Лекція 10 Оптичні властивості мінералів

Лекція 10. Оптичні властивості мінералів

Оптичні властивості мінералу проявляються при взаємодії кристалічної структури мінералу із світлом. Світло є електромагнітним випромінюванням і існує як взаємодія коливань (осциляцій) електричного E і магнітного H полів, що породжуються рухом заряджених часток матерії (електрони, протони). Електричні та магнітні поля породжують одне одного і поширюються із швидкістю c, яка у вакуумі дорівнює 300 000 км/с. Електромагнітні хвилі характеризуються амплітудою і довжиною хвилі.

Співвідношення величин, що будуть використовуватися в цьому розділі:

Довжина хвилі λ вимірюється нанометрами або ангстремами

1 нм = 10^-9 м = 10^-7 см

1Å = 0,1 нм = 10^-10 м

Частота випромінювання  обернена довжині хвилі: (см^-1)=1/λ(см), або λ=1. Показником частоти є хвильове число см^-1 = 1/см.

Енергія фотона E вимірюється електроно-вольтами (еВ).

Рис. 10.1. Хвильова природа світлового електромагнітного випромінювання

а) Електричне поле E створює магнітне поле H і ця енергія поширюється із швидкістю c, швидкістю світла; б) електромагнітне поле поширюється як хвиля λ, із певним кутом між магнітними і електричними коливаннями.

Рис. 10.2. Спектр електромагніт­но­го випромінювання та спектр види­мо­го світла

Разом з тим, світло веде себе як високо енергетична частка – фотон. Енергія фотону неділима, не може віддававатися частинами, тобто є квантом. Вона пов’язана із довжиною хвилі λ і швидкістю світла c квантовою залежністю

, (10.1)

де  – частота коливань ( ), h – стала Планка, m – маса фотона, довжина хвилі в нм.

Чим більше довжина хвилі, тим менший квант енергії фотона. Енергія фотонів видимого світла знижується від фіолетового до червоного краю спектру.

Оптичними властивостями ми звичайно називаємо ті ефекти, що виникають при взаємодії мінералу із видимою частиною спектру електромагнітного випромінювання. Ці властивості ми спостерігаємо неозброєним оком або ж за допомогою петрографічного мікроскопу. Видиме світло складає тільки невелику частину спектру електромагнітного випромінювання (рис. 4.2) в інтервалі довжин хвиль 390 – 770 нм. Саме ці промені викликають фотохімічну реакцію в ретині людських очей і регіструються мозком із розділенням їх за довжиною хвилі і інтенсивністю. Звичайно сонячне світло є білим, тобто поліхроматичним, таким що містить в собі еквівалентні частки червоного, жовтого, зеленого та синього світла. Монохроматичне світло має одну певну довжину хвилі і може бути отримане за допомогою спеціальних ламп, таких як лампа із парою натрію, що дає жовте світло із довжиною хвилі 565 нм.

У широкому розумінні, поняття оптичних властивостей поширюється також на взаємодію мінералу із електромагнітним випромінюванням в інфрачервоній (ІЧ) та ультрафіолетовий (УФ) частинах спектру. Дослідження такої взаємодії потребують спеціального обладнання, зокрема ультрафіолетових та інфрачервоних мікроскопів, що почали широко використовуватися в останні десятиліття.

Рис. 10.3. Схема поведінки світлового променя при взаємодії із мінералом.