Couleur Mine Raux

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Les origines de la couleur dans les minéraux KURT NASSAU Bell Laboratories Murray Hill, New Jersey 07974 Abstrait Quatre formalismes sont présentés. Théorie du champ cristallin explique la couleur ainsi que la fluorescence dans un métal de transition contenant des minéraux tels que l'azurite et de rubis. La notion de trappe, dans le cadre de la théorie du champ cristallin, explique la stabilité variable des électrons et des trous centres de couleur par rapport à la lumière ou à la chaleur de blanchiment, ainsi que des phénomènes tels que la thermoluminescence. Le formalisme des orbitales moléculaires qui explique la couleur des minéraux de transfert de charge comme le bleu saphir et crocoïte impliquant des métaux, ainsi que les couleurs non métalliques, impliquant de lazurite, graphite et minéraux organiques colorées. Théorie des bandes explique les couleurs de minéraux métalliques, la gamme de couleurs noir- rouge-jaune-orange-incolore en minéraux tels que la galène, proustite, greenockite, diamant, ainsi que les impuretés causées par les couleurs jaune et bleu dans le diamant. Enfin, il ya les couleurs bien connues pseudochromatic s'expliquer par l'optique physique impliquant la dispersion, la diffusion, l'interférence et la diffraction Introduction Quatre théories physiques distinctes (formalismes) sont nécessaires pour une couverture complète dans les processus par lesquels les constituants intrinsèques, les impuretés, les défauts et les structures spécifiques produisent des effets visuels que nous désignons comme la couleur. Tous les quatre sont nécessaires en ce que chaque donne un aperçu de laquelle les autres n'ont pas, lorsqu'elles sont appliquées à des situations spécifiques. Un aperçu d'exemples est donnée dans le tableau 1. Cette classification va bien au-delà de la traditionnelle idiochromatic ("unicolore", à partir d'un ingrédient majeur), allochromatic («autre couleur», comme d'une impureté), et pseudochromatic ("fausse couleur" comme provenant d'effets physiques optiques) , bien que ces trois sont, en fait, indirectement inclus dans plusieurs endroits dans le tableau 1.Les approches actuelles transcendent la sagesse conventionnelle qui tente d'attribuer couleurs bleu-vert de cuivre, d'un bleu profond pour le cobalt, le rouge ou le vert de chrome, etc. Pour ne donner qu'un exemple: les couleurs bleues profondes peuvent être produites par le cuivre idiochromatic (shattuckite), allochromatic cobalt (bleu spinelle), par un centre de couleur (Maxixe type irradié béryl), par transfert de charge entre le fer et le titane (bleu saphir), par les effets moléculaires orbitales S-3 unités (lapis-lazuli), par accepteurs de bore dans une largeur de bande (losange bleu), et par des interférences lumineuses pseudochromatic (zones bleues en opale). L'approche utilisée ici n'est qu'un tutoriel et les références sont données pour une lecture ultérieure ou, dans certains cas, des exemples précis. Illustrations en couleur de quelques-uns des principes en cause ont été publiés dans une version antérieure moins technique (Nassau, 1975a) exemples spécifiques sont donnés lorsque la cause de la couleur est assez bien établi, bien que des réinterprétations continuent

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Les origines de la couleur dans les minérauxKURT NASSAUBell Laboratories

Murray Hill, New Jersey 07974Abstrait

Quatre formalismes sont présentés. Théorie du champ cristallin explique la couleur ainsi que la fluorescence dans un métal de transition contenant des minéraux tels que l'azurite et de rubis. La notion de trappe, dans le cadre de la théorie du champ cristallin, explique la stabilité variable des électrons et des trous centres de couleur par rapport à la lumière ou à la chaleur de blanchiment, ainsi que des phénomènes tels que la thermoluminescence. Le formalisme des orbitales moléculaires qui explique la couleur des minéraux de transfert de charge comme le bleu saphir et crocoïte impliquant des métaux, ainsi que les couleurs non métalliques, impliquant de lazurite, graphite et minéraux organiques colorées. Théorie des bandes explique les couleurs de minéraux métalliques, la gamme de couleurs noir-rouge-jaune-orange-incolore en minéraux tels que la galène, proustite, greenockite, diamant, ainsi que les impuretés causées par les couleurs jaune et bleu dans le diamant. Enfin, il ya les couleurs bien connues pseudochromatic s'expliquer par l'optique physique impliquant la dispersion, la diffusion, l'interférence et la diffraction

Introduction Quatre théories physiques distinctes (formalismes) sont nécessaires pour une couverture complète dans les processus par lesquels les constituants intrinsèques, les impuretés, les défauts et les structures spécifiques produisent des effets visuels que nous désignons comme la couleur. Tous les quatre sont nécessaires en ce que chaque donne un aperçu de laquelle les autres n'ont pas, lorsqu'elles sont appliquées à des situations spécifiques. Un aperçu d'exemples est donnée dans le tableau 1. Cette classification va bien au-delà de la traditionnelle idiochromatic ("unicolore", à partir d'un ingrédient majeur), allochromatic («autre couleur», comme d'une impureté), et pseudochromatic ("fausse couleur" comme provenant d'effets physiques optiques) , bien que ces trois sont, en fait, indirectement inclus dans plusieurs endroits dans le tableau 1.Les approches actuelles transcendent la sagesse conventionnelle qui tente d'attribuer couleurs bleu-vert de cuivre, d'un bleu profond pour le cobalt, le rouge ou le vert de chrome, etc. Pour ne donner qu'un exemple: les couleurs bleues profondes peuvent être produites par le cuivre idiochromatic (shattuckite), allochromatic cobalt (bleu spinelle), par un centre de couleur (Maxixe type irradié béryl), par transfert de charge entre le fer et le titane (bleu saphir), par les effets moléculaires orbitales S-3 unités (lapis-lazuli), par accepteurs de bore dans une largeur de bande (losange bleu), et par des interférences lumineuses pseudochromatic (zones bleues en opale).

L'approche utilisée ici n'est qu'un tutoriel et les références sont données pour une lecture ultérieure ou, dans certains cas, des exemples précis. Illustrations en couleur de quelques-uns des principes en cause ont été publiés dans une version antérieure moins technique (Nassau, 1975a) exemples spécifiques sont donnés lorsque la cause de la couleur est assez bien établi, bien que des réinterprétations continuent

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d'apparaître même dans les matériaux, tels que le quartz fumé (Nassau, 1975b), qui ont été largement étudiés depuis de nombreuses années. Les causes spécifiques de couleur dans la plupart des minéraux sont en effet pas connu, et des enquêtes approfondies, nécessitant souvent la spectroscopie de précision impureté analyse, à des niveaux ppm, la résonance magnétique et, parfois, de rayonnement et les procédures de laboratoire, même synthétiques, peuvent être nécessaires pour tirer des conclusions univoques. A titre d'exemple, le bleu profond des diamants comme le "Hope" presque certainement son origine dans un simple atomes de bore par million de quelques atomes de carbone (ce qui permet également la conductivité électrique). Auparavant, la couleur bleue avait été attribué à l'aluminium présent à une concentration beaucoup plus élevée, mais la synthèse démontre que l'aluminium dans ce cas ne pas produire une couleur bleue, tandis que le bore ne (Chrenko, 1973). De nombreux systèmes de désignation sont utilisés pour l'énergie des systèmes quantifiés (par exemple de l'énergie sous forme de nombres d'onde en cm -1 , d'électrons volts eV, kcal / mol, etc; ou la longueur d'onde de lumière équivalent à nm, m m, ou A, ou sa fréquence en s -1 ou Hertz, Hz). L'échelle eV utilisée dans cet article et sa relation avec les couleurs spectralement purs est illustré à la figure 1.

Tableau 1. Douze types de couleur dans les minérauxParce Couleur Minéraux typiques FormalismeComposés de métaux de transition

Almandin, malachite, turquoise

Théorie du champ cristallin

Impuretés de métaux de transition

Citrine, émeraude, rubis

Théorie du champ cristallin

Centres colorés Améthyste, fluorite, quartz fumé

Théorie du champ cristallin

De transfert de charge

Bleu saphir, crocoïte, lazurite

La théorie des orbitales moléculaires

Les matières organiques

Ambre, de corail, de graphite

La théorie des orbitales moléculaires

Conducteurs Le cuivre, le fer, l'argent Théorie des bandes

Semi-conducteurs Galena, proustite, la pyrite, le soufre Théorie des bandes

Semi-conducteurs dopée

Blue diamond, diamant jaune Théorie des bandes

Dispersion "Fire" en gemmes à facettes L'optique physique

Diffusion Moonstone, les "stars", "yeux" L'optique physique

Interférence Chalcopyrite irisé L'optique physiqueDiffraction Opale L'optique physique

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Le formalisme du champ cristallin Couleur mieux expliquée par le formalisme du champ cristallin cristaux implique principalement ioniques contenant des ions avec des électrons non appariés. Ces éléments proviennent généralement partiellement remplis avec d coquilles telles que V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni et Cu, ou dans des éléments partiellement remplis avec f coques tels que les actinides et les lanthanides. Il n'y a pas d'électrons non appariés lorsque toutes les couches électroniques sont complètement pleine ou vide, comme dans Cr 6 + , Ce 4 + ou Cu + , lorsque ce type de couleur ne peut pas se produire. Parmi ces éléments de transition, Fe est le plus abondant (environ 5% de la croûte terrestre) et est donc le contributeur couleur dominante en minéraux.

Considérons maintenant un minéral contenant, par exemple, certains chrome trivalent. La configuration électronique de Cr 3 + est 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 ; ici que les trois électrons non

appariés dans la couche 3d peuvent interagir avec la lumière visible afin de produire l'absorption et la couleur. En raison de la quantification de l'énergie, un système tel que Cr 3 + ne peut exister que

dans un nombre limité de pays, les «niveaux d'énergie." Ces niveaux d'énergie peut être représentée sur un diagramme de la figure 2 tel que, par leur teneur en énergie par rapport à la "état

fondamental", c'est à dire l'état de l'ion quand il n'est pas en interaction avec tout type de rayonnement et est dans son état de plus basse énergie . Fig. 1 . Les couleurs, les longueurs d'onde

(A) et l'énergie (eV) pour la pure lumière spectrale (SW est courte et grande longueur d'onde ultraviolette LW).

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Fig. 2 . Les niveaux d'énergie, des transitions et absorptions de couleur en rubis (a) à (e) et en émeraude (f).

Le calcul réel des niveaux d'énergie telles est assez complexe et, par un atome donné, doit inclure les paramètres suivants: l'état de valence, la symétrie de l'environnement de l'ion (c'est à dire la coordination des accusations polyèdre qui produit le "champ cristallin", a également parfois appelé le "champ de ligand") comprenant les distorsions de idéal tétraédrique, octaédrique, etc et la force du champ cristallin, à savoir la nature et la force de la liaison. Le résultat d'un tel calcul est un schéma de niveaux d'énergie comme celle de rubis, (environ 1% de Cr 3 + substitués à A1 3 + dans les sites octaédriques déformés de A1 2 O 3 avec une liaison très forte entraînant une distance Al-O de 1,91 A) montre la Figure 2a.

Le calcul du champ cristallin non seulement donne les niveaux d'énergie excités (seuls les trois premiers sont représentés à la figure 2a) par rapport à l'état de base A, mais également un ensemble de règles de sélection "," couvrant la probabilité de chemins parallèles d'électrons. Par exemple, l'excitation (absorption de la lumière) peut entraîner dans ce cas un changement de l'état fondamental de A à états C et D avec une forte probabilité, mais le changement de A à B est relativement interdites (fig. 2b). Désexcitation peut pas se produire à partir de C ou C à A, mais doit d'abord passer par l'état B à l'émission de chaleur de la grille comme sur la figure 2c, ce qui peut être suivie par l'émission de lumière, la fluorescence rouge du rubis, de niveau B de retour à A l'état de base selon la figure 2d. D'autres complications jusqu'à présent pas citer la température et d'autres élargissement des niveaux d'énergie et le fait que, depuis le champ cristallin peut varier avec l'orientation dans un cristal anisotrope, ne peut donc le schéma de niveaux d'énergie, ce qui entraîne pléochroïsme (dichroïsme dans le cas de rubis) . Le spectre d'absorption réelle non polarisée de rubis montré dans la figure 2e illustre comment l'élargissement D absorption et les niveaux C produisent des bandes d'absorption

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violet et vert-jaune. La transmission de la lumière restante produit la couleur rouge intense de rubis avec son bleu (violet) fonte. Une partie de l'énergie absorbée dans les bandes d'absorption C et D (ainsi que dans d'autres bandes d'absorption à des énergies plus élevées dans l'ultraviolet non représentée) réapparaît comme la fluorescence rouge de niveau d'énergie B (qui reste assez étroite), ajoutant ainsi à la lueur rouge de cette gemme. Elle peut être considérée comme une coïncidence que tant la couleur ainsi que la fluorescence du rubis est rouge. Il convient de noter que la présence d'impuretés Fe peut complètement «éteindre» la fluorescence en siphonnant l'énergie du niveau B de fluorescence sans affecter significativement la couleur d'absorption causés. L'effet d'un changement dans la force du champ cristallin est bien illustré par la comparaison à l'émeraude rubis, dans laquelle Cr 3 + aussi des substituts pour A1 3 + . La déformée de six coordonnée site et Al-O distances en émeraude sont similaires à ceux de rubis, mais l'effet de la valeur ajoutée Be et Si et le changement dans la structure du cadre oxygène hexagonale compacte de Al 2 O 3 à la plus structure ouverte de Be 3 A1 2 Si 6 O 18 conduit à métal-oxygène de plus que dans covalence rubis, une plus faible densité d'électrons sur les atomes d'oxygène, et produit en conséquence un champ cristallin de moindre résistance. Les changements résultant de relativement petites bandes C et D d'absorption de la figure 2f essentiellement pour éliminer la transmission rouge, mais d'intensifier la transmission bleu-vert, conduisant à la couleur émeraude caractéristique. Le niveau de fluorescence B est quasiment inchangé, et là encore, la forte fluorescence rouge ajoute à la qualité de la couleur des pierres précieuses lorsqu'il n'est pas éteint par des impuretés de fer. Une modification similaire dans les résultats du champ cristallin dans un changement du rouge au vert lorsque la concentration de Cr 2 O 3 en A1 2 O 3 est augmentée, ce qui entraîne une liaison ionique inférieure et une zone de cristal réduite.

Alexandrite (Cr 3 + dans Al 2 BeO 4 ) dispose d'un système d'absorption intermédiaire entre ceux du rubis (Fig. 2e) et émeraude (Fig. 2f). La presque aussi équilibrée de transmission rouge et bleu-vert résultat bandes dans l'œil perçoit ni l'un ni l'autre comme dominante, en fonction de la distribution de l'énergie de la lumière incidente (apparaissant vert et rouge en plein jour dans la lumière incandescente), et sont responsables de ce que l'on appelle «l'effet alexandrite." Noter qu'un ion différent, V 3 + , dans un réseau différent, A1 2 O 3 , l'effet produit presque identique au naturel ou synthétique "alexandrite corindon coloré." L'effet alexandrite a, en effet, été observé dans un certain nombre de différents minéraux (White et al., 1967).

Une dernière complication du champ cristallin causée par couleur, c'est que le même ion peut conclure plusieurs sites en un minéral, offrant ainsi plusieurs ensembles de schémas de niveaux d'énergie et résultant en des bandes d'absorption superposées. S'il ya transfert d'électrons entre les différents sites, puis le formalisme des orbitales moléculaires décrits ci-dessous peuvent produire des absorptions supplémentaires.

Traitements détaillées des concepts de champ cristallin ont été donnés par Burns (1970) et Wood (1969), et peut également être trouvée dans des textes récents inorganiques tels que celui de Cotton et Wilkinson (1972). Traitements intermédiaires par Loeffler et Burns (1976), Frye (1974), et Fyfe (1964) peut être recommandée.

Le formalisme du champ cristallin est approprié pour trois types de couleurs: celles causées par les métaux de transition, soit comme un ingrédient majeur ou sous forme d'impureté, et celle produite par des centres colorés.

Couleurs Idiochromatic causés par les grands électeurs de métaux de transition

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Plusieurs exemples de ce type de couleur sont donnés dans le tableau 2 et beaucoup plus peut être déduite avec certitude à partir de la seule connaissance de la composition chimique des minéraux contenant des éléments essentiels de transition ingrédients. Néanmoins, il ya des pièges divers: certains états de valence ne doivent pas causer de couleur(par exemple monovalent Cu), la couleur peut être déguisée ou modifiés par des impuretés; effets moléculaires orbitales peuvent également être opérationnel, et ainsi de suite.Couleurs Allochromatic causée par les impuretés de métaux de transition Quelques exemples bien établis de couleur impureté causé sont donnés dans le tableau 3. Les pierres de touche de ce type de couleur sont la nature de la série, qui représente généralement la couleur du composé pur, et la survenue d'un tel minérales dans des couleurs différentes, il est habituellement prudent de supposer que la couleur la plus claire représente le minéral pur. La cause de la couleur ne peut pas nécessairement être attribué à une impureté juste parce que l'impureté est connu pour être présent en quantité importante. D'autres impuretés à une concentration inférieure peut être en cause, ou un centre de couleur peuvent être présents. Synthèse en laboratoire de minéraux avec l'addition contrôlée d'impuretés peut même être nécessaire pour les explications claires de couleur. Comme indiqué plus haut, la même impureté peut entraîner des couleurs très différentes, tels que Cr-causé rouge rubis et vert émeraude. Cependant, il ya quelques émeraudes qui tirent leur couleur partiellement ou totalement de vanadium (Wood et Nassau, 1968).

Couleur centres L'électron non apparié qui donne la couleur par absorption de la lumière dans les états excités n'a pas à être affichée sur un ion d'élément de transition; dans certains cas il peut être affichée sur un ion d'impureté nontransition-élément ou sur un défaut cristallin tel qu'un ion manquant . Les deux peuvent être la cause de centres colorés. Si un électron est présent à un poste vacant, nous avons un centre "électron" couleur, si un électron est manquant à partir d'un endroit où il ya habituellement une paire d'électrons, nous avons un centre "trou" de couleur. Centres de couleur peuvent également être traités dans le formalisme de la bande, et une bonne critique est celle de Schulman et Compton (1962). Centres colorés Beaucoup sont connus, mais le mécanisme exact provoquant couleur a été mis en place dans quelques cas, très peu. L'un d'eux est le violet "centre F" ou défaut de Frenkel de la fluorite, l'un des nombreux types de centres colorés qui peuvent se former dans la fluorite. La figure 3A est une représentation bidimensionnelle de la CaF2 structure. Il ya plusieurs façons par lesquelles un F - ion peut être absent de sa position habituelle: cela peut se produire pendant la croissance ou quand rayonnement énergétique déplace un F-ion de sa position habituelle à un autre point dans le cristal, on peut aussi les créer, en fluorite croissante en présence d'un excès de Ca, ou en éliminant une partie F à partir d'un cristal par l'application d'un champ électrique.

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La figure 3 . Structure fluorite (schématique): (A) normal, (B) contenant un "centre F" où un ion fluor a été remplacé par un électron. Depuis le cristal doit rester électriquement neutre, un électron occupe habituellement la position vide pour produire le F-centre ou «centre d'électrons couleur", comme indiqué sur la figure 3B. Cet électron non apparié peuvent désormais exister dans des états excités, dont l'énergie est contrôlé par les mêmes facteurs de champ cristallin décrit précédemment, la couleur et la fluorescence peut désormais se faire par les mêmes types de transitions tel que décrit ci-dessus.

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Fig. 4 . Structure de quartz (schématique): (A) normal, (B) contenant Al 3 + substitué pour le Si 4 + avec un H + pour la neutralité de charge. Éjecte une radiation d'une paire d'électrons à partir d'un O 2 - et laisse un centre "trou" de couleur quartz fumé. Dans le cas du quartz fumé, il ya un "trou central de couleur." Un précurseur nécessaire à ce centre couleur est la présence dans le quartz (figure 4A) de l'impureté Al 3 +substituant à Si 4 + ions alcalins avec certains (par exemple Na + ) ou un ion hydrogène (H + ) à proximité de maintenir l'électroneutralité ( fig. 4B). Al interstitielle ne pas servir de précurseur pour former quartz fumé. La plupart de quartz naturel contient Al substitution à la plusieurs centaines de ppm

Tableau 2. coloration Idiochromatic dans les composés de métaux de transition *

Cérium : parisite (jaune) Chrome : Crocoite (orange); phoenicrocoite (rouge); uvarovite (vert) Cobalt : Erythrite, roselite, spherocobaltite (rose) Cuivre : Azurite, chrysocolle, turquoise (bleu);dioptase, malachite (vert); cuprite (rouge) Fer : Lazulite (bleu); olivine (vert); almandin, ludlockite (rouge); cacoxenite, la goethite (jaune) Manganèse : Rhodochrosite, Rhodonite (rose); spessartite (orange); ganophyllite (jaune) Nickel : Bunsenite (vert) Uranium : Autunite, carnotite (jaune); curite, masuyite (orange) * Le transfert de charge peuvent également être présents dans certains d'entre eux.

Tableau 3. Allochromatic coloration par des impuretés de métaux de transition

Chrome : Emeraude, grossulaire, hiddenite, Cr-jade, Cr-tourmaline (vert); alexandrite (vert-rouge); rubis, spinelle, topaze (rouge) Cobalt : Lusakite (bleu) Fer : Aigue-marine, tourmaline (vert); chrysobéryl , citrine, idocrase, orthose (jaune); "améthyste verdi" (vert); jade (vert-jaune-brun) Manganèse : morganite, spodumène, tourmaline (rose); andalousite (vert, jaune) Nickel : Chrysoprase, Ni-opale (vert) Vanadium : Apophyllite, V-émeraude, «tsavorite" V-grossulaire (vert), "alexandrite couleur saphir" (vert-rouge)

niveau, mais cela en soi ne produit pas de couleur, car il n'y a pas d'électrons non appariés. Si tel est le quartz irradié par les rayons X, les rayons gamma, neutrons, etc, ou s'il a été exposé à des matériaux radioactifs émettent de faibles niveaux de rayonnement sur des périodes de temps géologiques, puis l'un d'une paire d'électrons sur l'oxygène adjacents à chaque Al peut être éjecté de

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sa position, comme indiqué sur la figure 4B, laissant électrons non appariés. Ces défauts "trou" (le trou indique qu'il ya maintenant un seul électron, où il avait été autrefois une paire) peuvent maintenant avoir des niveaux d'énergie excités et la lumière des transitions d'absorption qui produisent la couleur enfumée de quartz (Nassau, 1975b).

L'électron déplacé dans le processus décrit à la figure 4B est «piégé» ailleurs dans le cristal de quartz sans causer l'absorption de lumière supplémentaire. Si le quartz fumé est maintenant chauffé (par exemple à 400 ° C à voir Nassau et Prescott, 1977) ces électrons déplacés puissent être libérés de leurs pièges et retour jusqu'au centre du trou, tous les électrons sont appariés à nouveau et les rendements de quartz à l'incolore. La température de blanchiment n'est donc pas une caractéristique de la centrale elle-même et la couleur varie souvent. Le ré-irradiation de la couleur peut à nouveau être rétablie. L'améthyste est un centre de couleur similaire, impliquant Fe au lieu d'Al. Selon l'emplacement et l'environnement du Fe la couleur obtenue en chauffant l'améthyste est soit jaune (citrine comme dans la plupart améthyste) ou vert (le "améthyste verdi" de Montezuman, Rio Prado, Brésil, Rose et Lietz, 1954). Même si la couleur jaune ou vert après chauffage est une couleur impureté allochromatic de métal de transition, la couleur améthyste dérive lui-même un centre de couleur. L'irradiation après chauffage peut recréer le centre de la couleur et la couleur améthyste.

Tableau 4. centres Couleur

Essentiellement stable à la lumière : améthyste, fluorite (violet); quartz fumé (du brun au noir); diamant irradié (vert, jaune, brun, noir, bleu, rose), certains topaze naturel et irradié (bleu) rapidement fondu sur exposition à la lumière Maxixe type béryl (bleu intense), certains topaze irradiée (brun); irradié saphir (jaune); la lumière ultraviolette irradiés hackmanite (violet) Autres couleurs probablement en raison de centres de couleur : Sylvite (bleu); halite (bleu et jaune); zircon ( brun); calcite (jaune); barytine, la célestine (bleu); halos pléochroïques dans la fluorite, le mica, etc

Ces centres colorés et d'autres sont répertoriés dans le tableau 4. Noter que l'irradiation avec une énergie aussi bas que peut produire une lumière ultraviolette centres de couleur, et que certains de ces couleurs ne sont pas stables à la lumière. Ces phénomènes peuvent être décrits dans les schémas de niveaux d'énergie comme le montre la Figure 5, en utilisant le concept de piège. Le diagramme de la figure 5a pourrait être celle du quartz enfumé. A partir de quartz incolore (contenant le précurseur de substitution Al) dans l'état fondamental A, le rayonnement est absorbé par le système en mouvement dans l'état excité D. En raison d'une règle de sélection, le système doit passer à l'état B, comme indiqué sur la figure 5b, avant il peut retourner à l'état fondamental.

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Fig. 5 . L'énergie au niveau des régimes montrant «pièges» impliqués dans la phosphorescence, thermolumincescence, et le blanchiment des centres colorés. L'Etat B, le centre de couleurs, est un "piégé" état avec une barrière d'énergie de B à C, qui doivent être surmontés avant que le centre de couleurs peuvent disparaître. Alors que dans l'État B la lumière peut être absorbée par d'autres niveaux excités comme E et F (Fig. 5c), et que la couleur de fumée. Cette couleur reste jusqu'à ce que suffisamment d'énergie est fournie (par exemple par chauffage à 400 ° C) pour permettre au système de surmonter la barrière et le retour à l'état fondamental, comme dans la figure 5d. L'état fondamental est incolore car la transition vers le niveau excité D plus faible absorption nécessite une plus grande énergie que celle présente dans la lumière visible. Dans le cas d'un centre de couleur trou, le piège n'est pas physiquement présent au centre (voir ci-dessous), le diagramme d'énergie, l'application de l'ensemble de trou piège, est la même que celle d'un centre de couleur d'électrons. Dans le schéma de niveau d'énergie des figures 5a à 5d, l'énergie de formation du centre de couleur (A, D à) est grande et l'énergie pour sa destruction ou «blanchiment» (B to C) est aussi relativement important. Les centres colorés stables à la lumière du tableau 4 sont de ce type.

Le schéma de la figure 5e illustre un système avec une énergie de formation importante mais une faible énergie de blanchiment. Puisque B à C est ici dans le domaine des énergies présentes dans la lumière visible, le système de blanchiment par les fuites d'énergie lumineuse induite sur la barrière C en même temps que la couleur est observée à partir de l'absorption dans E et F. Cette situation s'applique à la plupart des centres de couleur à la lumière de blanchiment énumérés dans le tableau 4. Par exemple, Maxixe de type bleu profond irradié béryl (Nassau et al., 1976) et brun topaze irradiée permettra à la fois fondu après quelques jours d'exposition à la lumière ou à la chaleur pendant une courte période à 100 ou 200 ° C. Lorsqu'ils sont conservés dans l'obscurité, la couleur va persister pendant de nombreuses années (plus de 60 ans dans le cas de Maxixe béryl; Nassau et al., 1976).

Si les deux énergies de formation et de blanchiment est faible, le diagramme de la figure 5f s'applique, par exemple, pour hackmanite photochromique. En cette matière incolore lumière ultraviolette, même avec une énergie inférieure à 5 eV (à noter que les rayons gamma aller jusqu'à plus de 1 million eV) est suffisante pour être absorbé par le niveau D et produit un centre de couleur rouge (B, E, F) qui blanchit rapidement sur exposition à la lumière.

Phosphorescence implique une énergie encore plus faible B blanchiment de C que ce qui est nécessaire pour la lumière de blanchiment. Cela se produit lorsque le retour à l'état fondamental

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implique l'émission de lumière d'énergie correspondant à la C pour un retour à l'état fondamental et quand the' thermiques excitations présenter à la température ambiante sont suffisantes pour porter le système lentement sur la barrière à C . Phosphorescence est indiqué par une fluorine, calcite, le diamant, etc fluorescence et la phosphorescence "durée de vie" de qualité dans l'autre; phosphorescence rapide avec une barrière très petit peut sembler être simplement fluorescence. Si la Colombie-Britannique piège est un peu plus profond, thermoluminescence peut entraîner, la fluorescence se produit à une température assez bien définie sur le chauffage, lorsque l'excitation thermique permet une fuite rapide du piège. Phosphorescence et thermoluminescence ne se limitent pas aux centres de couleur (pas plus que la fluorescence est), mais les schémas de niveaux d'énergie peuvent néanmoins être représenté comme dans la figure 5 où ces phénomènes se produisent.

Le processus de blanchiment, dans le cas d'un centre de trou à la libération d'électrons piégés dans le reste du cristal. Étant donné que ces électrons peuvent être piégés dans des sites différents, il peut y avoir un large éventail de blanchiment dans un cristal et aussi les différentes températures de blanchiment dans différents spécimens comme ce fut, en effet, observé dans une série de spécimens de quartz fumé (Nassau et Prescott, 1977). Cela implique une variation de la hauteur de barrière C, bien que le centre couleur elle-même (13, E, F sur la Fig. 5) reste le même.

La pierre de touche pour un centre de couleur de blanchiment par la lumière ou de la chaleur et de la réforme de la couleur sur l'irradiation. Ce n'est pas infaillible, mais (comparer le bleu au vert béryl changement discuté dans la section finale), et des années d'investigations employant la spectroscopie optique, résonance paramagnétique, et d'autres techniques ont été nécessaires pour déterminer tous les centres de couleur peu qui sont bien comprises .

Le formalisme des orbitales moléculaires Cela s'applique à différents types de situations où les électrons sont impliqués qui ne sont pas simplement situés sur des atomes ou des ions simples que dans le formalisme du champ cristallin, mais doit être considéré comme présent dans des orbites multicentriques. Les résultats varient selon que métal-métal, les centres de métal non métalliques, non métalliques ou non métalliques, sont impliqués. Dans les deux derniers cas, le type de liaison est généralement essentiellement covalente. Le résultat d'un traitement orbitale moléculaire est semblable à celui d'un traitement de champ cristallin; deux formalismes résultat dans un ensemble de niveaux d'énergie et des probabilités de transition associées.Quelques exemples sont résumés dans le tableau 5. Une introduction à la théorie des orbitales moléculaires a été donnée par Ballhausen et Gray (1964); transfert de charge a été examiné par Robin et Day (1970) et la couleur organique par Mason (1970).

Transfert de charge métal-métal Considérons bleu saphir, une variété de corindon, Al 2 O 3 , avec à la fois Ti Fe et des impuretés. Chacun des ions d'impureté peuvent exister sous deux états de valence, et donc dans deux combinaisons: (a) Fe 2 + et Ti 4 + , et (b) Fe 3 + et Ti 3 + . Un seul électron peut être amenée à transférer à partir de la Fe à l'absorption de la lumière par Ti et vice-versa. Depuis l'état (b) a une énergie plus élevée que l'état (a), la transition de (a) à (b) comprend l'absorption de l'énergie, la production d'une large bande d'absorption intense à l'extrémité rouge du spectre et entraînant le puits connue couleur bleu profond. Les distances de Fe-Ti sont 2.65A en C direction, le long de l'axe optique, mais 2.79A dans la direction perpendiculaire, par conséquent, le dichroïsme observé est prévu. Un autre processus de transfert de charge impliquant que Fe, à savoir (c) Fe 2 + + Fe 3 + et (d) Fe 3 + + Fe 2 + peut également se produire. Dans le cas de ce procédé produit saphir absorption dans l'infrarouge seulement, il est, toutefois, de la couleur dans la signification vivianite phosphate de fer hydraté. Lorsqu'ils sont frais, ce composé ne contient que Fe 2 + et est presque incolore. Comme oxydation par l'air convertit une partie du Fe 2 + en Fe3 + , transfert de charge devient possible et les résultats de la couleur d'un bleu profond. Le fer contenu dans vivianite est présent sur deux sites différents, et l'un d'entre eux s'oxyde préférentiellement, il ya trois chroism

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avec la couleur d'un bleu profond vu que la lumière polarisée dans la direction reliant les deux sites différents Fe, soit le long de la Fe 2 + - Fe + 3 direction. La couleur de la cordiérite a également été attribuée à ce type de Fe 2 + -Fe 3 + transfert de charge. Il est probable que les minéraux les plus r noires contenant Fe, Mn, Ti, etc, comme la magnétite, l'ilménite, manganite, schorl, etc, doivent leur couleur à une sorte de transfert de charge. Il convient de mentionner que la dismutation 2 Fe 3 + -> Fe 2 + + Fe 4 + . pourrait également être impliqué de transfert de charge métal-non métal Une substance telle que crocoïte, PbCrO 4 , n'a pas d'électrons non appariés, puisque Pb 2 + , Cr 6 + et O 2

- ont fermé toutes les couches électroniques. Il ya, comment jamais, CrO 4 2 - unités moléculaires qui

sont liés de façon covalente, et les électrons de liaison au sein de ces unités doivent être considérés comme appartenant à l'unité dans son ensemble, à savoir d'être en "orbitales moléculaires." Un traitement orbitale moléculaire montre qu'il existe des états excités, correspondant au transfert d'électrons à partir de l'oxygène au métal central, soit O -> C r dans ce cas. Le résultat est une absorption large à l'extrémité bleue du spectre et de la transmittance des autres longueurs d'onde, ce qui conduit à une couleur orange.

Des remarques similaires s'appliquent à vanadinite, wulfénite et scheelite. Le dernier n'est pas coloré à l'état pur, car l'absorption de transfert de charge n'est pas dans le visible, mais la fluorescence vive de scheelite découle d'un état excité orbitale moléculaire du transfert de charge O -> W dans le WO 4

- unités.

Comme dans le calcul du champ cristallin, le point de symétrie et des distorsions géométriques du groupe moléculaire et la force de liaison sont des paramètres importants.Transitions de transfert de charge ont généralement probabilités de transition élevés, ce qui donne des couleurs intenses, et ont tendance à dominer les couleurs de cristal sur le terrain de transition lorsque les deux sont présents, mais ils peuvent également se produire dans la partie ultraviolette du spectre.

Le transfert de charge est également présent dans les chalcogénures tels que la pyrite, avec S - déplacement d'électrons métallique. Les propriétés optiques de ces types de minéraux sont cependant mieux comprise à l'aide du formalisme bande discuté ci-dessous.

Électrons sur les ions de métaux non

il ya plusieurs minéraux dont les couleurs sont mieux décrits par des orbitales moléculaires impliquant tous les pas des ions métalliques. Une couleur particulièrement frappant est le bleu profond de lazurite (lapis-lazuli), (Na, Ca) 8 (AlSi) 12 O 24 (S 2 , SO 4 ), qui contient du soufre unités moléculaires et aucun électrons non appariés. De nombreuses possibilités ont été discutées, mais les niveaux excités de S - 3 unités moléculaires semblent expliquer la couleur (Cotton et al,. 1976).

Tableau 5. Couleurs causée par des transitions moléculaires orbitales

A. transfert de charge métal-métal : Fe 2 + -Fe 3 + / Fe 3 + -Fe 2 + cordiérite, vivianite (bleu), la magnétite, etc (? noir) Fe 2 + -Ti 4 + / Fe 3 + - Ti 3 + : cyanite, bleu saphir (bleu) Mn 2 + -Mn 4 + / Mn 3 + -Mn 3 + : Manganite, bixbyite, etc (noir?) B. de transfert de charge métal-non métal : Cr

6 + -0 2 - . Crocoite (orange) V 5 + -0 2 - . Vanadinite (orange) en métal-soufre: pyrite, marcassite, etc (voir bande interdite des semi-conducteurs) C. Les électrons non pas sur des ions métalliques : S -

3 : Lazurite en lapis-lazuli (bleu)

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électrons pi: Graphite (noir) pigments organiques: ambre, ivoire (brun); corail (rouge, noir); perle (rose, vert, bleu, noir), bitume, du lignite, etc (du brun au noir)

Dans le graphite, il ya des feuilles de connectés cycles à six chaînons d'atomes de carbone, et les "r électrons" peut se déplacer plus ou moins librement le long de ces feuilles.Le résultat est une forte absorption de la lumière, la réflexion spéculaire et la conductivité électrique anisotrope, assez semblable à celui des métaux, tel que discuté ci-dessous.

Enfin, il ya un certain nombre de substances minérales qui doivent leur couleur à des pigments organiques, de nombreux d'origine biologique. Certains d'entre eux sont répertoriés dans le tableau 5 et voici la couleur, encore une fois, provient de type orbital moléculaire de transitions à l'intérieur de façon covalente à liant unités moléculaires.

Le formalisme de la théorie bande Le champ cristallin et moléculaires orbitales théories s'appliquent aux électrons situés sur les ions, à défaut, et sur les groupes d'atomes. Théorie des bandes traite électrons comme appartenant au cristal dans son ensemble et s'applique à une large gamme de matériaux, comme indiqué dans le tableau 6. Le compte général de la théorie des bandes peuvent être trouvés dans les textes de physique à l'état solide comme celle de Kittel (1976).

La théorie des bandes de métaux

dans un cristal d'un métal tel que le cuivre ou d'un alliage tel que le laiton, chaque atome de métal apporte ses électrons externes, ceux généralement impliqué dans une liaison chimique, à une piscine commune. Ces électrons sont libres de se déplacer à travers le cristal tout en étant limitée seulement par le potentiel périodique associé à des atomes dans la structure cristalline. Le mouvement relativement libre d'un tel groupe d'électrons dans un métal résultats dans les conductivités électrique et thermique élevée, ainsi que dans l'éclat métallique et la réflexion spéculaire. En un métal classique, il ya plus de 10 23 électrons par cm 3 , tous essentiellement équivalentes à l'autre, à savoir "dégénérés". Le résultat de considérations quantiques appliqués à un tel système est que les niveaux d'énergie individuels sont élargies en «bandes», a illustré à la figure 6A. A chaque énergie, il ya de la place pour que les électrons (tant la densité d'états) et le nombre d'électrons disponibles remplit la structure de bande à la «surface de Fermi." Dans la plupart des métaux il ya une bande continue qui s'étend vers les hautes énergies, mais la densité d'états est différente à différentes énergies La surface d'un tel métal peut absorber la lumière de l'énergie heures du matin, avec des électrons de la partie remplie de l'interdiction (étant excitée à parties vides de la bande, comme voyantes à la figure 6B. La plupart de cette lumière est immédiatement ré émise à la surface (l'éclat métallique), mais l'efficacité de ce processus dépend de la variation de la densité de l'Etat à l'énergie, à savoir la forme . de la bande au-dessus de la surface de Fermi Ce produit les différences de couleur entre les métaux et alliages telle: ceux qui sont énumérés dans le tableau 6 Comme il ya encore des règles de sélection (sur la base duquel il a été le niveau d'énergie qui a élargi dans les différentes parties de la bande). , l'identification réelle de la forme de la bande de la couleur du métal est très complexe.

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Fig. 6 . Diagramme de bande d'un métal caractéristique (A) présentant des transitions d'absorption de lumière dans (B).

Théorie des bandes et semi-conducteurs il ya un grand groupe de minéraux où le collage est essentiellement covalente (partage d'électrons) et où le nombre moyen d'électrons de liaison est exactement quatre par atome. C'est le cas pour les éléments de la quatrième colonne du tableau périodique des éléments tels que le diamant, IV-IV composés tels que moissanite (SiC), composés II-VI tels que greenockite (CdS), et bien d'autres. Théorie des bandes appliquées à ces matières fait apparaître un écart entre les deux bandes distinctes, la partie inférieure de laquelle, la «bande de valence», est exactement remplis d'électrons, tandis que la supérieure, la «bande de conduction», est complètement vide. Comme le montre la figure 7A, le Fermi

Tableau 6. couleurs théorie des bandes

Conducteurs (couleur et le lustre métallique)

Eléments: Cuivre, or, fer, argent, mercure, etc Alliages: amalgame, iridosmine, météoritiques nickel-fer Semi-conducteurs étroite bande interdite: altaïte, galène (opaque, gris au noir); cobaltite , marcassite, pyrite, smaltite (opaque, métallique) Moyen-band-gap: cinabre, proustite, pyrargyrite (rouge); réalgar (orange); greenockite, de l'orpiment, le soufre (jaune) large bande interdite: Diamond, sphalérite, zincite (incolore) à large bande interdite des semi-conducteurs avec des impuretés donneurs d'impureté d'azote dans le diamant: jaune) impureté accepteur: Bore dans le diamant (bleu)

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surface est donc dans le haut de la bande de valence et l'espace entre le sommet de la bande de valence et le bas de la bande de conduction est le "band-gap", dont l'énergie est généralement désignée E g .

Fig. 7 . Diagrammes de bande d'un semi-conducteur typique (A), indiquant la transmission d'absorption de lumière (B), la dépendance de la couleur de l'énergie de la lumière dans (C) conduit à la couleur restante pour différentes énergies de bande interdite dans (D). Absorption de la lumière se produit comme sur la figure 7B, avec absorption possible à toutes les énergies supérieures à la bande interdite d'énergie E g , mais pas au-dessous. En raison de contraintes liées à la bande interdite, le lustre métallique n'est pas habituellement à l'exception de très petites valeurs de E g . Si la largeur de bande interdite est plus petite que la plage de lumière visible (Fig. 7C), puis toutes les énergies de lumière peut être absorbée et il en résulte couleur gris foncé ou noir, comme dans la galène avec E g inférieure à 0,4 eV. Ces «étroites bande interdite de semi-conducteurs" matériaux fournir redressement et l'amplification de caractéristiques adaptées à la géométrie (diodes au silicium et le germanium, les transistors, les cellules solaires, à noter que les cristaux de galène servi en tant que redresseurs dans les points de contact des ensembles début "cristal" radio). Des minéraux tels que la pyrite peut également être considérée comme étroite bande interdite des matériaux (Pridmore et Shuey, 1976). Si un semi-conducteur à bande étroite à fente est chauffé à une température suffisamment élevée pour que l'excitation thermique peut réduire la largeur de bande interdite, alors que les électrons excités dans la bande de conduction du matériau entraîne à se comporter comme un métal. À l'autre extrême, "grande bande interdite des semi-conducteurs» avec E gsupérieure à la plage de la lumière visible ne sera pas en mesure d'absorber dans le visible et sera donc incolore, comme dans le diamant pur et sphalérite avec E g sur 5 1 / 2 eV et 3 1/2 eV respectivement. Avec une largeur de bande interdite intermédiaire d'environ 2 eV, comme dans proustite, seule la lumière rouge est transmis; toutes les autres couleurs ont des énergies plus grandes que E g et sont donc absorbés, comme dans les figures 7C et 7D. Avec un intervalle de bande d'environ 2.5eV, comme dans greenockite, bleu et violet seulement sur la figure 7C sont absorbés et la couleur obtenue sur la figure 7D est jaune. La séquence globale des couleurs de bande interdite est donc noir / rouge / orange / jaune / incolore. Lorsque les cristaux mixtes de CdS (jaune, E g = 2.5eV) et CdSe (noir, E g = 1 0,6 eV) sont préparés, l'intermédiaire couleur orange et rouge sont en effet obtenu (Fig. 12 en couleur à Nassau, 1975a). Certains minéraux semi-conducteurs à bande interdite sont énumérés dans le tableau 6. Minerais semi-conducteurs font l'objet d'un livre de Shuey (1975).

Impuretés dans les semiconducteurs

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Semi-conducteurs de moyenne et grande bande interdite ne conduit pas l'électricité à la température ambiante à l'état pur, car l'excitation ambiante est insuffisante pour combler la bande interdite. La présence de certaines impuretés peuvent affecter à la fois la conductivité, ainsi que l'absorption de lumière.

Considérons des atomes d'impureté d'azote substituant aux atomes de carbone dans un cristal de diamant (E g environ 5 1/2 eV). Depuis N électrons a un de plus que C, dont chacune donne un électron supplémentaire d'azote au-dessus de la surface de Fermi et ces «donateurs» les électrons forment un niveau d'impureté dans la bande interdite, comme le montre la figure 8A. Le niveau d'impureté d'azote est encore 4ev en dessous de la bande de conduction (un «profond» des bailleurs de fonds) et est, en fait, assez large. Il ne peut absorber qu'une petite violette à 3EV, ce qui donne une couleur jaune. Une caractéristique jaune foncé diamant peut contenir un atome d'azote pour chaque 100 000 atomes de carbone. La réduction de la largeur de bande interdite est insuffisante pour permettre la conductivité électrique à la température ambiante.

Fig. 8 . Diagrammes de bandes pour (A) jaune contenant de l'azote et du diamant (B) bleu B contenant du diamant.

Bore, ayant une électronique moins que le carbone, agit de manière similaire afin de produire des niveaux "accepteur" dans la bande interdite. Ce sont des "trous" niveaux qui peuvent accepter des électrons de la bande de valence et sont situés seulement 0,4 eV au-dessus de la partie supérieure de la bande de valence, comme le montre la figure 8B.Là encore, la bande d'impureté n'est pas seulement un seul niveau, mais a une structure complexe. résultant en une couleur bleue. A1, qui dispose également d'un électron de moins que C et est présent en quantités importantes dans certains diamants bleus, avait déjà été pensé pour fournir l'accepteur, mais la synthèse en laboratoire ont montré que les ajouts B a bleu et que A1 n'a pas (Chrenko, 1973) . Depuis le niveau accepteur de bore est "peu profond," ambiante excitation thermique peut soulever des électrons de la bande de valence dans le niveau accepteur, et les trous résultant de la bande de valence peut alors conduire l'électricité. De type IIB bleu diamants conducteurs tels que le «Espoir» contiennent généralement un atome de bore par million d'atomes de carbone.

Bleu diamants irradiés ne conduit pas l'électricité, fournissant ainsi une distinction entre l'accepteur de bore et le rayonnement produit par le centre de couleur bleue dans le

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diamant. Gemological tests (Liddicoat, 1977) est nécessaire pour distinguer entre le donneur d'azote diamant jaune et diamant jaune irradiée.

Couleur causée par des effets optiques physiques Les électrons ne sont pas impliqués dans les quatre derniers types de couleurs résumées dans le tableau 7. Ces effets sont bien couverts en minéralogie optique et textes optique et une longue discussion n'est donc pas approprié.

En ce qui concerne la diffusion, il convient de noter que l'éclat de perle provient de chevauchement des plaquettes d'aragonite. La terminologie utilisée pour adularescence, aventurescence, schiller, etc est très confus. L'effet observé dans la pierre de lune orthose et aussi dans certains albite (un "flottant" blanc ou bleuâtre shimmer) est généralement attribuée à une structure en couches. La lumière diffusée par des particules colloïdales peuvent produire un effet très semblable, comme dans le lait non homogénéisé ou dans des imitations pierre de lune fait par traitement thermique synthétique spinelle (probablement à précipité une seconde phase). Il est donc possible que l'effet de la pierre de lune bleue est causée par diffusion de la lumière par les particules très fines. L'effet est parfois appelé opalescence et se voit aussi dans le blanc à la couleur bleutée de certains corps d'opale, elle n'est pas liée à l'incendie de l'opale.

Une autre distinction peut être nécessaire accent. Les couleurs découlant de l'interférence dans une couche mince, comme dans le film ternissure sur la bornite, la séquence est connue noir / gris / bleu gris / blanc / jaune / orange / rouge (fin de la première commande) / violet / bleu / vert / etc Ces couleurs se décolorer, le long de la séquence et ne sont pas pures couleurs spectrales. La couleur exacte dépend que de l'épaisseur du film, l'indice de réfraction du film, et la nature de la lumière incidente.

Dans le cas de la diffraction il ya aussi des interférences d'ondes de lumière, mais à partir d'un réseau de diffraction régulier comme dans l'opale. Dans ce cas, les couleurs sont spectralement pure et ne dépendent que de la distance de réseau et l'angle d'observation. Une région donnée d'une opale peut diffracter qu'une gamme limitée de couleurs.Par exemple, pour une dalle de verre avec face centrée sphère cube emballage avec un espacement de 3A, la gamme de couleur est le vert au rouge, avec 2,5 bleu au jaune, et violet au bleu-vert 2A. Une description détaillée de l'opale a été donnée par Sanders (1968) et labradorite est discuté par Bolton et al. (1966).

Remarques finales L'effet de l'irradiation et de la chaleur de la couleur de minéraux illustre bien le danger de conclusions hâtives concernant les origines de ces couleurs. Habituellement irradiation produit des centres de couleur d'électrons ou un trou, tandis que le chauffage permet aux électrons piégés et les trous se recombiner à nouveau. Le processus est réversible et à la chaleur blanchi améthyste peut généralement être recolored par irradiation. Un changement apparemment similaire, la conversion de béryl doré ou vert aigue-marine bleu sur le chauffage peut aussi être inversé par irradiation. Néanmoins, dans ce cas, un centre de couleur n'est pas en cause, mais simplement un changement de valence qui élimine un jaune de production de Fe 3 + absorption à l'extrémité violette du spectre sur le chauffage, la résultante Fe 2 + n'absorbe pas dans le visible et l' couleur d'origine peut être restauré par irradiation (Wood et Nassau, 1968). Dans le cas de la tourmaline rose à la fois un centre de couleur électronique ainsi que d'un centre de couleur trous ont été proposées, mais l'examen d'un grand nombre de spécimens par irradiation et le chauffage ont indiqué la présence d'au moins sept différemment comporter roses (Nassau, 1975c ). Il est clair que beaucoup de prudence doivent être utilisés dans l'explication des couleurs spécifiques.

Tableau 7. Pseudochromatic couleurs causée par des effets optiques physiques

Couleur Basé sur la dispersion : . "Feu" à haute dispersion gem-pierres comme le diamant, le zircon, le rouble et le titanate de strontium Couleur Basé sur la diffusion : . chatoyance comme des yeux de chat, tiger's yeux Astérisme comme en étoile corindon, grenat, quartz . Luster comme en perle, foliée talc, brucite, apophyllite, l'amiante fibreux,

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gypum (satin longeron), etc Aventurescence comme pierre de soleil, aventurine albite, quartz aventurine, schiller longeron, argent brillant obsidienne. adularescence comme pierre de lune (bleu) , laiteuse opale. Couleur Sur la base de l'intervention : effets d'interférence dans des films minces tels que le film ternissure sur chalcopyrite, colombo, et bornite et dans les fissures de l'iris quartz. Couleur basée sur la diffraction : Réseau de diffraction produite par des espacements périodiques dans l'opale, labradorite , et de l'iris agate.

D'autres complications résultent du fait que plus d'un type de couleur causant mécanisme peut être présent dans un minéral. La couleur peut être causé par des impuretés très faible niveau, en présence de beaucoup plus grandes impuretés inactives (par exemple, le B comme. Dans le diamant Al discuté ci-dessus). Ajoutant à ces difficultés sont les suppositions de nombreux quant aux causes premières de couleur qui, en raison de la reproduction répétée d'un texte à l'autre, souvent finissent par devenir apparents «faits».

La théorie quantique fournit le cadre pour les différentes causes de la couleur dans les cristaux, et il est encourageant de constater que ce domaine est actuellement à l'étude intensive, car la couleur est, après tout, l'une des caractéristiques les plus frappantes de la majorité des minéraux et des pierres précieuses.

RemerciementsDiscussions utiles avec DL Wood et MB Robbins du Bell Labs et BM Loeffler du Massachusetts Institute of Technology sont chaleureusement remerciés.

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