Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Окраска за счет избирательного светопоглощения





При светопоглощении электроны переходят из стационарных (основных, энергетически выгодных позиций) в вакантные (энергетически невыгодные, но потенциально возможные) позиции. Светопоглощение происходит за счет поглощения энергии света при его пропускании кристаллом или отражении. Соответственно, цвет минерала характеризуется спектрами пропускания и отражения. Энергия перехода электрона из стационарной позиции в вакантную обозначается как Еп. Величина перехода электронов у разных минералов разная.

Рассмотрим причины собственных окрасок минералов.

1. Значение величины перехода Еп. Если величина Еп больше энергии света, электроны не будут переходить в другие позиции, т. е. свет не взаимодействует с кристаллом, не отдает ему энергии, минерал оказывается прозрачным и бесцветным (например, алмаз). Если энергия перехода очень мала, что характерно для самородных металлов с «электронным газом», то энергия всех лучей достаточна для выбивания электронов в вакантные позиции, поэтому поглощаются все лучи света и минерал становится черным и непрозрачным. Но электроны тут же возвращаются в исходные позиции, испуская световые лучи, что проявляется металлическим блеском. Цветовые оттенки металлов и многих минералов (полупроводников) возникают из-за энергетической неравнозначности переходов электронов. Могут более сильно поглощаться лучи из той или иной области спектра (например, реальгар, аурипигмент, прустит).

2. Элементы-хромофоры. Наиболее типично проявляется избирательность поглощения света как причина окраски у прозрачных минералов – диэлектриков, в составе которых есть элементы–хромофоры («красители»). Наиболее важными из них являются Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu. Все эти ионы имеют частично заполненные электронами уровни (d и f). В кристаллической структуре минералов у этих ионов за счет химической связи с соседями появляются резко различные по энергетическим характеристикам вакантные позиции, в результате энергия перехода Еп для различных хромофоров и для разных переходов у одного и того же хромофора сильно варьируют. В зависимости от значения Еп кристаллом поглощаются разные лучи, происходит избирательное светопоглощение. Минерал окрашивается в цвет дополнительный к поглощенному.

Один и тот же хромофор, например ион Cr3+, в разном окружении, т.е. в соседстве с разными атомами и в разной структурной позиции может вызывать разные цвета. Например, у корунда с примесью хрома в позициях алюминия она рубиновая, у берилла Be3Al2(Si6O18) с хромом также в позициях алюминия она изумрудная. Однако не все ионы-хромофоры могут быть причиной окраски. Ионы, не имеющие неспаренных электронов: Cr6+, V5+, Cu+, Ce4+ и т. д. не могут быть причиной окраски. Здесь вступают в силу другие явления.

3. Явление переноса заряда. Например, минерал крокоит с шестивалентным хромом Pb(CrO4) не имеет неспаренных электронов – теоретически все вакантные позиции заняты у всех ионов (Cr6+, Pb2+, O2+) электронные оболочки заполнены.. Особенностью структуры является наличие комплексного иона (CrO4)2–, который и является красителем – хромофором. После расчета энергетических состояний электронов, находящихся на молекулярной орбитали комплексного аниона, заметили, что происходит некоторое смещение одного электрона от кислорода к хрому за счет поглощения энергии, равной энергии синих лучей. При этом крокоит окрашивается в оранжевый цвет. Это явление называется явлением переноса заряда. Такие же электронные переходы (переносы заряда) служат причиной окраски сапфира. Сапфир – это корунд с изоморфной примесью железа и титана. Возникновение окраски объясняется так: в минерале в позициях алюминия вместо двух его атомов располагаются катионы (пары Fe2++Ti4+). За счет переноса заряда (электрона) от Fe2+ к Ti4+ происходит поглощение лучей с соответствующей длиной волны и образуется пара Fe3+ +Ti3+, а минерал приобретает синий. Еще один пример переноса заряда – минерал вивианит. Идеально чистый вивианит Fe32+(PO4)2 • 8H2O бесцветен. При переходе Fe2+→ Fe3+ за счет поглощения части света появляется синяя окраска. Точно также бесцветны минералы двухвалентного марганца. Окраска возникает при изменении его валентности.

4. Электронно-дырочные центры. Еще одна причина неравномерного светопоглощения некоторых минералов – это наличие в их структуре так называемых электронно-дырочных центров. Они являются точечными дефектами структуры. Классическими примерами такой окраски являются окраски флюорита, аметиста, дымчатого кварца, лазурита, топаза, синего галита (рис. 12). Окраска флюорита часто связана со смещениями анионов F из обычной для них позиции. Каждая такая позиция является ловушкой для электронов. В кварце причиной окраски служит компенсация валентности из-за включений ионов Al3+ в позиции Si4+ (в морионе) и Fe3+ в аметисте. Для компенсации валентности в свободные места кристаллической решетки внедряются катионы щелочных металлов или водорода.

Под действием облучения (радиация, гамма-излучение) происходит смещение электрона от кислорода к Al3+ (Fe3+) c поглощением части света; ионы O становятся центрами окраски. Поэтому окраска некоторых минералов может быть связана с воздействием радиации на протяжении геологической истории их существования.


в

Рис. 12 Схема идеальной структуры кварца (а) и реальной структуры дымчатого кварца (раухтопаза, мориона) (б). В дымчатом кварце ионы кислорода являются центрами окраски минерала. Схема дефектной структуры флюорита (в), в которой электрон занял место смещенного из узла решетки атома фтора. Каждый такой дефект является центром окраски флюорита (по А. Г. Булаху, 1999).

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных