Наиболее яркий и выразительный внешний признак минералов – цвет. Минералы отличаются чрезвычайно большим разнообразием цвета и оттенков, интенсивности и сочности. Цвет минералов зависит от их внутренней структуры, от механических примесей присутствия элементов примесей (хромофоров).
Для одних минеральных видов характерны окраска, по которой их можноопределить почти безошибочно. Для них цвет – диагностический признак: малахит – зеленый, родонит - розовый, киноварь - красная, лазурит – синий, сера - желтый и другие.
Иногда один и тот же минерал может иметь разный цвет: кальцит – бесцветный, белый, желтый, бурый, серый, зеленый, голубой и т.д.; полевые шпаты – белые, желтые, красные, зеленые, черные и т.д.; флюорит – фиолетовый, зеленый, розовый, желтый, бесцветный и т.д.;
В зависимости от цвета один и тот же минерал может иметь разные названия: кварц черный – морион, фиолетовый – аметист, дымчатый – раухтопаз, желтый – цитрин, прозрачный – горный хрусталь; корунд красный – рубин, синий – сапфир, бесцветный - лейкосапфир; берилл зеленый – изумруд, голубой – аквамарин, желтый - гелиодор.
Окраска минералов может быть собственнная (идиохроматическая), когда цвет обусловлен целиком особенностями химического состава, кристаллической структурой, присутствием хромофоров или дефектностью кристаллической структуры. Известны многие элементы-хромофоры, т.е. носители окраски: Cr (зеленый, желтый, красный), Mn (красный), Fe (дает цвета начиная с желтого до темно-коричневого), Ti (фиолетовый цвет), V (голубовато-зеленый), Co (красный и синий), Cu (зеленый или синий), Mo , W и U . Этиэлементы могут быть в минерале главными, например, медь в малахите или марганец в родоните, они и образуют собственную окраскуэтих минералов, соответственно зеленую и розовую.Элементы-хромофоры могут быть в видепримеси. Например, примесь хромав берилле превращает его в зеленый изумруд, а в корунде в красный рубин. Хром в переводе на русский с греческого означает«окраска», «цвет».Онокрашивает минералы красный, зеленый, фиолетовый цвета.
Окраска может быть аллохроматическая окраска(чужеродной ), связанная с механическими включениями ярко окрашенных посторонних минералов. Такая окраска не зависит от химической природы минерала. В полевом шпате, который называют солнечным камнем , наблюдается красно-коричневый оттенок с огненно-золотистыми искорками за счет включений мельчайших чешуек железной слюдки – гематита. Кварц зеленого цвета – празем – за счет включения иголочек актинолита зеленого цвета разновидность кварца – буро-коричневый авантюрин –содержит тонкорассеянные чешуйки гематита; зеленый шеелит – содержит тонкорассеянную примесь малахита по микротрещинкам и др. Если красящий пигмент распределен неравномерно, возникает пестрая неравномерная окраска, часто наблюдаемая в агатах, яшмах.
Псевдохроматическая (энергохроматическая) окраска (ложная окраска ) вызвана явлениями рассеяния света или интерференции световых волн. Ожин из типов ложной окраски – побежалость – явление, когда минерал, кроме основной, имеет иную окраску в тонком поверхностном слое, обусловленную интерференцией света. Побежалость может быть одноцветной (у ковеллина - синяя), либо пестрой, радужной (фиолетово-синяя у борнита, малиново-желто-сине-зеленая у халькопирита).
Иризация (радужная окраска,появляется в результате преломления света во внутренних поверхностях минералов)и опалесценция–световые переливы, типичны для лабрадора (основного плагиоклаза), лунного камня (олигоклаза), опала.
Цвет черты
Цвет черты – цвет минерала в порошке.Некоторые минералы в растертом состоянии имеют другой цвет, чем в образце. Этот порошок легко получить, если провести минералом черту по матовой (неглазурованной) фарфоровой пластинке. Чертят (отсюда и название свойства - черта) по пластинке минералами, у которых твердость меньше, чем твердость фарфора (6,5-7 по шкале Мооса). Если твердость выше, то минерал оставляет царапину на фарфоре. Для некоторых минералов черта является одним из главных диагностических признаков. Например, усоломенно-желтогопирита черта черная, у черного хромита коричневая черта, у стально-серого гематита – вишнево-красная и т. д.
Блеск
Блеск – способность минерала отражать падающий на него свет.
Величина отражения для каждого минерала своя и постоянная. Больше полповины падающего света отражают ярко-белые с металлическим блеском кристаллы арсенопирита, серебро отражает свыше 90%. Ярко сверкающие гранями кварц, топаз отражают не более 5%.
Определять силу блеска инструментально довольно сложно, поэтому условно все минералы разделили на две большие группы: минералы с металлическим и неметаллическим блеском.
Металлический блеск напоминает блеск поверхности свежего металла. Он хорошо виден на окисленной поверхности образца. Минералы, обладающие металлическим блеском, непрозрачны и более тяжелые по сравнению с минералами, имеющими не металлический блеск. Иногда блогадаря процессам окисления, минералы, имеющие металлический блеск, покрываются матовой коркой. Металлический блеск характерен для минералов, являющихся рудами различных металлов. Некоторые из них так и называют «блесками», например свинцовый блеск , как синоним галенита.
Примерами минералов, имеющихся металлический блеск, являются: золото, галенит, молибденит, пирит, халькопирит, платина, серебро, медь и др.
Полуметаллический блеск или металловидный блеск более тусклый, как у потускневших от времени металлов. Этот блеск очень трудно определить однозначно. Металловидный блеск имеют гематит, хромит, магнетит и др.
Неметаллический блеск имеет много разновидностей: стеклянный напоминает блеск полированного стекла (кварц, галит, корунд и т.д.), алмазный – более сильный, чем стеклянный блеск (алмаз, сфалерит, киноварь), перламутровый отливает радужными цветами, какперламутр. Наблюдаются у минералов с хорошо выраженной спайностью(кальцит, мусковит, гипс), шелковистый – мерцающий. Характерен для минералов, имеющих волокнистое и игольчатое строение (асбест, гипс – селенит, малахит), у минералас жирным блеском – поверхность как бы смазана жиром или смочена водой. Особенно характерен для талька, нефелина серы и т.д. Восковой блеск похож на жирный, но более слабый (халцедон, опал), если минерал не имеет блеска его относят к группе матовых (каолинит).
Блеск необходимо наблюдать на свежем изломе минрала. При определении блеска цвет минерала во внимание не принимается. А вот цвет минерала в порошке может помочь при определения блеска. Если черта светлее, чем цвет самого минерала, значит блеск алмазный, а если такая же или темнее – металлический.
Прозрачность
Прозрачность- это свойство минералов пропускать сквозь себя световые лучи . По степени прозрачности минералы делятся на три группы:
прозрачные минералы – горный хрусталь, исландский шпат (кальцит) и другие.
полупрозрачные минералы – сфалерит, киноварь;
непрозрачные минералы – пирит,магнетит,галенит и другие рудные минералы.
Железо относится к группе самородных элементов. Самородное железо является минералом, имеющим земное и космогенное происхождение. Содержание никеля на 3 процента выше в земном железе, по сравнению с космогенным. Также содержатся примеси магния, кобальта и других микроэлементов. Самородное железо имеет светло-серый цвет с металлическим блеском, включения кристаллов редки. Это достаточно редкий минерал, обладающий твердость в 4-5 ед. и плотностью в 7000-7800 кг на метр кубический. Археологи доказали, что самородное железо использовалось древними людьми задолго до того, как появились навыки по выплавке металла железа из руды.
Данный металл в своем первоначальном виде имеет серебристо-белый оттенок, поверхность стремительно покрывается ржавчиной при высокой влажности или в воде, богатой кислородом. Данная порода отличается хорошей пластичностью, плавится при температуре в 1530 градусов по Цельсию, из него без труда можно ковать изделия и производить прокатку. Металл обладает хорошей электро- и теплопроводностью, дополнительно его отличают от других пород магнитные свойства.
При взаимодействии с кислородом поверхность металла покрывается образующейся пленкой, которая защищает его от коррозийного воздействия. А при содержании в воздухе влаги железо окисляется, и на его поверхности образуется ржавчина. В некоторых кислотах железо растворяется, и происходит выделение водорода.
История появления железа
Железо оказало огромное влияние на развитие человеческого общества и продолжает цениться сегодня. Его используют на многих производствах. Железо помогло первобытному человеку освоить новые способы охоты, привело к развитию сельского хозяйства благодаря новым орудиям. Железо в чистом виде в те времена было частью упавших метеоритов. По сегодняшний день ходят легенды о неземном происхождении данного материала. Металлургия берет свое начало в середине второго тысячелетия до н.э. В то время в Египте освоили получение металла из железной руды.
Где добывают железо?
В чистом виде железо содержится в небесных телах. Металл был обнаружен в лунном грунте. Сейчас железо добывают из руды горных пород, и Россия занимает лидирующее место по добыче этого металла. Богатые залежи железной руды расположены в европейской части, в Западной Сибири и на Урале.
Области применения
Железо необходимо при производстве стали, которая имеет широкий диапазон применения. Практически в каждом производстве используется данный материал. Широко применяется железо в быту, его можно встретить в виде кованных изделий и чугуна. Железо позволяет придавать изделию различную форму, поэтому его используют при ковке и создании беседок, ограждений и других изделий.
Пользуются железом все хозяйки на кухне, ведь изделия из чугуна, это не что иное как сплав железа и углерода. Посуда из чугуна равномерно нагревается, долго сохраняет температуру и служит не один десяток лет. В состав практически всех столовых приборов входит железо, а из нержавеющей стали изготовляют посуду и различные кухонные принадлежности и такие необходимые предметы, как лопаты, вилы, топоры и другие полезные приспособления. Широко используется данный металл и в ювелирном деле.
Химический состав
Теллурическое железо содержит примеси никеля (Ni) 0,6-2%, кобальта (Со) до 0,3%, меди (Сu) до 0,4%, платины (Pt) до 0,1%, углерода; в метеоритном железе никель составляет от 2 до 12%, кобальт-около 0,5%, имеются также примеси фосфора, серы, углерода.
Поведение в кислотах: растворяется в НNО3.
В природе существует несколько модификаций железа - низкотемпературная имеет ОЦК ячейку (Im3m), высокотемпературная (при температурах > 1179K) ГЦК ячейку (Fm(-3)m). В больших количествах содержится в метеоритах. В железных метеоритах при травлении или нагреве проявляются видманштеттеновы фигуры.
Происхождение: теллурическое (земное) железо редко встречается в базальтовых лавах (Уифак, о. Диско, у западного берега Гренландии, вблизи г. Касселя Германия). В обоих пунктах с ним ассоциируют пирротин (Fe1-xS) и когенит (Fe3C), что объясняют как восстановление углеродом (в т.ч. и из вмещающих пород), так и распадом карбонильных комплексов типа Fe(CO)n. В микроскопических зернах оно не раз устанавливалось в измененных (серпентинизированных) ультраосновных породах также в парагенезисе с пирротином, иногда с магнетитом, за счет которых оно и возникает при восстановительных реакциях. Очень редко встречается в зоне окисления рудных месторождений, при образовании болотных руд. Зарегистрированы находки в осадочных породах, связываемые с восстановлением соединений железа водородом и углеводородами.
Почти чистое железо найдено в лунном грунте, что связывают как с падениями метеоритов, так и с магматическими процессами. Наконец, два класса метеоритов - железокаменные и железные содержат природные сплавы железа в качестве породообразующего компонента.
Семейство самородного железа (по Годовикову)
Группа самородного железа
< 2,9, редко до 6,4 ат. % Ni - феррит
< ~ 6,4 ат. % Ni - камасит
Группа самородного никеля
> 24 ат. % Ni - тэнит
62,5 - 92 ат. % Ni - аваруит Ni3Fe
(Ni, Fe) - Самородный никель
Железо (англ. Iron, франц. Fer, нем. Eisen) - один из семи металлов древности. Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами. Метеоритное железо обычно легко отличить от земного, так как в нем почти всегда содержится от 5 до 30% никеля, чаще всего - 7-8%. С древнейших времен железо получали из руд, залегающих почти повсеместно. Наиболее распространенны руды гематита (Fe 2 O 3 ,), бурого железняка (2Fe 2 O 3 , ЗН 2 О) и его разновидностей (болотная руда, сидерит, или шпатовое железо FeCO3,), магнетита (Fe 3 0 4) и некоторые другие. Все эти руды при нагревании с углем легко восстанавливаются при сравнительно низкой температуре начиная с 500 o С. Получаемый металл имел вид вязкой губчатой массы, которую затем обрабатывали при 700-800 o С повторной проковкой.
В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставляли с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX в. Во II в. н. э. железо сопоставлялось с Меркурием и называлось меркурием, но позднее его стали сопоставлять с Марсом и называть марс (Mars), что, в частности, подчеркивало внешнее сходство красноватой окраски Марса с красными железными рудами.
Свойства минерала
- Происхождение названия: Обозначение химического элемента - от латинского ferrum, Iron – от староанглийского слова, означавшего этот металл
- Место открытия: Qeqertarsuaq Island (Disko Island), Qaasuitsup, Greenland
- Год открытия: известен с древних времён
- Термические свойства: П. тр. Точка плавления (чистого железа) 1528°С
- IMA статус: действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)
- Типичные примеси: Ni,C,Co,P,Cu,S
- Strunz (8-ое издание): 1/A.07-10
- Hey"s CIM Ref.: 1.57
- Dana (7-ое издание): 1.1.17.1
- Молекулярный вес: 55.85
- Параметры ячейки: a = 2.8664Å
- Число формульных единиц (Z): 2
- Объем элементарной ячейки: V 23.55 ų
- Двойникование: по {111}
- Точечная группа: m3m (4/m 3 2/m) - Hexoctahedral
- Пространственная группа: Im3m (I4/m 3 2/m)
- Отдельность: по (112)
- Плотность (расчетная): 7.874
- Плотность (измеренная): 7.3 - 7.87
- Тип: изотропный
- Цвет в отраженном свете: белый
- Форма выделения: Форма кристаллических выделений:плотные зерна с неправильными извилистыми очертаниями, плёнки, дендриты, изредка самородки.
- Классы по систематике СССР: Металлы
- Классы по IMA: Самородные элементы
- Химическая формула: Fe
- Сингония: кубическая
- Цвет: Стально-серый, серо-черный, на полированной поверхности белый
- Цвет черты: Серо-черный
- Блеск: металлический
- Прозрачность: непрозрачный
- Спайность: несовершенная по {001}
- Излом: крючковатый занозистый
- Твердость: 4 5
- Микротвердость: VHN100=160
- Ковкость: Да
- Магнитность: Да
- Литература: Зарицкий П.В., Довгополов С.Д., Самойлович Л.Г. Состав и генезис рудопроявления самородного железа г. Озёрной в бассейне р. Курейки. - Вестник Харьковского ун-та, 1986, №283 (Средняя Сибирь) Мельцер М.А. и др. Самородное железо в золотонсных жилах Аллах-Юньского района и некоторые вопросы их генезиса. - Новые данные по геологии Якутии. Я., 1975, с. 74-78
Фото минерала
Статьи по теме
- Железо - один из семи металлов древности.
Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами
Месторождения минерала Железо
- Красноярский край
- Россия
- Кугда, Хатанга, Таймыр.
ОРТИТ
(гр. orthos прямой, правильный) минерал, силикат из группы эпидота, черно-бурого цвета, содержащий много железа, редкие земли, иногда уран и торий, часто метамиктный; радиоактивен; служит для извлечения редких земель.
Новый словарь иностранных слов. 2012
Смотрите еще толкования, синонимы, значения слова и что такое ОРТИТ в русском языке в словарях, энциклопедиях и справочниках:
- ОРТИТ
(алланит) минерал, островной силикат редкоземельных элементов (Се и Y). Смоляно-черные, бурые кристаллы. Твердость 5-6,5; плотность 3,3-4,2 г/см3. Акцессорный минерал гранитов, … - ОРТИТ
(от греч. orthos - прямой), алланит [от имени английского минералога Т. Аллана (Th. Allan)], минерал из группы эпидота, смоляно-чёрного или … - ОРТИТ
минерал, изоморфный с эпидотом. Содержит значительное количество редких элементов: Се, La, Di, Er, V. Цвет бурый до черного. Блеск с … - ОРТИТ в Энциклопедическом словарике:
а, м., минер. Минерал черно-бурого цвета, содержащий много железа, редкие земли, иногда уран и торий и обла-дающий … - ОРТИТ
ОРТ́ИТ (алланит), минерал, островной силикат редкоземельных элементов (Се и Y). Смоляно- чёрные, бурые кристаллы. Тв. 5-6,5; плотн. 3,3-4,2 г/см 3 … - ОРТИТ
? минерал, изоморфный с эпидотом. Содержит значительное количество редких элементов: Се, La, Di, Er, V. Цвет бурый до черного. Блеск … - ОРТИТ в Полной акцентуированной парадигме по Зализняку:
орти"т, орти"ты, орти"та, орти"тов, орти"ту, орти"там, орти"т, орти"ты, орти"том, орти"тами, орти"те, … - ОРТИТ в словаре Анаграмм.
- ОРТИТ в Словаре для разгадывания и составления сканвордов.
- ОРТИТ в Словаре иностранных выражений:
[ минерал, силикат из группы эпидота, черно-бурого цвета, содержащий много железа, редкие земли, иногда уран и торий, часто метамикт-ный; радиоактивен; … - ОРТИТ в словаре Синонимов русского языка:
алланит, … - ОРТИТ в Словаре русского языка Лопатина:
орт`ит, … - ОРТИТ в Полном орфографическом словаре русского языка:
ортит, … - ОРТИТ в Орфографическом словаре:
орт`ит, … - ОРТИТ в Современном толковом словаре, БСЭ:
(алланит) , минерал, островной силикат редкоземельных элементов (Се и Y). Смоляно-черные, бурые кристаллы. Твердость 5-6,5; плотность 3,3-4,2 г/см3. Акцессорный минерал … - УРАЛ-ОРТИТ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
разновидность минерала ортита, встречающаяся в Ильменских горах, на Урале (близ … - УРАЛ-ОРТИТ в Энциклопедии Брокгауза и Ефрона:
? разновидность минерала ортита, встречающаяся в Ильменских горах, на Урале (близ … - МЕТАМИКТНЫЕ МИНЕРАЛЫ в Большом энциклопедическом словаре:
(от греч. metamiktos - смешанный) минералы, вещество которых при сохранении внешнего облика кристалла переходит полностью или частично из структурно упорядоченного … - АЛЛАНИТ в Большом энциклопедическом словаре:
минерал; то же, что … - РАССЕЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РУДЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
элементов руды, природные минеральные образования, содержащие рассеянные элементы в таких соединениях и концентрациях, при которых целесообразно их извлечение при современном … - АПЛИТ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(от греч. haploos - простой), магматическая светлоокрашенная жильная порода, очень бедная слюдой и другими цветными компонентами. Большей частью А. связаны … - ГАДОЛИНИТОВЫЕ МЕТАЛЛЫ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
(хим.) — Гадолинитовыми и церитовыми металлами называется целый ряд металлических элементов, найденных в сравнительно редких минералах, каковы: гадолинит, церит, ортит, … - БАГРАТИОНИТ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
минерал, представляющий разновидность ортита, особенно интересную по своим кристаллическим формам. Описан впервые русским минералогом М. И. Кокшаровым из Арматовской минеральной … - МЕТАМИКТНЫЕ в Большом российском энциклопедическом словаре:
МЕТАМ́ИКТНЫЕ МИНЕРАЛЫ (от греч. metamiktos - смешанный), минералы, в-во к-рых при сохранении внеш. облика кристалла переходит полностью или частично из …
Минералы и горные породы России и СССР
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
МИНЕРАЛОВ
Оптические свойства
Цвет (окраска) минералов
Мир минералов восхищает и покоряет наблюдателя не только скульптурным совершенством, стройностью и изяществом форм кристаллов, но и своей живописью , ласкающим глаз многоцветьем, поразительным разнообразием и великолепием красок, широчайшей цветовой гаммой от мрачноватых черных и бурых тонов до радостных всплесков ярких и насыщенных цветов - красных, синих, зеленых, оранжевых, желтых и т.д., или, наоборот, нежных и легких оттенков цвета - голубого, бледно-зеленого, розового, желтоватого и др
Откуда же берется все это великолепие? Какие колдовские силы его производят?
Причины, вызывающие появление столь роскошной красочной палитры, запечатленной и воплощенной в минералах, многообразны и в целом достаточно сложны ; выяснение природы окраски минералов представляет собой непростую проблему, и ее подлинно научная разработка на основе представлений и методов, используемых в физике твердого тела, имеет, в сущности, всего-навсего четвертьвековую историю. Многие конкретные вопросы, связанные с установлением причин окраски отдельных минералов, не выяснены до сих пор.
Часто в учебниках минералогии, равно как и в специальных книгах, посвященных окраске минералов, можно встретить утверждение , что цвет минералов представляет один из их важнейших, самых ценных диагностических признаков .
Между тем, к настоящему времени следует считать твердо установленной ошибочность такого мнения; диагностическое значение окраски минералов в целом сильно преувеличивается . Подавляющее большинство минералов может под влиянием различных факторов, преимущественно кристалло- и геохимических, приобретать самый разный цвет - буквально в диапазоне от белого (или даже бесцветного) до черного, включая коричнево-бурые, желтые, красные, оранжевые, зеленые, синие и прочие цветовые тона разной насыщенности, с многочисленными тонкими оттенками и градациями цвета.
Следовательно, более правильным и справедливым будет другое утверждение: цвет минералов является не столько диагностическим, сколько одним из важнейших и ценнейших (поскольку прежде всего бросается в глаза) типоморфных признаков: он во многом зависит от условий минералообразования и, следовательно, может способствовать их выяснению.
Окраска минералов, как уже упоминалось выше, представляет собой результат взаимодействия световых волн видимого диапазона (400-740 нм) с электронными оболочками материальных частиц (атомов, ионов и др.), слагающих кристаллическое вещество, и с электронной системой кристалла в целом. Это взаимодействие в общем случае вызывает селективное (избирательное) поглощение каких-то интервалов световых волн видимого диапазона.
При полном поглощении света минерал приобретает черный цвет; наоборот, полное пропускание или отражение (рассеяние) света соответствует бесцветности или белому цвету минерала. В остальных случаях, когда из солнечного спектра как бы "выхватываются" некоторые участки - широкие области, узкие полосы, отдельные спектральные линии и их серии - минерал окрашивается в цвета, дополнительные к цвету поглощенных световых волн.
Селективная абсорбция световых волн может проявляться сильнее или слабее , т.е. волны определенной длины поглощаются в одних случаях практически полностью, в других - лишь частично, иногда в небольшой степени; это определяет интенсивность (густоту, насыщенность) цветового тона минерала. Так, при слабом избирательном поглощении волн красного конца спектра у белого минерала появится голубоватый оттенок, а при сильном поглощении красных лучей минерал окрасится в густо-синий цвет.
В минералогии со времен АТ.Вернера (1749-1817), авторитетнейшего европейского минералога конца XVIII - начала XIX века, утвердилась традиция описывать цвет минералов на качественном уровне , путем сравнения его с какими-то общеизвестными эталонами, взятыми из мира живой и неживой природы. В качестве примеров описания цвета минералов, введенных еще Вернером и его современниками, но до сих пор широко используемых, можно привести такие, как
- индигово-синий,
- карминно-красный,
- лавандово-синий,
- вишнево-красный,
- яблочно-зеленый,
- травяно-зеленый,
- луково-зеленый,
- медово-желтый,
- лимонно-желтый,
- канареечно (т.е. зеленовато)-желтый,
- кроваво-красный,
- молочно-белый,
- шоколадно-бурый,
- кирпично-красный и т.п.
Как видим, минералоги XVIII-XIX веков всячески изощрялись в придумывании определений цветовых оттенков минералов.
Общеупотребительны также сравнения с цветом хорошо всем знакомых минералов:
- киноварно-красный,
- изумрудно-зеленый,
- сапфирово-синий,
- серно-желтый и т.д.
При описании цвета рудных минералов обычно ссылаются на окраску металлов и сплавов :
- оловянно-белый (арсенопирит),
- стально-серый (блеклые руды),
- свинцово-серый (молибденит , галенит),
- железно-черный (магнетит , ильменит),
- латунно-желтый (халькопирит),
- томпаково-бурый (пирротин),
- медно-красный (никелин , самородная медь),
- золотисто-желтый (самородное золото , пирит , аурипигмент),
- серебристо- или серебряно-белый (самородные серебро , платина и платиноиды).
Лишь в последние годы, и то не столько в минералогии, сколько в геммологии и ювелирном деле, начинают переходить к объективной количественной (колориметрической) цветовой характеристике минералов. Такой подход дает возможность стандартизации описания цвета минералов, что особенно важно при оценке драгоценных камней: в этом случае цвет является одним из наиболее существенных критериев качества кристалло сырья.
Кроме того, возможность количественно (в числовом выражении) представить характеристику цвета минералов способна сослужить хорошую службу при минералогических поисках полезных ископаемых. Ведь ярко окрашенные минералы, сопровождающие труднодиагностируемые рудные минералы (например, белые, без четко выраженных кристаллических форм), зачастую используются как минералы-индикаторы оруденения. А поиски коренных месторождений алмаза (алмазоносных кимберлитовых трубок) ведутся методом пироповой съемки , причем лишь некоторые цветовые разновидности магнезиального граната - пиропа , обладающие вполне определенными спектральными характеристиками, могут служить благоприятным поисковым признаком.
При инструментальном (колориметрическом) определении цвета минералов измеряются три цветовых параметра : цветовой тон (длина волны в соответствии с оптическим спектром), его насыщенность (в относительных единицах или баллах) и яркость (в процентах).
В зависимости от причин, обусловливающих цвет минералов, выделяют три основных типа их окрасок: аллохроматические, идиохроматические и псевдохроматические.
Аллохроматические окраски тесно связаны с микронеоднородным строением минералов и вызываются присутствием в них мельчайших рассеянных включений (вростков) посторонних окрашенных минеральных веществ.
Типичные примеры аллохроматических окрасок - розовые до мясо-красных у ортоклаза или микроклина , равно как и у сердолика или карнеола, содержащих тонкие пылевидные включения гематита или гётита ; зеленая окраска хризопраза, обусловленная адсорбированными на поверхности и в порах соединениями никеля и включениями его гидросиликатов; а также некоторых разновидностей кварца и халцедона - празема и плазмы, связанная с рассеянными включениями тонких чешуек хлорита и гидрослюдки (селадонита) или волоконец актинолита; в красно-зеленом гелиотропе присутствуют включения и гематита (или гётит а), и хлорита.
Вообще среди аллохроматических окрасок резко доминируют бурые, красные, розовые и зеленые тона , а среди включений минералов, обусловливающих такие окраски, - оксиды и гидроксиды железа и марганца, мелкочешуйчатые разновидности хлоритов, слюдок и т.п. Определенную роль в числе факторов, вызывающих аллохроматические окраски минералов, могут играть и присутствующие в них мелкие газово-жидкие включения (придающие, например, кварцу молочно-белый цвет).
Многие минералы окрашиваются тонкораспыленными частицами органического вещества, углистыми или графитовыми включениями, приобретая темно-серый или темно-бурый (до черного) цвет.
С введением в минералогическую практику поляризационного, а затем и электронного микроскопа причины аллохроматических окрасок расшифровываются довольно легко и быстро, и никаких особых сложностей тут не возникает. Заодно выяснилось, что некоторым минералам аллохроматическая природа окраски приписывалась напрасно; достаточно сказать что еще в 50-х годах аллохроматической считалась окраска таких минералов, как сапфир, аметист и другие цветные разновидности кварца , которая, как теперь установлено, имеет иную природу и ни с какими чужеродными механическими примесями не связана.
Идиохроматические, т.е. собственные окраски минералов представляют наиболее трудную проблему. Именно для их понимания приходится привлекать "тяжелую артиллерию", обращаясь к понятиям и представлениям, развитым в физике твердого тела, и к соответствующим методам исследования,- комбинируя, в частности, оптическую спектроскопию (анализ спектров поглощения и отражения света) со спектроскопией электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), позволяющей выявлять в кристаллах различные точечные дефекты (примеси, вакансии), в том числе и электронно-дырочные центры окраски.
При интерпретации оптических спектров широко используется аппарат зонной теории , разработанной в физике полупроводников и металлофизике, теории кристаллического поля и теории молекулярных орбиталей, составляющих основу современных представлений о химической связи
Различают несколько групп идиохроматических окрасок минералов в зависимости от механизма поглощения ими световых волн. Избирательное поглощение световых волн видимого спектра обусловлено электронными переходами, которые могут быть четырех типов: внутренние переходы (при наличии в составе минералов переходных металлов с незаполненными электронными оболочками); перенос заряда (электронов) между одновременно присутствующими разнозаряженными ионами одного либо различных металлов или от анионов к катионам; наличие точечных структурных дефектов (например, анионных вакансий - так называемых F центров); переход электронов типа "зона-зона": из одной зоны проводимости в другую, ближайшую, с преодолением заключенной между ними запрещенной зоны (у металлических и полупроводниковых минералов).
Окраски минералов этой группы, в большинстве своем высокопреломляющих и полупрозрачных (или просвечивающих в тонких сколах), находят объяснение в электронной теории строения кристаллического вещества (так называемой зонной теории); цвет подобных минералов зависит от соотношения ширины зоны проводимости и запрещенной зоны (различают "узкозонные" и "широкозонные" полупроводники) и непосредственно обусловлен межзонными оптическими переходами электронов.
Большинство таких минералов окрашены в желтые, оранжевые, красные тона , так как лишь коротковолновый синий и фиолетовый свет несет энергию, достаточную для перемещения электронов из одной зоны проводимости в другую, и соответственно эти минералы поглощают только световые волны синей части спектра, приобретая дополнительные к ним цвета; более длинноволновый свет нужной энергией не обладает и потому свободно проходит сквозь эти минералы.
Окраска самородных металлов, большинства сульфидов (и их аналогов), некоторых оксидов (магнетит и др.), графита и других непрозрачных минералов со значительным вкладом металлической связи определяется максимумом отражения , также сопряженным с межзонными оптическими электронными переходами.
Окраска более или менее прозрачных минералов с ионной или смешанной ионноковалентной связью, содержащих в своем составе (в качестве главных компонентов) ионы металлов переменной валентности, обычно обусловлена электронными переходами между ними ("переносом заряда" Fe 2+ => Fe 3+ или Ti 3+ => Ti 4+ при одновременном присутствии обоих разновалентных ионов) или между катионами металлов и анионами, например, связанными с ними ионами кислорода ("перенос заряда" O 2- => Fe 3+ ; O 2- => Cr 6+ ; O 2- > V 5+ ; O 2- =>МO 6+ и т.д.).
Полосы переноса заряда Fe 2+ => Fe 3+ фиксируются в оптических спектрах таких минералов, как кордиерит , аквамарин, сапфир, вивианит и многие другие), Ti 3+ => Ti 4+ у титанита и других титаносиликатов, а полосы переноса заряда между кислородом и ионами металлов - в спектрах большой группы минералов трехвалентного железа, в минералах классов хроматов, ванадатов, молибдатов (крокоита, ванадинита, вульфенита и др.).
У большинства минералов с преимущественно ионным типом связи окраска связана не с главными компонентами состава, а с присутствующими в них изоморфными примесями - элементами хромофорами. В роли хромофоров (греческое "несущий цвет") в мире минералов выступают 8 d-переходных металлов (т.е. металлов, атомы которых имеют недостроенные электронные d-оболочки): Fe, Cr, Ti, V, Mn, Co, Ni, Cu.
Кроме того, хромофорами могут являться и f-переходные элементы (с недостроенными f-оболочками), в том числе некоторые лантаноиды и уран. Все эти элементы могут быть как примесными (чаще), так и главными (видообразующими) компонентами минералов. В частности, минералам уранила (UO 2) 2 , т.е. содержащим 6-валентный уран, присуща (при отсутствии других хромофоров, например, ионов Cu 2+) яркая оранжевая или канареечно-желтая окраска, что существенно помогает при поисках месторождений урановых руд, если в них хорошо развита зона окисления (с урановыми слюдками, силикатами и карбонатами урана).
В качестве примеров минералов, содержащих в качестве главных компонентов ионы переходных металлов, которые и являются "виновниками" их окраски, назовем зеленый малахит и синий азурит (Сu 2+), изумруд и рубин (Cr 3+), родохрозит, триплит и литиофилит (Mn 3+), хризолит (Fe 2+). Примесь Мn 3+ окрашивает в розовые и сиреневые тона многие безжелезистые минералы пегматитов : лепидолит , розовый турмалин - рубеллит, апатит , кунцит (прозрачный розовый сподумен), розовый берилл-воробьевит, фосфат бериллия гердерит и др.
Следует, впрочем, подчеркнуть, что главным красителем в минеральном мире , несомненно, служит железо , которое, в зависимости от степени окисления (т.е. заряда), от структурной позиции и от концентрации может придавать минералам различные оттенки коричнево-бурого, желтого, зеленого, красного, розового и даже синего цвета, а также (особенно при высоких содержаниях Fe 2+) сообщать им черный цвет и непрозрачность.
Окраска минералов с преобладанием ионной связи, обусловленная присутствием хромофоров - ионов переходных металлов, зависит не только от электронной структуры таких катионов, но и от создаваемого ими кристаллического поля , что связано и с окружающими их катионами и анионами. Так, ионы Fe 2+ всегда поглощают красный свет, и потому содержащие их минералы обычно окрашены в зеленые цвета разных оттенков.
Тем не менее, окраска красных, розовых, оранжевых, малиновых гранатов - альмандина, отчасти пиропа и андрадита - тоже обусловлена ионом Fe 2+ , но находящимся, в соответствии с симметрией их структуры, в кубическом кристаллическом поле (КЧ=8); впрочем, возможно, что в окраске этих минералов существенный вклад принадлежит полосам переноса заряда Fe 2+ > Fe 3+ .
Что же касается ионов Fe 3+ , то на поглощение ими света сильно влияет локальная симметрия их ближайшего окружения, т.е. кристаллического поля. В зависимости от этого фактора они могут в различной степени поглощать световые волны как фиолетово-синей, так и красной - ближней инфракрасной областей спектра. Дополнительными цветами, в которые окрасятся минералы, будут соответственно желтый и зеленый.
При наиболее обычном КЧ Fe 3+ = 6 чем сильнее искажены координационные октаэдры Fe 3+ и чем ниже их симметрия и слабее кристаллическое поле3), тем сильнее ион Fe 3+ поглощает красный свет, и содержащие его минералы приобретают зеленую и желтовато-зеленую окраску: светло-зеленые гранаты - демантоид и гроссуляр ; темно-зеленые шпинели - плеонаст и ганит; желтовато-зеленые хризоберилл, везувиан и эпидот (последний может и не иметь желтоватого оттенка, т.е. быть чисто зеленым); темно-зеленый глауконит; и др.
Вместе с тем, при высоком содержании Fe 3+ в минералах, что имеет место в его оксидах и гидроксидах, а также в большинстве фосфатов, арсенатов и сульфатов, главным фактором, определяющим окраску, становится перенос заряда O 2 > Fe 3+ ; полоса переноса заряда (в зависимости от того, насколько она простирается в длинноволновую часть спектра) вызывает желтую, коричнево-бурую, красно-коричневую и красную окраски (гематит , гётит , лепидокрокит, ярозит и многие другие минералы).
Те же окраски появляются и у минералов, содержащих Fe 3+ в тетраэдрической, т.е. четверной, координации (желтый прозрачный ферриортоклаз - драгоценный камень с острова Мадагаскар; коричневато-красный тетраферрифлогопит из рудоносных карбонатитов Ковдорского месторождения на Кольском полуострове и др.). Окраска, обусловленная присутствием примесных ионов переходных металлов, может вызываться и переносом заряда между этими разновалентными ионами (Fe 2+ > Fe 3+ , Ti 3+ Ti 4+ и др.).
Таким образом, заряд поглощающих свет ионов (хромофоров) оказывает большое влияние на окраску минералов. Но не только заряд, а и структурная позиция этих ионов (прежде всего - координационное число, а также межатомные расстояния). Так, примесь железа в бериллах может служить, в зависимости от его валентности, раздельного или совместного присутствия Fe 2+ и Fe3+ и их положения в структуре (в октаэдрах, тетраэдрах или промежутках между координационными полиэдрами), причиной, вызывающей зеленую, желтую или голубую окраску.
Еще нагляднее пример хрома . Минералы класса хроматов, содержащие Cr 6+ (а точнее, радикалы CrO 4 2- , в которых KЧ Cr 6+ =4), всегда окрашены в яркие оранжево-красные и красные тона. А вот минералы, содержащие ионы Cr 3+ , могут быть окрашены в сиреневый (лиловый), красный, зеленый или голубой цвет. Главные факторы, определяющие в данном случае результирующую окраску минералов: длина межатомных расстояний (Cr-О и др.) в координационных полиэдрах Cr 3+ (обычно ионы Cr 3+ замещают Аl 3+ в октаэдрах) и локальная симметрия этих полиэдров (т.е. степень искажения октаэдров, снижающего их симметрию), а также отсутствие или наличие взаимодействия ионов Cr 3+ между собой (иногда вплоть до образования ионных пар); важную роль играет и тип химической связи (соотношение ее ионной и ковалентной составляющих). Первые два фактора характеризуют геометрию и метрику структурной позиции Cr.
Например, чем короче межатомные расстояния Cr-О, Cr-ОН, Cr-F в октаэдрах, тем сильнее создаваемое ими кристаллическое поле и тем более коротковолновый свет поглощают ионы Cr 3+ , а соответственно Cr-содержащие минералы приобретают лиловые (сиреневые) и красные окраски (шпинель, рубин, пироп , иногда топаз и др.); увеличение межатомных расстояний смещает полосу поглощения в более длинноволновую часть спектра, и окраска минералов становится соответственно зеленой (гранат-уваровит , изумруд, хромдиопсид, хромдравит из группы турмалинов, хромовый мусковит-фуксит, волконскоит - природный минеральный пигмент и др.), голубовато-зеленой (эвклаз) или даже чисто голубой (кианит и хром содержащий глинистый минерал галлуазит).
Но межатомные расстояния во многом зависят от того, с какими анионами связаны ионы Cr 3+ , а также от степени ионности или ко валентности этой связи. Иными словами, на цвет минералов, окрашенных хромофором Cr 3+ , оказывает заметное влияние характер анионов, с которыми он структурно связан; отнюдь не безразлично, в частности, будет ли это O 2- , С1 - , (ОН) - или F - .
В свою очередь, примесные ионы пятивалентного хрома, а точнее - комплексы CrO 4 3- , обусловливают желтую, оранжевую и зеленую окраску минералов ряда пироморфит Pb 5 (РO 4)Cl - миметит Pb 5 (AsO 4)Cl, причем цветовые переходы в данном случае обусловлены, скорее всего, степенью искажения (деформации) тетраэдров CrO 4- , т.е. снижением локальной симметрии их окружения в результате изоморфного замещения части фосфора на мышьяк в пироморфитах или мышьяка на фосфор в миметитах (в обоих случаях окраска меняется от зеленой до желтой и оранжевой). Этот пример хорошо иллюстрирует существенное влияние катионов, окружающих хромофоры, на окраску минералов, их содержащих.
Наконец, очень многие минералы обязаны своей окраской присутствующим в них точечным структурным дефектам - электронно-дырочным центрам, возникающим вследствие вхождения посторонних примесных ионов в низких концентрациях и часто в необычном валентном состоянии (например, парамагнитные электронные центры Pb + в амазоните). Замещение Si 4+ < Al 3+ в кварце (с одновременным вхождением Li + или Н + для компенсации заряда, т.е. стабилизации центра) придает кварцу дымчатую окраску.
Цвет лазурита , гакманита, генттельвина обусловлен ионами-радикалами S 3 и S 2 ; некоторые кальциты окрашиваются ионами-радикалами СO 3 3- ; голубые, синие, лиловые флюориты характеризуются наличием собственных дефектов решетки (без участия посторонних ионов), проявленных либо в форме междуузельных атомов фтора, либо в форме так называемых F-центров (центр окраски), т.е. вакансий фтора (пустых незаполненных узлов решетки, захвативших электрон). В иных случаях окраска флюорита (зеленая, желтая и др.) может быть связана с вхождением редкоземельных элементов.
Число подобных примеров можно многократно увеличить. Например, F-центры обусловливают желтую окраску галита NaCl и анилиново-красную - сильвин а КCl, как и вообще в большинстве случаев цвет кристаллов галогенидов щелочей.
Конкретные причины окраски отдельных минералов охарактеризованы при их описании. Следует лишь упомянуть, что подобные "дефектные" окраски минералов весьма часто оказываются нестойкими к солнечному свету и/или повышенной температуре : минералы быстро либо постепенно выцветают на свету или при нагревании. Правда, во многих случаях их окраска восстанавливается после рентгеновского облучения (или под влиянием других видов ионизирующего излучения).
У некоторых минералов окраски такого рода вообще вызываются искусственно - путем термического или радиационного воздействия. Да и в природе подобные окраски у минералов появляются не без участия естественного радиоактивного облучения, активирующего (проявляющего) электронно-дырочные центры.
Третий тип окрасок минералов составляют псевдохроматические окраски , охватывающие целый ряд особых оптических эффектов, которые рассматриваются в основном применительно к некоторым драгоценным камням. В эту группу "ложных окрасок" входят такие эффекты, связанные с явлениями интерференции и дифракции света, его преломлением, дисперсией, полным внутренним отражением и рассеянием, как иризация полевых шпатов (лабрадорита, "лунного камня"), обусловленная их тонкопластинчатым строением, опалесценция - свойство опала , связанное с его глобулярным строением, а также упоминавшаяся выше игра света вследствие высокой дисперсии ("огонь", сияние, или искрение камня); обычно заодно с ними описывают и эффекты, вызываемые присутствием в минерале ориентированных игольчатых включений или полых канальцев - астеризм ("звездчатые" камни), либо тонковолокнистым строением ("эффект кошачьего глаза"), либо, наконец, наличием мелких чешуйчатых вростков (слюды , гематита и т.п.) - авантюриновый эффект (относящийся, строго говоря, к аллохроматизму).
К явлениям псевдохроматизма принадлежит также побежалость , являющаяся для некоторых минералов, особенно из класса сульфидов, реже оксидов, характерным диагностическим признаком . Побежалость зависит от состояния поверхностного слоя минерала и представляет собой тонкие цветные иризирующие (часто радужные ) пленки на поверхности минеральных индивидов и агрегатов, внешне напоминающие пленки масла или нефтепродуктов на поверхности воды. Радужная побежалость наблюдается, например, на
Кварц - SiO 2 . Устойчивая при низких температурах модификация обычно называется простым кварцем. Диагностические признаки . Кристаллы кварца диагностируются по форме, твёрдости, раковистому излому и отсутствию спайности. Кварц можно спутать с халцедоном, полевым шпатом, нефелином и топазом. Происхождение . Около 65 % земной коры состоит из кварца, называют его вездесущим, породообразующим. Во многих интрузивных и эффузивных кислых магматических породах он является чуть ли не главным минералом. Входит в состав пегматитов, присутствует у многих метаморфических породах. В значительных массах, как жильный минерал, распространен в гидротермальных месторождениях. Присутствует и в осадочных породах (кварцевые пески, кварцевые песчаники, кварцевые конгломераты). Химический состав. Разновидности, окрашенные в другие цвета имеют разнообразные примеси или включения других минералов. Сингония кварца тригональная, а высокотемпературная модификация a - кварца гексагональная. Облик кристаллов чаще гексагонально дипирамидальный. Грани призмы чаще укорочены или отсутствуют. Известны очень крупные кристаллы. В Казахстане найден кристалл весивший 70 т. Грани кристаллов покрыты поперечной штриховкой Распространены. в природе друзы, щетки, зернистые массы. Для кварца характерно двойникование, причем срастаются кристаллы по разным законам, двойники дофинейские, бразильские, японские. Цвет может быть самым различным. Прозрачные и полупрозрачные разновидности имеют различные названия: 1) горный хрусталь — бесцветные водяно-прозрачные кристаллы; 2) аметист — фиолетовый, сиреневый, лиловый, малиновый, прозрачный; 3) раухтопаз — дымчатый, окрашенный в сероватые или буроватые тона; 4) морион — окрашенный в черный цвет; 5) цитрин — золотисто-жёлтый или лимонно-желтый; 6) празем — зеленоватый кварц; 7) розовый кварц ; 8) молочно -белый кварц; 9) авантюрин (искряк). Бле ск стеклянный. Твердость 7. Спайность отсутствует. Плотность 2,5 — 2,8. Прочие свойства. Способен пропускать ультрафиолетовые лучи, является пьезоэлектриком. Расплавленный кварц легко застывает и образует кварцевое стекло (аморфный кварц). Практическое применение. Применение его разнообразно. Красивые разновидности используются в ювелирном деле. Чистые кристаллы с уникальными свойствами применяются в электронике, ультразвуковой технике, оптическом приборостроении. Раухтопаз, горный хрусталь, морион используется как стабилизатор радиоволн. Горный хрусталь применяется в телемеханике, автоматике, в высококачественных генераторах. Чистые маложелезистые кварцевые пески служат прекрасным сырьем в стекольно-керамической промышленности, для производства карборунда (SiС). Карборунд или карбид кремния - первоклассный абразивный материал. Кварцевые пески тонких фракций применяются в пескоструйных аппаратах для полировки каменных и металлических изделий, а также для распиловки горных пород. Месторождения. Месторождения кварца имеются на Урале, так называемые “хрустальные погреба”, содержащие горный хрусталь, морион, аметист, топаз и др. встречаются в Приморье, Якутии. На Кольском полуострове известен беломорский аметист с мыса Корабль. Пегматитовые жилы с кристаллами кварца распространены на Алдане, Памире, Волыни. В Якутии (Большая Хатыма) добывается горный хрусталь. Естественные кристаллы кварца для промышленности поставляет Бразилия. Имеется кварц в Шри-Ланке, Индии, Бирме, Уругвае, Швейцарии, на Мадагаскаре и др. регионах. В музее насчитывается свыше 700 образцов кварца и его разновидностей. Широко представлены самые разнообразные кристаллы весом от 440 кг и до 1 г (скипетровидные, с фигурами роста и др.), имеются друзы, щётки, кварц жильный, кварц с другими минералами. Самая богатая Уральская коллекция кварца: гор. хрусталь из месторождения Гумбейки, Берёзовское, Астафьево; морион из Мурзинки; кварц-празем, кварц с хлоритом и адуляром и кварц “волосатик” из Приполярного Урала; кварц розовый (Гумбейка); сростки кристаллов из Миаса, Пышмы, Наглы. Красивые друзы из Камчатки и п-ова Чукотка (Иультинское); кварц с цинковой обманкой (Англия); кварц с рубеллитом из Читинской обл (Борщёвочный кряж). Имеется кварц из Забайкалья (Адун-Чолонг), из Мангыстау; кварц натёчный из Киргизии, кварц розовый из Алтая (Тигерецкие белки, Колывань), Урала (Гумбейка) и Ю. Африки.
