Минералы также различают по цвету зерна и выделяют две группы, непрозрачные – полностью поглощающие световые лучи и прозрачные – полностью или частично пропускающие свет. К первой относятся в основном рудные минералы. Ко второй относят породообразующие минералы.
В шлифах минералы могут иметь другой цвет. Окрашенными в шлифах
выглядят минералы, которые лучи разных длин волн поглощают их по-разному.
Бесцветными кажутся минералы, поглощающие одинаковые лучи с различной
длиной волны.
Большинство окрашенные минералы, кристаллизующиеся во всех сингониях кроме кубической, обладают плеохроизмом. Плеохроизмом называется свойство кристаллов изменять окраску в зависимости от направления световых колебаний, проходящих через них. Оно обусловлено различным характером поглощения световых лучей по разным направлениям в кристалле и проявляется при изучении окрашенных минералов под микроскопом при одном николе.
У минералов, обладающих плеохроизмом, наблюдается постепенное изменение окраски.
У одних минералов плеохроизм выражается в изменении цвета, у других – в изменении интенсивности окраски, у третьих – в изменении и цвета, и интенсивности.
5.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ.
Показатель преломления n – один из важнейших диагностических признаков минералов. Определение его, в зависимости от цели исследования, проводится разными методами с различной степенью точности. Для наиболее точного определения величины показателя преломления пользуются кристалл- рефрактомером. Измерение показателя преломления этим прибором основано на явлении полного внутреннего отражения при падении световой волны из среды, более сильно преломляющей, в среду, преломляющую менее сильно. Величина показателя преломления минерала вычисляется по формуле: n – N sin (, где N – известный показатель преломления стеклянного полушария (от куда падает световая волна); ( - угол падения луча. Кристалл-рефрактометр позволяет измерять показатели преломления кристаллического и некристаллического вещества при условии, что их значения не превышают величины N.
5.4. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ.
В научно-исследовательских и производственных лабораториях показатели преломления минералов чаще всего определяют иммерсионным методом. Суть метода заключается в том, что пользуясь специальным набором жидкостей с разными, заранее известными показателями преломления, подбирают две жидкости с разницей величин n в 0,003. Причем, значение n одной жидкости будет больше n исследуемого минерала, а другой – меньше. Одно из существенных преимуществ этого метода – возможность его использования для определения даже мелких зерен, размером в десятые доли миллиметра.
Сравнивая показатели преломления жидкости и минерала, наблюдают за так называемой световой полоской, или линией Бекке. При разнице n в 0,001 и более на границе минерала с жидкостью появляется тонкая световая полоска – линия Бекке, точно повторяющая контуры зерна. При подъеме и опускании тубуса микроскопа она перемещается с зерна на жидкость и обратно. При подъеме тубуса микроскопа линия Бекке перемещается в сторону вещества с большим показателем преломления, а при опускании – в сторону вещества с меньшим показателем преломления.
Наиболее простой и доступный способ определения показателя преломления минералов при изучении их с помощью поляризационного микроскопа – метод сравнения с показателем преломления канадского бальзама, величина которого всегда постоянна. При этом наблюдают за линией Бекке, рельефом и шагреневой поверхностью, по характеру которых и определяют показатель преломления минерала.
Все минералы при сравнении их показателя преломления с показателем
преломления канадского бальзама можно разделить на две группы: 1) nмин (
nк.б.; 2) nмин ( nк.б. . Следует иметь в виду, что у некоторых минералов
величина показателя преломления в зависимости от кристаллографической и
оптической ориентировки сильно меняется, например, у кальцита – от 1,486 до
1,658.
ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙЧТВ КРИСТАЛЛОВ ПРИ ДВУХ НИКОЛЯХ.
6.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДВОЙНОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ.
Луч света, проходящий через пластинку анизотропного минерала,
разбивается на два луча с разными показателями преломления,
распространяющиеся с различными скоростями, и колеблющиеся во взаимно-
перпендикулярных плоскостях.
Силой двойного лучепреломления (() называется величина, показывающая
насколько показатель преломления одного луча отличается от показателя
преломления другого:
( = n1 – n2 , {1} где n1 и n2 – величины показателей преломления.
Сила двойного лучепреломления – величина переменная. Она изменяется от
0, когда луч направлен по оптической оси кристалла, до какого-то максимума,
когда луч направлен перпендикулярно к оптической оси (в одноосных
кристаллах) или к плоскости оптических осей (в двуосных кристаллах). За
истинную величину силы двойного лучепреломления (ведь только она может
использоваться для определения минералов) принимают ее максимальное
значение:
( = ng – np , {2} где ng – наибольший по величине показатель преломления данного минерала, а np – наименьший.
Определение силы двойного лучепреломления минералов основано изучении явления интерференции световых волн, проходящих через кристалл в шлифе.
Выше было сказано, что луч света, входя в кристалл, раздваивается, и каждая из образовавшихся световых волн распространяется в кристалле со своей скоростью. В результате один луч обгоняет другой, и между ними возникает разность хода (R). Величина разности хода измеряется в миллимикронах и прямо пропорциональна длине пути, пройденного в анизотропной среде, то есть толщине кристаллической пластинки – (толщина шлифа) и силе двойного лучепреломления данного кристалла - (:
R = d ( = d (ng – np) {3}
Наличие определенной разности ходе при прохождении лучей света через анализатор обусловливает их интерференцию, вследствие чего зерна минералов при изучении их под микроскопом в белом света приобретают интерференционные окраски. При этом каждому значению разности хода соответствует своя интерференционная окраска. Следовательно, по характеру интерференционной окраски можно определить разность хода – R, которая, в свою очередь, связана с искомой уже известной зависимостью. В конечном итоге, определение силы двойного лучепреломления минерала сводится к определению интерференционной окраски.
При определении силы двойного лучепреломления минералов пользуются таблицей Мишель-Леви (приложение 1).
По горизонтальной оси этой нанесены величины разности хода (в миллимикронах) с соответствующей им интерференционной окраской (в виде вертикальных полосок соответствующих цветов). При увеличении R цвета периодически повторяются. Это позволяет разбить их на порядки.
В первый порядок входят цвета: серый, белый, желтый, оранжевый и красный, постепенно переходящие друг в друга.
Второй и третий порядки начинаются с фиолетового цвета, далее следуют синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный.
В первом порядке имеются отсутствующие в других порядках серый и белый цвета, но нет синего и зеленого.
По вертикальной оси таблицы отложена толщина шлифов (в сотых и тысячных долях мм). Из нижнего левого угла таблицы веерообразно вверх и вправо расходятся прямые линии, на концах которых указаны значения силы двойного лучепреломления.
Для практического определения силы двойного лучепреломления необходимо под микроскопом найти наивысшую интерференционную окраску минерала и точку пересечения ее на таблице Мишель-Леви с горизонтальной линией, соответствующей стандартной толщине шлифа =0,03 мм. Через эту точку проходит одна из веерообразно расходящихся линий, на верхнем конце которой и указана искомая величина = ng – np.
При изучении интерференционной окраски минерала необходимо определить ее порядок. Для этого пользуются так называемым правилом каемок и методом компенсации.
6.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДВОЙНОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ ПО
КАЕМКАМ В ЗЕРНАХ
Весьма часто зерна минералов утончаются к краям, в то время как значительно большая площадь зерна имеет плоскую поверхность, параллельную нижней поверхности зерна.
В зависимости от этого интерференционная окраска зерна понижается к
самым краям зерна, на которых наблюдаются различия в интерференционных
окрасках, так что нередко можно различать цвета первых порядков. Наблюдая
от края к центру зерна полоски интерференционных цветов, заканчивающиеся
красным цветом можно подсчитать сколько красных полосок сменяют друг друга
в направлении от края к центру, и, следовательно, выяснить, к какому
порядку относится интерференционная окраска зерна в его центральной части
(количество центральных каемок плюс единица). Затем необходимо использовать
номограмму Мишель-Леви для определения силы двойного лучепреломления.
6.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДВОЙНОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ КОМПЕНСАТОРА
Компенсатор представляет собой прибор, изготовленный из кристаллов
кварца и гипса. В том случае, когда он имеет постоянную разность хода около
550 миллимикрон, (что соответствует собственной интерференционной окраске
кварца или гипса – красной первого порядка), то его называют кварцевой
пластинкой.
Компенсатор, называемый кварцевым клином, представляет в поперечном разрезе пластинку в форме тонкого клина. Его разность хода переменная. На оправе указана его оптическая ориентировка, обычно сходная с той, которая указана для гипсовой и кварцевой пластинок.
При вдвигании кварцевого клина в прорезь тубуса микроскопа изменяются последовательно интерференционные цвета от начала 1 порядка до 4 порядка.
При определении силы двойного лучепреломления используется правило компенсации.
Известно, что разность хода в кристаллическом зерне возрастает
пропорционально длине пути, проходимого световыми волнами в этом зерне.
Поэтому если на пути распространения света, над кристаллическим зерном
поместить другую кристаллическую пластинку (в данном случае компенсатор)
таким образом, чтобы направления одноименных осей оптических индикатрис
зерна и компенсатора совпадали, то результирующая разность хода будет равна
сумме разностей хода зерна и компенсатора, что вызовет повышение
интерференционной окраски.
Если поместить компенсатор таким образом, что будут совпадать разноименные оси оптических индикатрис зерна и компенсатора, то суммарная разность хода будет равна разности разностей хода зерна и компенсатора, что приведет к уменьшению порядка интерференционной окраски.
Если разность хода компенсатора будет равна разности хода в исследуемом зерне минерала, то в итоге общая разность хода световых волн будет равна нулю или, как принято говорить, произойдет компенсация разности хода в зерне, а зерно приобретет серую интерференционную окраску первого порядка.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приведенные немногочисленные данные подтверждают неразрывную связь между химией, геометрией и физикой кристаллов.
Нетрудно представить себе связь, существующую между симметрией и химическим составом кристаллов.
Пусть, например, в структуре присутствуют лишь взаимно параллельные тройные оси. Частицы могут располагаться либо на этих осях, либо вне их. При повороте вокруг тройной оси лежащая на ней частица А остается единственной, тогда как частица В, находящаяся вне оси, повторяется трижды.
Отсюда заключаем, что в структурах с одними тройными осями могут кристаллизоваться соединения типа АВ3. Вместе с тем, здесь нельзя ожидать соединений типа АВ2.
Следовательно, знание федоровской пространственной группы (т.е. полной совокупности элементов симметрии структуры кристалла) дает возможность предсказывать типы соединений, кристаллизующихся в данной группе. Наоборот, некоторому типу химической формулы соответствует определенный комплекс пространственных групп. Отсюда понятно исключительное значение, которое играют в кристаллохимии пространственные группы симметрии, впервые выведенные Федоровым.
Взаимосвязь между симметрией пространственной группы и химическим составом кристалла была в свое время четко сформулирована крупнейшим советским кристаллографом, академиком А. В. Шубниковым.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Попов Г. М., Шафроновский И. И. Кристаллография.
М.: ГОСГЕОЛТЕХИЗДАТ, 1955г, 295с.
2. Кочурова Р. Н. Основы практической петрографии.
Л.: Издательство Ленинградского университета, 1977г, 176с.
