Оптические свойства минералов

Оптические свойства минералов: цвет, цвет черты, прозрачность и блеск, определяются визуально.

Цвет– наиболее яркое и первое свойство, которое бросается в глаза. Для многих минералов он  непостоянен.  Природа окраски минералов описана в параграфе 2.2.3. пособия 8. Важно помнить, что цвет также зависит от размера кристаллов и количества разных примесей в них. Так у более крупных кристаллов окраска более насыщенная, чем у мелких кристаллов; у агрегатов – еще более темная и разнообразная.

1	2
3	4
5	6
7	8

Рис. 1. Морфология кристаллов: 1, 2 – изометричные кристаллы - октаэдры алмаза (1) и магнетита (2); 3, 4 – изометричные кристаллы пирита –пентагондодекаэдр (3) и гексаэдр (или куба, 4); 5 – столбчатые кристаллы берилла в виде комбинации гексагональной призмы, пирамид и пинакоидов; 6 – столбчатые кристаллы кварца (горного хрусталя) в виде комбинации тригональных призм и пирамид; 7 – сростки (агрегат) крупных и гигантских чешуйчатых кристаллов слюды; 8 – агрегат гигантских чешуйчатых кристаллов благородного талька

По цвету выделяют две основные группы минералов: светлые и темные. К светлым породообразующим минералам относятся галит, гипс, кальцит, доломит, ангидрит, кварц и опал, все полевые шпаты, нефелин и некоторые другие. В целом перечисленные минералы имеют светлую окраску с разными оттенками, часто серую до почти черной за счет примеси углистого вещества. Их окраска зависит часто от наличия механических примесей – своеобразных «заноз» других минералов, или дефектов кристаллической решетки. Например, лабрадор имеет темно-серый до черного цвет и иризацию (серо-синюю игру цвета при наклоне образцов) за счет механических примесей мелких кристалликов темных пироксенов – авгита.

К темным породообразующим минералам относятся авгит, роговая обманка, слюды, оливин, серпентин и многие другие силикаты. Их окраска зависит, прежде всего, от наличия ионов железа различной валентности, концентрации и разного положения (координации) в кристаллической решетки. Другими наиболее распространенными хромофорами в минералах являются марганец, хром, медь, никель и кобальт.

Цвет черты– цвет тонкого порошка минерала, который он оставляет на фарфоровой пластинке – бисквите.Этот свойство минерала легко определить, проводя испытуемым минералом черту по шероховатой, непокрытой глазурью поверхности фарфора. Цвет черты является наиболее постоянной характеристикой минерала.

По цвету черты различаются многие железосодержащие минералы: красный железняк (гематит) дает вишнево-красную черту, бурый железняк (лимонит) – бурую и желтую, магнитный железняк (магнетит) – черную, авгит и роговая обманка – зеленоватую черту. Светлые минералы имеютсветлую черту. Твердость бисквита около 5,5, соответственно черту оставляют минералы с меньшей твердостью. Минералы с относительной твердостью более 6 царапают фарфоровую пластинку и не имеют цвета черты.

Прозрачность – способность минерала пропускать свет через тонкие пластинки и сколы. Различают прозрачные (горный хрусталь, мусковит, исландский шпат), полупрозрачные (сфалерит, киноварь, гипс, халцедон) и непрозрачные (магнетит, пирит, графит) минералы. Таким образом, прозрачность можно увидеть на тонких сколах.

Блеск – способность минерала отражать своей поверхностью свет в различной степени. Для многих минералов характерен неметаллический стеклянный блеск, который напоминает блеск стекла. Такой блеск имеют обычно светлые прозрачные и полупрозрачные минералы со светлой чертой: флюорит, кварц, ангидрит, галит, карбонаты: кальцит, доломит и другие. Они падающий свет в основном поглощают. У минералов с неметаллическим блеском различают шелковистый (асбест, гипс-селенит), жирный (тальк, нефелин и в отдельных местах кварц), матовый (каолин, лимонит), восковой (кремень, тальк), перламутровый (тальк, мусковит, пластинчатый гипс), алмазный (алмаз, циркон, сфалерит) и другие разновидности блеска. Полуметаллический и металлический блеск имеют полупрозрачные и непрозрачные минералы обязательно с темной чертой. Минералы с металлическим блеском напоминают блеск гладкой поверхности металла, то есть падающий свет они отражают.

Таким образом, для определения блеска следует внимательно присмотреться к минералу и провести по бисквиту для определенияцвета черты.

Механические свойства

К механическим относятся свойства, определяемые при каком-либо механическом воздействии на минерал: твердость, спайность и излом.

Твердость – сопротивление, которое оказывает поверхность минерала при попытке поцарапать ее другим камнем или иным предметом. Обычно определяется относительная твердость с помощью минералов шкалы Мооса или ее заменителей.Шкала Мооса состоит из десяти наиболее распространенных минералов, расположенных в порядке увеличения твердости (табл.2). На практике обычно пользуются заменителями минералов шкалы. Сначала диагностируемый минерал царапают ногтем по поверхности грани или спайности: если он царапается, то относится к группе мягких. Если не царапается, то необходимо острым концом минерала с усилием провести по стеклу: царапает, значит это твердый минерал; не царапает – минерал средней твердости (2,5….5,5). Твердость можно уточнить путем царапанья другими заменителями (см. табл. 2).

Таблица 2

Твердость минералов шкалы Ф. Мооса

* На практике часто используются следующие заменители минералов: ноготь – 2,5; медная монета – 3,5; лезвие перочинного ножа – 4… 5,5; стекло – 5,5; напильник – 7

Абсолютная твердость определяется с помощью использования микроскопа и точной аппаратуры в специальных лабораториях для точной диагностики минерала и изучения изменения его твердости в разных направлениях.

Для визуальной диагностики минералов достаточно определить относительную твердость с помощью шкалы Мооса и ее заменителей. В определителях минералов твердость является важнейшим диагностическим свойством, которое определяется после оптических свойств.

Спайность – способность минералов раскалываться или расщепляться по определенным кристаллографическим направлениям с образованием ровных как будто полированных зеркальных поверхностей скола индивидов – плоскостей спайности. Спайность может появляться в одном, двух, трех и четырех направлениях. Это свойство обусловлено внутренним строением кристаллов и не зависит от их внешней формы.

Различают несколько видов спайности:

– весьма совершенная спайность – минерал легко расщепляется на тончайшие пластинки и чешуйки (слюда, тальк, графит);

– совершенная спайность – на поверхностях скола индивидов наблюдается ровные и зеркальные плоскости в одном (гипс), двух (полевые шпаты, пироксе-ны), трех (галит и кальцит) или четырех (флюорит) направлениях; 

– весьма несовершенная спайность (или отсутствует) – поверхности раскола кристаллов неровные, волнистые и раковистые (кварц и нефелин).

Часто выделяют и среднюю спайность, когда при расколе образуются как ровные поверхности скола в 1-ом или 2-х направлениях, так и неровные в 2-х или 1-ом направлениях. Точно определить спайность можно лишь у обломков крупных кристаллов, когда можно наблюдать сколы в 3-х или даже 4-х направлениях. Чаще минеральные зерна находятся в агрегатах и можно увидеть сколы в одном или максимум в двух направлениях.

Излом характеризует общую поверхность разрыва и раскалывания минералов. Различают излом неровный – сера, апатит; ступенчатый – галит и галенит; занозистый – амфиболы, асбест; раковистый – нефелин, халцедон, опал; землистый – каолинит.

Таким образом, для определения спайности и излома следует найти свежую, недавно разбитую, не покрытую вторичными минералами и налетами поверхность сколав образце; путем его вращения (наклонов в разные стороны) пытаться охарактеризовать поверхности сколов. Если видите как будто полированные поверхности, значит, спайность есть, и надо постараться увидеть в скольких направлениях имеются такие зеркальные сколы, как выглядит общая поверхность сколы – ступенчатый или пластинчатый излом. Если зеркальные поверхности сколов отсутствуют, а они неровные, волнистые и т.п., то и спайность несовершенная или весьма несовершенная или отсутствует.

Прочие свойства минералов

Плотность минералов колеблется в широких пределах (г/см³ ): галит – 2,2; гипс – 2,3; киноварь – 8,0; медь – 8,9; серебро – 11; платина – 21; иридий (са-мый тяжелый минерал) – 22,7. Большинство минералов имеет плотность 2,5…3,5 г/см³. Она определяется приблизительно на вес, когда держим в руках близкие по объему образцы.

Минералы обладают и рядом других физических свойств: хрупкостью, плавкостью, магнитностью, вкусом, запахом, люминесценцией, радиоактивностью.

Для отдельных минералов прочие свойства могут быть отличительными признаками, например, галит (поваренная соль) имеет соленый вкус, графит пачкает руки, сера пахнет при горении, магнетит отклоняетмагнитную стрелку компаса, кальцит реагирует с 5%-ой соляной кислотой с выделением CO₂ , барит отличается тяжелым удельным весом и т.п.

Диагностика каждого минерала (минерального вида) производится на основе определения всего комплекса свойству отдельных минеральных индивидов (зерен, кристаллов), поскольку агрегат обладает уже другими свойствами. Минералоги для полной характеристики кроме диагностических свойств определяются генетико-информационные свойства минералов с помощью современных методов: люминесценции, ЭПР и ЯМР, электронной микроскопии и др.