Люминесценция

Цвет, двойное лучепреломление и поляризация света, блеск минерала связаны с явлениями взаимодействия с ним лучей видимой части спектра электромагнитных колебаний. Люминесценцией называется способность кристаллов светиться под влия­нием разного рода излучений за пределами длин волн видимого света. В зависимости от вида излучения, используемого для возбуждения, различают фотолюминесценцию (возбуждение ультрафиолетовыми лучами), рентгенолюминесценцию (возбуждение рентгеновскими лучами), катодолюминесценцию (возбуждение потоком электронов), электролюминесценцию (возбуждение электрическим полем), термолюминесценцию (возбуждение нагреванием), триболюминесценцию (возбуждение упругими колебани­ями, ударом) и т. д.

Наиболее просто люминесценция минералов наблюдается в ультрафиолетовых лу­чах в темноте. Нелюминесцирующие минералы остаются черными, у других появля­ется свечение разного цвета и интенсивности. Иногда свечение продолжается некото­рое время в полной темноте после отключения ультрафиолетовой лампы, этот вид лю­минесценции, послесвечение, называется фосфоресценцией. Принцип появления люми­несценции тот же, что и принцип появления окраски в видимых лучах. Возбудителями люминесценции (люминофорами) чаще всего являются ионы переходных металлов— Мп2+, Сг3+, Т112+, Т113+, комплексные катионы (иОг)2+, точечные дефекты типа О", центры перехода (рекомбинации), переноса заряда и т.д.

Известны минералы с фиолетовым, синим, голубым, зеленым, желтым, оранже­вым, красным свечением в ультрафиолетовых лучах. Иногда разное по силе и цвету свечение наблюдается в пределах одного кристалла. Цвет и интенсивность свечения одного и того же минерала зависят также от его состава и особенностей структуры. Для некоторых минералов люминесценция является важным диагностическим при­знаком. По яркому голубому или желтому свечению легко определяется алмаз (на этом основан способ его выявления в массе дробленой руды на ленте транспортера на обогатительных фабриках). По синему и желтому свечению легко отличают рудный минерал вольфрама шеелит от кальцита и кварца (у кальцита чаще всего бывает ро­зовое свечение, кварц не люминесцирует), по красному свечению рубин отличают от его имитаций и т.д.

Плотность

Плотность минералов изменяется в очень широких пределах — от 0,8 — 0,9 (у при­родных кристаллических углеводородов) до 22,7 г/см3 (у осмистого иридия). Условные группы и значения плотности ряда минералов приведены в табл. 11.

Плотность возрастает с ростом компактности кристаллической структуры веще­ства, увеличением атомного номера, т.е. атомных масс слагающих минерал хими­ческих элементов, уменьшением их радиусов. Полиморфные вещества с разной сте­пенью компактности .их структуры имеют разную плотность (у графита—2,1, у ал­маза— 3,5 г/см3). Минералы переменного химического состава имеют непостоянную плотность, она меняется по принципу аддитивности свойств изоморфных смесей. На­оборот, по плотности можно судить о составе минералов — членов изоморфного ряда.

Механические свойства

К механическим свойствам кристаллов относятся их твердость, спайность, отдель­ность, упругость, сжимаемость, пластичность, хрупкость, ковкость и т.д. Рассмотрим некоторые из этих свойств.

Под твердостью подразумевают сопротивление, оказываемое кристаллом царапа­ющему, сверлящему, шлифующему или давящему предмету. На преодоление этого сопротивления должна быть затрачена определенная работа, которая может быть при­нята за меру твердости. Твердость, установленная методами царапания, сверления, шлифования, вдавливания, всегда несколько различается.

Для определения твердости методом вдавливания измеряют под микроскопом глу­бину отпечатка, который оставляет на грани кристалла стандартная по размеру ал­мазная пирамидка под действием стандартного груза. Зная глубину лунки и величину нагрузки, легко рассчитать значение твердости. Твердость природных кристаллов очень разная — от 2,4 кг/мм2 (тальк) до 10060 кг/мм2 (алмаз). Твердость зависит от типа химической связи: у минералов с металлической связью она меньше, с кова-лентной — больше. Твердость прямо пропорциональна степени плотности структуры, ретикулярной плотности грани. В изоструктурных минералах она возрастает с умень­шением радиуса и увеличением заряда ионов, слагающих кристалл.

Для практических целей быстрой диагностики минералов их твердость определяют методом царапания с помощью простых эталонов твердости

До сих пор с этой це­лью используются десять эталонов по старинной шкале, предложенной Ф. Моосом в

1824 г. (табл. 12). В этой шкале каждый последующий минерал своим острым концом царапает предыдущий эталон.

Таблица 12. Твердость минералов-эталонов в шкале Мооса

Эталонная			Твердость
твердость	Название	Формула	вдав л и ван ия,
по Моосу			кг/мм2
1	Тальк	М8з(8цО10)(ОН)2	2,4
2	Гипс	Са(804) -2Н20	36
3	Кальцит	СаС03	109
4	Флюорит	СаР2	189
5	Апатит	Са5(Р04)3Р	536
6	Ортоклаз	К(А181308)	795
7	Кварц	ЭЮ2	1120
8	Топаз	А12(8Ю4)Р2	1427
9	Корунд	А12Оэ	2060
10	Алмаз	С	10060

Иногда приходится ориентироваться на подручные "эталоны", хотя они и не­точны—ноготь (тв. 2,5), стекло (тв. 5), нож (тв. 5,5 — 6). На результатах опре­деления твердости сказывается характер царапаемой поверхности, степень хрупкости минералов и другие факторы. Поэтому при определении твердости минерала надо всегда испытывать его свежую поверхность. Начинать лучше всего со стекла, сначала им поцарапать минерал, затем наоборот. В полевой работе геолога перочинный нож, стекло и ноготь—-главные "эталоны".

Из общего закона анизотропии свойств кристаллов следует, что грани различных простых форм могут иметь разную твердость, но и каждая грань тоже неоднородна по твердости. Наиболее резко анизотропия твердости проявлена у кианита, поэтому он имеет и другое название—дистен-двусильный (греч.) (рис. 69).

Спайность — это способность кристаллов раскалываться параллельно определен­ным плоским сеткам пространственной решетки с образованием разных поверхностей скола. Раскол проходит между теми плоскими сетками, между которыми действуют самые слабые силы связи. Такие плоские сетки обычно наиболее густо заселены ато­мами, но отстоят друг от друга на большем расстоянии (рис. 70).

Спайность относится к наиболее характерным диагностическим признакам минера­лов. Лучше всего она проявляется в больших кристаллах. Обычно, чтобы охарак­теризовать спайность, надо определить степень совершенства и простую форму, по которой кристалл раскалывается. Надо научиться отличать плоскости спайности от граней — на последних всегда есть микрорельеф роста и растворения кристалла.

Качество спайности определяется по следующей условной шкале: 1) спайность весьма совершенная — минерал легко раскалывается или расщепляется на тонкие пла­стинки или листы (слюда, тальк, гипс); 2) спайность совершенная — кристаллы ко­лются на более толстые пластинки, бруски с ровными поверхностями (кальцит, гале­нит); 3) спайность средняя — поверхность скола не всегда ровная и блестящая (флю­орит, полевой шпат); 4) спайность плохая, или несовершенная.

В зависимости от простой кристаллографической формы кристалл может раска­лываться по одному, двум, трем и более направлениям (рис. 71). При спайности по пинакоиду кристалл колется по одному направлению, по ромбической или тетраго­нальной призме—по двум направлениям, по гексагональной призме—по трем, по

ромбоэдру и кубу — тоже по трем направлениям, по октаэдру — по четырем, по ром­бододекаэдру— по шести направлениям

Но это не значит, что при ударе кристалл раскалывается на идеальные многогранники. В зависимости от удара поверхность скола и форма осколков могут быть разными.

Рис. 71. Спайность в разных кристаллах.

При первом изучении минерала и когда нет его больших кристаллов, нередко прихо­дится ограничиваться неполными наблюдениями, отмечая лишь, есть или отсутствует спайность, каково ее качество, как она проходит (вдоль или поперек кристалла), каков угол спайных выколков. Но и эти отрывочные наблюдения важны при диагностике минералов.

Часто в кристаллах спайность проходит по граням не одной, а двух и более кристал­лографических форм. Степень совершенства спайности по ним всегда различна. На­пример, полевые шпаты раскалываются по двум разным пинакоидам, на одних плос­костях блеск сильный, поверхности ровные, на других — блеск слабый, поверхности менее совершенные.

В тех направлениях, где нет спайности, кристаллы раскалываются по сложным поверхностям. Их называют изломами. Различают ровный, ступенчатый, неровный, занозистый, крючковатый и раковистый изломы. Вид излома иногда является харак­терной особенностью некоторых минералов (раковистый излом у кварца, например), что помогает в их диагностике.

Отдельность—это расколы кристаллов по плоскостям их физической (фазовой) неоднородности. Плоскостями отдельности могут быть плоскости срастания двойни­ков, поверхности зон и секторов роста кристаллов, плоскости мельчайших включений других минералов. В отличие от спайности отдельность проявляется по всему кри­сталлу, расколы в случае отдельности более грубые и четкие. Для ряда минералов грубые разрывы по отдельности являются характерным диагностическим признаком. Такова, например, отдельность в кристаллах корунда А^Оз, она проходит по ромбо­эдру и пинакоиду и обусловлена мельчайшими пластинчатыми включениями слюды (мусковита) и других минералов.