《矿物的物理性质》PPT课件.ppt

1 第四章 矿物的物理性质 0 前言 1 定义 ：即 矿物作为整体化合物所具有的各方面 的物理学性质总和 ， 主要包括矿物的光学性质 、 力学性质 、 电学性质 、 磁学性质 、 热学性质 （ 导 热性 、 热膨胀性质 、 挥发性 ） 及其放射性 、 可塑 性 、 流变性等 。 2 矿物物理性质的影响因素： 成分 、 结构 、 形态 、 环境的物理化学条件等因素 。 物理化学条件是通 过热力学原理控制矿物的物理性质 。 3 研究矿物性质的意义： 包括 3方面 鉴定矿物 （ 宝玉石的鉴定 ） 、 矿物成因研究 （ 提供矿物形 成的环境条件信息指导找矿 ） 、 矿物材料开发应 用的基础 。 2 一 矿物的光学性质 1矿物的颜色： 对可见光选择性吸收是矿物呈现出 颜色的主要原因 。 可见光波长为 390750 nm。 在 自然光的照射下矿物对光产生吸收 、 透射和反射 ， 这些作用的共同结果产生了矿物的颜色 。 当矿物对 光全部均匀吸收 ， 则矿物呈现出黑色 ； 基本上不 吸收则为无色或白色 ；当只选择性地吸收某些波长 的光波 ， 则透射或反射出另外一些色光即为该矿物 的 彩色 。 决定矿物颜色的因素有：（ 1） 离子内部的电 子跃迁。 （ 2） 离子间的电子转移 。（ 3） 能带间 的电子跃迁 。 3 4 （ 4） 色心 由于各种因素的影响在晶体内部质 点的排列偏离了格子构造重复规律形成 的 晶格缺陷 ， 这些晶格缺陷能引起相应的电子跃迁而使晶体显色 ， 最为常见的是 F心 （ 阴离子缺失所引起 ） 和 V心 （ 阳 离子缺失所引起 ） 。 （ 5） 物理光学效应 ， 包括 晕色 某些透明矿物 的表面常呈现出的一种彩虹般的色带 ， 如白云母 、 方解石 、 石英等； 锖色 某些不透明矿物经风化 后表面产生氧化薄膜 ， 引起的反射光的干涉作用 ， 使矿物呈现出各种颜色的混合即为锖色 ， 如斑铜矿； 变彩 某些矿物在转动时或沿不同角度观察可呈 现出不同的颜色的变化 ， 这种现象即为之 ， 如拉长 石 。 5 菱锰矿 尖晶石 电气石 自然金 6 2 矿物的条痕： 是矿物粉未的颜色 ， 可以消除假色 ， 减少 他色 ， 比矿物颜色更为稳定 ， 是鉴定矿物 的重要特征之一 。 由于白色或无色矿物的 条痕都为白色 ， 因此 ， 条痕对这两类矿物 无鉴定意义 ， 而对彩色矿物和金属色矿物 的鉴定具有非常重要的意义 。 7 3矿物的透明度： 是指矿物可以透过可见光的程度 ， 透明度的大小 与矿物薄片的厚度有关 ， 是否透明很大程度地取 决于厚度 ， 一般光学薄片的厚度为 0.03mm。 据光 线在标准岩石 （ 或矿物 ） 薄片中的透明程度 ， 把 矿物分为透明矿物 （ 如长石和石英等 ） 、 半透明 矿物 （ 如辰砂和锡石 ） 、 不透明矿物 （ 如方铅矿 和黄铁矿等 ） 。 值得注意的是在判别矿物是否透明的基础理论 是在标准厚度下 ， 而对于手标本上的矿物和岩石 是否透明 ， 常是从矿物的边缘观察 。 影响矿物的透明度的因素包括：矿物中的包裹体 、 气泡 、 杂质 、 裂隙及矿物的集合体形式等 。 8 4 矿物的光泽： 是指矿物表面的反射能力 ， 按照反射率的 大小 ， 光泽分为金属光泽 、 半金属光泽 、 金刚光泽和玻璃光泽 9 10 由于光泽与透明度 、 条痕有关 ， 所以用肉眼观察光泽时一般 需参考矿物的条痕和透明度 。 表 4-1 矿物的光泽分类及与透度、条痕的关系 光泽 金属光泽 半金属光泽 金刚光泽 玻璃光泽 反射率 （ R） /（ %） 25 1925 1019 410 条痕 黑色 、 灰黑 、 绿黑 、 或金 属色 深色 （ 棕色 、 褐色 ） 浅色 （ 浅黄 、 桔黄 、 桔红 ） 无色 、 白色 透明度 不透明 不透明 透明 -半透 明 透明 特征 金属般光泽 弱金属般光 泽 金刚石般光 泽 玻璃般光泽 代表性矿物 自然金 、 黄 铁矿 、 方铅 矿 铬铁矿 、 黑 钨矿 金刚石 、 辰 砂 、 雌黄 石英 、 长石 、 方解石 11 5 矿物的发光性： 是指矿物在受到外加能量的 激发下，产生可见光的性质。 据能量的来源不同可分为： 光致发光 由可见光 、 红外光 、 紫外光等激发 阴极射线发光 由电子束激发 辐射发光 由 X射线 、 射线等激发 热致发光 由热能激发 电致发光 激发能量来源于电能 摩擦发光 激发能量来源于摩擦的机械能 化学发光 激发能量来源于化学反应的能量 据发光的持续时间的长短又可分为： 萤光： 当外加能量消失即发光体一旦停止受激 ， 发光现象立即消失的发 光现象即为萤光 。 磷光： 当外加能量消失即发光体一旦停止受激 ， 发光体仍持续发光的发 光现象即为磷光 。 矿物的发光特性是鉴定矿物的重要标志 ， 同时由于有的矿物特殊的发光 特征 ， 用于制作一些发光材料 。 12 二 矿物的力学性质 0 矿物的力学性质： 矿物的力学性质是指矿 物在外力作用下表现出的性质即为之 。 主 要有解理和硬度 ， 次之为延展性 、 脆性 、 弹性和挠性 。 13 1矿物的硬度： 矿物的硬度为矿物抵抗外来刻划 、 压入 、 研磨等机械作用 的能力 ， 它是极为重要的鉴定标志 。 测定的方法可分为：划入法和压入法 。 划入法沿用摩氏硬度计中硬度十级 ， 由软到硬依次为： 滑 石 、 石膏 、 方解石 、 萤石 、 磷灰石 、 正长石 、 石英 、 黄玉 、 刚玉 、 金刚石 。 一些随手可得的东西可以大致确定矿物的 硬度： 指甲的硬度为 2.5， 小刀为 5.5， 铜针 3， 钢针 5.56， 玻璃片 5.5、 瓷器片 66.5。 压入法沿用维克法 ， 用金刚石正方形锥体 ， 在上方加 上重物 ， 测量金刚石的压痕对角线长度 ， 然后用相应公式 进行计算 ， 求出各种矿物的精确硬度 。 维氏硬度与摩氏硬度的对应关系不是线性的关系 。 14 影响硬度的因素包括： 主要是晶体 结构的牢固程度，这与化学键的类 型及其强度密切相关。共价键矿物 的硬度最大、离子键矿物的硬度中 等、金属键矿物的硬度较小、分子 键矿物的硬度 最小。 15 2矿物的破裂性质（解理、裂开、断口） 解理和断口 ： 矿物受到外力 （ 如敲打 、 挤 压 ） 的作用后 ， 矿物沿着一定的结晶方向 发生破裂 ， 若裂出光滑的平面的性质则称 为 解理 ， 相应的面称为解理面；若裂出的 凸不平且方向任意的断面称为 断口 。 16 影响解理的因素有： 主要是由于矿物 晶体结构决定的 ， 由于晶体具有异向性 ， 在不同的结晶方向键力是有差异的 ， 解理 面往往是沿着面网间化学键力最弱的方向 产生的 。 多平行面网密度最大的方向或平 行异号离子组成的电中性面网而产生解 理 。 17 解理的分级： 极完全解理 矿物在外力作用下极易裂成薄片 ， 解理面平滑 、 完整很难生成断口 。 如云母 、 石墨 、 辉钼矿等 。 完全解理 ：在外力作用下 ， 很容易裂成平面 ， 但不是薄片 ， 解 理面是平滑的 。 如方解石 、 方铅矿 、 萤石等 。 中等解理： 在外力作用下 ， 产生明显的解理 ， 但解理不太光滑 和平整 。 如白钨矿 。 不完全解理 ：在外力作用下 ， 不易裂 出解理 ， 解理面小且不平 整 。 如磷灰石 。 极不完全解理 ：在外力作用下极难产生解理 ， 多成断口 ， 一般 无解理 。 如石英 。 黄铁矿 、 石榴子石 。 矿物的解理和断口是互为消长的 ， 解理体现出晶体的各向异性 ， 又体现出矿物的对称性 。 采用单形符号来表示 。 18 19 晶面与解理面的区别 晶面 解理面 打击后 的性质 为晶体外面的一层平面 ， 被击破后即消失 为晶体内部结构上连结力 弱的方向 ， 受力打击后可 边续出现互相平行的平面 光亮度 晶面上一般比较暗淡 解理面上一般比较光亮 平面花 纹 晶面一般不太平整 ， 仔细 观察时常见凸凹不平痕迹 或各种晶面花纹 解理面比较平整 ， 但可出 现规则的解理面或解理纹 20 3 矿物的脆性与延展性 ： 矿物在外力作用 下容易破碎的性质称为 脆性 。 如镜铁矿的 硬度虽然大于小刀 ， 但由于其脆性大可用 小刀压碎成小粒或粉未 。 脆性是离子键矿 物的一种特性 ， 离子键程度 大脆性随之加 大 。 矿物在外力的打击或拉引下 ， 容易形成薄 片和细丝的性质称为 延展性 。 延展性是金 属键矿物的一种特性 ， 如自然金 、 自然银 、 自然铜等矿物 。 一些硫化物矿物如辉铜矿 。 当用小刀刻划具有延展性的矿物时 ， 会留 下一道光亮的沟痕 ， 以此区别脆性 。 21 4 矿物的 弹性与挠性 ： 矿物在外力作用下发生弯曲 ， 但当外力消 失后恢复原状 ， 此性质称为 弹性 。 如云母 和石棉等矿物 。 而当外力消失后 ， 不能恢复原来形状的性 质 ， 称为 挠性 。 如滑石 、 绿泥石 、 蛭石 。 22 三 矿物的密度与相对密度 矿物的密度 为矿物的极其重要的性质 ， 它反映 了矿物的化学组成和晶体结构 ， 是指矿物单位 体积的质量 ， 通常用 g/cm3表示 ， 而相对密度为 同体积的矿物和水的比值 ， 即为相对密度 ， 是一 个无量纲 。 密度分级是以 2.5和 4分为三级 ， 即为 轻矿物 （ 相 对密度小于 2.5， 如石盐 、 石膏 ） 、 中等矿物 （ 相对密度介于 2.54之间 ， 如石英 、 金刚石等 ） 和 重矿物 （ 相对密度大于 4， 如重晶石 、 方铅矿 、 自然金等 ） 。 相对密度的确定方法有 掂量法和 实测法 。 23 四 矿物的电学性质 1 矿物的导电性： 矿物对电流的传导能力 。 可分为 绝缘体 （ 如金刚石 、 石英等 ） 、 良导体 （ 金属键的 自然金 、 自然银和自然铜等矿物 ） 和 半导体 （ 黄铁 矿和方铅矿等 ） 。 2 矿物的介电性 3 矿物压电性： 某些矿物晶体在机械力的作用下因 形变而呈现的荷电的性质称为压电性 。 压电性只出 现在无对称中心且具有极性轴的各种矿物中 ， 如石 英等 。 可作为检波器材料 。 4 矿物的热电性： 即所谓的 焦电性 。 当矿物的温度 发生变化时 ， 在晶体的某些结晶方向产生荷电的性 质 。 这些矿物都有是无对称中心且具有极性轴的介 电质矿物中 。 如电气石 、 方硼矿和异极矿等 ， 可用 于红外探测中 。 24 五 矿物的磁学性质 1 矿物的磁性 是指矿物能被永久性磁铁或电 磁铁吸引或排斥的性质 。 2 根据矿物在外磁场作用下 ， 表现的性质 ， 把矿物分为 逆磁性矿物 （ 如方解石 、 石盐 等 ） 、 电磁性矿物 （ 如角闪石 、 辉石等 ） 、 磁性矿物 （ 磁铁矿 、 磁黄铁矿 、 自然铁 ） 。 3 用肉眼观察矿物时，仅以永久磁铁或磁性 小刀为工具，将矿物分为三级： 强磁性 （如磁铁矿）、 弱磁性 （如铬铁矿）、 无 磁性矿物 （ 如黄铁矿）。 25 六 矿物的热学性质 矿物的导热性 矿物的导热性：热导仪鉴定真假金刚石 就是利用金刚石特有的高热导性能 七 矿物的其他物理性质 放射性等。