ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ОКРАСОК

«В минералогии я п гаагу не могу сделать без химии... это я давно знаю».
В. Гёте, около 1780 г.
Мы собрали на предыдущих страницах большое количество фактов и теперь последовательно начнем разбираться в причинах окраски минералов. Сначала следует изложить общие идеи по этому вопросу и указать пути, по которым идет сейчас научная мысль в области цветоведения.
Наши знания о причинах окраски минералов сравнительно легко систематизировать, так как научная литература по этому вопросу не очень велика. Цвету в самой минералогии почти не посвящено серьезных систематических исследований. Эта проблема была охвачена глубже химиками, а позднее физиками.
Корифей пемецкой физической химии Вильгельм Оствальд дал первую точную шкалу цветов (680 тонов) и указал определенные химические элементы Менделеевской таблицы, дающие окрашенные соединения. Мейс-сенгеймер, Ладенбург, Бильтц (Германия) и Рёссель-Быховский (США) установили, что в Мепделеевской таблице (фиг. 2) элементами, дающими окраску (хромофорами), являются главным образом железо, марганец, хром, никель и платииа, атомы которых обладают особенной несимметричной структурой. Кроме того, соединения одного и того же элемента, но в разных степепях окисления (например, МпО, МпгОз, МпОг, Мп03) вызывают разпую окраску. Наиболее глубокие идеи в этом вопросе были высказаны немецким ученым К. Фаянсом, и на них мы в дальнейшем остановимся более подробно.
Однако во всей широте проблемой окраски минералов никто не интересовался; минералоги и петрографы на вопрос, почему бурый железняк — бурый, а кварц — белый, по-старинке отвечали: таков их химический состав. На вопрос, почему те состав кварца (S1O2) пли кальцита (СаСОз) обусловливает белый цвет, а состав красного железняка (ГегОз) — крас-нометаллический, отвечали, что это никому не известно!
Только отдельные явления привлекали внимание минералогов, например, ярко-синие тона каменной соли, изредка встречающиеся в некоторых

месторождениях, или окраска драгоценных камней в связи с попытками ее изменения; именно в этом разрезе цвета таких камней изучал австрийский минералог К. Дёльтер.
За последние годы академик В. И. Вернадский изучал окраску некоторых силикатов и наметил пути их искусственного получения.
Мы уже обращали внимание на то, что в одних случаях цвет является характерным для данного минерала, испытывая лишь некоторые колебания в оттенке и густоте. Цвет как бы неотъемлем от самого химического соединения, являясь его собственной окраской. В этом случае окраска называется идиохро ма тич ее к ой.. Этот тип окраски — основной для минеральных соединений.
К группе идиохроматических окрасок мы относим и цвета, обусловленные стереохроматизмом, при котором окраска минералов появляется как результат особого распределения ионов, атомов и их групп в кристаллической решетке. Академик В. И. Вернадский первый связал ее с особенной структурой атомов силикатов, у которых, помимо основного алюмо-кремневого ядра, имеются в боковой цепи дополнительные химические группы: NaCl и Na2SOi. К таким соединениям относятся некоторые минералы (лазурит) и искусственные минеральные красители (ультрамарин). Указанные побочные группы располагаются, как показало рентгенографическое исследование, внутри пустых промежутков решетки, где они удерживаются в особом электростатическом равновесии. Сами по себе эти группы не являются хромофорами, но их геометрическое положение отражается на прохождении световой волны. У этих соединений, которые мы называем стереохроматическими, полосы поглощения проходят не у фиолетового конца спектра, а покрывают его желто-оранжевую часть, вследствие чего вызывают синие, фиолетовые, голубые, зеленовато-голубые дополнительные цвета (согласно серии В). Полосы поглощения резки, а цветные тона отчетливы и чисты, резко отличаясь от мягких цветов идиохроматического типа.
Но иногда окраска не связана непосредственно с химическим составом минерала, тогда она чужая — аллохроматическая, так как вызывается количественно ничтожными примесями другого окрашенного вещества, принадлежащего к первой группе соединений и, как хромофор, окрашивающего бесцветный сам по себе минерал.
Работы американских исследователей и нашего Оптического института (Ленинград) показали, что некоторые хромофоры настолько сильны, что достаточно заменить только один атом из 1000 или даже 10 ООО атомов, чтобы сохранить свое влияние на волну белого света. Так, всего 0,1% окиси хрома уже окрашивает корунд (AI2O3) в ярко-красный цвет, а 0,1% (и меньше) железа придает ему буроватый оттенок. В светлых изумрудах влияние хрома можно подметить при содержании его около 0,01% (т. е. 1 атом на 10 000 атомов алюминия).
Мы не знаем, как расположены в решетке эти одинокие атомы примешанного элемента; при содержании 0,1% расстояние между двумя ближайшими ионами хромофоров будет порядка 20 А. И тем не менее такие рассеянные ионы будут сохранять свою красящую силу и влиять на прохождение световой волны. Вероятно, ионы Сг создают вокруг себя нарушение в симметрии электрического поля; раздвигая рамки решетки, они влияют на всю структуру кристалла. Таким образом, рассеянный хромофор не только сохраняет свойственные ему черты красителя, но и заражает своих «бесцветных» соседей.
Явление аллохроматизма в окраске минералов играет значительную меньшую роль, чем идиохроматизм. К аллохроматически окрашенным относится не более 5% цветных минералов. Следует отметить, что нередко граница между идио- и аллохроматизмом условная. Окраска драгоценных камней, в которых содержание хромофоров определяется часто ничтожными количествами, должна называться аллохроматической.
Наконец, третью группу составляют ложные окраски — псевдохроматические. В этом случае сам минерал бесцветен и только кажется нашему глазу окрашенным ввиду особых оптических явлений (подобно игре лучей света в капельках воды или блеску бриллианта). Некоторые из этих окрасок пропадают при изменении источника света или перемещении глаза наблюдателя.
В минералогии такая окраска имеет весьма ограниченное значепие. Она связана с ньютоновыми цветами тонких пленок, с явлениями интерференции и дифракции. Мы восторгаемся замечательной игрой цветов в поляризационном микроскопе, переливами тонов на крыльях бабочки или в пере павлина, следим за пестрой изменчивой иризапией мыльного пузыря или нефтяной пленки на спокойной глади вод, вызванной интерференцией света. Но эти явления очень редки в самих минералах. Тонкие цветные пленки гидратов окиси железа или марганца на железных рудах, пестрая побежалость некоторых медных руд, радужные пленки на донецком антраците и иризация кристаллов Лабрадора — вот все примеры таких окрасок минералов.
Таким образом, в основе классификации окраски минералов лежат:
I. Идиохроматизм
а) Собственная окраска минерала, в состав которого входит какой-ли-
бо хромофор,— идиохроматизм в узком значении слова.
б) Цвет минерала, вызванный излучением и связанный с изменением
энергетического состояпия атомов и ионов, слагающих соединение,—
энергохроматизм.
в) Цвет минерала без хромофоров, зависящий от особенностей молеку-
лярного строения,— стереохроматизм.
II. Аллохроматизм
а) Цвет обязан посторонним примесям; он изменяется не только от
природы хромофора, но и от его состояния, величины частиц, рассеяния,
количества и т. д.
б) Цвет обязан включению окрашенных минералов.
III. Псевдохроматизм
а) Цвет связан с рассеянием белого солнечного света.
б) Цвет связан с интерференцией или дифракцией световых волн.
в) Цвет связан с явлениями стереохроматизма.
Псевдохроматические окраски редки, они не имеют никакого значения. По существу, аллохроматизм также связан с явлениями идиохроматизма. Таким образом, в основном только идиохроматизм является характерным, неотъемлемым свойством некоторых химических соединений. Их окраска есть закономерное свойство, определенная константа, как твердость, удельный вес, температура плавления. Такая окраска меняется в зависимости от температуры кристаллизации, от наличия других веществ в растворе, от влияния внешних электрических полей, по в общем является типической.
Связанная таким образом с самым существом соединения, она может меняться только от различных радиации рентгеновских, радиевых, катодных, ультрафиолетовых лучей, которые обладают способностью проникать внутрь кристалла до самих атомов и действовать на них и окружающие

электрические поля. Поэтому мы должны прежде всего рассмотреть, что такое электромагнитная волна, которую мы называем видимым светом, что такое цвет волны и от чего он зависит; необходимо также установить, каковы свойства тех мельчайших единиц, из которых построено вещество и которые тем или иным способом воздействуют на проходящую через них световую волну. Этому отведены две следующие главы.







Материалы

Яндекс.Метрика