬度主要取决于 其内部结构中质点间联结力 的强弱。 硬度的影响因素： 典型原子晶格的硬度很高；但具以 配位键为主的原子晶格的大多数硫化物 矿物，因键力不太强，故硬度并不高。 离子晶格矿物的硬度通常较高，但 随离子性质的不同而变化较大。 金属晶格矿物的硬度较低(某些过渡 金属除外)。 分子晶格因分子间键力极微弱，其 硬度最低。 以氢键为主的矿物的硬度很低。 典型原子晶格的硬度很高；但具以 2）离子半径、电价、配位数及结构的 紧密程度，决定着键力的强弱，影响离子 晶格矿物的硬度。3） 含水矿物 的硬度通常都很低。 2）离子半径、电价、配位数及结

21、构的 矿物的硬度具异向性。 同一矿物晶体的 不同单形的晶面上， 甚至同一晶面的 不同方向上的硬度 均会有差异。 三、矿物的弹性与挠性 弹性：某些层状或链状结构的矿物 在外力作用下发生弯曲形变，当外力 撤除后，在弹性限度内能自行恢复原状 的性质。 挠性： 某些层状结构的矿物在撤除 使其发生弯曲形变的外力后，不能 恢复 原状的性质。 矿物的弹性和挠性取决于晶格内结构 层间或链间键力的强弱。 三、矿物的弹性与挠性 四、矿物的脆性与延展性 脆性：矿物受外力作用时易发生破碎 的性质。见于绝大多数非金属晶格矿物。 延性：矿物受外力拉引时易成为细丝 的性质。 展性： 矿物在锤击或碾压下易形成 薄片的性质。

22、四、矿物的脆性与延展性 延展性是矿物受外力作用发生晶格 滑移形变的表现，是金属键矿物的一种 特性。 肉眼鉴定时，用小刀刻划矿物表面， 若留下光亮的沟痕而不出现粉末或 碎粒，则矿物具延展性。 延展性是矿物受外力作用发生晶格晶格滑移示意图晶格滑移示意图矿物的物理性质课件 一、矿物的密度和相对密度 密度：矿物单位体积的质量(g/cm3)。 矿物的密度可据矿物的晶胞大小 及其所含的分子数和分子量计算 得出。 3 矿物的其他物理性质 一、矿物的密度和相对密度3 矿物的其他物理性质 相对密度(比重)： 纯净的单矿物 在空气中的重量与4时 同体积的 水的重量之比。 相对密度(比重)： 纯净的单矿物 1）相对密度无量纲，其数值与密度 相同，但它更易测定。 2）矿物的相对密度通常分为三级： 轻的： 相对密度 2.5 。 中等的：大多数非金属矿物的 相对密度为2.54 。 重的：相对密度 4 。硫化物 及自然金属元素矿物基本上属此类。 1）相对密度无量纲，其数值与密度 研究意义： 对某些矿物的鉴定、分选 及其应用均具重大意义，有时 可作成因标志并指导找矿。 研究意义： 二、矿物的磁性 磁性磁性：矿物在外磁场作用下被磁化 所表现出能被外磁场吸引、排斥或 对外界产生磁场的性质。 二、矿物的磁性 肉眼鉴定时，一般以马蹄形磁铁或 磁化小刀来测试矿物的磁性，粗略分为 三级： 强磁性：矿物块体