О свойствах минералов.
Люминесценция.
Люминесценция — свойство вещества излучать свет при любом (механическом, химическом, радиационном, термическом) воздействии на него. Если люминесценция вызывается световыми волнами оптического диапазона (обычно наиболее короткими и энергичными — ультрафиолетовыми), ее называют фотолюминесценцией; свечение при нагревании именуется термолюминесценцией, свечение при растирании или дроблении материала — триболюми несценцией, свечение под воздействием рентгеновских или катодных лучей — соответственно рентгено или катодолю минесценцией. Только свечение при температуре красного или белого каления не является люминесценцией. При всех этих воздействиях вещество поглощает какойлибо вид энергии, а затем высвобождает ее в виде света. Люминесценция кристаллических веществ вызывается тем, что любые воздействия на них приводят атомы или ионы, слагающие кристалл, в возбужденное состояние, т.е. их электроны занимают более высокий энергетический уровень; возвращение их в основное (исходное) состояние сопровождается испусканием фотонов.
Фотолюминесценция бывает двух видов (не имеющих принципиальных различий): флюоресценция (когда вещество светится во время облучения, а по прекращении облучения прекращается и свечение) и фосфоресценция (когда свечение вещества продолжается какоето время и после удаления внешнего источника света, т.е. наблюдается так называемое послесвечение).
Наибольшее распространение в мире минералов имеет флюоресценция. Этот термин произошел от названия минерала флюорита, у которого люминесценция впервые была обнаружена. Флюорит люминесцирует в УФлучах; его люминесценция обусловлена вхождением в структуру минерала ионов редкоземельных элементов, замещающих катионы Са2+. Вообще люминесценция многих минералов связана с изоморфным вхождением в их решетку примесных ионовактиваторов (люминофоров, фосфоров), замещающих крупные катионы (такие, как Са2+). Но в других случаях способность минералов к люминесценции может вызываться наличием дефектов кристаллической структуры, т.е. центров люминесценции (прямая аналогия с центрами окраски минералов), а также являться свойством самой кристаллической решетки, результатом возбуждения слагающих ее атомов (ионов).
Люминесценция (в том числе фосфоресценция) кристаллов контролируется их структурой в возбужденном энергетическом состоянии, поскольку переход электрона на более высокий уровень увеличивает эффективный радиус возбужденного катиона и тем самым — межатомные расстояния в структуре. Испускание световых фотонов в этом случае зависит от локальной структуры ближайшего окружения центра люминесценции.
Цвет люминесценции обусловлен чаще всего тем, каким активатором (люминофором) она вызывается, а также зависит (как и в случае окраски самих минералов) от координационного числа люминесцирующих катионов, от длины их связей с соседними ионами и соответственно от силы их кристаллического поля. Например, ион Мn2+ может, в зависимости от координационного числа, проявлять то
зеленую (при КЧ=4), то красную (при КЧ=6) люминесценцию. На цвет люминесценции других фосфоров, таких как иттрий и лантаноиды, ионы Сг3+ или Mn4+ , локальная кристаллическая структура вокруг них не оказывают существенного влияния.
У некоторых минералов люминофорами служат не отдельные ионы, а комплексные анионные радикалы (например, у вольфраматов, титанатов, ниобатов, ванадатов). В частности, за люминесценцию шеелита "ответствен" комплексный анион [WO4]2. Наиболее интенсивно люминес цируют минералы, которые содержат ионысенсибилизаторы, поглощающие (запасающие) энергию и передающие ее через кристаллическую решетку к ионамактиваторам (люминофорам), излучающим фотоны. Наоборот, люминесценция минералов гасится в присутствии катионов Fe2+ или Ni2+ (в повышенных концентрациях), поскольку эти ионы, будучи возбуждены в результате переноса к ним энергии, возвращаются в основное энергетическое состояние, не испуская света (как говорят, им свойственны безизлуча тельные переходы в основное состояние). Люминесценция часто является типоморфным признаком, так как один и тот же минерал в разных месторождениях может содержать различные активаторы и светиться поразному.
Наряду с этим люминесценция нередко имеет большое диагностическое и поисковое значение, способствуя выявлению трудноопределимых промышленно важных минералов. Например, такие минералы, как шеелит CaWO4 или эв криптит LiAlSiO4, по внешнему виду трудноотличимы от кварца, но в УФлучах обычно обнаруживают сильную голубую или белую (шеелит) либо карминнокрасную (эв криптит) люминесценцию. Вокруг рудных (в том числе пегматитовых) жил часто возникают широкие ореолы люминесцирующих минералов (апатита, полевых шпатов), помогающих при поисках, в частности, "слепых" тел. Однако, чтобы наблюдать люминесценцию, необходимо иметь портативный переносный УФосветитель, которым большинство из тех, кому адресована наша книга, скорее всего, не располагает. И это вынуждает нас ограничиться здесь самыми краткими замечаниямими о люминесценции — безусловно, одном из важнейших и наиболее ценных для практики оптических свойств минералов.
Добавим лишь, что фосфоресценцией обладают только очень немногие минералы, в их числе сфалерит ZnS, активированный ионами других тяжелых металлов: Bi, Ag, Cu, Pb, Cd и др.; он светится под воздействием у и УФоблучения.
Тот же сфалерит проявляет и триболюминесценцию, а кальцит, флюорит и ряд других минералов — термолюминесценцию. Последняя может быть обусловлена естественным радиоактивным облучением минералов, которые затем отдают накопленную энергию ("высвечивают запасенную светосумму") при нагревании.
Наконец, рентгене и катодолюминесценция —характерное свойство большинства алмазов, связанное с присутствием в них изоморфной примеси азота; оно широко используется при обогащении алмазоносных песков из россыпных месторождений, равно как и коренных алмазосодержащих пород. Ввиду того, что рентгеновские и катодные (электронные) лучи обладают большей энергией, чем УФсвет, они часто "заставляют" светиться и те минералы, которые вовсе не обнаруживают люминесценции при УФоблучении.
<1> <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> <12> <13> <14> <15> <16> <17> <18> <19> <20> <21> <22> <23> <24> <25> <26> <27>