矿物的颜色由什么决定的?
矿物颜色是由矿物的成分和内部结构决定的。组成矿物的离子的颜色、矿物晶体中的结构缺陷,以及矿物中的杂质和包裹体等,也都可影响矿物的颜色。主要分为自色、他色和***色三种。其中自色对于每种矿物是比较固定的。有的***色对于某些特定矿物是特征性的,因而,它们可以作为矿物的重要鉴定特征之一。
首先,矿物的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。
矿物呈现出的颜色有多方面原因,据此将矿物的颜色分为自色、他色和***色。
(1)自色
顾名思义就是矿物本身固有的化学成分和晶体结构决定的对自然光选择性吸收、折射和反射而表现出来的颜色,是光波与晶格中的电子相互作用的结果。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,因此无鉴定意义,但又重要的成因意义。
(3)***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、裂隙和包裹体等)的作用而发生干涉、衍射和散射等所产生的颜色。***色是一种物理的光学效应,只对少数矿物有***鉴定意义,在宝石学上也有一定意义。常见的***色主要有:
关于这个问题,中国科普博览邀请中国科学院地质与地球物理研究所的左亚彬来回答:
自色是矿物本身所固有的颜色,即在成因上与矿物本身的固有化学成分(及结构)有直接关系的颜色。它主要由离子内部电子跃迁、离子间电荷转移、能带间电子跃迁、色心等引起,如下图:
他色,即由非矿物本身固有的因素所引起的颜色,通常为色素离子、机械混入物、气液包裹体等。如因含各种离子(Fe3+、Ti4+、Cr3+、Fe2+等)而呈不同颜色的电气石。
***色是矿物表面氧化膜或其他物理因素(如裂隙等)引起光的干涉、衍射等物理光学过程,所呈现的矿物颜色。
***色的种类有很多:
(1)锖色:不透明矿物风化后,其表面氧化成一层薄膜,而引起反射光的干涉作用,使矿物表面所具有的颜色。例:斑铜矿的新鲜面为铜***,氧化表面呈紫色,且有蓝色斑点。
(2)晕色:透明矿物表面常呈出的一种彩虹状色带。如:白云母、方解石的晕色是由于解理和裂隙对光的连续反射而引起的光的干涉的结果。
矿物对可见光选择性吸收是物体呈现颜色的主要原因。不同颜色的光波,一般用不同波长来表示,以纳米为单位,1nm=109m。可见光波波长在390-760nm之间,其间波长由长至短依次显示红橙黄绿青蓝紫等色。它们的混合色就是白色。
当矿物受白光照射,便对光产生吸收、透射和反射等各种光学现象。如果矿物对光全部吸收时,矿物呈现黑色;如果对白光中所有波长的色光均匀吸收,则矿物呈现灰色;基本上都不吸收则为无色或白色。如果矿物只选择吸收某些波长的色光,而透过或反射出另一些色光,则矿物就呈现颜色。此外,由于光波多次反射、散射、干涉等,物理化学作用,亦能影响矿物的呈色。
矿物的颜色多种多样。呈色的原因,一类是白色光通过矿物时,内部发生电子跃迁过程而引起对不同色光的选择性吸收所致;另一类则是物理光学过程所致。导致矿物内电子跃迁的内因,最主要的是色素离子的存在,如Fe3+使赤铁矿呈红色,V3+使钒榴石呈绿色等。是晶格缺陷形成"色心",如萤石的紫色等。矿物学中一般将颜色分为3类:自色是矿物固有的颜色;他色是指由混入物引起的颜色;***色则是由于某种物理光学过程所致。如斑铜矿新鲜面为古铜红色,氧化后因表面的氧化薄膜引起光的干涉而呈现蓝紫色的锖色。矿物内部含有定向的细微包体,当转动矿物时可出现颜色变幻的变彩,透明矿物的解理或裂隙有时可引起光的干涉而出现彩虹般的晕色等。