第四章-矿物的物理性质课件

第四章矿物的物理性质第四章矿物的物理性质1

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2

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3

一、矿物的颜色

颜色：

矿物对入射的白色可见光

（390～770nm）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4电磁波谱电磁波谱5

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：

①若均匀地全部吸收，矿物呈黑色；

②若基本上均不吸收，矿物呈无色或

白色；

③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62）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7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8①含过渡型离子的矿物，呈现出

被吸收色光的补色。

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。②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。

①含过渡型离子的矿物，呈现出92）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：103）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：11①锖色：

某些不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。①锖色：12②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。②晕色：13③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。

③变彩变彩：14④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，使入射光发生漫反射所致。

④乳光乳光：15

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16①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。

①不透明矿物和鲜艳彩色的条痕17②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。

②某些矿物由于类质同像混入物18

三、矿物的透明度

透明度：

矿物允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191）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：20

影响因素：①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。②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：21

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22

据矿物新鲜平滑的晶面、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231）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：242）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：253）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：26光线在金刚石晶体中传播示意n1n2光线在金刚石晶体中传播示意n1n2274）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：28

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292）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：303）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：314）珍珠光泽：

浅色透明矿物的极完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：325）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：336）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：347）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：35

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：36

1）矿物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，37

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38

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39

磷光：矿物在外加能量的激发下

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40

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：41

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42一、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43

解理产生的原因：

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：44①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。

①原子晶格，各方向的化学键力45②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。

②离子晶格，因静电作用，解理46③多键型的分子晶格，解理面∥由分子键联结的面网。

③多键型的分子晶格，解理面47④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而无

解理。④金属晶格，由于失去了价电子48

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：49

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：①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：50

②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。②完全解理：51③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。

③中等解理：52④不完全解理：

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。④不完全解理：53⑤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。

⑤极不完全解理：即无解理。54

注意：

晶体中可有一种或几种不同等级的解理。注意：55

研究意义：①解理是鉴定矿物的重要依据之一。②对已知矿物，据

解理可确定其结晶方位及晶体的对称性。③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：56

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，

只能出现在晶体上。

2．裂开57

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：58（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59

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60①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。

②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中。③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。

①解理和断口产生的难易程度互为61

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：①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：62②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。③平坦状断口：

断面较平坦，见于块状矿物。

②锯齿状断口：63④参差状断口：

呈参差不平状，见于大多数脆性矿物及块状或粒状集合体。④参差状断口：64⑤土状断口：

断面粗糙、呈细粉状，为土状矿物特有。⑤土状断口：65⑥纤维状断口：

呈纤维丝状，见于纤维状矿物集合体上。

⑥纤维状断口：66

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67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：68

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69

1812年奥地利FriedrichMohs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(Mohsscaleofhardness)。

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(2.0～2.5)、小钢刀(5～6)、铜针(3)、玻璃(5.5～6.0)、钢针(5.5～6.0)1812年奥地利FriedrichMohs提出用十种硬度703、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(Ca［SO4］·2H2O)和硬石膏(Ca［SO4］)的硬度分别为2和3～3.5。3、影响矿物硬度的主要因素：713、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，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+＝0.108nm——H菱镁矿(Mg［CO3］)=3.5～4.5>H方解石(Ca［CO3］)(3)若离子半径相近，则离子电价越高的矿物硬度越大。例:rCa2+Ⅷ=0.112nm,rTh4+Ⅷ=0.105nm——H萤石(CaF2)=4<H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（Ca［CO3］）=2.72<D文石（Ca［CO3］）=2.94，CNCa2+方解石=6<CN文石=9——H3方解石<H文石3.5～4。3、影响矿物硬度的主要因素：72

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。

73

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74

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。四、矿物的脆性与延展性75

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76晶格滑移示意图晶格滑移示意图77第四章-矿物的物理性质课件78

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79

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801）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：

①

轻的：相对密度＜

2.5。

②

中等的：大多数非金属矿物的

相对密度为2.5～4。

③

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81

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：82

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83

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：

①

强磁性：矿物块体或较大的颗粒能被吸引。如磁铁矿。

②

弱磁性：矿物粉末能被吸引。如铬铁矿。

③

无磁性：矿物粉末也不能被吸引。如黄铁矿。肉眼鉴定时，一般以马蹄形磁铁或84

三、矿物的电学性质

1．导电性

和

介电性1）导电性：

矿物对电流的传导能力。主要取决于化学键类型及内部能带结构特征。

三、矿物的电学性质85①

具金属键的自然元素矿物和某些金属硫化物，极易导电，为电的良导体。

②

离子键或共价键矿物具弱导电性或不导电。非金属矿物是非导体称为

绝缘体。

③主要是大部分深色硫化物、硫盐和氧化物矿物，当温度升高时，导电性

增强；温度降低时则不导电。导电性介于

导体与绝缘体之间，称为半导体。①具金属键的自然元素矿物和某些862）

介电性：

不导电(电介质的)

或导电性极弱的矿物在外电场中被极化产生感应电荷的性质。

介电常数(电容率)，主要取决于阴、阳离子的类型、半径、极化率及矿物的内部结构。硫化物和氧化物的介电常数较大。

意义：分离电介质矿物；有助于划分成矿阶段、判断矿床成因等。2）介电性：87

四、矿物的其他物理性质

导热性、热膨胀性、熔点、

易燃性、挥发性、吸水性、可塑性、

放射性、嗅觉、味觉、触觉……四、矿物的其他物理性质88（3）矿物的放射性某矿物由于含有放射性元素（如U、Th、Ra等）而使得该矿物具有放射性。放射性：放射性元素自发地从原子核内释放出粒子或射线，同时释放出能量，称作放射性。元素释放离子、能量的过程称作衰变过程。放射性衰变可以导致晶体结构破坏，甚至把晶体转变为非晶体。衰变过程中释放出的粒子和能量可以氧化临近矿物中所含的过渡金属离子（如Fe2＋），使其变为高价离子，从而使晶体结构遭受破坏。（3）矿物的放射性89（五）矿物的发光性

1、定义：自然界有些矿物在外加能量的激发下，往往能明显地发出可见光，这种性质称为矿物的发光性(luminescence)。2、矿物发光的激发源：能使矿物发光的激发源很多，主要有：紫外线、阴极射线、X射线、γ射线和高速质子流等各种高能辐射，以及加热、摩擦等。矿物发光的实质是矿物晶格中的原子或离子的外层电子受外加能量的激发时，首先从基态跃迁到较高能级的激发态，由于激发态不稳定，受激电子随即会自发地分段向基态跃迁，同时将吸收的部分能量以一定波长的可见光的形式释放出来。即光－能－光转换过程。

（五）矿物的发光性903、矿物发光性的类型：按外加激发源的不同，矿物的发光性主要可分为以下几种：(1)热发光(或称热释光，thermoluminescence)：以一定的升温速率对矿物样品加热使其发光。具体地有两种研究方法：①天然热发光(naturalthermoluminescence)，②辐射热发光(radiothermoluminescence)。目前，热发光技术已广泛应用于地质学领域，用以提供矿床成因和找矿信息、矿床(体)的评价和预测、地质年龄的测定、地层对比和划分、岩相古地理分析及地质温度计研究等。此外，热发光还在材料、考古、陨石、核试验及环境保护等领域均有深入和独到的应用。(2)阴极发光(cathodoluminescence)：用电子枪产生的高速电子流（阴极射线）激发矿物，导致矿物发光。阴极射线具有较高的激发密度，能使大多数矿物发光，因此，目前在矿物发光研究中得到更为普遍的应用。例如，人们成功地利用阴极发光成像技术研究沉积岩石学问题：通过碳酸盐矿物的发光研究进行地层对比；对石英砂颗粒的发光研究以确定变质程度。阴极发光也广泛应用于宝石鉴定方面。(3)X射线发光(X-rayluminescence)：是用X射线激发样品，导致矿物发光。对那些在紫外光和阴极射线激发下发光特征不明显的矿物，是一种有效的手段。3、矿物发光性的类型：91(4)光致发光(photoluminescence)：是由紫外光或可见光等激发矿物而产生的发光现象。这是过去矿物发光研究和鉴定的主要方法，特别是对白钨矿和金刚石的鉴定、找矿和选矿更为有效。尚有质子发光(protonoluminescence)、摩擦发光(triboluminescence)和场致发光(electroluminescence)等。

按照发光持续时间的长短，将矿物发出的光分为两种：磷光和荧光矿物在外加能量的激发下发