礦物為自然界天然產生的無機物質,具有一定的結晶構造,其成分能以化學式表示,具有一定的物理與化學性質。換句話說,被稱為礦物的,需符合下面的幾項條件:
1.礦物是天然的產生的固體
因此人造物都不屬於礦物,包括人造的寶石或是人為製成的食用鹽。如果是人為產生的,我會建議在前面要寫上「人造」兩字,像我也收集了一些人造的礦物,包括人造鉍、碳化矽或是硫酸銅晶體,雖然它們並非天然的礦物,不過它們也有教學上的意義與價值。
人造鉍 碳化矽
天然產生的因素包羅萬象,像埋藏在地底的岩漿因火山作用而靠近地表,使得岩漿溫度會慢慢降低,若是低過某種礦物的熔點,這種礦物就會被結晶出來;此外一些內陸的鹹水湖,若是受到氣候改變的因素,使得湖中的水量越來越少,到最後乾涸,就很容易在其中找到石鹽、石膏或白雲石等礦物;以台灣來說,陽明山一帶,因為受到火山作用的影響,可以看到許多的噴氣孔,在這些噴氣孔的四周,很容易找到因為火山蒸氣而產生的硫磺。
硫磺
至於固體的這部分,絕大部分的礦物都為固體,唯一的例外是汞,常溫下其為液態,一直要等到溫度降到零下37度,它才會轉變為固體,不過我們習慣上還是將汞視為一種礦物;至於水,常溫下為液體,不過若是溫度低於零度以下,則會轉變為固體的冰,若是天然所產生的冰(簡單來說,丟在冰箱製冰盒裡凍成的冰塊不算),原則上可以稱為礦物,不過相信會蒐集「冰」這種礦物的人應該不多,雖然可以放在冰箱避免融化,不過難保不會停電或冰箱不會壞掉吧!還有不會被人拿去當冰塊用掉!
2.礦物是無機作用產生的
簡單來說,就是經由生物作用所產生的物質都不屬於礦物,像動物的骨骼或牙齒、古代的植物轉變成為的煤或是貝類的珍珠,這些都不能算是礦物。
不過近年來,這個定義被放寬很多,不少礦物學家也把一些生物作用所產生的物質也放在礦物中,像古代的貝類其外殼為碳酸鈣所組成,死亡後埋藏在地裡,經過長時間的地質作用,可能轉變為霰石或方解石,原先為生物作用所產生的貝殼,之後卻轉變成為霰石或方解石,到底這樣算不算礦物,似乎也有許多的討論空間,像我寧可採取較寬鬆的定義,把這種情形所產生的也視為礦物。
內含方解石的半摺房扇貝
3.能以化學式表示並且一定的物理性質
礦物為單一的元素或是數種的元素所組成的化合物,因此可以用化學式表示,像自然金(Au)、石英(SiO2)或是黃鐵礦(FeS2),地球上的礦物,其成分以化合物的形式存在居多,而以純物質形式存在者相當少。
大部分礦物的成分會有少量變化,例如橄欖石的化學式為(Fe,Mg)SiO4,前面的鐵(Fe)與鎂(Mg),在括弧內用逗號分開,表示此兩種元素分布在礦物中的比例不一定,有的橄欖石可能鐵的含量較高,有的鎂的含量較高。
既然礦物有一定的組成成分,會造成其有一定的物理性質,如前述的橄欖石,它的硬度為6.5~7、比重3.27~4.32、解理不完全、斷口呈貝殼狀,像這些就是屬於它的物理性質,在某個程度上,也可以做為判斷礦物種類的依據。
巴基斯坦產的橄欖石
4.礦物具有一定的晶體構造
因礦物為原子以一定的方式排列組成,因此其外形會呈現出一定的樣貌,不過在野外看到的礦物,並不見得可以看到很標準的晶型,因為礦物在生長的時候,不見得有足夠的空間,造成生長的時候被其它的物質阻礙到,無法形成很標準的晶體,因此有人說礦物能產生完美的晶體,是一種生長的意外。不過不管其外觀為何,其內部的結晶構造還是以一定的規律排列,就某個程度上來說,其內部結晶構造似乎比其外觀,更能做為判斷礦物的依據,就算只有一個小破片,經由儀器的分析,還是有辦法知道其內部的結晶構造為何,不過這需要高科技的設備才能做到,一般人的家裡是不太可能有那種設備。
許多喜愛礦物的人,除了因為礦物美麗的色彩吸引人外,其漂亮的晶體也是引起人們喜愛它們的因素,像外觀呈立方體的螢石、五角十二面體的黃鐵礦或是呈六角柱狀的水晶。
不過有一些沒有一定的晶體結構,卻又是自然界的產物,像蛋白石其雖然也是天然的二氧化矽及水所組合,不過卻無一定的晶體結構,因此不符合嚴謹的礦物定義,可用似礦物(mineraloids)來稱呼,一般也把它視為一種礦物,其他的似礦物還包括鋁土礦及褐鐵礦等。
八面體的尖晶石 五角十二面體的黃鐵礦
立方體的螢石 菱形十二面體的鈣鐵榴石
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