Текущее время: 01 окт 2022, 07:39




Начать новую тему Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 
 Цвет минералов. Ионы металлов как причина окрашивания. 
Автор Сообщение
Хитник
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 23 янв 2012, 01:07
Сообщения: 1388
Откуда: Челябинск
Сообщение Цвет минералов. Ионы металлов как причина окрашивания.
В качестве хромофоров (окрашивающих агентов) в минералах служат так называемые «транзитные» металлы». К ним относятся переходные металлы 4-го периода таблицы Менделеева. Также хромофорами могут быть некоторые редкоземельные металлы, как лантаноиды, так и актиноиды (переходные f-элементы).
Переходные металлы 4-го периода (от Sc до Cu), отличаются тем, что у них происходит заполнение электронами пяти 3d-орбиталей. Каждая из орбиталей соответствует определенному энергетическому уровню. Луч света, возбуждая электроны, заставляет их переходить на орбиталь более высокого энергетического уровня, при этом происходит поглощение части светового потока в той или иной длине волны. Эта длина волны «вычитается» из полного спектра видимого света, и благодаря этому происходит окрашивание минерала.
Металлы в минералах содержатся не в чистом виде, а находятся в составе химических соединений, то есть не в виде нейтрально заряженных атомов, а в виде катионов – положительно заряженных ионов. При образовании химической связи атом металла теряет электроны, у транзитных металлов в образовании химической связи участвуют также и 3d-электроны, что непосредственно влияет на способность металла в той или иной степени окисления влиять на проявление окраски содержащего этот металл минерала.
Хотя это и противоречит на первый взгляд только что сказанному выше, но ионы d-элементов Sc3 + и Ti4+ сами по себе не оказывают влияния на цвет минералов также, как и предшествующий им ион s-элемента Са2+. У них нет электронов на 3d-орбиталях, у атомов кальция их нет вообще, у нейтральных атомов скандия и титана есть (1 и 2 соответственно), но эти электроны непосредственно участвуют в образовании химической связи и не могут переходить на высший энергетический уровень. Для подобного перехода требуется «условно свободный», не занятый на химическую связь d-электрон. Но титан может взаимодействовать с другими ионами металлов, что приводит к переносу заряда в результате тепло- и/или фотоиндуцированного перехода электрона от одного атома к другому. В результате появляется тог самый недостающий электрон для перехода на высший энергетический уровень, что приводит к появлению «цвета». Такое взаимодействие возможно как между двумя ионами Ti, для этого 2 соседних иона должны обладать разными степенями окисления для образования, к примеру, пары Ti3+ и Ti4+, так и между ионами Ti и других металлов, чаще всего - Fe. Такой перенос заряда является причиной как правило синей, голубой или розовой окраски. То есть в случае с титаном мы имеем «сотрудничество» двух разных механизмов цветообразования.
Ti3+ сам по себе также не является фактором в окраске большинства наземных минералов. Благодаря переносу заряда, в том числе и через «запрещенную зону» во взаимодействии с ионами полупроводников или диэлектриков, Ti3+ может внести свой вклад в цвет нескольких минералов, имеющих в том числе и внеземное проихождение, таких как хиббонит, некоторые пироксены, и у редких «земных» голубых образцов анатаза и рутила. Перенос заряда в паре Ti3+ - Ti4+, расположенных в определенных кристаллографических позициях в кристаллах обводненного клинопироксена из метеорита Альенде, приводит к проявлению оливково-зеленого цвета.
V3+ отвечает за проявление зеленых оттенков, например в гроссуляре (цаворит), в диопсиде, тремолите, в сфене… В цоизите это ион он способствует появлению зеленого плеохроичного оттенка (за другие плеохроичные цвета в цоизите отвечают другие «причины»).
VO2+ вызывает у некоторых минералов ярко-синий цвет. В том числе этому иону мы обязаны одним из самых синих минералов в мире – речь о кавансите. Также благодаря в том числе и этому иону существуют голубые и зеленоватые гранаты с эффектом смены цвета. В индийском апофиллите этот ион дает цвет оттенок скорее зеленый, нежели синий.
Cr3+ является одним из важнейших ионов-цветообразователей! Этому иону обязаны своими оттенками очень многие минералы! Конечно же, главной заслугой трехвалентного хрома можно считать зленый цвет изумрудов, красный цвет рубинов и оба этих оттенка у александрита! Перечислять счастливцев, окрашенных хромом можно долго – хромдиопсид, хротурмалин, хромэпидот, хромсподумен (гидденит), хромандрадит (демантоид), хромпироп, идокраз (везувианит), нефрит и жадеит...
Mn3+ отвечает за красные, красно-пурпурные и, реже, зеленые и фиолетовые цвета. Красный берилл биксбит, различные слюды, пьемонтит и многие другие минералы «краснеют», андалузит «зеленеет», а тремолит может стать фиолетовым….
Mn2+, как правило, приводит к проявлению розового цвета. Родонит, родохрозит, гранаты –родолиты являются яркими примерами. При высоком содержании двухвалентного иона марганца цвет может становиться ярко-красным, как у южноафриканских родохрозитов, при низком содержании цвет становится нежно-розовым, как у некоторые гранаты пироп-спессартины, кунцит, морганит… Расположение Mn2+ в некоторых кристаллографических позициях приводит к проявлению зелено-желтого цвета, как у виллемита, и светло-фиолетового, как у манганоаксинита...

Mn4+ обычно встречается в виде черных оксидов марганца (MnO2), таких как пиролюзит и голландит. Редкий пример, когда он присутствует в виде отдельных ионов - желто-зеленый минерал деспьюжолсит, обязанный своим цветом как раз четырехвалентному марганцу. Но этот редкий минерал – не единственный пример зеленой окраски, причиной которой является ион Mn4+. В результате облучения именно такую степень окисления принимают ионы марганца в бразильских и азиатских сподуменах, в результате чего сподумены тоже приобретают зеленый оттенок. Что интересно, «облучено-зеленые» сподумены часто демонстрируют более сильный плеохроизм, нежели можно предположить по их весьма слабоинтенсивной окраске, но все же считать такой необычный эффект надежным идентификационным признаком облучения сподумена нельзя. Ионы Mn4+ нестабильны, степень окисления марганца иногда быстро, и иногда - очень быстро меняется на 3+, и камень теряет зеленую окраску, превращаясь в «обычный» розовый кунцит под воздействием обычного солнечного света. Иногда на такой переход требуется всего несколько часов, иногда время изменения цвета может растянуться не недели непрерывного пребывания под дневным светом. Если сразу после облучения или добычи зеленый сподумен подвергнуть легкой тепловой обработке в окислительной среде, то произойдет некоторое «закрепление» зеленого цвета (окислитель попросту заберет те электроны, которые могли бы снизить степень окисления иона марганца), и потеря зеленого оттенка будет существенно замедлена.

Fe2+, в зависимости от кристаллической структуры минералов и от расположения ионов в кристалле, может становиться причиной проявления весьма разнообразных оттенков. Зеленый (как, к примеру, форстерит из Китая и Пакистана, фосфофиллит из Колумбии и Боливии, зеленые бериллы). При высоком содержании в некоторых минералах Fe2+ дает коричневый (фаялит, ортопироксен), красный (джиллеспит, эвдиалит) оттенки. В гранатах различных минеральных видов Fe2+ придает им разные оттенки – красный, желтый, зеленый.

Fe3+, когда эти ионы изолированы друг от друга промежуточными силикатными и другими ионами элементов-диэлектриков, вызывает лишь очень бледную окраску. Бледно-фиолетовый цвет наблюдается в некоторых фосфатных минералах (например – штренгит) и в некоторых сульфатных (напримет – кокимбит). Светлый желто-зелёный цвет ионы Fe3+ придают некоторым гранатам-андрадитам. Fe3+ в орегонском плагиоклазе придает кристаллам желтоватый оттенок.
Co2+ более всего известен как ответственный за розовый и пурпурно-красный оттенок (кобальтокальцит). Также Co2+ может вызывать проявление синего цвета (минералы из группы хромитов с севера Канады).

Ni2+ известен в основном как причина зеленого оттенка (хризопраз). В редкой разновидности оливина – в дунилите Ni2+ отвечает за проявление желтого оттенка.

Cu2+ ответственен за синие и зеленые оттенки азурита, малахита, аурикальцита и за популярный голубой цвет турмалинов. В сочетании с Mn2+ и Mn3+ также участвует в проявлении таких оттенков, как шикарные красно-пурпурные и нежные пурпурно-фиолетовые цвета «медных» турмалинов из Нигерии и Мозамбика
Редкоземельные элементы (Ce, Pr, Nd) тоже нередко бывают фактором образования оттенка минералов, когда эти ионы имеют степень окисления 3+. Минералы с обильным содержанием редких земель часто имеют оранжевую и коричневую окраску (бастнезит, монацит, сфен).
(UO2)2+, или уранил-ион, отвечает за яркий, блестяще-желтый цвет многих урановых минералов, (например - карнотит или отинит – урановые слюдки). Нередко наличие включений, в которых содержит уранил-ион, придает яркую золотистость бериллам, но не за счет самого уранил-иона, а за счет его ионизирующего излучения (об это подробнее будет рассказано в главе об ионизирующем излучении как факторе окрашивания минералов).
.
U4+ придает синий цвет цирконам..
Вопреки широко распространенному заблуждению, ионы Li и Cs никакого влияния на окрашивания минералов не оказывают, так как не имеют электронов на d-орбиталях.. Эти металлы живут в кристаллах за компанию с реальными ионами-хромофорами, чаще всего с Mn, кристаллы такие имеют как правило розовые и красноватые оттенки, отчего и сложилось заблуждения от том, что за эти оттенки отвечают литий и цезий.

_________________
"Раньше Человек к самоцвету приглядывался, выбирал, а теперича Самоцвет человека выбирать будет!"


12 дек 2020, 01:31
Профиль WWW
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
Powered by phpBB © phpBB Group.
Designed by Vjacheslav Trushkin for Free Forums/DivisionCore.
Смайлы колобки http://kolobok.us/
Русская поддержка phpBB