Цвет минералов

Окраска минералов невольно обращает на себя внимание при первом же знакомстве с ними и потому является одним из важнейших признаков, свойственных минералам.

Вполне естественно поэтому, что многие названия даны минералам именно по этому признаку. Примеры: лазурит, азурит ("азур" по-французски - лазуРb), хлорит ("хлорос" по-гречески - зеленый), родонит ("родон" по-гречески - розовый), рубин ("рубер" по-латыни - красный), крокоит ("крокос" по-гречески - шафран, т. е. здесь имеется в виду его красно-оранжевый цвет), аурипигмент ("аурум" по-латыни - золото), хризолит, хризоберилл ("хризос" по-гречески - золото), эритрин ("эритрос" по-гречески - красный), гематит ("гематикос" по-гречески - кровавый), альбит ("альбус" по-латыни - белый), меланит ("мелас" по-гречески - черный) и т. д. Наоборот, такие названия, как киноварь, малахитовая зелень и другие, вошли в наш язык как стандартные цвета красок, что говорит о том, что эти цвета постоянно присущи данным минералам.

В целом проблема окраски минералов очень сложна. Хотя наши познания в области причин появления окрасок кристаллических веществ, благодаря большим успехам физики и кристаллохимии, в последнее время значительно подвинулись вперед, все же остается еще много неясных вопросов. Первую более обстоятельную попытку обобщить имеющийся материал по этому вопросу и увязать окраску природных соединений с их кристалло-химическими особенностями сделал А. Е. Ферсман в своей книге "Цвета минералов" (1937).

В природных химических соединениях различают три рода окрасок по происхождению:

1. идиохроматическую,
2. аллохроматическую и
3. псевдохроматическую.

Идиохроматизм*. Во многих случаях окраска природных соединений, никогда не встречающихся в виде бесцветных кристаллов, обусловлена внутренними свойствами самого минерала. Таковы, например, черный магнетит (FeFe₂O₄), латунно-желтый пирит (FeS₂), карминно-красная киноварь (HgS), зеленые и синие кислородные соли меди (малахит, азурит, бирюза и др.). густосиний лазурит и т. д.

^*("Идиос" по-гречески - свой, собственный)

Эти типичные окраски минералов получили название идиохроматических. В различных минералах они обусловлены разными причинами.

• а) В многочисленных минералах окраска обязана своим происхождением тому, что в состав самих соединений входит какой-либо хромофор, т. е. химический элемент, приносящий окраску. К числу их, как давно уже было установлено, относятся следующие: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, т. е. элементы семейства железа, располагающиеся в центре менделеевской таблицы элементов, разбитой по длинным периодам, и в меньшей степени - W, Mo, U, Cu и TR. Наиболее ярким представителем хромофоров является хром, само название которого указывает на эту его особенность*. Содержание хрома в минералах обусловливает весьма интенсивные окраски-красную (пироп, рубин и др.), яркозеленую (уваровит, изумруд, фуксит), фиолетовую (родохром, кеммерерит). Насколько сильным красителем является хром, можно судить по тому, что изоморфная примесь окиси хрома в количестве всего лишь 0,1% окрашивает бесцветное соединение - окись алюминия - в густой яркокрасный цвет. При этом содержании расстояние между двумя ближайшими частицами хромофоров в массе корунда составит около 20Å, т. е. во много раз больше, чем радиусы самих ионов (0,57Å у Al и 0,64Å у Cr). Очевидно, ионы хрома, сильно отличаясь от ионов алюминия по конфигурации электронных оболочек, создают вокруг себя сильные нарушения в симметрии электрического поля и, несмотря на состояние рассеяния, оказывают свое влияние на всю решетку соединения. ^*("Хрома" по-гречески - окраска, цвет) Указанные выше зеленые и фиолетовые окраски минералов обусловлены значительным содержанием Cr₂O₃ (до нескольких процентов и даже десятков процентов). Сама чистая окись хрома также окрашена в зеленый цвет. Однако нельзя утверждать, что причиной зеленой окраски всегда являются большие содержания хрома в химических соединениях. Установлено например, что зеленые бериллы - изумруды - обязаны своей чудесной яркой окраской совершенно ничтожной изоморфной примеси Cr₂O₃ к Al₂O₃ в пределах нескольких сотых процента. Следовательно, явление окраски минералов далеко не простое, как это могло бы показаться с первого взгляда. Ион [CrO₄]^2-, содержащий Cr⁶⁺, в искусственных соединениях обычно дает желтые соединения, но в соединении его с сильно поляризующими катионами наблюдается окрашивание в густой оранжево-красный цвет. Таков, например, минерал крокоит (PbCrO₄).
• б) В некоторых случаях минерал может быть окрашен в тот или иной цвет вне всякой связи с хромофорами или с изменением его химического состава, так как химическим и спектральным анализами не удается установить хотя бы ничтожные следы каких-либо примесей красящего пигмента. Так, известны случаи окраски каменной соли (NaCl) в красивый синий цвет Оказалось, что эта окраска своим происхождением обязана тому, что часть ионов этого соединения, в частности натрия, превратилась в нейтральные атомы, присоединив к себе необходимые для этого электроны хлора. Такую окраску в прозрачной каменной соли легко вызвать искусственно. Для этого достаточно пропитать ее парами металлического натрия. Точно такой же результат можно получить, если воздействовать на каменную соль катодными лучами, приносящими с собой свободные электроны. Следовательно, окраска некоторых прозрачных минералов может быть связана с изменением однородности строения кристаллических решеток, с изменением электростатического состояния ионов, могущих превращаться под влиянием тех или иных причин в нейтральные атомы или в возбужденные (слабо заряженные) атомы.
• в) Особую, хотя и очень небольшую, группу окрашенных минералов составляют такие соединения, в которых окраска обусловлена не наличием хромофоров и не нарушением электростатической однородности кристаллических решеток, а присутствием ионов или целых групп внутри пустых промежутков решетки. Это относится, в частности, к тем силикатам, у которых имеет место "внедрение" таких дополнительных анионов, как Cl^1-, [SO₄]^2- и др. Примером здесь может служить яркосиний минерал лазурит. Истинная природа этого явления, получившего название стереохроматизма, еще не разгадана, но ясно то, что окраска таких минералов несомненно связана с группами присоединения или внедрения, которые сами по себе не являются хромофорами. Характерны прочность и стойкость в огне этих окрасок, известные еще за несколько тысячелетий до нашей эры, когда лазурит применялся в качестве краски.

Аллохроматизм*. Известно не мало примеров, когда один и тот же минерал бывает окрашен в различные цвета и оттенки. Так, кварц, обычно встречающийся в виде бесцветных, часто совершенно прозрачных кристаллов (горный хрусталь), бывает окрашен в красивый фиолетовый цвет (аметист), розовый, желто-бурый (от окислов железа), золотистый (цитрин), серый или дымчатый (раухтопаз), густой черный (морион), наконец, в молочно-белый цвет. Точно так же каменная соль - галит - может обладать белым, серым, желтым, бурым, розовым и иногда синим цветом.

^*("Аллос" по-гречески - посторонний)

В большинстве случаев окраска в таких минералах связана с посторонними тонкорассеянными механическими примесями, окрашенными в тот или иной цвет хромофорами (носителями окраски). Эти красящие вещества могут быть представлены как неорганическими, так и органическими соединениями. Часто бывает достаточно совершенно ничтожного количества их для того, чтобы вызвать интенсивное окрашивание бесцветных минералов, причем окраска зависит не только от количества, но и от степени дисперсности этих веществ.

Подобные окраски, не зависящие от химической природы самого минерала, носят название аллохроматических (т. е. чуждых самим минералам). Окрашенные таким способом минералы представляют собой не что иное, как кристаллозоли (стр. 39).

Наблюдаются и более грубые дисперсии, т. е. на глаз заметные рассеянные включения тех или иных минералов. Таковы, например, зеленоватые кристаллы кварца с микроскопическими включениями актпнолита, черный кальцит, переполненный мельчайшими включениями сульфидов или углеродистого вещества, и др.

Наконец, следует указать на многие аллохроматически окрашенные полупрозрачные и непрозрачные коллоиды (гели) и метаколлоиды. В большинстве случаев к числу загрязняющих красящих примесей принадлежат бурые гидроокислы железа, красная окись железа, черные окислы марганца, органические вещества и др. Очень часто красящий пигмент в них распределен неравномерно, иногда концентрическими слоями. Таковы, например, агаты с их замечательно тонкими и разноцветными рисунками.

Псевдохроматизм*. В некоторых прозрачных минералах иногда наблюдается "игра цветов", обусловленная интерференцией падающего света в связи с отражением его от внутренних поверхностей трещин спайности, иногда от поверхности каких-либо включений Это явление нам хорошо знакомо по иризирующим пленкам керосина, нефти, масла, плывущим по воде и окрашенным в различные "цвета радуги". Оно объясняется тем, что здесь интерферируют лучи света, отраженные от передней поверхности прозрачной пленки (ее границы с воздухом) и задней (поверхности разделе с водой).

^*("Псевдо" по-гречески - ложный)

Подобные явления ложной окраски наблюдаются и в твердых прозрачных минералах. Прекрасным примером может служить поделочный камень лабрадорит, в котором, особенно на полированных плоскостях при некоторых углах поворота, вспыхивают местами красивые синие и зеленые переливы, обусловленные совершенной спайностью, вдоль которой выделились тончайшие пластинки ильменита или других минералов.

Иризирующие пестроокрашенные пленки нередко наблюдаются на почковидной поверхности бурых железняков (гидроокислов железа), кристаллах железного блеска, на слегка окислившейся поверхности борнита - Cu₅FeS₄ (в виде фиолетовых и синих отливов) и др. Во всех этих случаях окраска ничего общего не имеет с природой самого минерала. Подобные пленки на минералах называются побежалостями.

О классификации цветов. Необычайное разнообразие оттенков в окраске минералов не поддается сравнительному описанию не только потому, что их очень много, но и потому, что наш орган зрения непосредственно воспринимает лишь грубые различия в цветах минералов. В этом не трудно убедиться, если мы сравним между собой два таких зеленых минерала, как малахит и гарниерит (никелевый гидросиликат). При рассматривании порознь они для неопытного глаза кажутся одинаково окрашенными, но когда мы положим их рядом, то легко заметим существенное различие в оттенках окраски. В процессе постоянной тренировки в восприятии цветовых эффектов постепенно вырабатывается зрительная память на цвета, все больше и больше начинают улавливаться характерные особенности оттенков. Способность запоминать эти особенности оказывает большую услугу в диагностике минералов.

В обычной практике при определении цвета минералов прибегают к сравнительной оценке, сопоставляя его с окраской каких-либо хорошо известных предметов или веществ. Поэтому широко пользуются двойными названиями цветов минералов, например: молочно-белый, медово-желтый, латунно-желтый, карминно-красный, изумрудно-зеленый, яблочно-зеленый (цвет неспелого яблока), шоколадно-бурый, свинцово-серый, оловянно-белый и т. д. Несмотря на то что все эти определения весьма относительны, они все же приняты и встречаются во всей мировой литературе по минералогии.

Как бы то ни было, на первых порах мы должны условиться в названиях хотя бы основных цветов, прикрепив их к определенным минералам. За основу можно принять следующие часто употребляемые названия цветов, более или менее постоянных, для ряда минералов:

1. Фиолетовый - аметист
2. Синий - азурит
3. Зеленый - малахит
4. Желтый - аурипигмент
5. Оранжевый - крокоит
6. Красный - киноварь (в порошке)
7. Бурый-пористые - разности лимонита
8. Желто-бурый-охристые - разности лимонита
9. Оловянно белый - арсенопирит
10. Свинцово-серый - молибденит
11. Стально-серый - блеклая руда
12. Железно-черный - магнетит
13. Индигово-синий - ковеллин
14. Медно-красный - самородная медь
15. Латунно-желтый - халькопирит
16. Металлически золотистый - золото

В качестве примера ахроматических цветов, возникающих при равномерном поглощении всего спектра видимого света, приведем следующие: бесцветный горный хрусталь, молочно-белый кварц, серая каменная соль и черный пиролюзит.