О свойствах минералов.
Идиохроматические, т.е. собственные окраски минералов представляют наиболее трудную проблему. Именно для их понимания приходится привлекать "тяжелую артиллерию", обращаясь к понятиям и представлениям, развитым в физике твердого тела, и к соответствующим методам исследования,— комбинируя, в частности, оптическую спектроскопию (анализ спектров поглощения и отражения света) со спектроскопией электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), позволяющей выявлять в кристаллах различные точечные дефекты (примеси, вакансии), в том числе и электроннодырочные центры окраски. При интерпретации оптических спектров широко используется аппарат зонной теории, разработанной в физике полупроводников и металлофизике, теории кристаллического поля и теории молекулярных орбиталей, составляющих основу современных представлений о химической связи. Различают несколько групп идиохроматических окрасок минералов в зависимости от механизма поглощения ими световых волн. Избирательное поглощение световых волн видимого спектра обусловлено электронными переходами, которые могут быть четырех типов: внутренние переходы (при наличии в составе минералов переходных металлов с незаполненными электронными оболочками); перенос заряда (электронов) между одновременно присутствующими разнозаряженны ми ионами одного либо различных металлов или от анионов к катионам; наличие точечных структурных дефектов (например, анионных вакансий — так называемых F центров); переход электронов типа "зоназона": из одной зоны проводимости в другую, ближайшую, с преодолением заключенной между ними запрещенной зоны (у металлических и полупроводниковых минералов).
Свет может абсорбироваться самим веществом минерала; каждый такой минерал характеризуется своей фундаментальной полосой поглощения. Окраска подобного типа свойственна некоторым сульфидам с преобладанием кова лентной связи и с полупроводниковыми свойствами, таким как киноварь HgS (красная), гринокит CdS (оранжевожелтый), реальгар AsS (оранжевокрасный), аурипигмент As2S3 (желтый), а также отдельным оксидам (темнокрасный куприт Си2О, желтооранжевые глёт и массикот РЬО) и самородным неметаллам (сера). Окраски минералов этой группы, в большинстве своем высокопреломляющих и полупрозрачных (или просвечивающих в тонких сколах), находят объяснение в электронной теории строения кристаллического вещества (так называемой зонной теории); цвет подобных минералов зависит от соотношения ширины зоны проводимости и запрещенной зоны (различают "узкозонные" и "широкозонные" полупроводники) и непосредственно обусловлен межзонными оптическими переходами электронов. Большинство таких минералов окрашены в желтые, оранжевые, красные тона, так как лишь коротковолновый синий и фиолетовый свет несет энергию, достаточную для перемещения электронов из одной зоны проводимости в другую, и соответственно эти минералы поглощают только световые волны синей части спектра, приобретая дополнительные к ним цвета; более длинноволновый свет нужной энергией не обладает и потому свободно проходит сквозь эти минералы.
Окраска самородных металлов, большинства сульфидов (и их аналогов), некоторых оксидов (магнетит и др.), графита и других непрозрачных минералов со значительным вкладом металлической связи определяется максимумом отражения, также сопряженным с межзонными оптическими электронными переходами.
Окраска более или менее прозрачных минералов с ионной или смешанной ионноковалентной связью, содержащих в своем составе (в качестве главных компонентов) ионы металлов переменной валентности, обычно обусловлена электронными переходами между ними ("переносом заряда" ре2+ _ рез+ шт jj3+ _> jj4+ ПрИ одновременном присутствии обоих разновалентных ионов) или между катионами металлов и анионами, например, связанными с ними ионами кислорода ("перенос заряда" O2 > Fe3+; O2—> Cr6+; О2 > V5+; О2»Мо6+ и т.д.). Полосы переноса заряда Fe2+ > Fe3+ фиксируются в оптических спектрах таких минералов, как кор диерит, аквамарин, сапфир, вивианит и многие другие2), Ti3+ > Ti4+ у титанита и других титаносиликатов, а полосы переноса заряда между кислородом и ионами металлов — в спектрах большой группы минералов трехвалентного железа, в минералах классов хроматов, ванадатов, молибдатов (крокоита, ванадинита, вульфенита и др.). У большинства минералов с преимущественно ионным типом связи окраска связана не с главными компонентами состава, а с присутствующими в них изоморфными примесями — элементами хромофорами. В роли хромофоров (греческое "несущий цвет") в мире минералов выступают 8 dпереходных металлов (т.е. металлов, атомы которых имеют недостроенные электронные dоболочки): Fe, Cr, Ti, V, Mn, Co, Ni, Си. Кроме того, хромофорами могут являться и fпереходные элементы (с недостроенными fоболочками), в том числе некоторые лантаноиды и уран. Все эти элементы могут быть как примесными (чаще), так и главными (видообразующими) компонентами минералов. В частности, минералам уранила (UO2)2, т.е. содержащим 6валентный уран, присуща (при отсутствии других хромофоров, например, ионов Си2+) яркая оранжевая или канареечножелтая окраска, что существенно помогает при поисках месторождений урановых руд, если в них хорошо развита зона окисления (с урановыми слюдками, силикатами и карбонатами урана). В качестве примеров минералов, содержащих в качестве главных компонентов ионы переходных металлов, которые и являются "виновниками" их окраски, назовем зеленый малахит и синий азурит (Си2+), изумруд и рубин (Cr3*), родохрозит, триплит и литиофилит (Mtr+), хризолит (Fe2+). Примесь Мп3+ окрашивает в розовые и сиреневые тона многие безжелезистые минералы пегматитов: лепидолит, розовый турмалин — рубеллит, апатит, кунцит (прозрачный розовый сподумен), розовый бериллворобьевит, фосфат бериллия гердерит и др.
<1> <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> <12> <13> <14> <15> <16> <17> <18> <19> <20> <21> <22> <23> <24> <25> <26> <27>