LA COULEUR DANS LES MINERAUX

III. LA COLORATION DUE AUX TRANSFERTS DE CHARGE

Nous avons vu que la coloration due à la présence de cations métalliques d’éléments de transition était due à l’excitation d’électrons entre des niveaux non dégénérés (c’est à dire séparés) des orbitales atomiques 3d. Ce mécanisme est donc interne au cation lui-même.

Dans certains cas de coloration, ce saut d’électron dû à son excitation par la lumière ne s’effectue pas entre ces niveaux 3d. L’électron est parfois plus délocalisé, non plus autour d’un seul atome, mais au sein d’un groupement d’atomes ou molécule. Le transfert de cet électron s’effectue alors dans ce groupement, dans les orbitales moléculaires.

Il existe trois types de transferts de charge :

Oxygène-ion métallique

ex : Fe³⁺-O₄: jauneà brun : béryl, goethite

Cr⁶⁺-O₄: orangé à rouge : crocoîte

V⁵⁺-O₄: jaune à rouge : vanadinite

V⁴⁺-O₄: bleu : cavansite

Mn⁶⁺-O₄: orangé : wulfénite

As-O₄: jaune orangé : mimétite

U-O₂: jaune avec fluorescence : autunite et uranotile

W-O₄: bleu : scheelite

Ces transferts de charge absorbent généralement des énergies importantes dans l’ultraviolet ou le bleu, et les minéraux colorés par ces groupements vanadanates, chromate, … sont de couleur chaudes, orange-rouge.

Une particularité est à signaler en ce qui concerne l’ion uranyle UO₂²⁺. Ce complexe absorbe dans le bleu au titre du phénomène de transfert de charge entre l’uranium et l’oxygène, ce qui colore l’autunite en jaune. Mais se superpose à ce phénomène de la fluorescence dans le jaune-vert, conférant au minéral son aspect si particulier.

Groupement	Minéraux	Groupement	Minéraux

Cr⁶⁺-O₄	Crocoite (Tasmanie)	V⁵⁺-O₄	Vanadinite (Maroc)
V⁴⁺-O₄	Cavansite	Mn⁶⁺-O₄ As-O₄	Wulfénite et mimétite (Mexique)
U-O₂	Autunite (France)

Ion métallique – oxygène – ion métallique

ex : Fe²⁺-O-Fe³⁺ bleu : aigue marine, Lazulite, saphir

Fe²⁺-O-Ti⁴⁺ bleu : disthène

marron : phlogopite

Souvent ce transfert de charge intervient entre deux ions de charges différentes.

Dans le cas de l’aigue-marine, il y a deux cations Fe²⁺ et Fe³⁺voisins, tous deux en substitution de l’aluminium en sites octaédriques empilés parallèlement à l’axe hexagonal du minéral. Il peut alors y avoir transfert d’un électron entre ces deux cations, tout en respectant la neutralité de l’ensemble. L’absorption de ce phénomène intervient fortement dans le jaune et l’orange, colorant ainsi le béryl en bleu. Il est à noter que si la concentration en Fe²⁺ augmente, les transferts s’effectueront plutôt entre Fe³⁺ et O^2- comme dans le cas précédent et la coloration est décalée vers le vert puis le jaune.

Dans le cas du saphir, deux Al³⁺ peuvent être remplacés par un Fe²⁺ et un Ti⁴⁺. On a longtemps pensé que la coloration bleue intense du saphir était due à un transfert de charge entre ces deux cations de substitution. En fait, il semblerait que ce soient toutes les transitions Fe²⁺-Fe³⁺ voireFe³⁺-Fe³⁺ et Fe²⁺-Ti⁴⁺ qui seraient la cause de la coloration des saphirs.

Délocalisation d’électrons sans ion métallique : ex : S₃^--bleu : lapis lazuli, sodalite

avec possibilité de dispersion de soufre atomique

Groupement	Minéraux	Groupement	Minéraux

Fe²⁺-O-Fe³⁺	Aigue marine	V⁵⁺-O₄	Disthène

S₃^-	lapis lazuli