Вплив опромінювання на забарвлення берилу Волині та на стан домішкових іонів заліза у його структурі

дипломная работа

1.2 Природа забарвлення берилу

Колір (забарвлення) є однією з найважливіших фізичних властивостей, що відображає характер взаємодії електромагнітного випромінювання видимого діапазону з електронами окремих атомів, іонів, їх структурних кластерів і молекул, що входять до складу мінералів [3].

Виділяють три головні групи забарвлення мінералів залежно від його природи: ідіохроматичну, алохроматичну та псевдохроматичну. Ідіохроматичне забарвлення кристалів обумовлене особливостями хімічних елементів, з яких складається сам мінерал, характером електронної структури кристалів, а також наявністю дефектів у мінералах (вакансій, міжвузлових атомів і т.п.). За типом оптичного поглинання розрізняють декілька підгруп ідіохроматичного забарвлення. Забарвлення металічних та ковалентних зєднань (самородні метали, сульфіди та їх аналоги та ін.) обумовлене міжзонними оптичними переходами електронів і повязаних з ними максимумами відбиття або фундаментальної смуги поглинання. Забарвлення в них обумовлене електронними переходами між різноманітними іонами («переносом заряду»), в тому числі між іоном металу та лігандами та між різнозарядними іонами металів.

Алохроматичне забарвлення викликане механічними домішками. Псевдохроматичне забарвлення обумовлене процесами дифракції та інтерференції світла, а також розсіюванням, заломленням, повним внутрішнім відбиттям падаючого білого світла, що, у свою чергу, повязано з особливостями будови мінеральних утворень.

Головні фактори, що впливають на формування різних типів ідіохроматичного забарвлення в мінералах, можуть мати різну природу. Забарвлення мінералів може бути повязаним [3, 7, 8]:

– з власним поглинанням, тобто з міжзонними переходами, коли спектр власного поглинання перекриває видиму область (забарвлення непрозорих речовин);

– з потраплянням краю власного поглинання у видиму область, тобто забарвлення речовин з шириною забороненої зони, енергії якої відповідають енергіям оптичних переходів видимої області спектра (1,6 - 3,0 еВ);

– з переходами між рівнями d - або f - електронів. Це забарвлення мінералів іонами елементів перехідних груп (іонами - «хромофорами») у домішковій формі або у якості видоутворюючих елементів.

Найбільш розповсюдженими хромофорами в мінералах є Fe, Ті, Cr, Mn, Cu, V, Co, Ni. Забарвлення багатьох мінералів обумовлене спільним впливом іонів Fe2+ та Fe3+, індивідуальна концентрація яких визначає інтенсивність зелених, зеленувато - жовтих, бурих та коричневих тонів. Переніс заряду Fe2+ > Fe3+ обумовлює варіацію синіх, блакитних, зеленувато - блакитних, жовтих та жовто - зелених кольорів [3].

Наявні літературні дані свідчать, що у волинських берилах варіації забарвлення також повязані з присутністю іонів заліза [1].

Таким чином, забарвлення мінералу відображає його структурно - хімічні та генетичні особливості. Дослідження природи забарвлення мінералів допомагає встановлювати кристалохімічні та генетичні особливості мінералів, тому такі дослідження мають важливе значення для синтезу високоякісних аналогів природних кристалів.

Відомо, що радіоактивне опромінення істотно впливає на кристалічну структуру мінералів. Серед цілого ряду інших перетворень відбуваються також і зміни кольору. Знання причин таких ефектів дозволяє відтворити природні процеси мінералоутворення та глибше зрозуміти природу забарвлення мінералів, оскільки є змога проаналізувати спектроскопічні характеристики кристалів до і після експериментального опромінення та порівняти отримані результати з характеристиками природних кристалів.

Важливим для коштовних різновидів берилу є питання стійкості отриманого забарвлення, оскільки відомо, що центри радіаційного забарвлення, отриманого штучним шляхом, часто мають властивість розпадатися під дією світла. В той же час, подібні центри забарвлення природного походження є значно стійкішими. Це обумовлено типом та тривалістю опромінення, термічними умовами. В природних умовах мінерали підлягають опроміненню здебільшого б - частинками [3], що утворюються у процесі радіоактивного розпаду ядер урану. Сумарні дози такого опромінення, незважаючи на його малу інтенсивність, протягом геологічного часу є значними. Навпаки, штучне г - опромінювання характеризується значно більшими дозами за значно коротший проміжок часу.

Відносно тривалі етапи формування природних мінералів, їх складна радіаційна та термічна історія впливають на утворення відповідних центрів забарвлення. Подібні центри є стійкими до природного теплового впливу і тому зберігаються. Так з плином часу в природних умовах відбувається відбір найбільш стійких центрів забарвлення.

Делись добром ;)