Некоторые данные о процессах цветообразования в природных и искусственных минеральных массах

Некоторые данные о процессах цветообразования в  природных и искусственных минеральных массах

Наилучшие результаты при изготовлении цветного искусственного камня высоких декоративных и технических свойств могут быть достигнуты путем моделирования некоторых природных процессов, протекающих при образовании естественных минералов и горных пород.

В окружающем нас мире минералов более 85% окрашено: около 40%-зеленые, 20%-желтые, 10%-красные и коричневые, 7%-черные, 5% — синие и голубые, 3%-фиолетовые и пурпурные. Природа окраски минералов является настолько сложной, что для некоторых разновидностей ее до сих пор не удалось расшифровать.

Наиболее полное объяснение причин возникновения цвета природных минералов дал в своих трудах акад. А. Е. Ферсман, предложивший разделить типы их окраски на три группы:

1. Идиохроматическая, т. е. собственная окраска, обусловленная в подавляющем большинстве случаев присутствием особых элементов — красителей, так называемых хромофоров.

2. Аллохроматическая окраска, вызванная посторонними механическими примесями, включениями окрашенных минералов, воздушных пузырьков и т. п.

3. Псевдохроматическая, т. е. ложная окраска, связанная с интерференционными явлениями.

Наиболее распространены в природе минералы с идиохроматической и аллохроматической окрасками. Первые являются цветными по своей природе. Их окраска специфична и постоянна. Хромофоры (элементы — красители) в тех случаях, когда они присутствуют, являются неотъемлемой составляющей минерала, т. е. входят в его химическую формулу, или же образуют в нем изоморфные примеси.

В возникновении идиохроматической окраски, связанной с присутствием хромофоров, большую роль играют особенности электронных оболочек последних, вызывающие поглощение части энергии видимой области спектра.

Из рассмотрения большого числа окрашенных минералов, представленных в специальном отделе «Цвета минералов» Музея им. акад. А. Е. Ферсмана АН , можно видеть, что наиболее распространенными хромофорами являются элементы первого большого периода менделеевской таблицы — от титана до никеля, а также медь в виде Си2+. Главнейшим из них является железо, на втором месте — титан, марганец и хром; наконец, сравнительно редко, окраска связана с присутствием никеля, меди, ванадия и, особенно, кобальта.

Идиохроматическая окраска, вызванная содержанием данных элементов в силикатах, зависит от валентности красящего иона, характера его координации, присутствия и положения в решетке анионов ОН- и молекул НО, от количественного содержания хромофора, присутствия в кристаллической решетке других катионов и, особенно, других хромофоров, от условий образования минерала.

Указанные типы окраски связаны с вхождением хромофоров в формулу соединений. Присутствие же их в качестве изоморфной примеси способно вызвать интенсивную окраску лишь в силикатах, богатых глиноземом.

Аллохроматическая окраска, вызванная присутствием рассеянных цветных примесей, не всегда является характерной для данного минерала. Часты случаи, когда один и тот же минерал (например, корунд, топаз, циркон) из разных месторождений обладает совершенно различным цветом.

В большинстве случаев красящими примесями в природных минералах являются бурая гидроокись железа, красная окись железа, черные окислы марганца, сульфиды тяжелых металлов, уголь и некоторые другие органические вещества. Окраска, вызванная наличием примесей, тем интенсивнее, чем выше их дисперсность.

Анализируя причины цветообразования природных минералов, можно сделать вывод, что идиохроматическая окраска наиболее распространена в изверженных породах, образующихся из расплавов при высоких температурах, а аллохроматическая — чаще встречается у минералов осадочных пород. Таким образом, условия образования минералов и горных пород оказывают не менее существенное влияние на их окраску, чем химический состав.

А. Е. Ферсманом составлена таблица, в которой показано изменение  цвета  пород   в  зависимости  от  их  минералогического состава и генезиса. В этой таблице в направлении слева направо происходит следующее:

постепенное понижение температуры от 1773 до 273 К;

продвижение во времени для каждого данного процесса;

переход от более глубоких частей земной коры к поверхности;

переход от металлов и металлических соединений к типичным солям.

Из нее можно видеть, что химические соединения глубин более высоких температур непрозрачны, имеют темную до черной окраску, тогда как соединения, образующиеся на земной поверхности из растворов, светлы, белы, прозрачны. Одновременно с таким последовательным рядом окрасок наблюдается переход от тяжелых, твердых, прочных, нерастворимых и тугоплавких соединений к кристаллическим, легким, мягким, растворимым в воде, подвижным и неустойчивым.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что возможность появления и характер окраски природных минералов определяются температурой, давлением, химическим составом среды и др., а также наличием определенных элементов, в том числе хромофоров, в той или иной зоне минералообразования. В этом отношении искусственный синтез цветных минеральных масс, не ограниченный составом и сочетаниями элементов в соединениях, их количественными соотношениями и условиями образования, представляет более широкие возможности.

Так, например, отработанная к настоящему времени палитра цветных стекол включает практически все известные цвета и оттенки, за исключением некоторых особонасыщенных. Их высокая восприимчивость к окраске обусловлена, с одной стороны, особенностями структуры, с другой,- довольно широким диапазоном химического состава и условий технологии.

Известно, что окрашивание стекла осуществляется введением молекулярных или коллоидных красителей, т. е. при изготовлении цветного стекла могут применяться как первый, так и второй тип окраски (идиохроматизм и аллохроматизм).

Комментарии запрещены.

Разработка отделки фасадов
  • 10.08.2018

    Ремонтно-строительные работы буквально любого здания трудно представить без проведения дополнительной теплоизоляции стен, ведь через них происходит большая часть потерей тепла, а также проникает влага и шум. [Читать полностью] Читать полностью →

  • 10.08.2018

    Проживание в средних и северных широтах заставляет любой народ думать об утеплении фасадов своих домов. Этой процедуре подвергается не только жилой фонд, а и больницы, садики, школы, магазины и офисные сооружения. Зимнее отопление никто не отменял, но экономические трудности... 
    [Читать полностью]

  • 10.08.2018

    Дерево считается «теплым» строительным материалом. Но условия средних и северных широт заставляют деревянные дома утеплять дополнительно. Сказки про глобальное потепление не сбываются, многие ученые утверждают, что мы на пороге нового мини ледникового периода. А еще существует... 
    [Читать полностью]

  • 10.08.2018

    Сегодня система «мокрый фасад» нашли повсеместное применение в качестве утепления фасадов здания. Она состоит из нескольких слоёв: теплоизоляционный, армированный штукатурный и декоративный защитный слой. При этом основная нагрузка приходится на армированный слой. [Читать... 
    [Читать полностью]