为什么矿物的条痕色经常和本身的颜色不一样?

黄色的黄铁矿条痕是黑色的,黑色的赤铁矿条痕是红色的,而红色的菱锰矿的条痕又是白色的……
从物理学上、光学上如何解释这个问题?

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3个答案
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曹小喵回来了科幻迷,天文爱好者,地质学研究生

2014-02-27 14:26

矿物的条痕颜色,实际上就是矿物粉末的颜色。
因为划过白瓷板后上面留下的痕迹实际上是由摩擦下来的矿物粉末。

那么为什么矿物的粉末和大块的矿物颜色不一样呢?
先来看看大块的矿物的颜色是怎么来的吧。
矿物呈现某种特定的颜色是由多种因素决定的:
1自色
矿物本身固有的化学成分晶体结构决定了对自然光的选择性反射、折射和吸收。这样表现出来的颜色就是自色。从微观上讲,这是光波与晶格中的电子互相作用的结果。自色又分以下几种:
离子内部电子跃迁致色:一般来说这种现象出现在含有过渡金属元素离子的矿物中。简单地说就是这些离子内部存在着一些能级,当特定波长的光照射在矿物上时,电子吸收这些特定波长的光并且跃迁到高能级。这个过程中某些颜色的光就被吸收从而使矿物呈现这种颜色的补色。比如红宝石显红色就是因为其中的造成的:中存在3个d电子吸收绿光并跃迁从而使其呈现红色。

离子间电荷转移致色:矿物中变价离子(比如)如果相邻可以发生转移,转移过程中会吸收一定波长的光,于是矿物就呈现被吸收的光的补色。
能带间电子跃迁致色:能带理论认为原子和离子的最外层电子处在一定的能带上,被电子占满的的能带成为价带,未被电子占满的成为导带,二者之间的能量差称为禁带 。

图片来自维基
具有金属光泽的硫化物矿物的禁带宽度多在红光能量以下,因此外层电子会吸收大部分可见光并跃迁,而激发态的电子又很容易落回到基态,这两点就使得这些矿物:1几乎不透明,就算是切成0.03mm的薄片也是不透明的;2具有极高反射率。而某些矿物,比如辰砂和雄黄,禁带宽度约等于橙黄-绿色光的能量,这会导致对光的选择性吸收从而呈现一定的颜色。
色心 :无色透明的矿物由于其禁带宽度大于可见光因此基本不会吸收任何颜色的光。但是在杂质、机械形变、某种离子过剩或缺失等情况发生时,晶体会出现缺陷,这种缺陷会降低禁带的宽度,从而使得电子可以吸收一定的波长的光而跃迁并转移。这种晶格缺陷就是色心。
(2)他色
他色就是“不是矿物自身的颜色”,一般来说是外来杂质所呈现的颜色。
(3)假色
假色指的是自然光照射到矿物上以后,由于某些物理界面的存在使得光发生折射、反射、衍射等产生的颜色。假色也分很多种,常见的有:
锖色:某些不透明矿物表面发生氧化形成了一层氧化膜,由于氧化膜存在一定的厚度,使得反射光发生了干涉(原理类似于多彩的油膜)。最典型的就是斑铜矿表面的锖色。十分妖娆~

晕色:某些不透明矿物内部存在一系列平行的解理面或破裂面,它们对光的连续反射产生的干涉使得矿物的解理面呈现彩虹般的色带。
变彩:类似晕色,矿物中很多叶片状或层状结构界面,同样会引起光的干涉,从而产生不均匀的色彩。
乳光:某些矿物中含有很多小微粒,光线经过时发生漫反射从而产生一种乳白色的泛光。

月长石(图片来自维基)
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说了这么多,我们来解说说粉末的颜色吧。
在变成粉末的过程中到底发生了什么呢?
1消除了假色。粉末状态下的矿物 ,各种对光有影响的界面都会消失,所以假色不复存在。
2减弱了他色。
3突出了自色。
对于不透明矿物(主要是具有金属光泽的矿物),由于粉末无法反射光线,同时又不透光,因此条痕就是灰黑色的。而半透明矿物对光有一定的吸收,因此条痕和大块矿物的颜色差别不是很大。而透明矿物由于透光性好,几乎不吸收任何可见光,因此呈白色
黄铁矿和斑铜矿属于具有金属光泽的矿物,因此条痕为黑色;显晶质的赤铁矿一般称为镜铁矿,为半金属光泽至金属光泽,实际上对于某些波长的光还是有一定的吸收,因此呈现一定的颜色,即红色;而菱锰矿实际上是透明矿物,因此条痕就是白色了。

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新奥尔良烤HH玩火山的小鸡翅

2014-03-28 09:47

简单的说,条痕是矿物粉末的颜色。是排除外界影响的。一楼真详细。

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