礦物的物理性質分析PPT課件

1、礦物的物理性質鑒定礦物判斷成因礦物利用礦物的物理性質礦物的化學組成和晶體結構礦物的形成條件第1頁/共31頁一、礦物的光學性質1、礦物的顏色定義：對光選擇性吸收的結果可見光 390760nm，其間波長由長至短依次顯示紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等色，它們的混合色為白色礦物的光學效應反射、吸收、透射 礦物對光全部吸收時，礦物呈黑色 對所有波長的色光均勻吸收，礦物呈不同程度的灰色 基本上都不吸收則為無色或白色 選擇吸收某些波長的色光，礦物呈現(xiàn)吸收色光的互補色第2頁/共31頁礦物顏色的類型 自色、他色、假色自色是指礦物本身固有的成分、結構所決定的顏色.自色 對礦物鑒定有著重要的意義。他色是由雜質、氣液包

2、裹體所引起的顏色假色是因物理光學效應而產生的顏色 體色、表色體色：物體內部所表現(xiàn)出來的顏色。當白光透入礦物達一定 深度，且在此過程中選擇吸收不同波長的色光而呈現(xiàn) 出其互補色，為礦物所固有的顏色，如橄欖石吸收紫 光而呈橄欖綠色第3頁/共31頁表色：即反射色，只有物體的反射光所呈現(xiàn)的顏色，不 透明礦物因吸收非常強，因而表現(xiàn)的都是表面色。反射光是礦物表層對透射光吸收后的再輻射，而且某個波長范圍內的色光吸收的越多再輻射時它們的強度也越大，從而使礦物呈現(xiàn)相應的表面色。所以，表面色表現(xiàn)為與被吸收色光一致的顏色，而非補色。礦物的呈色機理 A、帶隙躍遷能帶理論認為，結晶體中的電子不再被個別原子所束縛，而為整個

3、晶體所共有，并在晶體內部的一個三維空間的周期性勢場中運動。電子運動時的能量限定在一定的區(qū)域中，它有一定的上下限值，這些電子運動所允許取的能量區(qū)域就稱為能帶。能帶理論中，電子在能帶能級上的充填首先成對充填在較低能量的能級上。完全被電子填滿的原子軌道形成的較低能量的能帶稱為滿帶，由未充滿電子的原子軌道所形成的較高能量的能帶稱為導帶，沒有電子充填的為空帶，滿帶與導帶之間為禁帶。上述能帶中凡充填有價電子的就稱為價帶第4頁/共31頁若礦物對各種色光大致是均勻的吸收并再輻射，按照反射率大小的不同而分別表現(xiàn)為銀白、錫白、鋼回、鉛灰、鐵黑等。（2）礦物帶隙寬度中等（ Eg1.77-3.10ev）能量間隔在可見

4、光的范圍內，礦物可選擇能量比自身Eg大的各種色光，使電子躍遷而呈其互補色。導帶導帶滿帶滿帶滿帶滿帶導帶導帶帶隙帶隙（1）礦物帶隙寬度窄（Eg3.10ev)大與可見光的能量，可將光不被吸收而大部分透過，礦物無色透明第5頁/共31頁B、內電子轉移過渡元素離子的呈色過渡金屬元素具有未充滿的d、f電子，進入晶體場后發(fā)生晶體場分裂，使離子外層電子軌道重新排列，新形成軌道能級間的能量羅在可見光區(qū)，為維持新的能量狀態(tài)需要吸收一定波長的可見光，當?shù)V物受到可見光照射時，便吸收該波長光波，使礦物呈現(xiàn)其互補色。過渡離子色素離子同一離子進入不同晶體場呈色不同第6頁/共31頁第7頁/共31頁C、電荷轉移含不同價態(tài)離子礦

5、物的呈色礦物中含有變價金屬離子，由于晶體場效應的影響，當電子受到自然光的照射后從一個離子的軌道躍遷到與之比林的另一例子軌道上去，伴隨電子的轉移有很強的吸收，而使礦物呈色第8頁/共31頁D、色心呈色由于種種物理化學因素，在晶體局部范圍內，質點的排列偏離嚴格的周期性重復規(guī)律，形成晶格缺陷。晶體中能選擇吸收可見光的點缺陷稱為色心，它能引起相應的電子躍遷而使晶體呈色F色心晶格中由于陰離子缺位而引起的。對于整個晶格而言，陰離子的缺位，空位即形成帶正電荷的中心，它能捕獲附近離子中的電子，發(fā)生相應的電子轉移，吸收某種波長的色光而使晶體呈色。如石鹽的藍色，螢石的紫色V色心晶格中由于陽離子缺位而引起的。從經典角

6、度考慮，缺少一個陽離子等于附近增加了一個負電荷，那么附近一個陰離子必須稱為“空穴”才能保持靜電的平衡。E、物理光學效應光的反射、干涉等物理因素所引起的 礦物成色第9頁/共31頁礦物的條痕是指礦物粉末的顏色一般是將礦物在白色無釉瓷板上刻劃后，觀察其留下的粉末顏色。礦物的條痕可以消除假色、減弱他色，因而比礦物顏色更穩(wěn)定應用對象：有色礦物 低硬度礦物（硬度25%。呈拋光金屬般的光澤半金屬光澤 R=25-19%。呈未刨光金屬般的光澤金剛光澤 R=19-10%。如同金剛石般的光澤玻璃光澤 R=10-4%。如同玻璃般的光澤礦物光澤的分級金屬光澤半金屬光澤金剛光澤玻璃光澤第12頁/共31頁5、礦物的發(fā)光性發(fā)

7、光性是指物體受外加能量激發(fā)，發(fā)出可見光的性質熒光：發(fā)光體一旦停止受激，發(fā)光現(xiàn)象立即消失磷光：發(fā)光體停止激發(fā)，仍持續(xù)發(fā)光二 礦物的力學性質1、礦物的解理、裂理和斷口礦物的解理 定義：礦物受外力（敲打、擠壓等）作用后，沿著一 定的結晶方向發(fā)生破裂，形成一系列光滑平面的性質 解理產生的原因 解理是由礦物的晶體結構決定的 解理產生在面網間化學鍵力最弱的方向第13頁/共31頁A 解理面一般平行于面網密度最大的面網B 平行于由異號離子組成的電性中和的面網C 當相鄰面網為同號離子的面網時，其間易產生解理D 平行于化學鍵力最強的方向第14頁/共31頁根據解理產生的難易程度，可將礦物的解理分成五個等級：A 極完

8、全解理 礦物在外力作用下極易裂成薄片。解理面光滑、平整。很難發(fā)生斷口。如云母、石墨、輝鉬礦等；B 完全解理 礦物在外力作用下，很容易沿解理方向裂成平面（但不成薄片）。解理面平滑。如方解石、方鉛礦、螢石等；C 中等解理 礦物在外力作用下，產生明顯的解理，但解理面不太連續(xù)和光滑，有斷口。如白鎢礦等；D 不完全解理 礦物在外力作用下，不易裂出解理面，解理面小而不平整，易出現(xiàn)斷口。如磷灰石0001及1010解理；E 極不完全解理 礦物受外力作用后，極難出現(xiàn)解理，多形成斷口，一般稱為無解理。如石英、黃鐵礦。 解理的分級第15頁/共31頁解理的表示單形符號解理既體現(xiàn)出晶體的異向性又體現(xiàn)出晶體的對稱性說明只

9、有晶質礦物才有解理不同種的礦物，其解理發(fā) 育程度不同無論完整與否，無論大小 如何，同種礦物具相同的 解理解理面網，性質相同的面網 產生相同的解理性質相同的一組面網單形Why ?第16頁/共31頁礦物斷口的形狀主要有下列幾種：貝殼狀斷口 呈圓形的光滑曲面，面上常出現(xiàn)不規(guī)則的 同心條紋，形似貝殼狀。如石英和玻璃質體鋸齒狀斷口 呈尖銳的鋸齒狀。 延展性很強的礦物具有此種斷口，如自然銅參差狀斷口 參差不齊、粗糙不平。 大多數(shù)礦物具有此種斷口。如磷灰石；土狀斷口 土狀礦物顯此斷口，如高嶺石礦物的斷口礦物受外力作用，在任意方向破裂所形成的凹凸不平的斷面 斷口在晶體或非晶體礦物上均可發(fā)生 斷口可用來作為鑒定

10、礦物的一種輔助特征第17頁/共31頁礦物的裂理定義：礦物在外力作用下沿一定結晶方向裂開的性質 沿某一種面網存在有他種成分的細微包裹體，或者 是固溶體離溶物產生的原因 沿著雙晶接合面特別是聚片雙晶的接合面發(fā)生礦物解理與裂理的區(qū)別解理晶質礦物的固有特性，同種礦物具有相同解理裂理礦物的非固有特性，同種礦物并非都具有裂理， 但若產生裂理，必在相同的方向上第18頁/共31頁 2、 礦物的硬度定義：硬度是指礦物抵抗外來刻劃、壓入或研磨 等機械作用的能力分類： 絕對硬度計摩氏硬度計（壓入硬度）滑石 石膏 方解石 瑩石 磷灰石 正長石 石英 黃玉 剛玉 金剛石小于指甲（5.5)簡單硬度計 影響礦物硬度大小的因

11、素化學鍵 原子半徑與電價 緊密堆積程度第19頁/共31頁1 礦物的硬度主要取決于晶體結構的牢固程度，這與化學鍵 的類型及其強度密切相關。 共價鍵 離子鍵 金屬鍵 分子鍵 氫鍵大小2 對于具有離子晶格的礦物其離子鍵的強度隨離子半徑和離 子電價而異離子半徑：礦物結構類型和離子電價相同時，礦物硬度隨離子半徑減小而增大 方解石CaCO3(0.108, 3) 菱鎂礦MgCO3(0.066nm, 4.5)離子電價：晶體結構類型和半徑相同時，離子電價越高，礦物硬度越大 螢石CaF2(0.120nm, + 2, 4)方釷石（0.112nm, +4, 6.5) 3 結構堆積緊密程度/配位數(shù)CN） 結構緊密硬度大

12、 方解石CaCO3 （6, 3) 文石CaCO3 （9, 4)4 礦物結構中存在羥基、中性水分子硬度明顯降低 石膏CaSO42H2O(1-2) 硬石膏CaCO3(3-4.5)第20頁/共31頁 礦物受外力作用容易破碎的性質稱為脆性脆性是離子鍵礦物的一種特性。絕大多數(shù)礦物具有過渡型的離子共價鍵，因此，礦物的離子鍵性越大，脆性越強 礦物在錐擊或拉引下，容易形成薄片和細絲的性質稱為延展性 通常溫度升高，延展性增強 延展性是金屬鍵礦物的一種特性。金屬鍵的礦物在外力作用下能產生塑性形變，這就意味著離子能夠移動重新排列而不失去粘結力，這是金屬鍵礦物具有延展性的根本原因。金屬鍵程度不同，則延展性也有差異 3

13、、 礦物的脆性和延展性延展性脆性第21頁/共31頁 3、 礦物的彈性和脆性礦物受外力作用發(fā)生彎曲形變，外力撤消后，彎曲形變能恢復原狀，此性質稱為彈性 彈性的實質：一些層狀結構的礦物，其單位層之間存在著一定的離子鍵，當受力彎曲時，這些離子鍵也被拉長或壓短，各單位層能夠變彎和移動。外力撤銷，這些離子鍵能恢復正常，并使各單位層恢復到原位礦物受外力作用發(fā)生彎曲形變，當撤消后，彎曲了的形變不能恢復原狀，此性質稱為撓性具撓性的礦物，在其內部結構中，單位層之間，鍵力很弱。當它受外力彎曲時，兩種層之間不產生內應力，沒有恢復力，因而彎曲后不能恢復原狀 第22頁/共31頁三 礦物的密度和相對密度礦物的密度：是指礦

14、物單位體積的質量，單位g/cm3相對密度：礦物在空氣中的重量與4時同體積水的 質量之比密度的分級： 輕級 相對密度小于2.5 中級 相對密度由2.5-4 重級 相對密度大于4影響礦物相對密度的因素化學組成和晶體結構元素原子量大小 離子電價與半徑 最緊密堆積程度第23頁/共31頁對晶體結構類型相同的礦物來講，礦物的比重隨所含元素原子量的增大而增大，隨原子或離子半徑的增大而減小方鉛礦PbS(Pb=207.21, 7.4-7.6 g/cm3) 重晶石BaSO4(Ba=137.36, 4.3-4.7 g/cm3)但 當原子量的增大不足以抵消因原子或離子半徑增大所減小的比重時則原子量雖然增大，比重反而減

15、?。↘cl，Nacl）在原子量、原子或離子半徑相同或相近的情況下，原子或離子的配位數(shù)越大，比重越大方解石CaCO3 (6, 2.71 g/cm3) 文石CaCO3 (9, 2.95 g/cm3)礦物形成時的溫度(T)和壓力(P) 對礦物的比重也有影響T升高 CN降低 形成小比重礦物方解石中溫文石低溫 P增大 CN增大 形成大比重礦物石墨 2.23金剛石3.50第24頁/共31頁四 礦物的磁性礦物的磁性：是指礦物能被永久磁鐵或電磁鐵吸引或排 斥的性質礦物的磁性分為三類礦物磁性分成三級強磁性 礦物粉末能被永久磁鐵吸起。如磁鐵礦弱磁性 礦物粉末能被永久磁鐵吸引，但不能躍至磁鐵上如鉻鐵礦無磁性 礦物粉

16、末不能被永久磁鐵吸引。如黃鐵礦逆磁性礦物 礦物在外磁場作用下，產生很弱的感應磁場，其磁化方向與外磁場方向相反，磁化率很小，表現(xiàn)為被永久磁鐵所排斥；電磁性礦物 礦物在外磁場作用下，產生的感應磁性稍大，其磁化方向與外磁場方向相同，磁化率不大，為正值，表現(xiàn)為受磁場的吸引。這類礦物不被永久磁鐵吸引，但可被電磁鐵吸引；磁性礦物 礦物的碎塊或粉末能被永久性磁鐵所吸引第25頁/共31頁礦物磁性的本質礦物的磁性是由組成礦物的原子或離子的未成對電子的自旋磁矩產生的，離子的未成對電子越多，礦物的磁性就越強，反之，則弱或不顯磁性。對于惰性氣體型離子來講，具有飽和的外電子構型，因而不顯磁性；而過渡型離子具有未充滿的d

17、電子，因而多具有磁性。但并非所有的過渡型離子都具有磁性。離子進入不同的晶體場，采用不同的自旋狀態(tài)，其磁性不同F(xiàn)e2+八面體場高自旋 具有磁性 Fe1-xS 低自旋 無磁性 FeS FeAsS2四面體場 高自旋 弱磁性 （Zn,Fe)S第26頁/共31頁1、導電性礦物對電流的傳導能力稱礦物的導電性。取決于礦物的能帶結構類型,按照礦物的能帶結構可將礦物分為：絕緣體礦物：為離子鍵和共價鍵礦物。當能帶中能量間隔很大時，一般的電場不能使價帶中的電子激發(fā)到導帶上去，致使不能導電。如金剛石。導體礦物：為金屬鍵礦物。其價帶和相鄰的導帶重疊。因此，電子極容易從價帶躍遷到導帶，形成電子流，參加導電。如自然金、自然

18、銅等。半導體礦物：礦物的價帶與導帶間能量間隔很小，用不大的激發(fā)能量（如熱、光、電等）就可以使價帶中的電子躍遷到導帶，電子在導帶中形成有限的電子流。如黃鐵礦、方鉛礦等 五 礦物的電學性質第27頁/共31頁2、壓電性某些礦物晶體，在機械作用的壓力或張力下，因變形效應而呈現(xiàn)的荷電性質。在壓縮時發(fā)生正電荷的部位，在伸張時發(fā)生負電荷。礦物的壓電性只發(fā)生在無對稱中心，具有極性軸的各晶類的礦物中（如石英）。ZXZXab壓縮拉張石英單晶體第28頁/共31頁焦電性當溫度變化時，在晶體的某些結晶方向產生荷電的性質。電氣石的焦電性如電氣石晶體加熱到一定溫度時，其Z軸的一端帶正電，另一端帶負電若將已熱的晶體冷卻，則兩端電荷變號礦物的焦