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各式的矿物

矿物是指在地质作用下天然形成的结晶状纯净物单质化合物)。绝对的纯净物是不存在的,所以这里的纯净物是指物质化学成分相对单一的物质。矿物是组成岩石的基础(像石英长石方解石都是常见的造岩矿物),但矿物和岩石不同,矿物可以用其化学式表示,而岩石是由许多矿物及非矿物所合成,没有一定的化学式。

矿物多半是非生物产生的无机化合物,一般为固体,有有序的原子结构,但也有液态的矿物,如(水银)。有关矿物的精确定义尚有争议,有争议的是非生物产生,以及有序原子结构这二个条件。像褐铁矿黑曜岩等类似矿物,但没有结晶性的物筫,会称为准矿物

研究矿物的自然科学称为矿物学。世界上已知的矿物英语List of minerals (complete)超过5300种,其中5,070种已由国际矿物学学会(IMA)批准过。地壳中有超过75%由是硅和氧组成,因此许多的矿物是硅酸盐矿物。矿物可以依其物理性质化学性质区分,可以依其化学成分晶体结构分为几类,而在矿物形成时的温度压力等因素会影响其中一些性质。岩石所在的温度、压力及其主成分的变化,都会影响其中的矿物。也有可能矿物的主成分不变,但其中的矿物因温度压力改变而变化。

矿物可以用许多的物理性质来描述,而这些性质也和其化学结构及组成有关。常见的矿物物理性质有晶体结构及晶体惯态硬度光泽透明度、颜色、条痕、韧性、解理断口、裂理(parting)及比重。进一步的特性包括对酸的反应、磁性、气味或味道,以及放射性

矿物可以依其主要化学成分分类,最主要的两种分类系统分别是Strunz矿物分类及Dana矿物分类。硅酸盐可以依其化学结构的同质多晶形性再细分为六小类。所有的硅酸盐都有[SiO4]4−的硅酸根四面体,是一个硅原子和四个氧原子以四面体的方式键结。硅酸盐又可以分为原硅酸盐(orthosilicates,硅酸根没有聚合)、二硅酸盐(disilicates,二个硅酸根互相聚合)、环状硅酸盐(cyclosilicates,环状的硅酸根)、链状硅酸盐(inosilicates,链状的硅酸根)、层状硅酸盐(phyllosilicates,层状的硅酸根)及网硅酸盐(tectosilicates,三维的硅酸根结构)。其他重要的矿物分类有自然元素英语Native element minerals硫化物英语Sulfide minerals氧化物英语Oxide minerals卤化物英语Halide minerals碳酸盐硫酸盐英语Sulfate minerals磷酸盐英语Sulfate minerals

矿物和岩石的区别

矿物是自然形成的纯物质或化合物,化学成分组成变化不大,有结晶结构。岩石是一或多种矿物的聚合体,化学成分不定,通常无结晶结构。

矿物分类

  • Strunz矿物分类(9大分类)
  1. 元素(Elements)
  2. 硫化物(Sulphides)
  3. 卤化物(Halides)
  4. 氧化物氢氧化物(Oxides & Hydroxides)
  5. 硝酸盐碳酸盐硼酸盐(Nitrates, Carbonates & Borates)
  6. 硫酸盐铬酸盐、钼酸盐(Sulphates, Chromates, Molybdates)
  7. 磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐(Phosphates, Arsenates, Vanadates)
  8. 硅酸盐(Silicates)
  9. 有机化合物(Organic Compounds)
  • Dana矿物分类第8版(78大分类)
旧Dana分类 新Dana分类
I.自然元素矿物(Native Elements) 第1类
II.硫化物(Sulfides) 第2 & 3类
III.氧化物和氢氧化物(Oxides and Hydroxides) 第4, 5, 6, 7 & 8类
IV.卤化物(Halides) 第9, 10, 11 & 12类
V.碳酸盐、硝酸盐、硼酸盐(Carbonates, Nitrates, Borates) 第13, 14, 15, 16 & 17类(碳酸盐)
第18, 19 & 20类(硝酸盐)
第21, 22 & 23类(碘酸盐
第24, 25, 26 & 27类(硼酸盐)
VI.硫酸盐、铬酸盐、钼酸盐(Sulfates, Chromates, Molybdates) 第28, 29, 30, 31 & 32类(硫酸盐)
第33类(硒酸盐及碲酸盐)
第34类(亚硒酸盐、亚碲酸盐及亚硫酸盐)
第35 & 36类(铬酸盐)
VII.磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐(Phosphates, Arsenates, Vanadates) 第37, 38, 39, 40, 41, 42 & 43类(磷酸盐)
第44, 45 & 46类(锑酸盐)
第47类(钒酸盐)
第48 & 49类(钼酸盐及钨酸盐)
IX.有机化合物(Organic Minerals) 第50类
VIII.硅酸盐矿物(Silicates) 第51 - 78类
-- 孤立岛状硅酸盐矿物(Nesosilicates) 第51, 52, 53 & 54类
-- 多岛状硅酸盐矿物(Sorosilicates) 第55, 56, 57 & 58类
-- 环状硅酸盐矿物(Cyclosilicates) 第59, 60, 61, 62, 63 & 64类
-- 链状硅酸盐矿物(Inosilicates) 第65, 66, 67, 68, 69 & 70类
-- 层状硅酸盐矿物(Phyllosilicates) 第71, 72, 73 & 74类
-- 架状硅酸盐矿物(Tektosilicates) 第75, 76 & 77类
-- 未分类硅酸盐矿物(Not Classified Silicates) 第78类

物理性质

晶体结构及晶体惯态

黄玉有特殊的斜方晶系外形

晶体结构是矿物中原子依其内在结构,所进行的有序几何排列。晶体结构是依内部原子或离子的规则排列方式而定,而且常以晶体的几何形状命名。即使矿物晶粒太小,或看似不规则的排列,但透过X光衍射仍可以看出其内部的周期性排列。晶体结构常会以其对称性来描述,依晶体局限定理,晶体结构只存在32种对称性不同的点群,可以再做进一步的分类,其中以六方晶系空间群最多。

晶族可以用其三个晶轴的长度、各轴之间的夹角来定义,这些关系会对应其对称性,而点群就是以对称性来定义。以下是晶族的列表,a, b和c为晶轴长度,α, β, γ是不和各轴相邻的夹角角度,例如α是b和c二晶轴的夹角::

晶族 晶轴长度 夹角 常见例子
立方晶系 a=b=c α=β=γ=90° 石榴石石盐黄铁矿
四方晶系 a=b≠c α=β=γ=90° 金红石锆石橄榄石
正交晶系 a≠b≠c α=β=γ=90° 橄榄石霰石、斜方辉石
六方晶系 a=b≠c α=β=90°, γ=120° 石英方解石电气石
单斜晶系 a≠b≠c α=γ=90°, β≠90° 单斜辉石正长石石膏
三斜晶系 a≠b≠c α≠β≠γ≠90° 钙长石, 钠长石蓝晶石

晶体惯态是指整个晶体的外形。常见的晶体惯态如有刺而呈放射状的针状英语Acicular (crystal habit)(如钠沸石英语natrolite),刀刃状、树枝状(像天然铜)、等轴晶(像橄榄石)、往一方向延伸的角柱状及平板状。和结晶形状有关,晶面的品质也是确认矿物的方式,一般会用岩相显微镜来观测。自形英语Euhedral and anhedral(Euhedral)的晶体有明确的外形,而他形晶(anhedral)的就没有,介于自形晶及他形晶之间的称为半自形。

硬度

钻石是最坚硬的天然材料,摩氏硬度为10

矿物的硬度是其抵抗刮损的能力。矿物的硬度和矿物的化学成分及晶体结构有关。矿物的硬度是其结构的函数,各方向的硬度不一定是定值,可能一些晶格弱点会使一方向的硬度比另一方向要低。像蓝晶石在平行[001]的方向,其摩氏硬度为5½,但在平行[100]的方向,其摩氏硬度为7。

最常用的矿物硬度标准是摩氏硬度,有十种参考用的矿物,从摩氏硬度为1的滑石到摩氏硬度为10的钻石,摩氏硬度较高的矿物会在硬度较低的矿物表面留下刮痕。摩氏硬度计就是指这十种矿物,表列如下:

硬度 矿物 绝对硬度
1 滑石(Mg3Si4O10(OH)2 1
2 石膏(CaSO4·2H2O) 2
3 方解石(CaCO3 9
4 萤石(CaF2 21
5 磷灰石(Ca5(PO43(OH-,Cl-,F-)) 48
6 正长石(KAlSi3O8 72
7 石英(SiO2 100
8 黄玉(Al2SiO4(OH-,F-)2 200
9 刚玉(Al2O3 400
10 钻石(C) 1500

当鉴定硬度时,如果没有以上的摩氏硬度计,可用其他东西代替,如小刀(或钢针)其硬度约为5.5、铜币约为3.5至4、指甲约为2至3、玻璃硬度为6。

光泽和透明度

黄铁矿有金属光泽

光泽是指矿物表面对光反射的能力,和其矿物品质及光的强度有关。有许多描述矿物光泽的词,主要可分为金属光泽及非金属光泽。金属光泽及次金属光泽的反射率高,类似金属,像是方铅矿黄铁矿都有金属光泽。非金属光泽有金刚光泽(adamantine,例如钻石)、玻璃光泽(vitreous,例如硅酸盐矿物)、珍珠光泽(pearly,例如滑石鱼眼石英语apophyllite)、 树脂光泽(resinous,例如石榴石)、绢丝光泽(silky,像石棉等纤维状矿物)。

矿物的透明度是指其透光的程度。当光通过透明矿物时,其强度不会减少,例如白云母,有些矿物甚至透明到可以用在窗户上。半透明的矿物允许部分光线通过,但强度比通过透明矿物要低。像翡翠软玉就是半透明的矿物。若矿物完全不允许光线通过,称为不透明。

比重

比重是矿物的重量与相同体积的水的比率,也就是矿物与1atm4℃纯水之密度比值,没有单位。对于大部分的矿物而言,不太适合用比重来识别矿物。造岩矿物主要是以硅酸盐及碳酸盐为主,其密度介于2.5–3.5之间。

一些特殊的矿物有较高的比重,若氧化物及硫化物中含有原子质量较大的原子,比重就会较重,一般有金属光泽或是金刚光泽的岩石其比重会比非金属光泽甚至无光泽的要重,例如赤铁矿的Fe2O3比重就有5.26,而方铅矿PbS的比重为7.2–7.6,都是因为其中含有高原子质量的铁及铅。天然金属英语Native metal的比重也相当的高,例如锥纹石是一种常出现在铁陨石中的铁镍合金,比重7.9,,而金的比重甚至到15和19.3之间。

条痕

颜色是矿物最明显的特性之一,不过不容易用颜色来识别矿物。

条痕是矿物在条痕板留下的颜色,也就是矿物粉末的颜色。条痕的颜色不一定会和矿物的颜色相同。测试条痕的方式是在矿物在条痕板上摩擦,条痕板一般是瓷的,颜色是黑色或白色,条痕的颜色不受矿物中的痕量元素或矿物的表面风化影响。像赤铁矿的颜色可能是黑色、银色或红色,但条痕颜色为樱桃红到红棕色。不过条痕测试对矿物的硬度有一定的限制,若硬度大于7,矿物和条痕板摩擦后反而会在矿物上留下条痕板的粉末。

其他特性

  • 解理:矿物分离的方式。
  • 断口:矿物折断时,边缘的形状。

相关类别

参见

脚注

  1. ^ Dyar and Gunter, pp. 2–4
  2. ^ 2.0 2.1 Dyar and Gunter, pp. 69–80
  3. ^ Dyar and Gunter, pp. 32–39
  4. ^ Chesterman and Lowe, p. 38
  5. ^ 5.0 5.1 Dyar and Gunter, pp. 28–29
  6. ^ Kyanite. Mindat.org. [2012-08-01]. (原始内容存档于2012-08-03).
  7. ^ Dyar and Darby, pp. 26–28
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 Busbey et al., p. 72
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 Dyar and Gunter, p. 24
  10. ^ Dyar and Gunter, p. 25
  11. ^ 11.0 11.1 Dyar and Gunter, pp. 43–44
  12. ^ Hematite. Mindat.org. [2012-08-02]. (原始内容存档于2018-07-06).
  13. ^ Galena. Mindat.org. [2012-08-02]. (原始内容存档于2017-11-19).
  14. ^ Kamacite. Webmineral.com. [2012-08-02]. (原始内容存档于2017-12-13).
  15. ^ Gold. Mindat.org. [2012-08-02]. (原始内容存档于2012-09-14).
  16. ^ Dyar and Gunter, p. 23

外部链接


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