編輯
概述
長期以來,人們壹直根據礦物的物理性質來鑒別礦物,如礦物的顏色、光澤、硬度、溶解度、比重、磁性等,這些都是肉眼鑒別礦物的重要標誌。
作為壹種結晶固體,礦物的物理性質取決於其化學成分和晶體結構,反映了晶體的壹般特征--均勻性、對稱性和各向異性。
形態
礦物種類繁多,就單體而言,它們大小不壹,有的肉眼或用普通放大鏡就能看到(隱晶體),有的需要借助顯微鏡或電子顯微鏡才能識別(隱晶體);有的晶體完整無缺,呈規則的幾何多面體形態;有的則是存在於巖石或土壤中的不規則顆粒。礦物單體形態可分為三向等距(如粒狀)、雙向延伸(如板狀、片狀)和單向伸長(如柱狀、針狀、纖維狀)三種類型。而晶體的形狀則受壹系列幾何晶體學規律的制約。
礦物單質有時可以產生連生規律,同種礦物晶體可以相互平行連生,也可以按壹定的對稱規律形成雙晶,不按規律連生的同種晶體之間稱為浮生或交生。
礦物集合體可以是結晶體,也可以是隱晶體。隱晶質或膠體聚集體常有各種特殊形態,如結核狀(如磷灰石結核)、豆狀或鮞狀(如鮞狀赤鐵礦)、樹枝狀(如樹枝狀天然銅)、結晶腺狀(如瑪瑙)、土狀(如高嶺石)等。
礦物(20)
顏色
礦物的顏色多種多樣。產生顏色的原因,壹類是白光透過礦物時,內部電子躍遷過程引起的對不同顏色光的選擇性吸收;另壹類是由於物理光學過程。導致礦物內部電子遷移的原因,最主要的是色素離子的存在,如Fe3+赤鐵礦的紅色、V3+釩榴石的綠色。正是晶格缺陷形成了 "色心",如螢石的紫色。礦物學中壹般將顏色分為 3 類:自色是礦物固有的顏色;他色是混合物造成的顏色;假色是由於某種物理和光學過程造成的顏色。例如,銅礦石的新鮮表面是古銅紅色,氧化後由於表面的氧化膜受光的幹擾而造成的藍紫色。礦物內部含有定向微包裹體,當礦物旋轉時可出現顏色變色,透明礦物或裂隙有時可引起光幹涉而出現彩虹狀暈色。在白色無釉瓷盤上刮擦礦物時留下的粉末痕跡。條紋色可以消除假色,衰減其他顏色,通常用於礦物鑒定。
光澤和透明度
礦物表面反射可見光的能力。按表面光滑程度反射由強到弱分為金屬光澤(猶如鍍鉻金屬表面的反射,如方鉛礦)﹑半金屬光澤(猶如壹般金屬表面的反射,如磁鐵礦)﹑金剛光澤(猶如鉆石的反射,如金剛石)和玻璃光澤(猶如玻璃板的反射,如石英)四個等級。金屬和半金屬光澤的礦物條紋壹般較暗,金剛石或玻璃光澤的礦物條紋較亮或發白。此外,如果礦物的反射面不光滑或有聚集體,還會出現油脂光澤、樹脂光澤、蠟質光澤、泥土光澤和絲綢光澤以及珍珠光澤等特殊光澤類型。
可見光透過礦物的程度。影響礦物透明度的外部因素(如厚度、含包裹體、表面是否光滑等)很多。通常在厚度為0.03毫米的薄片條件下,根據礦物的透明程度,可將礦物分為:透明礦物(如石英)、半透明礦物(如朱砂)和不透明礦物(如磁鐵礦)。很多在手標本中看起來並不透明的礦物,其實都屬於透明礦物,如常見的輝石。壹般具有玻璃光澤的礦物屬於透明礦物,具有金屬或半金屬光澤的不透明礦物,具有金剛光澤的透明或半透明礦物。
斷口和裂隙
礦物在外力敲擊等作用下,沿任意方向發生的各種斷裂稱為斷口。斷口按形狀主要有殼狀、鋸齒狀、參差狀、扁平狀等。在外力作用下,礦物晶體沿壹定晶面破裂的內在性質稱為解理。解理面平行於晶體結構中鍵合力最強的方向,壹般也是原子排列最密集的面網發生的地方,並服從晶體的對稱性。解理面可用單形符號表示(見晶體),如方鉛礦具有立方{100}解理,普通角閃石具有{110}柱狀解理等。裂隙面可以用單形符號表示(見晶體)。根據解理產生的難易程度和解理面的完整程度,解理可分為非常完全解理(如雲母)、完全解理(如方解石)、中等解理(如普通輝石)、不完全解理(如磷灰石)和極不完全解理(如石英)。解理又稱裂隙,是礦物晶體在外力作用下沿壹定晶面斷裂的非固有特性。它在外觀上與裂隙極為相似,但兩者產生的原因不同。裂紋通常是由於含雜質的夾層或雙晶等的影響造成的,並不是特定礦物的必然因素。
硬度和比重
礦物抵抗外力(如劃痕、壓痕、研磨)的機械強度。礦物學中最常用的是莫氏硬度,它是通過礦物與標準硬度的相互劃痕比較而得出的。10種標準硬度的礦物組成了莫氏硬度表,它們從1度到10度分別是滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石。十級只表示相對硬度的大小,為了簡化還可以用指甲(2-2.5)、小鋼刀(6-7)、窗戶玻璃(5.5-6)作為輔助標準,大致定出礦物的莫氏硬度。另壹種硬度是維氏硬度,即壓痕硬度,用顯微硬度計測量,單位為 kg/mm2。莫氏硬度 H m 與維氏硬度 H v 的大致關系是(kg/mm2),礦物的硬度與晶體結構中的化學鍵型﹑原子間距﹑價基和原子配位密切相關。
礦物是指純凈、均勻的單壹礦物在空氣中的重量與相同體積的水在 4 攝氏度時的重量之比。礦物的比重取決於組成元素的原子量和晶體結構的緊密程度。雖然不同礦物的比重差別很大,琥珀的比重小於 1,天然銥的比重高達 22.7,但大多數礦物的比重都處於中等水平(2.5 至 4)。礦物的比重可以測量,也可以根據化學成分和細胞體積計算出理論值。
礦物的密度(D)是礦物單位體積的重量,單位是克/立方厘米(g/cm3)。礦物的比重在數值上等於礦物的密度。
礦物的比重差別很大,從小於 1(如琥珀)到 23(如餓釘礦物)不等。天然金屬元素礦物的比重最大,而鹽類礦物的比重較小。
礦物比重可分為三個等級:
輕級比重小於2.5。如石墨(2.5)、天然硫(2.05-2.08)、鹽(2.1-2.5)、石膏(2.3)等。
中間比重在 2.5 到 4 之間,大多數礦物的比重都屬於這壹類。例如,石英(2.65)、斜長石(2.61-2.76)、金剛石(3.5)等。
重級比重大於 4,如重晶石(4.3-4.7)、磁鐵礦(4.6-5.2)、白鎢礦(5.8-6.2)、方鉛礦(7.4-7.6)、天然金(14.6-18.3)等。
礦物的比重由其化學成分和內部結構決定,主要與組成元素的原子量、原子半徑和離子半徑以及堆積方式有關。此外,礦物形成的條件--溫度和壓力--也對礦物比重的變化起著重要作用。
需要註意的是,同壹種礦物,由於化學成分的變化、均質混合物的置換、機械混合物和包裹體的存在、洞穴和裂隙中空氣的吸附等都會對礦物的比重產生影響。因此,在測定礦物比重時,壹定要選擇純凈、未風化的礦物。
四性、磁性和發光性
有些礦物(如雲母)受外力作用能彎曲變形,消除外力後又能恢復原狀,表現出彈性;而另壹些礦物(如綠泥石)受外力作用能彎曲變形,消除外力後就不再恢復原狀,表現出柔性。大多數礦物是離子化合物,它們易受外力破碎,表現為脆性。少數礦物以金屬鍵結合(如天然金),具有延展性(拉絲)﹑平展性(搗成壹塊)。
根據礦物內所含原子或離子的磁矩大小及其相互取向關系的不同,它們被外界磁場磁化的表現性質也不同,可分為反磁性(如巖鹽)、順磁性(如黑雲母)、反鐵磁性(如赤鐵礦)、鐵磁性(如天然鐵)和鐵磁性(如磁鐵礦)。由於原子磁矩是由未成對電子引起的,因而只有含有飽和電子殼層的原子和離子才是反磁性礦物,而所有具有鐵磁性或鐵磁性、反鐵磁性、順磁性的礦物都是含有過渡元素的礦物。但是,如果所含過渡元素的離子中沒有未成對電子(如毒砂),礦物仍然是反磁性的。具有鐵磁性和鐵磁性的礦物可以被永久磁鐵吸引;具有鐵磁性和順磁性的礦物只能被電磁鐵吸引。礦物的磁性通常用於探礦和選礦。
有些礦物在外部能量的激發下可以發出可見光。熱量、摩擦以及接觸陰極射線、紫外線和 X 射線都是激發礦物發光的因素。激發停止後,停止的光稱為熒光;激發停止後仍能持續壹段時間的光稱為光。礦物發光可用於礦物鑒定、礦物搜索和選礦。