为什么像石英和钻石这样的晶体会形成不同的颜色?

Question

有些晶体，如石英和钻石，形成各种不同的颜色。例如，石英可以是透明的、“雾状的”、粉红色、黄色，甚至蓝色。

• 在晶体形成的过程中发生了什么使它变成一种或另一种颜色?

Answer 1

像夸脱和钻石这样的矿物颜色不同的原因通常是由晶体形成时所涉及的化学元素造成的。

化学物质
不同的化学物质可以产生不同的颜色。例如，紫水晶的晶体结构中含有微量的铁，因此呈紫色。铁也能使晶体呈现黄色。

[编辑:请参阅Gimelist的回答，以获得更详细和丰富多彩的解释]

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增长的不完美
有些颜色，比如烟熏石英，来自生长缺陷。这些缺陷改变了晶体反射光的方式，从而改变了颜色的外观。

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光
观察晶体时所看到的颜色有一部分是浅色的。当光进入晶体时，它的光谱被分解，一部分被吸收，另一部分被反射。这将改变明显的水晶的颜色。

Answer 2

我想详细说明化学物质阿齐·罗杰斯的回答。

你可以把化学上色分为三个主要部分(可能还有更多，但这些是重要的)：

夹杂物

一个大的固体晶体可能含有其他固体矿物的微小包裹物。通常这些夹杂物太小，肉眼无法单独观察到。显微方法，无论是光学或电子，通常需要正确识别夹杂物。尽管如此，当在宏观尺度上观察晶体时，夹杂物给矿物赋予了它们特有的颜色。

这里有一个很好的例子:

^{（Anenburg的图4et al。2014）}

你可以看到底部是蓝色的天青石(硫酸锶)，顶部是白色的方解石(碳酸钙)。它们的界面分别是红色和橙红色。原因是存在微小的微米大小的氧化铁夹杂物(即。生锈)。注意氧化铁是不同的矿物质，如。赤铁矿、针铁矿等

矿物包裹体有时会造成更壮观的效果，比如星象:^{（资料来源:Charles Tilford）}

在这种情况下，原因是金红石(氧化钛)的微小夹杂物。

晶体场理论(假色)

晶体场论解释了，除其他外，当光遇到晶体内不同结构配置的金属时会发生什么。尽量减少复杂的术语(能级分裂耶!)，基本情况是晶体结构中不同的金属阳离子(带正电的原子)吸收不同波长的光。金属的身份并不是唯一重要的事情:一个最重要的因素是围绕金属原子的氧原子的数量和它们的形状(无论是四面体还是八面体等等)。这些金属不是矿物正式化学成分的一部分。相反，它们以极少量的量取代矿物中的其他原子。例如，红宝石是一种由氧化铝组成的矿物。如果你取一点铝，用铬代替它(少于1%就足够了)，它就会变成鲜艳的红色。请注意，与夹杂物相比，我们谈论的是不同的金属在同一种矿物中，而不是包含不同的矿物。

你可以在这里找到一个易于理解的解释和一些漂亮的照片和小程序:http://www.chm.davidson.edu/vce/coordchem/cft.html

Idiochromatism

在这种情况下，矿物的颜色不是由无色矿物中微量的金属决定的(参见上面的红宝石例子)，而是由矿物的主要化学成分决定的。一个很好的例子就是铜，它使一些含有铜的矿物质呈现出强烈的绿色(如。孔雀石):

^{（Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 [CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]，通过维基共享资源）}

或朱砂的红色，由水银构成:

^{（Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 [CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]，通过维基共享资源）}