Τι προκαλεί τα χρώματα των ορυκτών;

(από την έντυπη εγκυκλοπαίδεια «Θησαυροί της Γης)

Τεύχος 11 –  Σελίδες 25-26

Μήκος κύματος

Για να κατανοήσουμε πλήρως τι προκαλεί τα χρώματα των ορυκτών (και ουσιαστικά κάθε χρώμα που βλέπουμε γύρω μας) είναι πρώτα απαραίτητο να κατανοήσουμε τη φύση του φωτός.

Το ορατό φως αποτελεί μέρος μόνο του φάσματος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Κατά πόσο το φως είναι ορατό ή όχι εξαρτάται από το μήκος κι από τη συχνότητα των κυμάτων του.

Όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος ενός κύματος τόσο μικρότερη είναι η συχνότητα του.

Ισχύει και το αντίστροφο  : όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα τόσο βραχύτερο είναι το μήκος κύματος. Κατά συνέπεια λέμε ότι συχνότητα και μήκος κύματος είναι αντιστρόφως ανάλογα μεταξύ τους.

Τα μήκη κύματος που αποτελούν το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι τα εξής :

  1. Ραδιοκύματα, μήκος κύματος από 100 χιλιόμετρα μέχρι 1 χιλιοστό. Όπως δηλώνει η ονομασία τους, χρησιμοποιούνται στη ραδιοφωνία.
  2. Υπέρυθρη ακτινοβολία, με μήκος κύματος μεταξύ 1 χιλιοστού και 0,7 μικρομέτρων.
  3. Ορατό φως, με μήκος κύματος από 0,007 μέχρι 0,004 χιλιοστά. Αυτό μπορεί επίσης να εκφραστεί ως 7 με 4 νανόμετρα. (Ένα νανόμετρο είναι το δισεκατομμυριοστό του μέτρου. Αυτό γράφεται επίσης ως 0,000000001 μέτρα ή 10-9 μέτρα.). Στο φάσμα του ορατού φωτός, το ερυθρό έχει το μικρότερο μήκος κύματος κι ακολουθούν σε ανοδική σειρά το πορτοκαλί, το κίτρινο, το πράσινο, το μπλε, το μοβ και το ιώδες, που έχει το μεγαλύτερο μήκος κύματος.
  4. Υπεριώδης ακτινοβολία, που κυμαίνεται σε μήκος μεταξύ 400 και 4 νανομέτρων. Αυτή η ακτινοβολία χρησιμοποιείται γενικά στους λαμπτήρες ατμών υδραργύρου.
  5. Ακτίνες Χ, που τα κύματα τους κυμαίνονται μεταξύ 10-11 και 10-9 μέτρα. Υπάρχει κάποια επικάλυψη του μήκους κύματος μεταξύ των ακτίνων Χ και των ακτίνων γάμα.
  6. Ακτίνες γάμα, που έχουν γενικά μικρότερα μήκη κύματος από τις ακτίνες Χ.  Οι ακτίνες  γάμα είναι οι βραχύτερες από όλες τις ακτίνες φωτός, κυμαινόμενες από 10-9 μέχρι 10-14 μ. Ως οι βραχύτερες δέσμες στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, έχουν τη μεγαλύτερη συχνότητα.

 

Ορατό φως

Αν περάσει μια δέσμη λευκού φωτός από ένα πρίσμα, θα διασπαστεί σε επτά συστατικά μέρη και θα φαίνεται σαν πολύχρωμη ταινία. Όταν όμως το λευκό φως περάσει μέσα από ορισμένα ορυκτά, μπορεί μερικά από τα χρώματα του να απορροφηθούν τελείως.

Π.χ. ορυκτά που φαίνονται κόκκινα στο φως παίρνουν αυτό το χρώμα επειδή έχουν απορροφήσει στην εσωτερική τους δομή τα άλλα έξι χρώματα του φάσματος. Ωστόσο, αυτό δεν αποδίδει όλη την εικόνα. Αυτό που περιπλέκει τα πράγματα είναι ότι μερικά ορυκτά που απορροφούν μόνο το πράσινο φως μπορεί να φαίνονται κόκκινα – αυτό συμβαίνει επειδή το πράσινο φως και το κόκκινο φως είναι συμπληρωματικά στο ανθρώπινο μάτι κι όταν αναμειγνύονται μπορεί να δίνουν  ακόμα και λευκό χρώμα.

 

Ένα ορυκτό εμφανίζει χρωματισμό όταν απορροφά κάποιο μέρος του φωτός που διέρχεται από αυτό. Αν η απορρόφηση είναι ομοιόμορφη για όλα τα χρώματα του φάσματος, το ορυκτό θα φαίνεται γκρι, αν η απορρόφηση είναι ολική, το ορυκτό θα φαίνεται μαύρο.

 

Ενέργεια

Όταν μια δέσμη φωτός περάσει από ένα έγχρωμο ορυκτό που συγκρατεί μερικά από τα χρώματα, το φάσμα που θα βλέπουμε από την άλλη πλευρά θα έχει μαύρες λωρίδες στη θέση των χρωμάτων που έχουν απορροφηθεί. Καθεμιά από αυτές τις λωρίδες αντιστοιχεί σε μια ιδιαίτερη ενεργειακή στάθμη των ηλεκτρονίων που σχηματίζουν το χρώμα που τώρα είναι αόρατο.

Ο τρόπος με τον οποίο καθορίζεται το χρώμα ενός σώματος εξαρτάται από τον βαθμό απορρόφησης της ενέργειας από το σώμα και αποτελεί μέρος της Θεωρίας των κβάντα.

Επειδή αυτό το επίπεδο απορρόφησης τείνει να είναι σταθερό μέσα στα στοιχεία, βλέπουμε ότι τα ορυκτά που περιέχουν χαλκό είναι συχνά πράσινα ή μπλε, επειδή ο χαλκός απορροφά συνήθως όλα τα άλλα χρώματα. Κατά τον ίδιο τρόπο, οι ενώσεις κοβαλτίου είναι συνήθως κοκκινωπές και οι ενώσεις νικελίου πράσινες.

Όταν οι ταινίες απορρόφησης φωτός στο φάσμα  ενός ορυκτού είναι ιδιαίτερα στενές, παρέχουν στους ορυκτολόγους θετικά συμπεράσματα ως προς την ταυτότητα του.

Τα ορυκτά που αναγνωρίζονται καλύτερα με αυτό τον τρόπο είναι το ζιρκόνιο, ο απατίτης και ο σεελίτης.

Μερικές φορές, ο τύπος κι η έκταση της απορρόφησης μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του φωτός που πέφτει πάνω στο υπό εξέταση ορυκτό. Π.χ. ο αλεξανδρίτης, ποικιλία της χρυσοβήρυλλου, ο οποίος είναι πράσινος στο φυσικό φως και κόκκινος στο τεχνητό.

Το ίδιο συμβαίνει και με το μοναζίτη και με άλλα ορυκτά της ομάδας των «σπάνιων γαιών»

 

Ηλεκτρόνια

Οι αλλαγές που επέρχονται στις ενεργειακές στάθμες των ηλεκτρονίων των φωτεινών ακτίνων προκαλούνται από ατέλειες στην κρυσταλλική δομή των ορυκτών από τα οποία διέρχονται. Αυτές οι ατέλειες δημιουργούν χρωματικά κέντρα στα οποία συλλαμβάνονται τα ηλεκτρόνια ενέργειας κι από τα οποία δεν μπορούν να διαφύγουν. Αυτή η διαδικασία είναι το κεντρικό σημείο της δημιουργίας των χρωμάτων στα ορυκτά και γι’ αυτό η πλήρης κατανόηση της είναι σημαντική. Μερικά ορυκτά – όπως ο σορλίτης και ο βιοτίτης – είναι πολύ σκούρα ή μαύρα επειδή τα συστατικά τους μόρια είναι φτιαγμένα έτσι ώστε να ανταλλάσσουν τα ηλεκτρόνια των ατόμων τους, τα οποία αιωρούνται («ταλαντεύονται») εδώ κι εκεί ανάμεσα στα διάφορα μέρη των μορίων τους. Όταν συμβαίνει αυτό, μεγάλο μέρος του λευκού φωτός που εισέρχεται στο σώμα αυτών των ορυκτών απορροφάται μέσα στο πεδίο ενέργειας που έχουν δημιουργήσει τα ηλεκτρόνια του ορυκτού.

 

Θειούχα

Τα θειούχα ορυκτά (σουλφίδια) διαιρούνται σε δύο ομάδες – μερικά είναι μαύρα με μεταλλική λάμψη, ενώ άλλα είναι βαθυκόκκινα. Τα μαύρα οφείλουν το χρώμα τους στο ότι το ορατό φως έχει επαρκή ενέργεια ώστε να κάνει τα ηλεκτρόνια μέσα στο ορυκτό να «μεταπηδούν» σε υψηλότερη ενεργειακή στάθμη. Συνέπεια αυτού είναι να μπορεί το ορυκτό να απορροφά το φως πλήρως, οπότε φαίνεται και μαύρο. Το υπέρυθρο φως δεν έχει αρκετή ενέργεια για να προκαλέσει το ίδιο αποτέλεσμα και γι’ αυτό μερικά θειούχα, όπως ο αντιμονίτης, χρησιμοποιούνται ως φίλτρα για να μην επιτρέπουν στο ορατό φως να τα διαπερνάει.

 

Άλλα κόκκινα θειούχα ορυκτά (ιδίως αυτά που περιέχουν πολύτιμα μέταλλα όπως ο άργυρος) διαχωρίζουν το εισερχόμενο φως που έχει μικρότερα μήκη κύματος. Καθώς το ερυθρό φως έχει τα μεγαλύτερα μήκη κύματος από όλο το φως του ορατού φάσματος, δεν έχει την απαιτούμενη ενέργεια για να κάνει τα ηλεκτρόνια μέσα στο ορυκτό να «μεταπηδήσουν» κι έτσι το ερυθρό φως δεν απορροφάται από το ορυκτό. Από αυτό προκύπτει το ερυθρό χρώμα που βλέπουμε στον προυστίτη, τον πυραργυρίτη και το κιννάβαρι.

 

Οι δεσμοί

Τα άτομα ενός χημικού στοιχείου συνδυάζονται με τα άτομα άλλων στοιχείων και σχηματίζουν σταθερές ενώσεις. Π.χ. τα μεμονωμένα άτομα του χλωρίου είναι ασταθή, ενώ το αέριο χλώριο μπορεί να υπάρχει μόνο σε ζεύγη ατόμων (χημικός τύπος Cl2). Τα άτομα αυτά έχουν δεθεί μεταξύ τους με τέτοιο τρόπο, ώστε ένα ηλεκτρόνιο να το μοιράζονται και τα δύο άτομα. Αυτό λέγεται ομοιοπολικός δεσμός. Το ορυκτό άλας (αλίτης) αποτελείται από ένα άτομο νατρίου με ένα άτομο χλωρίου (τύπος NaCl). Το νάτριο δίνει το παραπανίσιο εξωτερικό ηλεκτρόνιο του στο χλώριο που έτσι αποκτά σταθερή κατάσταση ηλεκτρονίων.

Σχόλια

μοιράστε

Share on facebook
Share on google
Share on twitter
Share on linkedin
Share on pinterest
Share on print
Share on email
Close Menu