Кто, когда и давно ли налил
Во флюорит лиловых чернил?
Как раз этим вопросом занимается, в частности, физик и минералог А. Н. Платонов, изучающий природу окраски минералов. Оказывается, что «чернила» эти — дело совсем не простое. Сравнительно прост состав минерала флюорита — ион кальция и два иона фтора (CaF>2). Проста структура его кристаллической решетки: ионы кальция «сидят» по вершинам куба и по центрам кубических граней, образуя гранецентрированные кубы, а ионы фтора — в центрах каждого из восьми маленьких кубиков, на которые можно мысленно разделить эти большие гранецентрированные кубы.
Но ни кальций, ни фтор, ни хромофоры одним своим присутствием не могут вызвать цвет. Откуда же берется эта густо-лиловая, да еще пятнами, как чернила, расползающаяся по кристаллу окраска? Ведь как раз эти чернильно-черные флюориты обычно почти не содержат примесей. Правда, иногда фтора в них несколько больше, чем положено по формуле. Вот на этот-то избыточный фтор и обратили внимание ученые. И еще на запах озона: стоит разбить такой вот чернильно-фиолетовый кусок флюорита, и в воздухе появится ощутимая примесь озона. Недаром одно из названий флюорита «вонючий шпат». В свое время была выдвинута такая гипотеза: избыточный фтор, соединяясь с влагой воздуха (Н>2О), быстро образует атомы фтористого водорода HF и ОН. Ионы ОН также быстро разлагаются на водород и озон. А озон, очень сильный окислитель, способен моментально окислить самую ничтожную примесь марганца, которая и обуславливает фиолетовую окраску. Значит, все-таки примесь?
Но случается, что и малой примеси не удается обнаружить, а окраска появляется пятнами, неровная. Скажем, в бесцветном, беспримесном флюорите можно вызвать чернильную окраску, пропуская через кристалл разряды электрического тока. Значит, причину окраски надо искать и не в примеси? Легко представить, что под действием внешних причин (разряда тока или радиации) решетка кристалла может исказиться, в ней образуются дефекты. Особенно много дефектов может появиться в кристаллической решетке, если в минерале имеется хотя бы незначительная примесь урана или тория. Такая примесь словно расшатывает решетку изнутри. Известно, что именно чернильно-черные флюориты сопровождают урановую минерализацию.
Решетка у минерала, как вы помните, ионная, т. е. сколько в ней отрицательных зарядов, столько должно быть и положительных. Если же в каком-то узле решетки возникает избыток или недостаток электронов, то часть ионов перемещается из узлов решетки в промежутки между ними, а в узле образуется пустота — вакантное место, «дырка». Раз дырка — значит дефект. Физики называют ее красиво — «электронно-дырочный центр окраски». Как же «дырка» может влиять на цвет?
