Цвет камня или минерала может многое рассказать нам о его составе и свойствах. Цвета часто являются диагностическими признаками конкретных минералов или групп минералов, которые присутствуют. Цвет минералов обусловлен присутствием химических элементов и их электронных конфигураций, дефектами в кристаллической структуре, такими как вакансии, или физическими эффектами, такими как рассеяние света. Понимание того, что указывают различные цвета в камнях и минералах, может помочь геологам идентифицировать их и понять, как они образовались.
Существует несколько основных причин, по которым минералы проявляют цвет:
Многие минералы получают свой цвет от ионов переходных металлов, присутствующих в их кристаллической структуре. Переходные металлы — это элементы в d-блоке периодической таблицы, такие как железо, никель, хром и медь. У них есть частично заполненная d-электронная подоболочка, которая может поглощать определенные длины волн света, вызывая цвет, который мы видим. Например:
– Ионы железа(II) (Fe2+) придают минералам голубовато-зеленый цвет, как в синем азурите.
– Ионы железа(III) (Fe3+) вызывают желтоватый или красновато-коричневый цвет, как в минерале лимоните.
– Ионы хрома(III) (Cr3+) делают изумрудно-зеленым.
– Ионы никеля(II) (Ni2+) придают минералам зеленый цвет, как в изумруде.
Электрон может перемещаться между двумя соседними ионами в структуре минерала путем переноса заряда. Это активирует определенные электронные переходы, вызывающие цвет. Например, в синем сапфире ионы Fe2+ и Ti4+ допускают перенос заряда между собой, что обуславливает синий цвет.
Точечные дефекты в кристаллической решетке минерала могут создавать центры окраски, которые поглощают свет. К распространенным дефектам относятся анионные вакансии, дополнительные междоузельные катионы или дефекты, вызванные излучением. Они нарушают периодичность решетки и допускают электронные переходы, которые вызывают цвет. Например, дымчатый кварц получает свой серовато-коричневый цвет из-за примесей ионов алюминия, заменяющих ионы кремния в структуре минерала.
Некоторые цвета в минералах вызваны физическими эффектами, а не химическими свойствами. К ним относятся:
– Иризация из-за эффектов интерференции света в тонких слоях минералов, как в борните.
– Авантюресценция или блеск от включенных минералов, таких как чешуйки слюды, как в авантюриновом кварце.
– Игра цвета от рассеяния света в волокнистых или пористых минералах, таких как опал.
– Металлические серые или черные цвета от высокого поглощения света в непрозрачных металлических минералах, таких как гематит.
Красный цвет является распространенным цветом во многих минералах. Распространенные минералы красного цвета включают:
– Гематит: минерал оксида железа, который получает свой красный цвет от ионов железа (III) в своей формуле Fe2O3. Гематит является распространенной и важной рудой железа.
– Киноварь: ярко-красный минерал сульфида ртути HgS, который является основной рудой ртути. Его цвет обусловлен ионами ртути (II).
– Красный берилл: алюмосиликат бериллия, окрашенный в красный цвет следами ионов марганца, заменяющих алюминий.
– Куприт: оксид меди (I) с формулой Cu2O, имеющий характерный красный цвет. Руда меди.
Синие минералы окрашены медью, железом или редкоземельными элементами. Синие минералы включают:
– Азурит: интенсивный синий минерал карбоната меди Cu3(CO3)2(OH)2, вызванный ионами меди (II). Часто встречается вместе с зеленым минералом меди малахитом.
– Лазурит: горная порода, состоящая в основном из синего минерала алюмосиликата натрия лазурита. Синий цвет обусловлен ионами серы.
– Синий кварц: обычный кварц, окрашенный в небесно-голубой цвет включениями волокнистого синего дюмортьерита.
Зеленый — еще один очень распространенный цвет горных пород и минералов. Зеленые минералы получают свой цвет в основном от железа, хрома, никеля или ванадия. Вот некоторые примеры:
– Оливин: минерал силиката железа и магния, оливково-зеленый от ионов железа (II). Перидот — оливин ювелирного качества.
– Серпентин: группа зеленоватых водных минералов силиката магния, окрашенных ионами железа (II).
– Изумруд: Зеленый бериллиевый алюмосиликат, окрашенный ионами хрома (III) или ванадия (III), заменяющими алюминий.
– Малахит: Яркий зеленый минерал карбоната меди, Cu2(CO3)(OH)2, вызванный ионами меди (II).
Желтые или коричневые минералы в основном имеют свой цвет из-за ионов железа (III). Распространенные примеры:
– Лимонит: Водные минералы оксида железа (III), которые имеют желтовато-коричневый или коричневый цвет. Важная руда железа.
– Сера: Самородная элементарная сера имеет лимонно-желтый цвет. Многие сульфидные минералы, такие как пирит, имеют латунно-желтый цвет.
– Тигровый глаз: Волокнистый желто-коричневый крокидолитовый асбест, замещенный кремнеземом. Цвет обусловлен ионами железа (III).
– Янтарь: окаменевшая древесная смола от желтого до оранжево-коричневого цвета из органических углеродных соединений.
Белый — это естественный цвет многих минеральных кристаллов, не загрязненных красителями. Белые минералы включают:
– Кварц: диоксид кремния SiO2, один из самых распространенных минералов, бесцветный и белый в чистом виде.
– Галит: хлорид натрия или обычная поваренная соль образует белые или прозрачные кристаллы.
– Гипс: дигидрат сульфата кальция CaSO4·2H2O имеет тенденцию образовывать полупрозрачные белые кристаллы и массы.
– Барит: сульфат бария BaSO4 — важный промышленный минерал, который обычно белого цвета.
Черные минералы получают свой цвет из-за высокого поглощения света. Распространенные черные минералы:
– Гематит: оксид железа (III) Fe2O3, который в порошкообразном виде черный. Важный минерал железной руды.
– Магнетит: оксид железа (II, III) Fe3O4, который имеет черный цвет и сильный магнитный эффект. Железная руда.
– Графит: кристаллический углерод с черной полосой и металлическим блеском. Важная промышленная форма углерода.
– Обсидиан: вулканическое стекло, которое обычно черное из-за высокого содержания железа и магния.
Цвет минерала может быть диагностическим для идентификации, особенно в сочетании с другими свойствами, такими как форма кристалла, блеск, цвет полос, твердость и удельный вес. Вот несколько примеров:
– Ярко-желтые кубики часто представляют собой пирит FeS2.
– Синие кристаллы кубической формы могут быть галитом NaCl.
– Серебристые металлические кристаллы, возможно, являются галенитом PbS.
– Красная кристаллическая система с квадратным поперечным сечением указывает на гемиморфит Zn4Si2O7(OH)2·H2O.
– Черные непрозрачные минеральные зерна с красно-коричневыми прожилками, вероятно, являются гематитом Fe2O3.
– Зеленые кристаллические агрегаты с ромбоэдрической спайностью, вероятно, содержат сульфиды меди и железа, такие как халькопирит CuFeS2.
Разнообразие цветов горных пород и минералов возникает из-за различных химических, структурных и физических эффектов. Переходные металлы, такие как железо, никель, хром и медь, являются обычными источниками цвета. Цвет может идентифицировать определенные минералы, особенно при использовании с другими диагностическими свойствами. Понимание того, что вызывает цвета минералов, позволяет геологам интерпретировать геологическую историю и процессы. Цвет минералов также делает камни и минералы интересными для коллекционирования и изучения.