2023学年完整公开课版光学性质

GAC宝玉石鉴定师职业培训课程教育部职业教育宝玉石鉴定与加工专业教学资源库GemsandJadeIdentificationandProcessingTeachingResourceLibrary矿物的光学性质建设者姓名：孙竹琳矿物的光学性质

矿物的光学性质主要是矿物对可见光的反射、折射、吸收等所表现出来的各种性质，包括颜色、条痕、光泽和透明度；也指矿物受不同能量激发而发出可见光的性质即发光性。1、矿物的颜色（1）定义：

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。

自然可见光：白色波长由长至短分别为：红橙黄绿蓝青紫7种颜色。矿物的光学性质（2）矿物颜色与其对光的作用关系：

黑色：对自然光中不同波长的光波均匀地全部吸收；

无色或白色：对自然光基本上不吸收；

灰色：各色光波被均匀地部分吸收；

彩色：选择性地吸收某种波长的色光时，矿物将呈现出被吸收色光的补色。（透明矿物：透过光的颜色；不透明矿物：反射光的颜色）（3）根据矿物呈色原因，对矿物的颜色进行分类：

自色、他色、假色矿物的光学性质体色：透明或半透明的矿物所呈现出的透射光的颜色，为被吸收光的补色。例如，橄榄石的橄榄绿。表面色：金属晶格矿物的颜色多为表面色，是反射光的颜色，是吸收能量后处于激发态的电子回到基态时释放出来的能量，与被吸收光的颜色一致。例如，黄铁矿的浅铜黄色。1）自色：自色是矿物本身固有化学成分和晶体结构决定的颜色。又可分为体色和表面色。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，无鉴定意义。例如，东陵石的内含物为大量的铬云母，使其呈绿色。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、包裹体等）的作用发生干涉、衍射、散射等所产生的的颜色。假色是一种物理光学效应，只对少数矿物有辅助鉴定意义，在宝石学上也有一定的意义。矿物的光学性质矿物中常见的假色主要有：①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不均匀地彩色即锖色。只见于矿物表面，剥除氧化膜后锖色消失。斑铜矿表面具有独特的蓝、靛、红、紫等不均匀锖色。②晕色：某些透明矿物内部存在一系列平行密集的解理面或裂理面，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，称为晕色。例如，白云母、冰洲石、透石膏等无色透明晶体的解理面上最易看到。矿物的光学性质③变彩：某些透明矿物内部存在一许多微细叶片状或层状结构界面，可引起衍射干涉作用而出现不均匀色彩，从不同方向观察时，这种不均匀色彩随方向而变换。

例如，贵蛋白石具蓝、绿、紫、红等色的变彩；拉长石可出现蓝绿、金黄、红紫等变彩。④乳光（也称蛋白光）：某些矿物含有许多远小于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生成一种略带柔和蓝色调的乳白色浮光。

例如，月长石（月光石）（钾长石和钠长石交互生成显微层片状结构的特殊条纹长石）和乳蛋白石均可见到这种乳光。第一节

矿物的光学性质（4）自色的致色的机理主要有四种：①离子内部电子跃迁致色(含过渡型离子的矿物)

当自然光照射时，矿物中致色元素离子吸收光能从而使其外层电子由基态跃迁到激发态，跃迁中吸收光能（吸收光）使矿物呈色。过渡型离子具有未填满的d或f轨道，在配位阴离子的作用下，这些轨道发生能级分裂，能级间的能量差与某波长的光波能量相当而致其被吸收，位于低能轨道上的电子跃迁到较高能级的轨道（称为d-d跃迁或f-f跃迁）。

色素离子：能够使矿物呈色的过渡型离子。主要有第4周期的TiVCrMnFeCoNi；其次为WMoUCu和稀土元素的离子。最常见的Fe2+：绿色；Fe3+：红褐色。矿物的光学性质②离子间电荷转移致色(含变价元素矿物)在光波的作用下，矿物中的一些变价元素的离子可以发生相邻离子间的电子转移（电子跃迁）。由于电子转移过程中部分光波被吸收，矿物便呈现这部分光波的补色。

当矿物晶格中相互连接的配位多面体中存在同种元素不同价离子如Fe2+和Fe3+，Mn2+和Mn3+，或Ti3+和Ti4+时，这种电子转移极易发生。例如，蓝闪石呈蓝色就是其结构中Fe2+和Fe3+之间电荷转移的结果。③能带间电子跃迁(自然金属或硫化物矿物)能带理论认为：矿物中的原子或离子，其外层电子均处于一定的能带。能带的下部为价带，上部为导带，两者间为禁带。价带：被电子占满的能带能量较低，称为价带或满带；导带：未被电子占满的能带能量较高，为导带；禁带：不允许有电子占据的能量范围，能带间的能量间隙。矿物可吸收能量高于禁带宽度的色光，使电子从价带跃迁到导带而呈色。例如：辰砂（HgS）的禁带宽度为32×10-16J，相当于620nm的波长，矿物能吸收除红光以外的其它色光而成红色。矿物的光学性质④色心(碱金属和碱土金属化合物)色心是一种能选择性吸收可见光波的晶格缺陷，它能引起相应的电子跃迁而使矿物呈色。

例如：萤石（CaF2）的紫色和石盐(NaCl)的蓝色就分别是因晶格中F-和Cl-空位所引起的F心所致。矿物的光学性质2、矿物的条痕（1）条痕的概念：

矿物的条痕是指其粉末的颜色，通常将矿物在素瓷（白色釉瓷板）上擦划后获得。（2）条痕的意义：

消除假色、减弱他色、突出自色。例如：不同成因的赤铁矿可呈不同色调，但其条痕总是特征的红棕色（或称樱红色）。（3）条痕的适用范围：

适用于不透明矿物和彩色或深色的透明-半透明矿物，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。不适用于白色、无色或浅色的透明矿物。

矿物的光学性质3、矿物的透明度（1）概念：是指矿物允许可见光透过的程度。（3）一般将矿物的透明度分为3级：

透明：允许绝大部分光透过，矿物条痕常为无色、白色或略浅色；

半透明：允许部分光透过，矿物条痕呈各种彩色；

不透明：基本不允许光透过，矿物条痕为黑色或金属色。普通角闪石、普通辉石：黑色，透明，条痕白色或很浅的颜色。（2）判别透明度等级的依据：

0.03mm厚的薄片在偏光显微镜下观察透光度。肉眼鉴定矿物时，依照碎片边缘的透光程度，结合颜色、条痕和光泽综合判断

矿物的光学性质3、矿物的透明度（4）影响透明度的因素：内因：主要取决于矿物对可见光的吸收程度，即取决于矿物的晶格类型和化学组成。

一般地，金属晶格中存在着自由电子，对光线的吸收较强，因而透明度较低；原子晶格透明度较高；离子晶格因离子类型而异，总体上透明度较高。

外因：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。

第一节

矿物的光学性质4、矿物的光泽（1）概念：是指矿物表面对可见光的反射能力。（2）观察部位：在新鲜平滑晶面或解理面上进行观察。（3）矿物光泽的精确表征需借助矿物的反射率数值。反射率(R)是平滑表面对垂直入射光反射的百分率。第一节

矿物的光学性质4、矿物的光泽（4）肉眼观察时，将矿物的光泽分为4个等级：①金属光泽：

矿物具金属色，条痕呈黑色或金属色，不透明。②半金属光泽：

矿物呈金属色，条痕为棕色、褐色等深彩色，不透明—半透明。③金刚光泽：

颜色和条痕均呈浅色、白色或无色，半透明—透明。④玻璃光泽：

矿物为无色、白色或浅色，条痕呈无色或白色，透明。矿物的光学性质4、矿物的光泽（5）矿物的特殊光泽：①油脂光泽：某些具玻璃光泽或金刚光泽、解理不发育的浅色透明矿物。②树脂光泽：

在某些具金刚光泽的黄、褐或棕色透明矿物上。③沥青光泽：

解理不发育的半透明或不透明黑色矿物。④蜡状光泽：

某些透明矿物的隐晶质或非晶质致密块体上。矿物的光学性质4、矿物的光泽⑤丝绢光泽：无色或浅色、具玻璃光泽的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。⑥珍珠光泽：

浅色透明矿矿物的极完全解理面上呈现出如同珍珠表面或蚌壳内壁那种柔和而多彩的光泽。⑦土状光泽：

呈土状、粉末状或疏松多孔状集合体的矿物，表面如土状暗淡无光。

矿物的光学性质4、矿物的光泽（6）影响矿物光泽的因素：

主要因素是化学键类型：①具金属晶格的矿物，呈现金属或半金属光泽；②具共价键、离子键或分子键的矿物，一般呈玻璃光泽或金刚光泽。矿物的光学性质5、矿物的发光性（1）定义：矿物的发光性，是指矿物在某种外加能量的激发下发出可见光的性质。（2）激发源主要有：紫外光、可见光、电子束、X射线、γ射线、高速质子流、加热、加电、摩擦和化学试剂等。