Глава 2. Конституция и свойства минералов

77

пример у турмалина, эпидота, у других — поперек, например на призма тических гранях кварца. Для кубических кристаллов пирита (см. рис. 11в) весьма характерно, что штрихи одной грани расположены перпендику лярно по отношению к каждой соседней грани.

Штриховатость граней может быть различного происхождения: 1) комбинационная, обусловленная многократным повторением узких гра ней (алмаз, турмалин); 2) двойниковая — как результат полисинтетиче ского сложения кристаллов (сфалерит, иногда плагиоклазы и др.); 3) ин' дукционная, обусловленная взаимным влиянием соприкасающихся

одновременно растущих кристаллов.
Фигуры травления на гранях кристаллов
являются результатом начальной стадии ра
створения кристаллов. Согласно эксперимен
тальным исследованиям вершины и ребра кри
сталлов растворяются быстрее, чем грани. Как
показал И. И. Шафрановский, в природных
кристаллах в результате частичного растворе
ния нередко образуются конусовидные образо
вания на кристаллах ряда минералов (кварца,
топаза (рис. 25) и др.). Им же на кристаллах
алмаза было установлено наличие идеально
правильных конусов вокруг четверных и трой	Рис. 25. Конусы растворения
ных осей симметрии с образованием округлых	на кристалле топаза
ромбододекаэдров («додекаэдроидов»).

Фигуры травления на гладких гранях кристаллов разных минералов обладают различной симметрией, что связано с их кристаллической струк турой. Поэтому нередко по ориентировке фигур травления, например, на кристаллах кварца, можно доказать их принадлежность к правому или левому кварцу, иногда наличие двойникового строения и пр.

Прозрачность

Прозрачностью называется свойство вещества пропускать сквозь себя свет. Абсолютно непрозрачных тел не существует, однако многие минера лы, особенно металлы (даже в тонких пленках), видимые лучи пропуска ют в столь малых количествах, что практически кажутся совершенно не прозрачными. Точно так же не существует и абсолютно прозрачных материальных сред, т. е. таких, которые совершенно не поглощали бы про пускаемого через них света. Одна из самых прозрачных сред — чистая вода — в толстом слое имеет явно голубой цвет, что свидетельствует о су щественном поглощении лучей красного конца спектра видимого света.

Из курса физики мы знаем о том, что одна часть падающего на данное тело светового потока отбрасывается или отражается, а другая вступает внутрь среды. Оставим пока в стороне явления отражения света (к ним

78	Общая часть

мы вернемся в разделе о блеске минералов), а здесь рассмотрим поведе ние луча, вступившего в среду.

Как известно, вступивший в данную среду луч света меняет свою ско рость, преломляется и по мере проникновения вглубь постепенно расхо дует свою энергию на превращение ее в другие виды энергии (преимуще ственно тепловую), благодаря чему количество света постепенно уменьшается, т. е. происходит поглощение (абсорбция) света.

Таким образом, интенсивность вышедшего из данной среды света I будет более ослабленной по сравнению с интенсивностью вступившего света I0.. Иначе говоря, отношение I : I0 = a будет всегда правильной дро бью. Величина a называется коэффициентом прозрачности данной сре ды при толщине слоя, равной единице (1 см). Она зависит от химической природы вещества и длины волны света (но не от силы света). Чем ближе эта величина к единице, тем более прозрачен минерал, и наоборот.

В зависимости от степени прозрачности все минералы, наблюдающи еся в крупных кристаллах, делят на следующие группы:

1)прозрачные — горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.;

2)полупрозрачные — изумруд, сфалерит, киноварь и др.;

3)непрозрачные— пирит, магнетит, графит и др.

Многие минералы, кажущиеся в больших кристаллах или обломках непрозрачными, просвечивают в тонких осколках или тонких шлифах (биотит — черная слюда, рутил и др.).

Когда мы вместо крупных кристаллов имеем дело с тонкозернистыми агрегатами, наблюдается иная картина в отношении прозрачности веществ. Если тело состоит из множества маленьких частиц — зерен, различно оп тически ориентированных, то в такой среде лучи света не могут проложить себе прямых длинных путей. Свет в подобных средах, многократно пре ломляясь в различных направлениях, в конце концов рассеивается и отра жается. Поэтому такие среды кажутся непрозрачными. В этом легко убе диться, если сравнить пластинку прозрачного кальцита (исландского шпата) и такой же толщины отполированную с обеих сторон пластинку тонкозернистого белого мрамора, состоящего из агрегата кальцитовых зе рен. В то время как сквозь исландский шпат мы легко можем читать над писи на этикетке, пластинка мрамора не пропускает света. Только в тонких шлифах такие тела обнаруживают свою прозрачность.

Если при этом вещество, обладающее тонкоагрегатным строением, не проявляет заметного поглощения света, то для него характерен молочно белый цвет. Наиболее резко этот цвет выражен в тех случаях, когда веще ство находится в дезагрегированном состоянии, т. е. когда в промежутках между мельчайшими обломками или частицами присутствует воздух. Это явление нам хорошо знакомо: если мы ударим молотком по прозрачному голубоватому льду, то в местах удара появляется молочно белая окраска

Глава 2. Конституция и свойства минералов

79

благодаря возникновению массы тончайших трещинок и пустот, выпол ненных воздухом.

Цвет минералов

Окраска минералов невольно обращает на себя внимание при первом же знакомстве с ними и потому является одним из важнейших призна ков, свойственных минералам.

Вполне естественно поэтому, что многие названия даны минералам именно по этому признаку. Примеры: лазурит, азурит (от франц. azur — лазурь), хлорит (от греч. хлорос — зеленый), родонит (от греч. родон — розовый), рубин (от лат. ruber — красный), крокоит (от греч. крокос — шаф ран, т. е. здесь имеется в виду его красно оранжевый цвет), аурипигмент (от лат. aurum — золото), хризолит, хризоберилл (от греч. хризос — золото), эритрин (от греч. эритрос — красный), гематит (от греч. гематикос — кро вавый), альбит (от лат. albus — белый), меланит (от греч. мелас — черный)

ит. д. И наоборот, такие названия, как «киноварь», «малахитовая зелень»

идругие вошли в наш язык как стандартные цвета красок, что говорит о том, что эти цвета постоянно присущи данным минералам.

Вцелом проблема окраски минералов очень сложна. Хотя наши позна ния в области причин появления окрасок кристаллических веществ благо даря большим успехам физики и кристаллохимии в последнее время значи тельно подвинулись вперед, все же остается еще много неясных вопросов. Первую более обстоятельную попытку обобщить имеющийся материал по этому вопросу и увязать окраску природных соединений с их кристаллохи мическими особенностями сделал А. Е. Ферсман в своей книге «Цвета ми нералов» (1937). Дальнейшие достижения в исследовании причин окраски

имеханизмов формирования цвета минералов отражены в книге А. Н. Пла тонова «Природа окраски минералов» (Киев, Наукова думка, 1976).

Вприродных химических соединениях различают три рода окрасок по происхождению: 1) идиохроматическую; 2) аллохроматическую; 3) псевдохроматическую.

Идиохроматизм1. Во многих случаях окраска природных соединений, никогда не встречающихся в виде бесцветных кристаллов, обусловлена внутренними свойствами самого минерала (его конституцией). Таковы,

например, черный магнетит (FeFe2O4), латунно желтый пирит (FeS2), карминно красная киноварь (HgS), зеленые и синие кислородные соли меди (малахит, азурит, бирюза и др.), густо синий лазурит и т. д.

Эти типичные окраски минералов получили название идиохромати ческих. В различных минералах они обусловлены разными причинами.

1. В многочисленных минералах окраска обязана своим происхожде нием тому, что в состав самих соединений входит какой либо хромофор,

1 Идиос (греч.) — свой, собственный.

80 Общая часть

т. е. химический элемент, приносящий окраску. К числу их, как давно уже было установлено, относятся следующие: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, т. е. эле менты семейства железа, располагающиеся в центре менделеевской таб лицы элементов, разбитой по длинным периодам, и в меньшей степени — W, Mo, U, Сu и TR.

Наиболее ярким представителем хромофоров является хром, само название которого указывает на эту его особенность1. Содержание хрома в минералах обусловливает весьма интенсивные окраски — красную (пи роп, рубин и др.), ярко зеленую (уваровит, изумруд, фуксит), фиолето вую (родохром, кеммерерит). Насколько сильным красителем является хром, можно судить по тому, как изоморфная примесь окиси хрома в ко личестве всего лишь 0,1 % окрашивает бесцветное соединение — окись алюминия — в густой ярко красный цвет. При этом содержании расстоя ние между двумя ближайшими частицами хромофоров в массе корунда

	°
составит около 20 A, т. е. во много раз больше, чем радиусы самих ионов
°	°

(0,57 A у Аl и 0,64 A у Сr). Очевидно, ионы хрома, сильно отличаясь от

ионов алюминия по конфигурации электронных оболочек, создают вок руг себя сильные нарушения в симметрии электрического поля и, несмот ря на состояние рассеяния, оказывают свое влияние на всю структуру соединения.

Указанные выше зеленые и фиолетовые окраски минералов обуслов лены значительным содержанием Cr2O3 (до нескольких процентов и даже десятков процентов). Сама чистая окись хрома также окрашена в зеле ный цвет. Однако нельзя утверждать, что причиной зеленой окраски все гда являются большие содержания хрома в химических соединениях. Ус тановлено, например, что зеленые бериллы — изумруды — обязаны своей чудесной яркой окраской совершенно ничтожной изоморфной примеси Сr2О3 к Аl2О3 в пределах нескольких сотых процента, а нередко зеленая окраска изумрудов связана отчасти и с присутствием V2O3. Следователь но, явление окраски минералов далеко не столь простое, как это могло бы показаться с первого взгляда.

Ион [CrO4]2–, содержащий Сr6+, в искусственных соединениях обыч но дает желтые соединения, но в соединении его с сильно поляризующи ми катионами наблюдается окрашивание в густой оранжево красный цвет. Таков, например, минерал крокоит (РЬ[CrO4]).

2. В некоторых случаях минерал может быть окрашен в тот или иной цвет вне всякой связи с хромофорами или с изменением его химического состава, так как химическим и спектральным анализами не удается установить хотя бы ничтожные следы каких либо примесей красящего пигмента.

Так, известны случаи окраски каменной соли (NaCl) в красивый си ний цвет. Оказалось, что эта окраска своим происхождением обязана тому,

1 Хрома (греч.) — окраска, цвет.

Глава 2. Конституция и свойства минералов

81

что часть ионов этого соединения, в частности натрия, превратилась в нейтральные атомы, присоединив к себе необходимые для этого электро ны. Это один из случаев так называемой дефектной окраски (активными центрами, вызывающими специфическое поглощение света в некоторых участках спектра, являются дефекты структуры). Такую окраску в про зрачной каменной соли легко вызвать искусственно. Для этого достаточ но пропитать ее парами металлического натрия. Точно такой же резуль тат можно получить, если воздействовать на каменную соль катодными лучами, приносящими с собой свободные электроны.

Следовательно, окраска некоторых прозрачных минералов может быть связана с изменением однородности строения кристаллических структур, с изменением электростатического состояния ионов, могущих превра щаться под влиянием тех или иных причин в нейтральные атомы или в возбужденные (слабо заряженные) атомы. В сущности, окраска минера лов такого происхождения, обусловленная привходящими причинами, не имеющими прямого отношения к конституции минерала, т. е. не прису щая всем его индивидам без исключения, должна быть отнесена к алло хроматической (см. ниже).

3. Особую, хотя и очень небольшую группу окрашенных минералов составляют такие соединения, в которых окраска обусловлена не нали чием хромофоров и не нарушением электростатической однородности кристаллических структур, а присутствием ионов или целых групп их внутри пустых промежутков структуры. Это относится, в частности, к тем силикатам, у которых имеет место «внедрение» таких дополнительных анионов, как Cl1–, [SO4]2– и др. Примером здесь может служить ярко си ний минерал лазурит.

Истинная природа этого явления, получившего название стереохро матизма, еще не разгадана, но ясно то, что окраска таких минералов, не сомненно, связана с группами присоединения или внедрения, которые сами по себе не являются хромофорами. Характерны прочность и стой кость в огне этих окрасок, которые были известны еще за несколько ты сячелетий до нашей эры, когда лазурит применялся в качестве краски.

Аллохроматизм1. Известно немало примеров, когда один и тот же минерал бывает окрашен в различные цвета и оттенки. Так, кварц, обыч но встречающийся в виде бесцветных, часто совершенно прозрачных кри сталлов (горный хрусталь), бывает окрашен в красивый фиолетовый цвет (аметист), розовый, желто бурый (от окислов железа), золотистый (цит рин), серый или дымчатый (раухтопаз), густой черный (морион), нако нец, в молочно белый цвет. Точно так же каменная соль — галит — может обладать белым, серым, желтым, бурым, розовым и иногда синим цветом.

1 Аллос (греч.) — посторонний.

82	Общая часть

В большинстве случаев окраска в таких минералах связана с посто ронними тонкорассеянными механическими примесями, окрашенными в тот или иной цвет хромофорами (носителями окраски). Эти красящие вещества могут быть представлены как неорганическими, так и органи ческими соединениями. Часто бывает достаточно совершенно ничтож ного их количества для того, чтобы вызвать интенсивное окрашивание бесцветных минералов, причем окраска зависит не только от количества, но и от степени дисперсности этих веществ.

Подобные окраски, не зависящие от химической природы самого ми нерала, носят название аллохроматических (т. е. чуждых самим минера лам). Окрашенные таким способом минералы представляют собой не что иное, как кристаллозоли.

Наблюдаются и более грубые дисперсии, т. е. на глаз заметные рассе янные включения тех или иных минералов. Таковы, например, зеленова тые кристаллы кварца с микроскопическими включениями актинолита, черный кальцит, переполненный мельчайшими включениями сульфидов или углеродистого вещества, и др.

Наконец, следует указать на многие аллохроматически окрашенные полупрозрачные и непрозрачные коллоиды (гели) и метаколлоиды. В боль шинстве случаев к числу загрязняющих красящих примесей принадлежат бурые гидроокислы железа, красная окись железа, черные окислы марган ца, органические вещества и др. Очень часто красящий пигмент в них рас пределен неравномерно, иногда концентрическими слоями. Таковы, напри мер, агаты с их замечательно тонкими и разноцветными рисунками.

Псевдохроматизм1. В некоторых прозрачных минералах иногда на блюдается «игра цветов», обусловленная интерференцией падающего света в связи с отражением его от внутренних поверхностей трещин спай ности, иногда от поверхности каких либо включений. Это явление нам хорошо знакомо по иризирующим пленкам керосина, нефти, масла, плы вущим по воде и окрашенным в различные «цвета радуги». Оно объясня ется тем, что здесь интерферируют лучи света, отраженные от передней поверхности прозрачной пленки (ее границы с воздухом) и задней (по верхности раздела с водой).

Подобные явления ложной окраски наблюдаются и в твердых про зрачных минералах. Прекрасным примером может служить поделочный камень, относящийся к группе плагиоклазов из семейства полевых шпа тов — лабрадор, в котором, особенно на полированных плоскостях, при некоторых углах поворота вспыхивают местами красивые синие и зеле ные переливы, обусловленные интерференцией света на параллельно расположенных тончайших пластинах (ламелях) различного по основ

1 Псевдо (греч.) — ложный.

Глава 2. Конституция и свойства минералов

83

ности плагиоклаза. Такая микроструктура образуется при распаде перво начально гомогенного твердого раствора.

Иризирующие пестроокрашенные пленки нередко наблюдаются на почковидной поверхности бурых железняков (гидроокислов железа), кристаллах железного блеска, на слегка окислившейся поверхности бор нита — Cu5FeS4 (в виде фиолетовых и синих отливов) и др. Во всех этих случаях окраска ничего общего не имеет с природой самого минерала. Подобные пленки на минералах называются побежалостями.

О классификации цветов. Необычайное разнообразие оттенков в ок раске минералов не поддается сравнительному описанию не только по тому, что их очень много, но и потому, что наш орган зрения непосред ственно воспринимает лишь грубые различия в цветах минералов. В этом нетрудно убедиться, если сравнить между собой два таких зеленых минера ла, как малахит и гарниерит (никелевый гидросиликат). При рассматрива нии порознь они для неопытного глаза кажутся одинаково окрашенными, но когда мы положим их рядом, то легко заметим существенное различие в оттенках окраски. В процессе постоянной тренировки в восприятии цветовых эффектов постепенно вырабатывается зрительная память на цвета, все больше и больше начинают улавливаться характерные особен ности оттенков. Способность запоминать эти особенности оказывает боль шую услугу в диагностике минералов.

В обычной практике при определении цвета минералов прибегают к срав нительной оценке, сопоставляя его с окраской каких либо хорошо известных предметов или веществ. Поэтому широко пользуются двойными названиями цветов минералов, например: молочно белый, медово желтый, латунно жел тый, карминно красный, изумрудно зеленый, яблочно зеленый (цвет неспе лого яблока), шоколадно бурый, свинцово серый, оловянно белый и т. д. Не смотрянато чтовсеэтиопределениявесьмаотносительны,онивсежеприняты и встречаются во всей мировой литературе по минералогии.

Как бы то ни было, на первых порах мы должны условиться о назва ниях хотя бы основных цветов, прикрепив их к определенным минера лам. За основу можно принять следующие часто употребляемые назва ния цветов, более или менее постоянные для ряда минералов:

1)фиолетовый — аметист;

2)синий — азурит;

3)зеленый — малахит;

4)желтый — аурипигмент;

5)оранжевый — крокоит;

6)красный — киноварь (в порошке);

7)бурый — пористые разности лимонита;

8)желто бурый — охристые разности лимонита;

9)оловянно белый — арсенопирит;

10)свинцово серый — молибденит;