Природа окраски минералов

Природа окраски минералов. Современное понимание природы окраски минералов вообще и окраски конкретных минеральных видов в частности исходит прежде всего из того положения, что понимание цвета - это интерпретация спектра оптического поглощения или отражения.

Установление концентрационных зависимостей, ориентационных, зависимостей от валентности, координации, структуры и состояния химической связи и т.д. находит естественное объяснение в результате интерпретации спектров в рамках теорий кристаллического поля, молекулярных орбиталей и зонной теории.

Выделяют следующие типы окраски минералов [1]. 1.Окраска, связанная с собственным поглощением, т.е. с межзонными переходами, когда спектр собственного поглощения перекрывает видимую область (это окраска непрозрачных веществ, окраска зеркального отражения). 2.Окраска, связанная с попаданием края собственного поглощения в видимую область, т.е. окраска веществ с шириной запрещенной зоны, энергии которой соответствуют энергиям оптических переходов видимой области спектра (3 - 1,6эВ). 3.Окраска, связанная с переходами между уровнями d- или f -электронов. Это окраска ионами элементов переходных групп в примесном или в видообразующем содержании (ионов-“хромофоров”). Разные характеристики этого типа окраски свойственны трем ее подтипам: а). окраска, связанная со спектрами переноса энергии, т.е. с переходами со связывающих молекулярных орбиталей на антисвязывающие незаполненные орбитали, состоящие преимущественно из атомных орбиталей металла. б). окраска, связанная со спектрами кристаллического поля, т.е. с переходами между уровнями d- или f -электронов, а также их смешанными fd -конфигурациями расщепленными кристаллическим полем. Это наиболее распространенная причина окраски породообразующих минералов.

Наиболее распространенными хромофорами в минералах являются ионы Fe 2+ и Fe 3+ . Минералы V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu составляют более “локализованные” группы.

В редких случаях окраска обуславливается редкоземельными ионами, в таких минералах как флюорит, апатит, некоторые полевые шпаты и др. С точки зрения теории кристаллического поля естественно, что каждое валентное состояние переходных металлов в каждой координации дает качественно разные спектры, а с разными лигандами (F-Cl-H 2 O, O, S , Se, Te) и при разном искажении структурного положения полосы в этих спектрах могут быть смещены и расщеплены.

Все это обуславливает различные окраски соединений одного и того же переходного элемента. в). изменение и усиление окраски, связанные с интервалентными взаимодействиями, наблюдаются при наличии пар ионов Fe 2+ - Fе 3+ , Fe 2+ - Ti 4+ и др. в структурных положениях, обуславливающих возможность взаимодействия между ними. 4.Окраска, связанная с электронно-дырочными центрами, молекулярными ионами, свободными радикалами: а) окраски, связанные с примесными катионами: 1) с d 1 -конфигурацией (Ti 3+ , V 4+ , Nb 4+ и др а также титанил, ванадил, ниобил и др.) с d n - и f n -конфигурациями, 2) с s 1 p 1 p 5 - конфигурациями (Pb + в зеленом амазоните, Pb 3+ в розовом кальците и др.); б) окраски, связанные с О- и молекулярными ионами О 2 S 2 - и др.; в) окраски, связанные со свободными радикалами SO 4 SO 3 - и др.; г) окраски, связанные c F- и V-центрами и F-агрегатными центрами, особенно распространенными во фторидах и щелочных галогенидах.

Именно последний, электронно-дырочный тип окраски будет в дальнейшем представлять особый интерес, т.к. центры окраски этого типа присутствуют в кристаллах галита любого происхождения и могут быть легко получены путем облучения кристаллов ионизирующей радиацией. 1.2.