知识点：矿石里含有各样的过渡金属、化合物晶体，它们在内部发生电子的缺失，电荷的转移以及光学反应，所以会产生各种各样的矿石。
如果你去爬山或者到丘陵地带旅游时，你可能会看到各种各样的矿石，它们色彩斑斓，让人爱不释手。植物开出各种颜色的花朵是因为自身色素的合成作用，那么石头颜色的不同是因为什么呢？今天让我们来揭开矿石的颜色秘密。
首先，矿物所含的过渡金属会形成各种颜色。在元素周期表上，第3列到第12列元素因为原子核外电子的填充方式与别的列的元素不同而被称为过渡金属元素，这些原子有一部分电子排列在d轨道上(所谓的d轨道是用来描述原子轨道的一个名称)，这些电子都有能量较低的基态和能量较高的激发态，因为基态和激发态之间的能量差很小，普通的可见光的能量就足以让电子从基态跃迁到激发态，当电子从激发态又回到基态时，就会把多余的能量以电磁波的形式释放出去，这些电磁波的波长如果适宜，就会使矿物质表现出不同的颜色，比如二价的钴元素就会使矿物显出粉红色。
其次，色心致色。矿石都是一些化合物的晶体，而这些晶体有时候并不完美，偶尔这里缺个阳离子，那里缺个电子的，这些是点缺陷，点缺陷对或点缺陷群就会捕获电子或空穴而构成一种导致可见光谱区的光被吸收的结构，称为色心。当一个电子恰好处在这个色心处时，如果有可见光照射到它，它就会从基态跃迁到激发态，并同时对可见光产生选择性吸收，进而使矿物整体表现出颜色，比如萤石就是因为吸收了红、黄、绿、蓝大部分光，仅允许紫光透过，萤石才呈现出紫色；还有一种可能是这个缺失是由丢了一个阳离子产生的，当某个地方少了一个阳离子时，它周围的原子为了保证电价平衡，就会通过释放电子的方式来提高自己的电价，使整体的电价保持不变，这个被丢弃的电子就会对可见光产生吸收从而表现出颜色，比如水晶族中的烟晶。
第三，电荷转移致色。当原子形成分子后，电子就可以从一个轨道跃迁到另一个轨道上，这个过程称为电荷转移。电荷转移需要外来的能量作为支持，这些能量就是从可见光中吸收来的。比如海蓝宝石、蓝晶石的成色机理就是这样。
第四，能带致色。有一种叫“能带理论”的观点认为，固体中的电子不是只属于某个原子，而是在整个晶体中运动，这些电子带有不同的能量，由已充满电子的原子轨道所形成的低能量能带称为价带，由未充满电子的轨道所形成的能带称为导带，而电子从价带向导带跃迁时也需要一定的能量，这些能量依旧取自可见光，矿石也就有了颜色。
最后，还有物理光学致色。这种致色原理不是因为电子跃迁需要能量，而是矿物晶体本身的结构导致了光在晶体里发生了干涉、衍射、散射、色散等物理现象，此外，某些矿石本身不够纯净，有很多的包裹体，这些包裹体也会对矿物的颜色产生一定的影响，比如长石中的赤铁矿，石英岩中的铬云母、蓝线石等。
作者：单少杰
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