Hoofstuk 9

Optiese Eienskappe

Doelwitte

Verstaan beginsels van:

• Breking van lig

• Brekingsindekse

• Polarisering van lig

• Dubbelbreking

• Pleochroïsme

• Optiese indikatriks

• Dispersie

Die belangrikheid van optiese

eienskappe van minerale Optiese mineralogie:

• studie van interaksie van gepolariseerde lig in minerale • NB vir:

ID van minerale Onthul mineraal eienskappe

Basis van petrografiese mineralogie: • Petrografiese mineralogie:

Sistematiese beskrywing van minerale soos wat dit in gesteentes voorkom in dunseksie monsters

• Gerigte interaksie van lig met kristalle • Isotropie en anisotropie

Isotropie:Homogeen in alle rigtings Anisotropie: teenwoordigheid van ‘n voorkeur oriëntasie

• Voorkeur oriëntasie: konsentrasie van strukturele elemente met ‘n liniêre of vlak voorkeur houding

Isotroop/Anisotroop

Isotroop: Isometries

Anisotroop: een-assig Tetragonaal

Heksagonaal

Trigonaal

Anisotroop: twee-assig Ortorombies

Monoklien

Triklien

Golwe en lig Sigbare lig is elektromagnetiese radiasie (Fig 9.1)

• Elektriese veld E wek magnetiese veld H op (loodreg op E) • Plant voort teen snelheid c in ‘n vakuum

Lig: partikel (foton) en golf eienskappe; beweeg in

‘n reguit lyn @ snelheid c • Kies watter eienskap gebruik afhangend van optiese effek

benodig

Alle sigbare golflengtes saam (400-800nm): wit lig Monochromatiese lig – een golflengte (Na damp

lamp)

Spektrum van

elektromagnetiese radiasie

Refraksie (breking)

Rigtingsverandering van ‘n golf a.g.v. verandering in snelheid

Kom voor wanneer lig van een medium na ‘n ander medium beweeg

Mees algemene voorbeeld: breking van lig

• Ook in klankgolwe, watergolwe

Refraksie (breking) van lig

Breking

Beskryf deur Snell se Wet: • Die invalshoek en die hoek van refraksie is

verwant aan die snelheid van die invals en gerefrakteerde straal en omgekeerd eweredig aan die brekingsindekse van die twee media waardeur dit beweeg

Met ander woorde:

• Wanneer lig van ‘n meer digte na minder digte medium beweeg, verander dit van rigting – gerefrakteer Behalwe vir 90º invalshoek

Snell se wet

Brekingsindeks

‘n Maatstaf van hoe die golfspoed verander in een medium in vergelyking met in ‘n vakuum

• n = c/v snelheids verhouding

c = snelheid van lig in ‘n vakuum (vvakuum)

v = snelheid van lig in medium (vmedium)

• In mineralogie is die medium ‘n mineraal (vmineraal)

• Dus: nmin = vvakuum / vmineraal

Brekingsindeks (RI)

Lig deur minerale: verstrooid deur elektrone – tydsvertraging waargeneem • Dus: snelheid van die liggolf verander nie – in

werklikheid veroorsaak die elektrone ‘n langer pad vir die liggolf

Brekingsindeks neem toe wanneer aantal

elektrone per eenheid volume toeneem soos digtheid toeneem

RI is afhanklik van: • Rigting van lig • Golflengte • Temperatuur

Bepaling van die brekingsindeks

van ‘n mineraal Gebruik in optiese mikroskoop ID van mineraal

Minerale het karakteristieke brekingsindekse

• Maak gebruik van vloeistowwe met bekende brekingsindekse om die indekse van die mineraal te bepaal

• Bepaling deur middel van reliëf en die Becke lyn

Bepaling van die brekingsindeks

van ‘n mineraal

Bepaling van die brekingsindeks

van ‘n mineraal

Bepaling van die brekingsindeks

van ‘n mineraal

Polarisering

Polarisering – beskryf die orientasie van die trillings (ossillerings) van golwe • Transverse golwe (lig)

Trillings in vlak loodreg tot rigting van voortplanting

Polarisasie

Wanneer ‘n liggolf gefiltreer word om slegs een vibrasie rigting deur te laat

Vibrasie loodreg in rigting van voortplanting

Onder die mikroskoop:

• Waargeneem as:

Pleochroïsme – Vlak gepolariseerde lig

Dubbelbreking – Kruis-gepolariseerde lig

Hoe polariseer lig? Gebruik ‘n polaroid filter

• Organiese sintetiese kristalle • Algemeenste metode van polarisasie

Toon sterk voorkeur absorpsie a.g.v. verskillende bindingskragte in verskillende kristalrigtings

• Geproduseer van materiaal met die vermoё om sekere vlakke van elektromagnetiese golfvibrasie te blok

• Ongepolariseerde lig deur Polaroid filter verlaat: verminder intensiteit; enkelvlak vibrasies gepolariseerde lig

• Ander kristalle; heelwat minerale toon ook voorkeurrigting absorpsie

nie volledige absorpsie – slegs sekere golflengtes Kleurveranderinge tydens rotasie in gepolariseerde lig PLEOKROISME – baie nuttige ID metode

Verkry ook polarisering deur:

• Weerkaatsing • Ligbreking • Verspreiding (scattering)

Dubbelbreking

Wanneer ‘n liggolf geskei word in twee aparte gepolariseerde golwe – elk met ‘n eie vibrasie-rigting loodreg tot die ander

Onder die mikroskoop:

• Waargeneem onder kruis-gepolariseerde lig as:

Interferensie kleure

Slegs in anisotropiese minerale

Dubbelbreking

Afbreek van ‘n straal van lig na twee strale (die ordinêre, ω, en ekstraordinêre, ε, strale) soos beweeg deur sekere tipes materiaal, soos kalsiet kristalle of boron nitried

Slegs in anisotropiese minerale Eenassige dubbelbreking: materiaal met twee

verskillende brekingsindekse – nω en nε Tweeassige dubbelbreking (trippelbreking):

materiaal met drie brekingsindeks waardes: - nα, nβ en nγ

Bereken as die fase verskil tussen gepolariseerde strale nadat dit ‘n kristal verlaat van dikte d – ook genoem optiese vertraging

Dubbelbreking

• Invalslig gerefrakteer in twee verskillende weë – split in twee aparte strale

• Wys twee beelde as ‘n voorwerp deur die dubbelbrekende kristal beskou word

• Gevolg van DUBBELBREKING van lig – beide strale is gepolariseer, maar loodreg tot mekaar As gevolg van verskillende brekingsindekse van

minerale in twee of drie rigtings

• Die twee strale kan onderskeidelik uitgeblok word deur filters

Bewys van die golfagtige optrede van lig

Birefringence

Dubbelbreking

Dubbel gerefrakteerde golwe is gepolariseer, maar geskei, vibreer in verskillende vlakke – geen interaksie

Benodig interferensie vir bestudering van interferensie kleure en ander eienskappe

• Om interferensie te kry – ‘n tweede polariseerder gebruik – die analiseerder:

Gekruisde polariseerder

• Gebruik om die interfernsie effekte van lig in minerale te analiseer

NB Terminologie Optiese mineralogie

Anisotropie

Gepolariseerde lig

Kristal

Mineraal

Petrografiese mineralogie

Voorkeurorientasie

Breking van lig

Brekingsindeks

Dubbelbreking

Ordinêre straal

Ekstraordinêre straal

Dunseksie

Pleokroïsme

Eenassig

Tweeassig

Interferensiekleure

Monochromatiese lig

Reliëf

Becke lyn

Vlakgepolariseerde lig

Kruisgepolariseerde lig

Padverskil

Optiese vertraging

Analiseerder

Optiese vlak

Optiese as

NB Terminology Optical mineralogy

Anisotropy

Polarized light

Crystal

Mineral

Petrographic mineralogy

Preferred orientation

Refraction of light

Refractive index

Birefringence

Ordinary ray

Extraordinary ray

Thin section

Pleochroism

Uniaxial

Biaxial

Interference colors

Monochromatic light

Relief

Becke line

Plane polarized light

Crossed polarized light

Path difference

Optical retardation

Analyzer

Optical plane

Optical axis