IV. LA COLORATION PAR LES CENTRES COLORES
Les défauts présents dans la matière peuvent également être responsables de la coloration.
Ces défauts habituellement appelés centres colorés ou centres F (de l’allemand Farbe= couleur, peuvent être principalement de deux ordres :
1. Un électron piégé dans un défaut interstitiel
Cet ion peut être piégé soit dans un site lacunaire en ion ou dans un défaut de Frenkel ou dans une impureté interstitielle.
La fluorine est colorée en violet par la présence de défauts de Frenkel par manque d’un anion F-. Cet anion peut manquer soit pour des raisons d’exposition à hautes énergies qui a causé son départ ( rayons X ) ou à une croissance dans un environnement déficitaire en F- par rapport à la stœchiométrie en Ca2+. Le trou ou lacune est considéré comme ayant une charge négative et un électron e- vient en substitution de l’anion F-. Or, cet électron peut avoir différents niveaux d’excitation, et ce sont les mouvements de l’électron entre ces niveaux d’énergie qui sont responsables de la couleur.
L’absorption de ces défauts intervient généralement dans les ondes de faibles énergies (jaune-rouge).
Fig. 7 : Emission d’un atome de fluor et délocalisation d’un électron dans le site vacant
Cet électron peut être exciter par absorption de lumière de basse énergie
2. Une lacune – un électron manquant
La substitution d’un cation par un autre de degré d’oxydation inférieur suivi par l’éjection d’un électron provenant d’un anion adjacent peut provoquer l’apparition de trous. Par exemple, dans le quartz fumé, un anion Si4+ est remplacé par un cation Al3+. Un anion O2- voisin possède alors un électron e- qui n’est pas mis en valence avec le cation Al3+. Cet électron peut alors être arraché sous l’effet de la lumière, et naviguer de l’un de ses niveaux d’énergie possibles à un niveau supérieur. Ces mouvements de saut de l’électron entre ses niveaux d’énergie causent la coloration, en absorbant la lumière dans le visible.
Un mécanisme analogue par substitution d’un Si4+ par un Fe3+ conduit à la couleur violette de l’améthyste.
Fig. 8 : Emission d’un électron lorsqu’il y a substitution d’un cation par un cation de degré d’oxydation plus faible
absorption de lumière de haute énergie
|
|
Minéraux |
|
|
Minéraux |
| |
|
|
|
|
|
électron piégé |
fluorine violette 
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
électron manquant
Al3+ en place de Si4+
| 0
quartz fumé
|
|
Fe3+ en place de Si4+ |
améthyste
|