Минералоги издавна применяли такой метод определения минералов: крепко берут в руку) образец и -- р-раз им по бисквиту!.. Правда, бисквитом они называют не то, что мы, а шероховатый кусок фарфора. И задумчиво смотрят, какого цвета черта осталась. Если что-то осталось, кроме тающего в воздухе нежного звука.
Цвет этой черты часто не совпадает с цветом минерала. Вот примеры:
пирит -- цвет минерала соломенно-желтый, черта черная;
халькопирит -- цвет минерала латунно-желтый, черта черная с зеленоватым оттенком;
гематит -- цвет минерала стально-серый, черта вишнево-красная;
актинолит -- цвет минерала зеленый, черта белая. (Источник: Лабекина И.А., Гаврилов В.И., Середнев М.А., Никитин А.А. Физические свойства минералов. Сайт Геологического музея Новосибирского государственного университета mineral.nsu.ru/educat/article/1/)
Почему? Как истинные ученые коты, начнем с изучения источников. Вот как пишут об этом те, кто рассматривает этот вопрос подробнее.
"Цвет черты -- это цвет порошка минерала. При этом следует позаботиться, чтобы минерал был растерт как можно тоньше. При определении черты нерудных минералов лучше всего пользоваться белой негладкой (шершавой) фарфоровой пластинкой (белой неглазурованной облицовочной плиткой, нижней стороной дна ступки, осколками белой фарфоровой посуды и т. п.). При установлении черты рудных минералов можно использовать также пластинки черного цвета, например из лидита (черная разновидность кварцитов). В некоторых случаях, особенно когда минерал тверже, чем пластинка, черты не образуется. Тогда осколок минерала разбивается молотком или размалывается в ступке, а цвет полученного порошка определяется на белом фоне" (Немец Ф. Ключ к определению минералов и пород, kubera.narod.ru/kluch/occh.htm).
Итак, дело не в бисквите, а в мелкости порошка. Почему пластинка должна быть белая или черная, кажется понятным -- чтобы ее цвет не мешался с цветом минерала. Однако скоро мы узнаем, что не все так просто.
На цвет минерала может влиять поверхностная пленка, которая называется побежалостью, а также иризация -- интерференция на тонких включениях или трещинах. Может помешать и металлический блеск поверхности. Превращение минерала в мелкий порошок решает эти проблемы. В последнем случае мы даже можем оценить, насколько мелким должен быть порошок -- длина волны света примерно полмикрона, поэтому зеркального отражения (блеска) при размерах порошинок в несколько микрон и менее можно не опасаться.
Похожий метод используют ювелиры для определения пробы сплавов золота, серебра и платины, но пробирный камень у них -- шероховатый кремнистый сланец, лучше всего -- черный. А металловеды "цветами побежалости" называют возникшие из-за интерференции цвета окисных пленок на стали (фото 1 а, б). Цвет зависит от толщины, а она -- от термообработки, причем сильнее от температуры, чем от времени. Поэтому в древности в справочниках приводили вот такие данные (фото 2).
Обратимся к новому интересному сайту webmineral.ru. На нем можно получить выборку минералов по многим признакам, в том числе по цвету минерала и цвету черты. Прилежно делая запрос за запросом, осуществляя "парсинг сайта вручную", получаем такую статистику.
цвет минерала
Красный
Оранжевый
Желтый
Зеленый
Голубой
Синий
Фиолетовый
Розовый
Коричневый
Белый
Серый
Черный
Бесцветный
цвет
черты
Красный
9
2
0
1
0
0
0
0
2
0
0
32
0
Оранжевый
8
5
1
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
Желтый
5
10
35
7
1
0
0
0
26
1
2
2
2
Зеленый
0
0
2
40
1
2
0
0
2
0
0
12
0
Голубой
0
0
0
5
9
8
0
0
0
1
0
0
0
Синий
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
Фиолетовый
1
0
0
0
0
0
5
2
0
0
0
1
0
Розовый
1
0
0
0
0
0
1
2
1
0
0
0
0
Коричневый
7
1
5
0
0
0
0
0
54
0
3
47
2
Белый
43
16
174
119
46
22
26
101
149
267
151
17
352
Серый
2
0
7
12
1
5
2
1
14
14
31
24
2
Черный
2
0
10
1
0
0
2
0
10
11
32
77
0
Так почему же в двух третях случаев эти два цвета не совпадают?
Приблизиться к ответу нам поможет вот такое замечание: "Примером окраски минерала механической примесью другого вещества может служить зеленый кварц (празем), цвет которого обусловлен мельчайшими включениями чешуек зеленого хлорита или иголочек актинолита. Механическая примесь гематита часто вызывает красную или бурую окраску минералов, например, галита и сильвина, агатов" (mineral.nsu.ru/educat/article/1/).
Итак, возможно, что -- по крайней мере, в некоторых случаях -- дело в неоднофазности, в "примесях", вообще в неоднородности оптических свойств. Представим себе полупрозрачное неокрашенное вещество, в котором распределены маленькие частички, полностью поглощающие какую-то часть спектра, например коротковолновую -- синюю. Тогда образец при достаточной толщине будет дополнительного к синему, то есть желтого цвета. Если в неокрашенном веществе распределить частички, полностью поглощающие желтую часть, слой получится синий. Теперь возьмем образец, содержащий оба вида частиц. Если спектры поглощения накладываются, слой окажется черным -- любой квант хоть кем-то да поглотится. Если же такие частички нанести одним тонким слоем на поверхность, чтобы они лежали рядом -- так, чтобы квант, уцелевший при попадании в одну частичку, не был обречен взаимодействовать и с другой, а радостно покидал объект и летел к нам, -- то поверхность будет серой, неокрашенной. Ибо и синий, и желтый с равными вероятностями попадут на непоглощающую частичку. Сложение цветов в толстом слое называется "субтрактивным сложением" ("вычитательное сложение"!), в тонком -- аддитивным сложением ("складывательное" сложение).
Именно субтрактивно складываются краски в полиграфии, причем для лучшей насыщенности черного печать обычно идет в четыре цвета -- дополнительно печатается еще и просто черный. А на мониторе краски складываются аддитивно, потому что изображение формируются отдельными цветными точками, пикселями.
Обратимся к живописи. Цвет, который субъективно воспринимает человек, однозначно определяется спектром, но противоположное утверждение (в быту его называют "обратным") неверно. Белый может быть, как неправильно учат в школе, "смесью всех цветов", а может -- синего и желтого, или красного и сине-зеленого. И вообще, профессионал различает жалкие несколько сотен цветов, а спектров-то больше -- континуум. Поэтому два вещества с разным химическим составом и разным спектром могут быть одного цвета.
Это-то полбеды, но при смешивании красок на палитре происходит субтрактивное сложение! И смесь красок А и Б1 может оказаться не того цвета, что А и Б2, хотя для глаза цвет Б1 и цвет Б2 одинаковы. При аддитивном сложении такого не происходит. Именно поэтому в технических условиях на краски оговаривается, какой цвет должен получаться при смешивании их с теми или иными красками. Чтобы художники могли творить и "дышать свободно", а не, смешивая краски, ждать каждый раз, что получится.
Между прочим, в живописи было такое течение -- пуантилизм. Предлагалось краски не смешивать, а ставить рядом точечки и отходить на расстояние, на котором они сливаются. Чтобы глаз суммировал аддитивно, как на мониторе. Впрочем, до монитора было еще далеко...
Вернемся в привычный мир минералов. Проводя черту, мы -- при определенном соотношении шероховатости бисквита и структуры минерала (конкретно, дисперсности включений) -- как раз и переходим от субтрактивного сложения к аддитивному. Поэтому черта часто светлее минерала: оранжевый переходит в желтый, но не в красный, а синий в голубой, но голубой не в синий, и вообще -- в таблице очень много белого. Впрочем, возможно, в некоторых случаях просвечивал и белый бисквит.
В этом может проявляться разница между белым и черным бисквитом. На черном черта работает только на рассеивание и отражение, а на белом -- еще и на двукратное пропускание. При достаточной оптической толщине самой черты разницы не будет, но если черта тонкая, а минерал полупрозрачный, ситуация становится сложнее. Если красящие включения только поглощают, то разница сводится к примеси белого: на белом бисквите тонкая черта бела, на черном - черна. Если же играет хоть какую-то роль интерференция, ситуация усложняется катастрофически, потому что отраженное и прошедшее излучения будут иметь разный спектр. А ведь в некоторых минералах интерференция работает...
Еще одно возможное отличие минерала от черты -- шероховатость. Если образец был оптически гладкий, но не слишком прозрачный, то он будет выглядеть более белесым, чем черта, поскольку в распространяющемся от него излучении будет больше доля отраженного именно поверхностью и не окрашенного, то есть белого. От шероховатой "черты" доля непосредственно отраженного меньше (при отклонении от нормали поток уменьшается), ее цвет будет насыщеннее. Именно поэтому занавесы в театрах делают с многочисленными складками - чтобы их цвет был насыщеннее. Аналогичный эффект можно наблюдать и не в театре, а дома - см. рис. 3
А как здорово было бы получить мега- или нано-, а лучше мезагрант, взять хороший современный спектроанализатор, много-много минералов, много бисквитов всех видов, да и полууединиться на хорошем до того необитаемом острове с Линией доставки (см. Стругацких), Интернетом и моими студентами и устроить на полгодика исследование!
Кстати! Ведь тонкие пленки металлов полупрозрачны -- сам видел и на занятиях показывал. Надо бы и их исследовать... Кстати, а почему в книгах всегда пишут, что тонкие пленки золота полупрозрачны? Тонкие пленки любого металла и вообще любого вещества полупрозрачны. А пишут именно о золоте -- почему?
Подписи к фото
1
Цвета побежалости: а и б -- на паяльнике, стадии нагрева; в - после резки без охлаждения стального профиля
2
Записная книжка инженера середины прошлого века, верх -- цвета побежалости и цвета каления, температура в ®С
3
Кофе, сфотографированный в одинаковых условиях, - слева кристаллический, справа - гранулированный. Частички в правой чашке шероховатее, цвет насыщеннее (вкус и запах определяются не шероховатостью!)
