礦物

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各式的礦物

礦物是是指在地質作用下天然形成的結晶狀純凈物單質化合物)。絕對的純凈物是不存在的,所以這裡的純凈物是指物質化學成份相對單一的物質。礦物是組成岩石的基礎(像石英長石方解石都是常見的造岩礦物),但礦物和岩石不同,礦物可以用其化學式表示,而岩石是由許多礦物及非礦物所合成,沒有一定的化學式。

礦物多半是非生物產生的無機化合物,一般為固體,有有序的原子結構,但也有液態的礦物,如(水銀)。有關礦物的精確定義尚有爭議,有爭議的是非生物產生,以及有序原子結構這二個條件。像褐鐵礦黑曜岩等類似礦物,但沒有結晶性英語crystallinity的物筫,會稱為準礦物。研究礦物的自然科學稱為礦物學

世界上已知的礦物英語List of minerals (complete)超過4900種,其中4,660種已由國際礦物學學會英語International Mineralogical Association(IMA)鑑定過。地殼中有超過75%由是矽和氧組成,因此許多的礦物是矽酸鹽礦物。礦物可以依其物理性質化學性質區分,可以依其化學成份晶體結構分為幾類,而在礦物形成時的溫度壓力等因素會影響其中一些性質。岩石所在的溫度、壓力及其主成份的變化,都會影響其中的礦物。也有可能礦物的主成份不變,但其中的礦物因溫度壓力改變而變化。

礦物可以用許多的物理性質來描述,而這些性質也和其化學結構及組成有關。常見的礦物物理性質有晶體結構及晶體慣態硬度光澤英語Lustre (mineralogy)透明度、顏色、條痕、韌性、解理斷口、裂理(parting)及比重。進一步的特性包括對酸的反應、磁性、氣味或味道,以及放射性

礦物可以依其主要化學成份分類,最主要的兩種分類系統分別是Strunz礦物分類及Dana礦物分類。矽酸鹽可以依其化學結構的同質多晶形性英語Polymorphism (materials science)再細分為六小類。所有的矽酸鹽都有[SiO4]4−的矽酸根四面體,是一個矽離子和四個氧離子以四面體的方式鍵結。矽酸鹽又可以分為原矽酸鹽(orthosilicates,矽酸根沒有聚合)、二矽酸鹽(disilicates,二個矽酸根互相聚合)、環狀矽酸鹽(cyclosilicates,環狀的矽酸根)、鏈狀矽酸鹽(inosilicates,鏈狀的矽酸根)、層狀矽酸鹽(phyllosilicates,層狀的矽酸根)及網矽酸鹽(tectosilicates,三維的矽酸根結構)。其他重要的礦物分類有自然元素英語Native element minerals硫化物英語Sulfide minerals氧化物英語Oxide minerals鹵化物英語Halide minerals碳酸鹽硫酸鹽英語Sulfate minerals硫酸鹽英語Sulfate minerals

礦物和岩石的區別[編輯]

礦物是自然形成的純物質或化合物,化學成份組成變化不大,有結晶結構。岩石是一或多種礦物的聚合體,化學成份不定,通常無結晶結構。

礦物分類[編輯]

  • Strunz礦物分類(9大分類)
  1. 元素(Elements)
  2. 硫化物(Sulphides)
  3. 鹵化物(Halides)
  4. 氧化物氫氧化物(Oxides & Hydroxides)
  5. 硝酸鹽碳酸鹽硼酸鹽(Nitrates, Carbonates & Borates)
  6. 硫酸鹽鉻酸鹽、鉬酸鹽(Sulphates, Chromates, Molybdates)
  7. 磷酸鹽、砷酸鹽、釩酸鹽(Phosphates, Arsenates, Vanadates)
  8. 矽酸鹽(Silicates)
  9. 有機化合物(Organic Compounds)
  • Dana礦物分類第8版(78大分類)
舊Dana分類 新Dana分類
I.自然元素礦物(Native Elements) 第1類
II.硫化物(Sulfides) 第2 & 3類
III.氧化物和氫氧化物(Oxides and Hydroxides) 第4, 5, 6, 7 & 8類
IV.鹵化物(Halides) 第9, 10, 11 & 12類
V.碳酸鹽、硝酸鹽、硼酸鹽(Carbonates, Nitrates, Borates) 第13, 14, 15, 16 & 17類(碳酸鹽)
第18, 19 & 20類(硝酸鹽)
第21, 22 & 23類(碘酸鹽
第24, 25, 26 & 27類(硼酸鹽)
VI.硫酸鹽、鉻酸鹽、鉬酸鹽(Sulfates, Chromates, Molybdates) 第28, 29, 30, 31 & 32類(硫酸鹽)
第33類(硒酸鹽及碲酸鹽)
第34類(亞硒酸鹽、亞碲酸鹽及亞硫酸鹽)
第35 & 36類(鉻酸鹽)
VII.磷酸鹽、砷酸鹽、釩酸鹽(Phosphates, Arsenates, Vanadates) 第37, 38, 39, 40, 41, 42 & 43類(磷酸鹽)
第44, 45 & 46類(銻酸鹽)
第47類(釩酸鹽)
第48 & 49類(鉬酸鹽及鎢酸鹽)
IX.有機化合物(Organic Minerals) 第50類
VIII.矽酸鹽礦物(Silicates) 第51 - 78類
-- 孤立島狀矽酸鹽礦物(Nesosilicates) 第51, 52, 53 & 54類
-- 多島狀矽酸鹽礦物(Sorosilicates) 第55, 56, 57 & 58類
-- 環狀矽酸鹽礦物(Cyclosilicates) 第59, 60, 61, 62, 63 & 64類
-- 鏈狀矽酸鹽礦物(Inosilicates) 第65, 66, 67, 68, 69 & 70類
-- 層狀矽酸鹽礦物(Phyllosilicates) 第71, 72, 73 & 74類
-- 架狀矽酸鹽礦物(Tektosilicates) 第75, 76 & 77類
-- 未分類矽酸鹽礦物(Not Classified Silicates) 第78類

物理性質[編輯]

晶體結構及晶體慣態[編輯]

黃玉有特殊的斜方晶系外形

晶體結構是礦物中原子依其內在結構,所進行的有序幾何排列。晶體結構是依內部原子或離子的規則排列方式而定,而且常以晶體的幾何形狀命名。即使礦物晶粒太小,或看似不規則的排列,但透過X光繞射仍可以看出其內部的週期性排列[1]。晶體結構常會以其對稱性來描述,依晶體局限定理英語晶体局限定理,晶體結構只存在32種對稱性不同的點群,可以再做進一步的分類,其中以六方晶系空間群最多[2]

晶族可以用其三個晶軸的長度、各軸之間的夾角來定義,這些關係會對應其對稱性,而點群就是以對稱性來定義。以下是晶族的列表,a, b和c為晶軸長度,α, β, γ是不和各軸相鄰的夾角角度,例如α是b和c二晶軸的夾角:[2]

晶族 晶軸長度 夾角 常見例子
立方晶系 a=b=c α=β=γ=90° 石榴石石鹽黃鐵礦
四方晶系 a=b≠c α=β=γ=90° 金紅石鋯石橄欖石
正交晶系 a≠b≠c α=β=γ=90° 橄欖石霰石、斜方輝石
六方晶系 a=b≠c α=β=90°, γ=120° 石英方解石電氣石
單斜晶系 a≠b≠c α=γ=90°, β≠90° 單斜輝石正長石石膏
三斜晶系 a≠b≠c α≠β≠γ≠90° 鈣長石, 鈉長石藍晶石英語kyanite

晶體慣態是指整個晶體的外形。常見的晶體慣態如有刺而呈放射狀的針狀英語Acicular (crystal habit)(如鈉沸石英語natrolite),刀刃狀、樹枝狀(像天然銅英語native copper)、等軸晶(像橄欖石)、往一方向延伸的角柱狀及平板狀。和結晶形狀有關,晶面的品質也是確認礦物的方式,一般會用岩相顯微鏡來觀測。自形英語Euhedral and anhedral(Euhedral)的晶體有明確的外形,而他形晶(anhedral)的就沒有,介於自形晶及他形晶之間的稱為半自形[3][4]

硬度[編輯]

鑽石是最堅硬的天然材料,摩氏硬度為10

礦物的硬度是其抵抗刮損的能力。礦物的硬度和礦物的化學成份及晶體結構有關。礦物的硬度是其結構的函數,各方向的硬度不一定是定值,可能一些晶格弱點會使一方向的硬度比另一方向要低[5]。像藍晶石英語kyanite在平行[001]的方向,其摩氏硬度為5½,但在平行[100]的方向,其摩氏硬度為7[6]

最常用的礦物硬度標準是摩氏硬度,有十種參考用的礦物,從摩氏硬度為1的滑石到摩氏硬度為10的鑽石,摩氏硬度較高的礦物會在硬度較低的礦物表面留下刮痕。摩氏硬度計就是指這十種礦物,表列如下[5]

硬度 礦物 絕對硬度
1 滑石(Mg3Si4O10(OH)2 1
2 石膏(CaSO4·2H2O) 2
3 方解石(CaCO3 9
4 螢石(CaF2 21
5 磷灰石(Ca5(PO43(OH-,Cl-,F-)) 48
6 正長石(KAlSi3O8 72
7 石英(SiO2 100
8 黃玉(Al2SiO4(OH-,F-)2 200
9 剛玉(Al2O3 400
10 鑽石(C) 1500

當鑑定硬度時,如果沒有以上的摩氏硬度計,可用其他東西代替,如小刀(或鋼針)其硬度約為5.5、銅幣約為3.5至4、指甲約為2至3、玻璃硬度為6。

光澤和透明度[編輯]

黃鐵礦有金屬光澤

光澤英語Lustre (mineralogy)是指礦物表面對光反射的能力,和其礦物品質及光的強度有關。有許多描述礦物光澤的詞,主要可分為金屬光澤及非金屬光澤。金屬光澤及次金屬光澤的反射率高,類似金屬,像是方鉛礦黃鐵礦都有金屬光澤。非金屬光澤有金剛光澤(adamantine,例如鑽石)、玻璃光澤(vitreous,例如矽酸鹽礦物)、珍珠光澤(pearly,例如滑石魚眼石英語apophyllite)、 樹脂光澤(resinous,例如石榴石)、絹絲光澤(silky,像石棉等纖維狀礦物)[7]

礦物的透明度是指其透光的程度。當光通過透明礦物時,其強度不會減少,例如白雲母,有些礦物甚至透明到可以用在窗戶上。半透明的礦物允許部份光線通過,但強度比通過透明礦物要低。像翡翠軟玉就是半透明的礦物。若礦物完全不允許光線通過,稱為不透明[8][9][10]

比重[編輯]

比重是礦物的重量與相同體積的水的比率,也就是礦物與1atm4℃純水之密度比值,沒有單位。對於大部份的礦物而言,不太適合用比重來識別礦物。造岩礦物主要是以矽酸鹽及碳酸鹽為主,其密度介於2.5–3.5之間[11]

一些特殊的礦物有較高的比重,若氧化物及硫化物中含有原子質量較大的原子,比重就會較重,一般有金屬光澤或是金剛光澤的岩石其比重會比非金屬光澤甚至無光澤的要重,例如赤鐵礦的Fe2O3比重就有5.26[12],而方鉛礦PbS的比重為7.2–7.6,[13]都是因為其中含有高原子質量的鐵及鉛。天然金屬英語Native metal的比重也相當的高,例如錐紋石是一種常出現在鐵隕石中的鐵鎳合金,比重7.9,[14],而金的比重甚至到15和19.3之間[11][15]

條痕[編輯]

顏色是礦物最明顯的特性之一,不過不容易用顏色來識別礦物[16]

條痕是礦物在條痕板留下的顏色,也就是礦物粉末的顏色。條痕的顏色不一定會和礦物的顏色相同[9]。測試條痕的方式是在礦物在條痕板上摩擦,條痕板一般是瓷的,顏色是黑色或白色,條痕的顏色不受礦物中的痕量元素[8]或礦物的表面風化影響[9]。像赤鐵礦的顏色可能是黑色、銀色或紅色,但條痕顏色為櫻桃紅[8]到紅棕色[9]。不過條痕測試對礦物的硬度有一定的限制,若硬度大於7,礦物和條痕板摩擦後反而會在礦物上留下條痕板的粉末[9]

其他特性[編輯]

  • 解理:礦物分離的方式。
  • 斷口:礦物折斷時,邊緣的形狀。

相關類別[編輯]

參見[編輯]

腳註[編輯]

  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]. 
  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]. 
  13. ^ Galena. Mindat.org. [2012-08-02]. 
  14. ^ Kamacite. Webmineral.com. [2012-08-02]. 
  15. ^ Gold. Mindat.org. [2012-08-02]. 
  16. ^ Dyar and Gunter, p. 23

參考資料[編輯]

  • Busbey, A.B.; Coenraads, R.E.; Roots, D.; Willis, P. Rocks and Fossils. San Francisco: Fog City Press. 2007. ISBN 978-1-74089-632-0. 
  • Chesterman, C.W.; Lowe, K.E. Field guide to North American rocks and minerals. Toronto: Random House of Canada. 2008. ISBN 0-394-50269-8. 
  • Dyar, M.D.; Gunter, M.E. Mineralogy and Optical Mineralogy. Chantilly, Virginia: Mineralogical Society of America. 2008. ISBN 978-0-939950-81-2. 

外部聯結[編輯]