Плеохроизм

Плеохроизм

Собственная окраска кристаллов. Плеохроизм. Кристаллы, как и изотропные тела, могут быть бесцветными или окрашенными. Свет, проходящий через любое тело, как бы прозрачно оно не было,  частично им поглощается (адсорбируется) и, следовательно ослабляется.

Если тело ослабляет лучи всех цветов в одинаковой степени, состав света при прохождении сквозь него не меняется: белый свет остается белым, тело является бесцветным. Если же лучи разных цветов поглощается в неодинаковой степени, то есть тело, как говорят, обладают избирательной поглощением, белый свет, проходя сквозь него, не остается белым ( так как некоторые лучи из входящих в его состав будут ослаблены больше чем другие), и тело будет казаться окрашенным. Таким образом, окраска тел в проходящем свете есть следствие избирательного поглощения (адсорбции) или света.

Густота окраски зависит  от поглощающей  способности вещества и от толщины слоя. Одно и то же вещество в толстом слое может казаться густо окрашенным или даже непрозрачным, а в тонком слое- бледно окрашенным или совсем бесцветным. Поэтому в петрографических шлифах почти все минералы оказываются прозрачными и в большинстве случаев бесцветными или слабо окрашенными.

Все изложенное в предыдущей части книги в равной степени относилось как к бесцветным, так и к цветным кристаллам. В настоящей главе речь идет только о кристаллах окрашенных (собственная окраска кристаллов, конечно, наблюдается без верхнего николя; скрещённых николях она маскируется интерференционной окраской).

Все это учитывается при  изучении оптических свойств сильно поглощающих кристаллов, которые исследуются в отраженном свете. В слабо поглощающих кристаллах, т.е  таких, которые можно исследовать в проходящем свете в шлифах нормальной толщины, дело существенно упрощается. В таких кристаллах поглощение света практически не сказывается на свойствах, выражаемых оптической индикатрисой, и эти свойства исследуются так же, как и в случае бесцветных прозрачных кристаллов. Дополнительными характеристиками для слабо поглощающих кристаллов служат данные о поглощении света и зависимости от направления колебаний или об их плеохроизме.

В теоретической кристаллооптике  рассматриваются разнообразные поверхности, выражающие поглощение света в кристаллах. Эти поверхности будут двойными или одиночными в зависимости от того, откладываются ли коэффициенты, характеризующие поглощение света, по направлениям лучей или нормалей (двойные поверхности) или же по направлениям световых колебаний (одиночные поверхности). Форма поверхностей зависит также от того, какой из коэффициентов, выражающих поглощение света, положен в основу построения. В частности, получаются поверхности, имеющие форму эллипсоида.

Симметрия поверхностей поглощения и их ориентировка относительно кристалла  подчиняется тем же закономерностям, которые выведены выше для оптической индикатрисы.

Анизотропность кристаллов, обуславливающая своеобразие их физических свойств, проявляется в и отношении окраски; поглощение света в кристаллах в общем случае различно для волн, колеблющихся по разным направлениям. Если изменять направление колебаний света, проходящего сквозь кристалл, одновременно будет изменяться его окраска. Изменение окраски кристалла в зависимости от направления световых колебаний называется плеохроизмом.

Плеохроизм можно обнаружить, если, удалив анализатор, вращать столик микроскопа и следить за находящимися в поле зрения окрашенными кристаллами. Кристаллы, обладающие плеохроизмом, будут при этом менять свой цвет или густоту окраски. Если при скрещённых николях поставить кристалл на погасание, а затем удалить анализатор, мы увидим окраску, соответствующую одному из двух направлений колебаний данного сечения.

Чтобы увидеть окраску, отвечающую второму направлению колебаний данном сечении кристалла, надо это второе направление совместить с направлением колебаний поляризатора. Для этого, вдвинув николь, поворачиваем кристалл до следующего полоения погасания (поворот на 90 °). При промежуточных положения кристалла через него одновременно проходят два луча, и мы видим смесь обеих окрасок. В зависимости от положения кристалла в данный момент в этой смеси преобладает то одна, то другая из главных окрасок данного сечения.

Если известно направления колебаний в нижнем николе и определенно наименование осей данного сечения кристалла, легко определить какая из двух окрасок, наблюдаемых в положениях погасания, соответствует колебанию и какая - .

Плеохроизм в  кристаллах разных сингоний. В кристаллах средних сингоний имеем две главные окраски, одна из которых соответствует колебаниям, параллельным оптической оси, а другая- колебаний, совершающимся по радиусам кругового сечения. Поэтому в разрезе, перпендикулярном к оптической оси плеохроизм не обнаруживается: все время видна одна окраска, соответствующая колебаниям обыкновенного луча. В косых разрезах плеохроизм тем сильнее, чем больше угол между оптической осью и нормали к шлифу, причем окраска луча о во всех разрезах одна и та же, а луча е промежуточная между его главной окраской и окраской луча о. Наиболее резко выражен плеохроизм в разрезе,  параллельном оптической оси, где можно наблюдать обе главные окраски.

Чтобы охарактеризовать плеохроизм одноосного кристалла, надо наблюдать  изменение окраски именно в этом разрезе. Находят в шлифе разрез, параллельный оптический оси, по его  относительно  более резкому плеохроизму.

Общий термин «плеохроизм» в отношении одноосных кристаллов часто заменяют термином «дихроизм» (двуцветность).

В кристаллах ромбической сингонии имеем три главные окраски, которые отвечают колебаниям, совершающимся по главным осям оптической индикатрисы.

В моноклинных кристаллах одна из трех главных осей поверхности поглощения для света всех длин волн совпадает, как и одна из осей индикатрисы, со второй кристаллографической осью. Две другие оси, лежащие в плоскости единичных направлений моноклинного кристалла, как и оси индикатрисы, могут диспергировать, т.е. направление максимумов и минимумов поглощения для света разных волн занимают разное положение и не совпадают с осями оптической индикатрисы.

В триклинной сингонии все три поверхности поглощения могут диспергировать и не совпадать с осями оптической индикатрисы.

Чтобы охарактеризовать плеохроизм двуосного кристалла, необходимо наблюдать  три окраски, соответствующие трем главным направлениям (трихроизм). На практике по чисто техническим причинам игнорируется возможное несовпадение осей оптической индикатрисы с осями поверхности поглощения, и за главные направления последней берутся оси , , .

Наблюдать окраску, соответствующую  всем трем главным осям, в одном  разрезе нельзя. Чтобы охарактеризовать плеохроизм двуосного кристалла, надо иметь по крайней мере два ориентированных  разреза ( например, / О.Б. и / или / О.Б. и / Т.Б.). В разрезе, перепендикулярном к оптической оси, если в нем плеохпоизм не заметен, наблюдаемая окраска соответствует оси . В косых разрезах обе наблюдаемые окраски являются промежуточными между главными окрасками.

Наблюдение плеохроизма  кристаллов пол микроскопом. Существуют приборы и методы, позволяющие изучать спектр поглошения кристаллов и количественно характеризовать плеохроизм. Спектры поглощения нередко позволяют судить о составе минералов, в частности о присутсвии в них редких земель ( соответствующая аппаратура и методика подробно описаны в книге Н.М.Меланхолина и С.В.Грум-Гржимайло, 1954).

Определение направления  колебаний в николе. При исследовании всех разнообразных выше оптических явлений в кристаллах и не было необходимости определять направление  колебаний, прорускаемых каждым из николей в отдельности. Достаточно было знать, что эти направления колебаний, пропускаемых каждым из николей в отдельности. Достаточно было знать,что эти направления взаимно препендикулярны и параллельны нитям окулярным креста. Исседованияже плеохроизма невозможно, если неизвестно какой именно из нитей совершается колебания в нижнем николе( поляризаторе).

Чтобы показать это, вернемся к рис. 1, а и б, где изображен кристалл, у которого окраска по светло-желтая, а по темно-коричневая. Пусть нам неизвестно направление колебаний поляризатора, и мы произвольно отнесем его к вертикальной нити ( а не к горизотальной как показано на рисунке). Тогда светло-желтая окраска, наблюдаемая в положении а, будет нами связана с направлением колебаний , которое в этот момент расположено вертикально, а не с направлением . Аналогично получим, что темно-коричневая окраска связана с . , а не с . Таким образом, допустив ошибку в предположении об ориентировке поляризатора, мы получили схему плеохроизма, обратную фактической.

Обычно ориентировка поляризатора определяется по минералу, схема плеохроизма  которого известна. Чаще всего используется для этого турмалин или биотит. Оба эти минерала отрицательны и  имеют по . У турмалина расположено перпендикулярно к удлинению, у биотита – в плоскости спайности. Наблюдая положение кристалла, при котором густота его окраски максимальна, определяют направление колебаний в поляризаторе.

Последовательность операций при исследовании плеохроизма и  запись резальтатов. Влияние толщины  кристалла. Прежде всего,

Применение эффекта плеохроизма

Важная сфера применения плеохроизма — изготовление поляризационных  фильтров (поляроидов), действие которых  основано на явлении линейного дихроизма (например, в кристаллах ПВС-йод).

Для идентификации самоцветов и других минералов, наряду с иными  методами. Для этого тонкие шлифы  окрашенных кристаллов исследуют с  помощью петрографического или  просто поляризационного микроскопа. При повороте образца на столике  микроскопа (или hпризмы Николя — поляризатора) цвет кристалла меняется в соответствии с ориентацией шлифа. Это позволяет по известным цветовым таблицам идентифицировать минерал.

Помимо технического применения минералов с эффектом плеохроизма, многие из них широко используются в ювелирном деле, в виде драгоценных  камней для огранки.

 

Белянкин Д. С., Петров В. П., Кристаллооптика, М., 1951;

Костов И., Кристаллография

 

 

 

 

Порядок изучения плеохроизма 

 Регулируют микроскоп  (освещение, центрировка объектива).

 Устанавливают на столике  шлиф с окрашенным минералом. 

 Вращая столик микроскопа, наблюдают за характером изменения  окраски зерен минерала в различных  разрезах.

 Выбирают зерно, обладающее  отчетливо заметным плеохроизмом, которое зарисовывают в двух  положениях, наиболее сильно отличающихся  по окраске. При этом на рисунке  необходимо отразить такие особенности  зерна, как форма и направление  трещин спайности. 

 Следует помнить, что  изучение плеохроизма минералов  проводят при выключенном анализатор

 

 

 

 

Я лично знаю потрясающий  пример Плеохроизма в Искуственных минералах это у смеси Алюмокалиевых и Хромокалиевых квасцов, они имеют цвет разный при разном освещении (на данных фото используются свет лампы накаливания и галогеновой лампы-дневного света):

 http://cs249.vkontakte.ru/u3706840/97493023/x_c6ef770e.jpg

 http://cs9927.vkontakte.ru/u3706840/97493023/x_9bd69e52.jpg

 http://cs9927.vkontakte.ru/u3706840/97493023/x_684d7c3b.jpg

 Это и есть Плеохризм.