แร่ธาตุธรรมชาติและแร่ธาตุเทียม แร่ธาตุหลักและทุติยภูมิ

แร่ (จาก lat. ศตวรรษที่ lat. minera - แร่)- เป็นวัตถุธรรมชาติที่มีองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างผลึกที่แน่นอน เกิดขึ้นจากกระบวนการทางกายภาพและเคมีตามธรรมชาติที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวและในส่วนลึกของโลก ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์อื่นๆ และครอบครองทางกายภาพ เชิงกล และ คุณสมบัติทางเคมี; มักจะเป็นองค์ประกอบ หินแร่และอุกกาบาต แร่ธาตุมักเป็นสารประกอบทางเคมีตามธรรมชาติของธาตุ หรือธาตุพื้นเมืองที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะแวดล้อมทางกายภาพและทางเคมีบางประการ

แร่วิทยาคือการศึกษาเกี่ยวกับแร่ธาตุ วิทยาแร่ศึกษาองค์ประกอบ คุณสมบัติทางเคมีและฟิสิกส์ของแร่ธาตุ ต้นกำเนิด กระบวนการเปลี่ยนแปลงและการแปรสภาพเป็นแร่ธาตุอื่นๆ ตลอดจนความสัมพันธ์ของแร่ธาตุบางชนิดกับแร่ธาตุอื่นๆ ในแหล่งสะสมของแร่หรือหิน

คำว่า "แร่" หมายถึงสารผลึกอนินทรีย์ธรรมชาติที่เป็นของแข็ง แต่บางครั้งก็มีการพิจารณาในบริบทที่กว้างกว่า โดยจำแนกผลิตภัณฑ์อินทรีย์ อสัณฐาน และผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติอื่นๆ บางอย่างเป็นแร่ธาตุ

แร่ธาตุนั้นยังถือว่าเป็นสารธรรมชาติบางชนิดอีกด้วยนั่นก็คือ สภาวะปกติของเหลว (เช่น ปรอทพื้นเมืองซึ่งมีสถานะเป็นผลึกที่อุณหภูมิต่ำกว่า) ในทางกลับกัน น้ำไม่ได้จัดเป็นแร่ธาตุ โดยพิจารณาว่าเป็นสถานะของเหลว (ละลาย) ของน้ำแข็งแร่

สารอินทรีย์บางชนิด เช่น น้ำมัน ยางมะตอย น้ำมันดิน มักถูกจัดประเภทอย่างเข้าใจผิดว่าเป็นแร่ธาตุ หรือจัดอยู่ในประเภท "แร่ธาตุอินทรีย์" พิเศษ ซึ่งมีความเป็นไปได้ที่ถกเถียงกันอย่างมาก

แร่ธาตุบางชนิดมีสถานะสัณฐานและไม่มีโครงสร้างเป็นผลึก แร่ธาตุที่มีรูปแบบภายนอกเป็นผลึก แต่อยู่ในสถานะคล้ายแก้วสัณฐาน เรียกว่า metamict ตัวอย่างเช่น เกลือแกงมีความชัดเจนเป็นผลึก ในขณะที่โอปอลไม่มีรูปร่าง ในแร่ธาตุที่มีโครงสร้างเป็นผลึก อนุภาคมูลฐาน (อะตอม, โมเลกุล) จะอยู่ในทิศทางที่แน่นอนและในระยะที่ห่างจากกันทำให้เกิดโครงตาข่ายคริสตัล ในสารอสัณฐาน อนุภาคเหล่านี้จะตั้งอยู่อย่างวุ่นวาย คุณสมบัติพื้นฐานขึ้นอยู่กับโครงสร้างภายในของแร่ (ผลึกหรืออสัณฐาน) คุณสมบัติทางกายภาพ(ความแข็ง ความแตกแยก ความเปราะบาง รูปร่างภายนอกของผลึกศาสตร์ ฯลฯ) และในทางกลับกันก็เป็นหนึ่งในลักษณะการวินิจฉัยที่สำคัญที่สุดของแร่ธาตุ

องค์ประกอบของแร่ธาตุแสดงโดยสูตรทางเคมี - เคมีเชิงประจักษ์, กึ่งเชิงประจักษ์, เคมีคริสตัล สูตรเชิงประจักษ์สะท้อนถึงความสัมพันธ์ระหว่างธาตุแต่ละชนิดในแร่ธาตุเท่านั้น ในนั้นองค์ประกอบจะถูกจัดเรียงจากซ้ายไปขวาเมื่อจำนวนกลุ่มในตารางธาตุเพิ่มขึ้นและสำหรับองค์ประกอบของกลุ่มหนึ่ง - เมื่อหมายเลขซีเรียลลดลงเช่น เมื่อลักษณะความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น

ปัจจุบันมีการค้นพบและศึกษาแร่ธาตุในธรรมชาติมากกว่า 3,000 ชนิด แต่มีการกระจายไม่เท่ากัน มีการค้นพบพวกมันประมาณ 30 สายพันธุ์ทุกปี ซึ่งมีเพียงไม่กี่สิบสายพันธุ์เท่านั้นที่แพร่หลาย ส่วนที่เหลือเป็นของหายาก แร่ธาตุที่แพร่หลายมากที่สุดคือแร่ธาตุที่มีออกซิเจน ซิลิคอน และอลูมิเนียม เนื่องจากองค์ประกอบเหล่านี้มีมากกว่าในเปลือกโลก - 82.58%

แร่ได้รับการตั้งชื่อตามสถานที่ที่มีการค้นพบครั้งแรก เพื่อเป็นเกียรติแก่นักแร่วิทยา นักธรณีวิทยา และนักวิทยาศาสตร์สาขาอื่นๆ นักสะสมแร่ที่มีชื่อเสียง นักเดินทาง นักบินอวกาศ บุคคลสาธารณะและการเมืองทั้งในอดีตและปัจจุบัน ตามคุณสมบัติทางกายภาพบางประการหรือ องค์ประกอบทางเคมี แนะนำให้ใช้หลักการทางเคมีแบบหลังเป็นพิเศษ และแร่ธาตุส่วนใหญ่ที่ค้นพบในทศวรรษที่ผ่านมามีข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีในชื่อของมันเอง

ความพยายามที่จะจัดระบบแร่ธาตุบนพื้นฐานที่แตกต่างกันได้เกิดขึ้นแล้ว โลกโบราณ- ในแร่วิทยาสมัยใหม่ มีอนุกรมวิธานแร่วิทยาหลากหลายรูปแบบ ส่วนใหญ่สร้างขึ้นบนหลักโครงสร้างเคมี การจำแนกประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายนั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างผลึก สารที่เป็นสารเคมีประเภทเดียวกันมักมีโครงสร้างคล้ายกัน ดังนั้น แร่ธาตุจึงถูกแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ตามองค์ประกอบทางเคมีเป็นอันดับแรก จากนั้นจึงแบ่งออกเป็นประเภทย่อยตามลักษณะทางโครงสร้าง

แร่ธาตุถูกจำแนกตามแหล่งกำเนิด ประถมศึกษาและมัธยมศึกษา.

แร่ธาตุปฐมภูมิ ได้แก่ แร่ธาตุที่เกิดขึ้นเป็นครั้งแรกในเปลือกโลกหรือบนพื้นผิวระหว่างการตกผลึกของแมกมา แร่ธาตุหลักที่พบมากที่สุด ได้แก่ ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ และไมกา ซึ่งประกอบขึ้นเป็นหินแกรนิตหรือกำมะถันในปล่องภูเขาไฟ

แร่ธาตุทุติยภูมิเกิดขึ้นภายใต้สภาวะปกติจากผลผลิตของการทำลายแร่ธาตุปฐมภูมิเนื่องจากสภาพอากาศ ในระหว่างการตกตะกอนและการตกผลึกของเกลือจากสารละลายที่เป็นน้ำ หรือเป็นผลมาจากกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ได้แก่เกลือในครัว ยิปซั่ม ซิลไวต์ แร่เหล็กสีน้ำตาล และอื่นๆ

ไม่ว่าโลกแห่งแร่ธาตุจะอุดมสมบูรณ์และหลากหลายเพียงใด มันก็ไม่ได้เสมอไป คุณสามารถรับพวกเขาได้ในปริมาณที่เพียงพอและมีคุณภาพที่ต้องการ ผู้คนมักต้องการไม่เพียงแต่แร่ธาตุใดๆ เท่านั้น แต่ยังต้องการเฉพาะแร่ธาตุที่จะสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ของวิศวกรรมโลหะวิทยา ไฟฟ้าและวิทยุ ออปติก-เครื่องกล การผลิตเครื่องมือที่มีความแม่นยำ และอุตสาหกรรมอื่นๆ ความต้องการ เศรษฐกิจของประเทศสำหรับแร่ธาตุนั้นมักจะมีขนาดใหญ่มาก: มีความบริสุทธิ์ทางเคมีในระดับสูง ความโปร่งใส การตัดที่สมบูรณ์แบบ ฯลฯ และแน่นอนว่าธรรมชาติไม่สามารถสนองความต้องการเหล่านี้ได้เสมอไป ดังนั้น เราไม่ได้จำกัดตัวเองอยู่เพียงการสกัดแร่ธาตุจากธรรมชาติ มนุษย์จึงมองหาวิธีและวิธีการในการได้รับแร่ธาตุเทียมอย่างต่อเนื่อง ซึ่งไม่เพียงแต่ไม่ด้อยกว่าเท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติที่เหนือกว่าแร่ธาตุจากธรรมชาติด้วยซ้ำ การพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทุกปีช่วยให้เราเจาะลึกความลับของโลกแร่ได้มากขึ้น มนุษย์ได้เรียนรู้ที่จะสร้างอุปกรณ์พิเศษที่ช่วยให้ได้รับแร่ธาตุที่ไม่เพียงแต่มีคุณภาพด้อยกว่าแร่ที่เกิดในส่วนลึกของโลกเท่านั้น แต่ยังผลิตแร่ธาตุใหม่ๆ ที่ไม่รู้จักมาก่อน ซึ่งมักมีคุณสมบัติที่มีคุณค่าและเป็นต้นฉบับมาก

โดยวิธีการประดิษฐ์ (วิธีการสังเคราะห์) เป็นไปได้ที่จะได้รับแร่ธาตุที่พบในสภาพธรรมชาติ (เพชร คอรันดัม ควอตซ์ ฯลฯ ) และแร่ธาตุที่ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างอิสระในสภาพธรรมชาติ (อัลไลต์ เบไลต์ ฯลฯ ) แต่ รวมอยู่ในผลิตภัณฑ์ด้านเทคนิคต่างๆ เช่น ซีเมนต์ วัสดุทนไฟ เป็นต้น ในปัจจุบัน แร่ธาตุจำนวนหนึ่งที่ไม่ค่อยพบในธรรมชาติแต่มีคุณสมบัติอันมีค่า (ฟลูออไรต์ คอรันดัม ฯลฯ) ได้มาเพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม

วิธีการสังเคราะห์แร่ธาตุธรรมชาติสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่ม คือ

1) การสังเคราะห์ดำเนินการภายใต้สภาวะความดันปกติ

2) การสังเคราะห์ดำเนินการที่ความดันสูง

ปัจจุบันการผลิตแร่เทียมมีขั้นตอนดังนี้

1) การตกผลึกละลาย

2) ปฏิกิริยาที่ส่วนประกอบของก๊าซมีส่วนร่วม

3) การได้รับแร่ธาตุต่อหน้าสารละลายที่เป็นน้ำ

4) การได้รับแร่ธาตุโดยปฏิกิริยาในตัวกลางที่เป็นของแข็ง

ความสำคัญในทางปฏิบัติของการสังเคราะห์แร่ธาตุได้เพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตามความสำคัญของแร่ธาตุเทียมยังมีค่อนข้างน้อย บทบาทหลักเป็นของแร่ธาตุธรรมชาติซึ่งเป็นซัพพลายเออร์หลักของโลหะหลายชนิดสำหรับอุตสาหกรรม

แร่ธาตุที่พบได้ทั่วไป แอปพลิเคชันวี โลกสมัยใหม่- ประมาณ 15% ของแร่ธาตุที่รู้จักทั้งหมดถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีและอุตสาหกรรม แร่ธาตุมีคุณค่าในทางปฏิบัติในฐานะแหล่งที่มาของโลหะทุกชนิดและอื่นๆ องค์ประกอบทางเคมี(แร่ของโลหะเหล็กและอโลหะ ธาตุหายากและธาตุรอง สินแร่ทางการเกษตร วัตถุดิบสำหรับ อุตสาหกรรมเคมี- การใช้งานทางเทคนิคของแร่ธาตุหลายชนิดนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของพวกมัน

แร่ธาตุแข็ง (เพชร คอรันดัม โกเมน อาเกต ฯลฯ) ใช้เป็นสารกัดกร่อนและป้องกันการกัดกร่อน แร่ธาตุที่มีคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริก (ควอตซ์ ฯลฯ ) - ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุ ไมกา (muscovite, phlogopite) - ในงานวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยุ (เนื่องจากคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้า)

แร่ใยหิน - เป็นฉนวนความร้อน

แป้ง - ในยาและในสารหล่อลื่น

ควอตซ์, ฟลูออไรต์, สปาร์ไอซ์แลนด์ - ในทัศนศาสตร์;

ควอตซ์, ดินขาว, โพแทสเซียมเฟลด์สปาร์, ไพโรฟิลไลต์ - ในเซรามิก

magnesite, forsterite - เป็นวัสดุทนไฟของแมกนีเซีย ฯลฯ

แร่ธาตุหลายชนิดเป็นหินมีค่าและเป็นหินประดับ ในการปฏิบัติงานสำรวจทางธรณีวิทยา การสำรวจแร่วิทยาและการประเมินแหล่งสะสมแร่ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย

วิธีการเสริมสมรรถนะแร่และการแยกแร่ ตลอดจนวิธีการทางธรณีฟิสิกส์และธรณีเคมีในการสำรวจแร่และการสำรวจแหล่งสะสมแร่ ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของแร่ธาตุ (ความหนาแน่น แม่เหล็ก ไฟฟ้า พื้นผิว กัมมันตภาพรังสี สารเรืองแสง และคุณสมบัติอื่น ๆ ) รวมถึงคอนทราสต์ของสีด้วย

การสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรมของผลึกเดี่ยวของอะนาล็อกเทียมของแร่ธาตุจำนวนหนึ่งสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุ, เลนส์, สารกัดกร่อนและเครื่องประดับนั้นดำเนินการในขนาดใหญ่

จนถึงปัจจุบันมีแร่ธาตุมากกว่า 4,000 ชนิดที่เป็นที่รู้จัก ทุกปีมีการค้นพบแร่ชนิดใหม่หลายสิบชนิดและหลายสายพันธุ์ถูก "ปิด" - พวกมันพิสูจน์ว่าไม่มีแร่ดังกล่าวอยู่จริง

แร่ธาตุสี่พันชนิดนั้นถือว่าไม่มากเมื่อเทียบกับจำนวนสารประกอบอนินทรีย์ที่รู้จัก (มากกว่าหนึ่งล้าน)

กระบวนการสร้างแร่ธาตุและหินทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

A. ภายนอก (ภายใน) หรือที่มักเรียกกันว่ากระบวนการไฮโปยีน (ลึก) ที่เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานความร้อนภายในของโลก

B. กระบวนการภายนอก (ภายนอก) หรือไฮเปอร์ยีน (พื้นผิว) ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวโลกส่วนใหญ่อยู่ภายใต้อิทธิพลของพลังงานแสงอาทิตย์

B. กระบวนการแปรสภาพ (metamorphogenic) ที่เกี่ยวข้องกับความเสื่อมของสมาคมแร่ที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้ (ทั้งภายนอกและภายนอก) อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลง สภาพทางกายภาพและเคมีซึ่งสถานที่หลักถูกครอบครองโดยการเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิ

ประเภทและกลุ่มของแร่ธาตุ

แร่ธาตุ: ลักษณะทั่วไป
“แร่” คือวัตถุแข็งที่ประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีและมีคุณสมบัติทางเคมีกายภาพหลายประการ นอกจากนี้ควรเกิดขึ้นตามธรรมชาติเท่านั้นภายใต้อิทธิพลของกระบวนการทางธรรมชาติบางอย่าง แร่ธาตุสามารถเกิดขึ้นได้จากสารธรรมดา (พื้นเมือง) หรือจากสารเชิงซ้อน

มีกระบวนการดังกล่าวที่มีส่วนช่วยในการสร้าง:
อัคนี
ความร้อนใต้พิภพ
ตะกอน
การเปลี่ยนแปลง
ไบโอเจนิค
แร่ธาตุจำนวนมากที่รวบรวมไว้ในระบบเดียวเรียกว่าหิน ดังนั้นไม่ควรสับสนทั้งสองแนวคิดนี้ แร่ธาตุหินถูกขุดอย่างแม่นยำโดยการบดและแปรรูปหินทั้งชิ้น องค์ประกอบทางเคมีของสารประกอบที่เป็นปัญหาอาจแตกต่างกันและประกอบด้วย จำนวนมากสารเจือปนต่างๆ อย่างไรก็ตาม มีสิ่งสำคัญสิ่งหนึ่งที่ครอบงำผู้เล่นตัวจริงอยู่เสมอ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งที่เด็ดขาดและไม่คำนึงถึงสิ่งสกปรก
โครงสร้างของแร่ธาตุ
โครงสร้างของแร่ธาตุเป็นผลึก มีหลายตัวเลือกสำหรับตะแกรงที่สามารถแสดงได้:
คิวบิก
หกเหลี่ยม
ขนมเปียกปูน
เหลี่ยม
โมโนคลินิก
ตรีโกณมิติ
ไตรคลินิก

สารประกอบเหล่านี้จัดประเภทตามองค์ประกอบทางเคมีของสารกำหนด

ประเภทของแร่ธาตุ
การจำแนกประเภทที่สะท้อนถึงองค์ประกอบหลักขององค์ประกอบของแร่

พื้นเมืองหรือ สารง่ายๆ- สิ่งเหล่านี้ก็เป็นแร่ธาตุเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ทองคำ เหล็ก คาร์บอนในรูปของเพชร ถ่านหิน แอนทราไซต์ ซัลเฟอร์ เงิน ซีลีเนียม โคบอลต์ ทองแดง สารหนู บิสมัท และอื่นๆ อีกมากมาย

เฮไลด์ซึ่งรวมถึงคลอไรด์ ฟลูออไรด์ โบรไมด์ ตัวอย่างเช่น เกลือสินเธาว์ (โซเดียมคลอไรด์) หรือฮาไลต์ ซิลไวต์ ฟลูออไรต์

ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ พวกมันถูกสร้างขึ้นจากออกไซด์ของโลหะและอโลหะนั่นคือโดยการรวมพวกมันเข้ากับออกซิเจน กลุ่มนี้รวมถึงแร่ธาตุ - โมรา, คอรันดัม (ทับทิม, ไพลิน), แมกนีไทต์, ควอตซ์, ออกไซด์, รูไทล์, แคสเซมาไทต์และอื่น ๆ

ไนเตรต ตัวอย่างเช่น: โพแทสเซียมและโซเดียมไนเตรต

บอเรต: แคลไซต์แบบออปติคัล, เอเรมีเยวิตต์

คาร์บอเนตเป็นเกลือของกรดคาร์บอนิก กลุ่มนี้ประกอบด้วยแร่ธาตุต่อไปนี้: มาลาไคต์ อาราโกไนต์ แมกนีไซต์ หินปูน ชอล์ก หินอ่อน และอื่นๆ

ซัลเฟต: ยิปซั่ม, แบไรท์, เซเลไนต์

Tungstates, molybdates, chromates, vanadates, arsenates, ฟอสเฟต - ทั้งหมดนี้คือเกลือของกรดที่เกี่ยวข้องซึ่งก่อตัวเป็นแร่ธาตุที่มีโครงสร้างต่างๆ ชื่อ - เนฟีลีน อะพาไทต์ และอื่นๆ

ซิลิเกต เกลือของกรดซิลิซิกที่มีหมู่ SiO4 ตัวอย่างเช่น: เบริล, เฟลด์สปาร์, โทปาซ, โกเมน, เคโอลิไนต์, แป้งโรยตัว, ทัวร์มาลีน, หยก, ลาพิสลาซูลีและอื่น ๆ

ยังพบ สารประกอบอินทรีย์ก่อตัวเป็นตะกอนตามธรรมชาติทั้งหมด ตัวอย่างเช่น พีท ถ่านหิน เออร์ไคต์ แคลเซียม และเหล็กออกโซเลต และอื่นๆ เช่นเดียวกับคาร์ไบด์ ซิลิไซด์ ฟอสไฟด์ และไนไตรด์หลายชนิด

องค์ประกอบพื้นเมือง

เหล่านี้เป็นแร่ธาตุที่เกิดจากสารธรรมดา
ตัวอย่างเช่น:
ทองคำในรูปของทรายและนักเก็ตแท่ง
เพชรและกราไฟท์ - การดัดแปลงแบบ allotropic ตาข่ายคริสตัลคาร์บอน
ทองแดง
เงิน
เหล็ก
กำมะถัน
กลุ่มโลหะแพลทินัม

บ่อยครั้งที่สารเหล่านี้เกิดขึ้นในรูปแบบของมวลรวมขนาดใหญ่ร่วมกับแร่ธาตุอื่น ๆ ชิ้นส่วนของหินและแร่ การสกัดและการใช้ในอุตสาหกรรมได้ สำคัญ- เป็นวัตถุดิบพื้นฐานในการได้มาซึ่งวัตถุดิบมากที่สุด รายการต่างๆของใช้ในครัวเรือน การออกแบบ ของตกแต่ง เครื่องใช้ไฟฟ้า และอื่นๆ อีกมากมาย

ฟอสเฟต อาร์ซีเนต วานาเดต
กลุ่มนี้รวมถึงหินและแร่ธาตุที่มีต้นกำเนิดจากภายนอกเป็นส่วนใหญ่ซึ่งพบในชั้นนอก เปลือกโลก- มีเพียงฟอสเฟตเท่านั้นที่เกิดขึ้นภายใน จริงๆ แล้วมีเกลือของกรดฟอสฟอริก สารหนู และกรดวานาดิกค่อนข้างมาก แต่โดยทั่วไปแล้วเปอร์เซ็นต์ของเปลือกไม้นั้นมีน้อย

คริสตัลทั่วไปที่อยู่ในกลุ่มนี้:

อะพาไทต์
วิเวียน
ลินดาเกไรต์
โรเซนไนท์
คาร์โนไทต์
ปาสคอยต์

ดังที่กล่าวไปแล้ว แร่ธาตุเหล่านี้ก่อตัวเป็นหินที่มีขนาดค่อนข้างน่าประทับใจ

ออกไซด์และไฮดรอกไซด์

แร่ธาตุกลุ่มนี้ประกอบด้วยออกไซด์ทั้งหมด ทั้งเชิงเดี่ยวและซับซ้อน ซึ่งเกิดจากโลหะ อโลหะ สารประกอบระหว่างโลหะ และธาตุทรานซิชัน เปอร์เซ็นต์รวมของสารเหล่านี้ในเปลือกโลกคือ 5% ยกเว้นอย่างเดียวซึ่งหมายถึงซิลิเกตและไม่ใช่กลุ่มที่อยู่ระหว่างการพิจารณา คือซิลิคอนออกไซด์ SiO2 ที่มีทุกสายพันธุ์

ที่พบมากที่สุด:
หินแกรนิต
แมกนีไทต์
ออกไซด์
อิลเมไนต์
โคลัมไบท์
สปิเนล
มะนาว
กิบบ์ไซต์
โรมาเนชิต
โฮลเฟอร์ติติส
คอรันดัม (ทับทิม, ไพลิน)
อะลูมิเนียม

คาร์บอเนต
แร่ธาตุประเภทนี้มีตัวแทนค่อนข้างหลากหลายซึ่งมีความสำคัญเช่นกัน ความสำคัญในทางปฏิบัติสำหรับบุคคล
คลาสย่อยหรือกลุ่ม:
แคลไซต์
โดโลไมต์
อาราโกไนต์
มาลาไคต์
แร่ธาตุโซดา
บาสเนไซต์

แต่ละคลาสย่อยประกอบด้วยตัวแทนหลายสิบคนไปจนถึงหลายสิบคน โดยรวมแล้วมีแร่คาร์บอเนตที่แตกต่างกันประมาณหนึ่งร้อยชนิด

ที่พบบ่อยที่สุด:

หินอ่อน
หินปูน
มาลาไคต์
อะพาไทต์
ไซเดอร์ไรต์
สมิธโซไนท์
แมกนีไซต์
คาร์บอเนตและอื่น ๆ

บางชนิดมีมูลค่าเป็นวัสดุก่อสร้างทั่วไปและมีความสำคัญ บางชนิดใช้ในการสร้างเครื่องประดับ และบางชนิดใช้ในเทคโนโลยี อย่างไรก็ตามทั้งหมดล้วนมีความสำคัญ

ซิลิเกต

กลุ่มแร่ธาตุที่หลากหลายที่สุดในแง่ของรูปแบบภายนอกและจำนวนตัวแทน การแปรผันนี้เกิดจากการที่อะตอมของซิลิคอนซึ่งเป็นรากฐานของโครงสร้างทางเคมีของพวกมันสามารถรวมตัวเข้าด้วยกันได้ ประเภทต่างๆโครงสร้างที่ประสานอะตอมออกซิเจนหลายๆ อะตอมเข้าด้วยกันรอบๆ ตัวมันเอง

ดังนั้นจึงสามารถสร้างโครงสร้างประเภทต่อไปนี้ได้:

เกาะ
โซ่
เทป
มีใบ

ซึ่งรวมถึง:
บุษราคัม
ทับทิม
คริสโซเพรส
พลอยเทียม
โอปอล
โมราและอื่น ๆ
ใช้ในเครื่องประดับและมีคุณค่าเป็นโครงสร้างที่ทนทานสำหรับใช้ในเทคโนโลยี

แร่ธาตุที่สำคัญในอุตสาหกรรม:
ดาโทไนต์
โอลิวีน
เมอร์มาไนต์
ไครโซคอล
ยูเดียไลต์
เบริล

แร่ธาตุ- สิ่งเหล่านี้เป็นวัตถุธรรมชาติซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกายภาพเป็นเนื้อเดียวกันโดยประมาณซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการทางกายภาพและเคมีบนพื้นผิวหรือในส่วนลึกของโลก (หรือวัตถุอื่น ๆ ของจักรวาล) โดยส่วนใหญ่เป็น ส่วนประกอบหิน แร่ อุกกาบาต โดยปราศจากการแทรกแซงของมนุษย์ในกระบวนการเหล่านี้

นี่คือความแตกต่างระหว่างแร่ธาตุและผลิตภัณฑ์เทียมที่ได้รับจากห้องปฏิบัติการ โรงงาน และโรงงาน

พบและศึกษาแร่ธาตุมากกว่า 3 พันชนิดในธรรมชาติ ปัจจุบันมีการค้นพบประมาณ 30 ชนิดต่อปีซึ่งมีเพียงไม่กี่โหลเท่านั้นที่แพร่หลายส่วนที่เหลือเป็นของหายาก

แร่ธาตุแบ่งตามสภาพทางกายภาพของแข็ง (ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ ไมกา) ของเหลว (น้ำ น้ำมัน ปรอท) และก๊าซ (ไฮโดรเจน ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ฯลฯ) แร่ธาตุบางชนิดอาจเป็นได้ทั้งของเหลวหรือของแข็ง (เช่น น้ำ) ขึ้นอยู่กับสภาวะ

แร่ธาตุจะถูกแบ่งตามโครงสร้างภายในกลายเป็นผลึก (เกลือในครัว) และอสัณฐาน (โอปอล) ในแร่ธาตุที่มีโครงสร้างเป็นผลึก อนุภาคมูลฐาน (อะตอม, โมเลกุล) จะอยู่ในทิศทางที่แน่นอนและในระยะที่ห่างจากกันทำให้เกิดโครงตาข่ายคริสตัล ในสารอสัณฐาน อนุภาคเหล่านี้จะตั้งอยู่อย่างวุ่นวาย

คุณสมบัติทางกายภาพขั้นพื้นฐาน (ความแข็ง ความแตกแยก รูปร่างภายนอกของผลึกศาสตร์ ฯลฯ) ขึ้นอยู่กับโครงสร้างภายในของแร่ (ผลึกหรืออสัณฐาน)

แร่ธาตุปฐมภูมิและทุติยภูมินั้นขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดของมัน.

แร่ธาตุปฐมภูมิ ได้แก่ แร่ธาตุที่เกิดขึ้นเป็นครั้งแรกในเปลือกโลกหรือบนพื้นผิวระหว่างการตกผลึกของแมกมา แร่ธาตุหลักที่พบมากที่สุด ได้แก่ ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ และไมกา ซึ่งประกอบขึ้นเป็นหินแกรนิตหรือกำมะถันในปล่องภูเขาไฟ

แร่ธาตุทุติยภูมิเกิดขึ้นภายใต้สภาวะปกติจากผลผลิตของการทำลายแร่ธาตุปฐมภูมิเนื่องจากสภาพอากาศ ในระหว่างการตกตะกอนและการตกผลึกของเกลือจากสารละลายที่เป็นน้ำ หรือเป็นผลมาจากกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ได้แก่เกลือในครัว ยิปซั่ม ซิลไวต์ แร่เหล็กสีน้ำตาล และอื่นๆ

มีกระบวนการมากมายที่ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของแร่ธาตุในธรรมชาติ- กระบวนการต่อไปนี้มีความโดดเด่น: แม็กมาติก ซุปเปอร์ยีน หรือภูมิอากาศ และการแปรสภาพ

กระบวนการหลักคือ magmatic- มันเกี่ยวข้องกับการทำความเย็น การแยกความแตกต่าง และการตกผลึกของแมกมาหลอมเหลวในระหว่างนั้น ความกดดันที่แตกต่างกันและอุณหภูมิ แมกมาประกอบด้วยส่วนประกอบทางเคมีเป็นหลักดังต่อไปนี้: Si02, Al203, FeO, CaO, MgO, K2O และยังประกอบด้วยองค์ประกอบอื่นๆ ด้วย สารประกอบเคมีแต่ในปริมาณที่น้อยกว่า

ในกรณีนี้ แร่ธาตุส่วนใหญ่ก่อตัวขึ้นที่อุณหภูมิ 1,000-1500°C และความดันหลายพันบรรยากาศ หินผลึกปฐมภูมิทั้งหมดเกิดจากแร่ธาตุที่มีต้นกำเนิดจากหินอัคนี แร่ธาตุที่มีต้นกำเนิดเกี่ยวข้องกับแมกมาและ ความร้อนภายในโลกเรียกว่าปฐมภูมิ เหล่านี้รวมถึงเฟลด์สปาร์ - ออร์โธเคลส, อัลไบท์, อะนอร์ไทต์, ออร์โธซิลิเกต - โอลิวีนและอื่น ๆ

แร่ธาตุก็เกิดจากก๊าซเช่นกัน(เฟสก๊าซของแมกมา) ที่พบมากที่สุดคือเพกมาไทต์หรือแร่ธาตุในหลอดเลือดดำออร์โธเคลสที่มีควอตซ์ ไมโครไคลน์ อะพาไทต์ มัสโคไวท์ ไบโอไทต์ และอื่น ๆ อีกมากมาย แร่ธาตุดังกล่าวเรียกว่า pneumatogenic

จากของเหลวร้อนของแมกมา(เฟสของเหลว) แร่ธาตุความร้อนเกิดขึ้น - ไพไรต์, ทอง, เงินและอื่น ๆ อีกมากมาย

กระบวนการไฮเปอร์เจนิกเกิดขึ้นบนพื้นผิวโลกภายใต้สภาวะปกติภายใต้อิทธิพลของน้ำ อุณหภูมิ และปัจจัยอื่นๆ ด้วยเหตุนี้ สารประกอบเคมีหลายชนิดจึงละลายและเคลื่อนที่ และแร่ธาตุใหม่ (ทุติยภูมิ) ปรากฏขึ้น เช่น ซิลไวต์ ควอตซ์ แคลไซต์ แร่เหล็กสีน้ำตาล และเคโอลิไนต์ แร่ธาตุในวัฏจักรซุปเปอร์ยีนเกิดขึ้นที่ความดันสูงถึง 1 atm และอุณหภูมิต่ำกว่า 100°C องค์ประกอบคุณภาพสูงการกระจายตัวของแร่ธาตุเหล่านี้บนพื้นผิวโลกขึ้นอยู่กับละติจูดทางภูมิศาสตร์ในระดับหนึ่ง ควรสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลงของแร่ธาตุชนิดเดียวกันภายใต้เงื่อนไขที่ต่างกันอาจไม่ดำเนินการในลักษณะเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ไฮโดรมิกาไม่ได้เกิดขึ้นเพียงจากไมกาเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นจากการประดิษฐ์อีกด้วย

วัสดุหลักสำหรับการก่อตัวของแร่ธาตุที่มีต้นกำเนิดจาก supergene คือหินปฐมภูมิที่ผ่านการผุกร่อนหรือที่ผ่านการผ่านกระบวนการเปลี่ยนรูปแล้ว สิ่งมีชีวิตก็มีส่วนร่วมในกระบวนการนี้เช่นกัน แร่ธาตุของวัฏจักรซูเปอร์ยีนที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของกระบวนการภายนอกเป็นส่วนหนึ่งของหินตะกอนและหินที่ก่อตัวเป็นดิน

กระบวนการสร้างแร่ธาตุจากภายนอกเกิดขึ้นทั้งบนพื้นผิวโลกและในเปลือกโลกที่ผุกร่อน สำหรับการก่อตัวของแร่ธาตุจากแหล่งกำเนิดภายนอก กระบวนการของการผุกร่อนทางกายภาพ เคมี และชีวภาพมีความสำคัญ

ในระหว่างกระบวนการแปรสภาพ แร่ธาตุจะก่อตัวขึ้นที่ระดับความลึกมากจากพื้นผิวโลก เมื่อสภาวะทางกายภาพและทางเคมีเปลี่ยนแปลงไป (อุณหภูมิ ความดัน ความเข้มข้นของส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์ทางเคมี) ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ การเปลี่ยนแปลงของแร่ธาตุปฐมภูมิและแร่ธาตุทุติยภูมิที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้จำนวนมากจะเกิดขึ้น ในหมู่พวกเขาที่พบมากที่สุดคือออกไซด์, กราไฟท์, ควอตซ์, ฮอร์นเบลนเด, แป้งโรยตัวและอื่น ๆ อีกมากมาย

คุณอาจสนใจ:

แร่ธาตุและแร่วิทยา
แร่ธาตุคือการก่อตัวตามธรรมชาติที่เป็นของแข็ง ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของหินของโลก ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์อื่นๆ บางดวง เช่นเดียวกับอุกกาบาตและดาวเคราะห์น้อย ตามกฎแล้วแร่ธาตุนั้นเป็นสารผลึกที่ค่อนข้างเป็นเนื้อเดียวกันซึ่งมีโครงสร้างภายในที่ได้รับคำสั่งและมีองค์ประกอบบางอย่างซึ่งสามารถแสดงได้ด้วยสูตรทางเคมีที่เหมาะสม แร่ธาตุไม่ใช่ส่วนผสมของอนุภาคแร่ขนาดเล็ก เช่น กากกะรุน (ประกอบด้วยคอรันดัมและแมกนีไทต์เป็นส่วนใหญ่) หรือลิโมไนต์ (ส่วนผสมของเกอเอไทต์และไฮดรอกไซด์ของเหล็กอื่นๆ) แต่ยังเป็นสารประกอบของธาตุที่มีโครงสร้างไม่เป็นระเบียบ เช่น แก้วภูเขาไฟ (ออบซิเดียน ฯลฯ.) .). แร่ธาตุถือเป็นองค์ประกอบทางเคมีหรือสารประกอบที่เกิดขึ้นจากกระบวนการทางธรรมชาติ วัตถุดิบแร่ประเภทที่สำคัญที่สุดที่มีต้นกำเนิดจากสารอินทรีย์ เช่น ถ่านหินและน้ำมัน จะไม่รวมอยู่ในรายการแร่ธาตุ วิทยาแร่เป็นศาสตร์เกี่ยวกับแร่ธาตุ การจำแนกประเภท องค์ประกอบทางเคมี ลักษณะและรูปแบบของโครงสร้าง (โครงสร้าง) แหล่งกำเนิด สภาวะในธรรมชาติ และการนำไปใช้จริง หากต้องการคำอธิบายเชิงลึกเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของแร่ธาตุและความเชื่อมโยงกับประวัติศาสตร์ของโลก วิทยาแร่เกี่ยวข้องกับคณิตศาสตร์ ฟิสิกส์ และเคมี ใช้ข้อมูลเชิงปริมาณในระดับที่สูงกว่าวิทยาศาสตร์ธรณีวิทยาอื่นๆ เนื่องจากการวิเคราะห์ทางเคมีอย่างละเอียดและการวัดทางกายภาพที่แม่นยำเป็นสิ่งจำเป็นในการอธิบายแร่ธาตุอย่างเพียงพอ
ประวัติความเป็นมาของแร่วิทยา
เกล็ดหินเหล็กไฟที่มีขอบแหลมคมถูกใช้โดยมนุษย์ดึกดำบรรพ์เป็นเครื่องมือในยุคหินเก่า ฟลินท์ (ควอตซ์เนื้อละเอียดหลากหลายชนิด) เป็นเวลานานยังคงเป็นทรัพยากรแร่หลัก ในสมัยโบราณ มนุษย์รู้จักแร่ธาตุอื่นๆ เช่นกัน บางส่วน เช่น เชอร์รีเฮมาไทต์ โกเอไทต์สีน้ำตาลเหลือง และออกไซด์สีดำของแมงกานีส ถูกนำมาใช้เป็นสีสำหรับการเพ้นท์หินและการเพ้นท์ร่างกาย ในขณะที่สีอื่นๆ เช่น อำพัน หยก และทองคำพื้นเมือง ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างวัตถุในพิธีกรรม เครื่องประดับ และพระเครื่อง ในอียิปต์ในยุคก่อนราชวงศ์ (5,000-3,000 ปีก่อนคริสตกาล) แร่ธาตุหลายชนิดเป็นที่รู้จักอยู่แล้ว ใช้ทองแดง ทองคำ และเงินพื้นเมืองในการตกแต่ง ต่อมาเครื่องมือและอาวุธเริ่มทำจากทองแดงและโลหะผสมทองแดง แร่ธาตุหลายชนิดถูกนำมาใช้เป็นสีย้อม และอื่นๆ สำหรับเครื่องประดับและตราสัญลักษณ์ (เทอร์ควอยซ์ หยก คริสตัล โมรา มาลาไคต์ โกเมน ลาพิสลาซูลี และออกไซด์) ปัจจุบัน แร่ธาตุทำหน้าที่เป็นแหล่งสำหรับการผลิตโลหะ วัสดุก่อสร้าง (ซีเมนต์ ปูนปลาสเตอร์ แก้ว ฯลฯ) วัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมเคมี ฯลฯ ในบทความที่รู้จักกันครั้งแรกเกี่ยวกับแร่วิทยา On Stones โดยนักศึกษาของอริสโตเติล Theophrastus ของกรีก (ประมาณ 372-287 ปีก่อนคริสตกาล) แร่ธาตุถูกแบ่งออกเป็นโลหะ ดิน และหิน ประมาณ 400 ปีต่อมา พลินีผู้อาวุโส (ค.ศ. 23-79) ในห้าปี หนังสือล่าสุด ประวัติศาสตร์ธรรมชาติสรุปข้อมูลแร่วิทยาที่มีอยู่ในขณะนั้นทั้งหมด ในยุคกลางตอนต้นในประเทศต่างๆ อาหรับตะวันออกที่ได้นำเอาความรู้เกี่ยวกับกรีกโบราณและ อินเดียโบราณ, วิทยาศาสตร์เจริญรุ่งเรือง Biruni นักวิทยาศาสตร์สารานุกรมแห่งเอเชียกลาง (973 - ประมาณปี 1050) ได้รวบรวมคำอธิบายของอัญมณีล้ำค่า (วิทยาแร่) และคิดค้นวิธีการวัดที่แม่นยำ แรงดึงดูดเฉพาะ- นักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นอีกคนหนึ่ง อิบัน ซินา (อาวิเซนนา) (ประมาณปี 980-1037) ในบทความของเขาเรื่อง On Stones ได้จัดหมวดหมู่ของแร่ธาตุที่รู้จักทั้งหมด โดยแบ่งออกเป็นสี่ประเภท ได้แก่ หินและดิน เชื้อเพลิงฟอสซิล เกลือ และโลหะ ในยุคกลางในยุโรป มีการสะสมข้อมูลที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับแร่ธาตุ นักขุดแร่และนักสำรวจแร่กลายเป็นผู้ฝึกแร่วิทยาโดยไม่จำเป็นและส่งต่อประสบการณ์และความรู้ให้กับนักเรียนและผู้ฝึกงาน ข้อมูลข้อเท็จจริงชุดแรกเกี่ยวกับแร่วิทยาเชิงปฏิบัติ การขุด และโลหะวิทยาคืองานของ G. Agricola On metals (De re metalica) ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1556 ต้องขอบคุณบทความนี้และงานก่อนหน้านี้เกี่ยวกับธรรมชาติของฟอสซิล (De natura ฟอสซิล Agricola ได้รับการขนานนามว่าเป็นบิดาแห่งวิทยาแร่ เป็นเวลา 300 ปีหลังจากการตีพิมพ์ผลงานของ Agricola การวิจัยในสาขาแร่วิทยาได้ทุ่มเทให้กับการศึกษาผลึกธรรมชาติ ในปี 1669 นักธรรมชาติวิทยาชาวเดนมาร์ก เอ็น. สเตนอน สรุปการสังเกตการณ์ผลึกควอตซ์หลายร้อยชิ้น ได้สร้างกฎแห่งความคงที่ของมุมระหว่างหน้าคริสตัล หนึ่งศตวรรษต่อมา (พ.ศ. 2315) Rome de Lisle ยืนยันข้อสรุปของ Stenon ในปี พ.ศ. 2327 เจ้าอาวาสอาร์ กายูได้วางรากฐาน ความคิดที่ทันสมัยเกี่ยวกับโครงสร้างคริสตัล ในปี ค.ศ. 1809 Wollaston ได้ประดิษฐ์โกนิโอมิเตอร์แบบสะท้อนแสงซึ่งทำให้สามารถวัดมุมระหว่างพื้นผิวของคริสตัลได้แม่นยำยิ่งขึ้น และในปี ค.ศ. 1812 เขาได้หยิบยกแนวคิดเรื่องโครงตาข่ายเชิงพื้นที่มาเป็นกฎของโครงสร้างภายในของคริสตัล ในปี พ.ศ. 2358 P. Cordier เสนอให้ศึกษา คุณสมบัติทางแสงเศษแร่ที่ถูกบดภายใต้กล้องจุลทรรศน์ การพัฒนาต่อไปการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์เกี่ยวข้องกับการประดิษฐ์ในปี ค.ศ. 1828 โดย W. Nicol ของอุปกรณ์สำหรับการผลิตแสงโพลาไรซ์ (Nicol prism) กล้องจุลทรรศน์โพลาไรซ์ได้รับการปรับปรุงในปี ค.ศ. 1849 โดย G. Sorbi ซึ่งนำไปใช้กับการศึกษาหินบางๆ ที่โปร่งใส มีความจำเป็นต้องจำแนกแร่ธาตุ ในปี ค.ศ. 1735 C. Linnaeus ตีพิมพ์งาน System of Nature (Systema naturae) ซึ่งแร่ถูกจำแนกตามลักษณะภายนอกเช่น เช่นเดียวกับพืชและสัตว์ จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน - A. Kronstedt ในปี 1757 และ J. Berzelius ในปี 1815 และ 1824 - เสนอทางเลือกหลายทาง การจำแนกประเภทสารเคมีแร่ธาตุ การจำแนกประเภท Berzelius ครั้งที่สอง ซึ่งแก้ไขโดย K. Rammelsberg ในปี 1841-1847 ได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างมั่นคงหลังจากที่นักแร่วิทยาชาวอเมริกัน J. Dana ใช้มันเป็นพื้นฐานสำหรับ Dana's System of Mineralogy ฉบับที่สาม, 1850 มีส่วนช่วยอย่างมากในการพัฒนาแร่วิทยาใน วันที่ 18 - ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน A.G. Werner และ I.A. Breithaupt และชาวรัสเซีย - M.V. Lomonosov และ V.M. Severgin ได้แนะนำกล้องจุลทรรศน์โพลาไรเซชันที่ปรับปรุงใหม่ เครื่องวัดระดับแสง และวิธีการวิเคราะห์ทำให้สามารถรับข้อมูลที่แม่นยำยิ่งขึ้นเกี่ยวกับแร่แต่ละชนิด เมื่อเริ่มศึกษาผลึกโดยใช้การวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์ ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับโครงสร้างของแร่ธาตุก็เกิดขึ้น ในปี พ.ศ. 2455 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน เอ็ม. เลาเออ ได้ทำการทดลองว่าสามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของผลึกได้โดยการส่องผ่านรังสีเอกซ์ ผ่านพวกมัน รังสี วิธีการนี้ได้ปฏิวัติวิทยาแร่: วิทยาศาสตร์เชิงพรรณนาส่วนใหญ่มีความแม่นยำมากขึ้น และนักแร่วิทยาก็สามารถเชื่อมโยงทางกายภาพและ คุณสมบัติทางเคมีแร่ธาตุที่มีโครงสร้างเป็นผลึก ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 - ต้นศตวรรษที่ 20 การพัฒนาแร่วิทยาได้รับการอำนวยความสะดวกอย่างมากจากผลงานของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียชื่อ N.I. Koksharov, V.I. Vernadsky, E.S. Fedorov, A.E. Boldyrev และคนอื่น ๆ วิทยาแร่นำมาใช้ใหม่ วิธีการวิจัยโดยเฉพาะอย่างยิ่งฟิสิกส์สถานะของแข็ง สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด วิธีเรโซแนนซ์ทั้งชุด (อิเล็กตรอนพาราแมกเนติกเรโซแนนซ์ รีโซแนนซ์แกมมานิวเคลียร์ ฯลฯ) สเปกโทรสโกปีเรืองแสง ฯลฯ รวมถึงวิธีการวิเคราะห์ล่าสุด รวมถึงการวิเคราะห์ไมโครโพรบอิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนร่วมกับการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน เป็นต้น การใช้วิธีการเหล่านี้ทำให้สามารถระบุองค์ประกอบทางเคมีของแร่ธาตุ " ณ จุดหนึ่ง" ได้ เช่น บนเม็ดแร่แต่ละเม็ด ให้ศึกษาคุณสมบัติอันละเอียดอ่อนของโครงสร้างผลึก ปริมาณและการกระจายขององค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ ธรรมชาติของสีและการเรืองแสง การดำเนินการที่ถูกต้อง วิธีการทางกายภาพการวิจัยทำให้เกิดการปฏิวัติอย่างแท้จริงในด้านแร่วิทยา ชื่อของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียเช่น N.V. Belov, D.S. Korzhinsky, D.P. Grigoriev, I.I. Shafranovsky และคนอื่น ๆ เกี่ยวข้องกับขั้นตอนนี้ในการพัฒนาแร่วิทยา
คุณสมบัติหลักของแร่ธาตุ
เป็นเวลานานมาแล้วที่ลักษณะสำคัญของแร่ธาตุคือรูปร่างภายนอกของผลึกและตะกอนอื่นๆ รวมถึงคุณสมบัติทางกายภาพ (สี ความมันเงา ความแตกแยก ความแข็ง ความหนาแน่น ฯลฯ) ซึ่งยังคงมีอยู่ในปัจจุบัน ความสำคัญอย่างยิ่งในคำอธิบายและการวินิจฉัยด้วยภาพ (โดยเฉพาะภาคสนาม) คุณลักษณะเหล่านี้ ตลอดจนคุณสมบัติทางแสง เคมี ไฟฟ้า แม่เหล็ก และอื่นๆ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างภายใน (โครงสร้างผลึก) ของแร่ธาตุ บทบาทเบื้องต้นของเคมีในแร่วิทยาได้รับการยอมรับในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 แต่ความสำคัญของโครงสร้างปรากฏชัดเจนเมื่อมีการนำการถ่ายภาพรังสีมาใช้เท่านั้น การถอดรหัสโครงสร้างผลึกครั้งแรกได้ดำเนินการในปี พ.ศ. 2456 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ W. G. Bragg และ W. L. Bragg แร่ธาตุเป็นสารประกอบทางเคมี (ยกเว้นธาตุพื้นเมือง) อย่างไรก็ตาม แม้แต่ตัวอย่างแร่ธาตุเหล่านี้ที่ไม่มีสีและโปร่งใสก็มักจะมีสิ่งเจือปนจำนวนเล็กน้อยอยู่เสมอ สารละลายธรรมชาติหรือการละลายซึ่งแร่ธาตุตกผลึกมักประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่าง ในระหว่างการก่อตัวของสารประกอบ อะตอมสองสามอะตอมของธาตุที่พบน้อยกว่าสามารถแทนที่อะตอมของธาตุหลักได้ การทดแทนดังกล่าวเป็นเรื่องปกติมากจนองค์ประกอบทางเคมีของแร่ธาตุหลายชนิดแทบจะไม่เข้าใกล้องค์ประกอบบริสุทธิ์ของสารประกอบบริสุทธิ์เลย ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบของโอลิวีนแร่ที่ก่อตัวเป็นหินจะแตกต่างกันไปภายในองค์ประกอบของสองสิ่งที่เรียกว่า สมาชิกสุดท้ายของซีรีส์: จาก forsterite, แมกนีเซียมซิลิเกต Mg2SiO4, ไปจนถึง fayalite, เหล็กซิลิเกต Fe2SiO4 อัตราส่วนของ Mg:Si:O ในแร่ธาตุชนิดแรกและ Fe:Si:O ในแร่ธาตุชนิดที่สองคือ 2:1:4 ในโอลิวีนที่มีองค์ประกอบขั้นกลางอัตราส่วนจะเท่ากันนั่นคือ (Mg + Fe):Si:O เท่ากับ 2:1:4 และสูตรเขียนเป็น (Mg,Fe)2SiO4 ถ้า ปริมาณสัมพัทธ์เป็นที่ทราบกันว่าแมกนีเซียมและเหล็กซึ่งสามารถสะท้อนให้เห็นได้ในสูตร (Mg0.80Fe0.20)2SiO4 ซึ่งจะเห็นได้ว่า 80% ของอะตอมของโลหะแสดงโดยแมกนีเซียมและ 20% โดยเหล็ก
โครงสร้าง.แร่ธาตุทั้งหมด ยกเว้นน้ำ (ซึ่งโดยปกติแล้วจะไม่จัดเป็นแร่ธาตุต่างจากน้ำแข็ง) และปรอท จะมีอยู่ที่อุณหภูมิปกติ ของแข็ง- อย่างไรก็ตาม หากน้ำและปรอทเย็นลงอย่างมาก พวกมันจะแข็งตัว: น้ำที่ 0 ° C และปรอทที่ -39 ° C ที่อุณหภูมิเหล่านี้ โมเลกุลของน้ำและอะตอมของปรอทจะก่อตัวเป็นโครงสร้างผลึกสามมิติที่มีลักษณะเฉพาะปกติ (คำว่า "ผลึก" " และ "มั่นคง") " V ในกรณีนี้เกือบจะเทียบเท่า) ดังนั้นแร่ธาตุจึงเป็นสารที่เป็นผลึกที่มีคุณสมบัติถูกกำหนดโดยการจัดเรียงทางเรขาคณิตของอะตอมที่เป็นส่วนประกอบและประเภทของพันธะเคมีระหว่างพวกมัน เซลล์หน่วย (หน่วยที่เล็กที่สุดของคริสตัล) ประกอบด้วยอะตอมที่จัดเรียงเป็นประจำซึ่งยึดเข้าด้วยกันโดย การสื่อสารทางอิเล็กทรอนิกส์- เซลล์เล็กๆ เหล่านี้ เกิดขึ้นซ้ำๆ อย่างไม่สิ้นสุด พื้นที่สามมิติ, ก่อตัวเป็นคริสตัล ขนาดของเซลล์หน่วยในแร่ธาตุต่างๆ จะแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับขนาด จำนวน และการจัดเรียงอะตอมภายในเซลล์ พารามิเตอร์ของเซลล์จะแสดงเป็นอังสตรอม () หรือนาโนเมตร (1 = 10-8 ซม. = 0.1 นาโนเมตร) เซลล์ระดับประถมศึกษาของคริสตัลรวมตัวกันอย่างแน่นหนาโดยไม่มีช่องว่าง เติมปริมาตรและสร้างโครงตาข่ายคริสตัล คริสตัลจะถูกแบ่งตามความสมมาตรของเซลล์หน่วย ซึ่งมีลักษณะพิเศษคือความสัมพันธ์ระหว่างขอบและมุม โดยปกติจะมี 7 ระบบ (ตามลำดับความสมมาตรที่เพิ่มขึ้น): ไตรคลินิก, โมโนคลินิก, ขนมเปียกปูน, เตตราโกนัล, ตรีโกณมิติ, หกเหลี่ยมและลูกบาศก์ (มีมิติเท่ากัน) บางครั้งระบบตรีโกณมิติและหกเหลี่ยมไม่ได้แยกจากกัน และอธิบายไว้ด้วยกันภายใต้ชื่อระบบหกเหลี่ยม Syngonies แบ่งออกเป็น 32 คลาสคริสตัล (ประเภทของความสมมาตร) รวมถึงกลุ่มอวกาศ 230 กลุ่ม กลุ่มเหล่านี้ถูกระบุครั้งแรกในปี พ.ศ. 2433 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย E.S. Fedorov การใช้การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ จะกำหนดขนาดหน่วยเซลล์ของแร่ธาตุ ซิงโกนี คลาสสมมาตร และกลุ่มสเปซ และโครงสร้างผลึกจะถูกถอดรหัส กล่าวคือ การจัดการร่วมกันในพื้นที่สามมิติของอะตอมที่ประกอบเป็นเซลล์หน่วย
เรขาคณิต (สัณฐานวิทยา) ผลึกศาสตร์
คริสตัลที่มีขอบแบนเรียบและเป็นมันดึงดูดความสนใจของมนุษย์มาเป็นเวลานาน นับตั้งแต่การถือกำเนิดของแร่วิทยาในฐานะวิทยาศาสตร์ ผลึกศาสตร์ได้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของแร่ธาตุ พบว่าใบหน้าของคริสตัลมีการจัดเรียงแบบสมมาตร ซึ่งช่วยให้สามารถกำหนดคริสตัลให้กับระบบใดระบบหนึ่ง และบางครั้งก็จัดอยู่ในประเภทใดประเภทหนึ่ง (สมมาตร) (ดูด้านบน) การศึกษารังสีเอกซ์แสดงให้เห็นว่าความสมมาตรภายนอกของผลึกสอดคล้องกับการจัดเรียงอะตอมภายในอย่างสม่ำเสมอ ขนาดของผลึกแร่แตกต่างกันไปในวงกว้าง ตั้งแต่ยักษ์ที่มีน้ำหนัก 5 ตัน (มวลของผลึกควอตซ์ที่มีรูปทรงสวยงามจากบราซิล) ไปจนถึงขนาดที่เล็กจนสามารถแยกแยะใบหน้าของพวกมันได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเท่านั้น รูปร่างผลึกของแร่ชนิดเดียวกันอาจแตกต่างกันเล็กน้อยในตัวอย่างที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น ผลึกควอตซ์เกือบจะมีมิติเท่ากัน มีรูปแหลมหรือแบน อย่างไรก็ตาม ผลึกควอตซ์ทั้งหมด ทั้งขนาดใหญ่และขนาดเล็ก แหลมและแบน ถูกสร้างขึ้นโดยการซ้ำซ้อนของเซลล์หน่วยที่เหมือนกัน หากเซลล์เหล่านี้ถูกวางในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง คริสตัลจะมีรูปร่างที่ยาวขึ้น หากไปในสองทิศทางไปจนถึงความเสียหายของเซลล์ที่สาม รูปร่างของคริสตัลจะเป็นตาราง เนื่องจากมุมระหว่างใบหน้าที่สอดคล้องกันของคริสตัลเดียวกันนั้นมี ค่าคงที่และมีความเฉพาะเจาะจงกับแร่ธาตุแต่ละชนิด คุณลักษณะนี้จำเป็นต้องรวมอยู่ในลักษณะของแร่ด้วย แร่ธาตุที่แสดงโดยคริสตัลที่เจียระไนแล้วนั้นหายาก บ่อยกว่านั้นเกิดขึ้นในรูปแบบของธัญพืชที่ไม่สม่ำเสมอหรือมวลรวมของผลึก บ่อยครั้งที่แร่ธาตุมีลักษณะเป็นมวลรวมบางประเภทซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นคุณลักษณะในการวินิจฉัยได้ มีหน่วยหลายประเภท มวลรวมที่แตกแขนง Dendritic มีลักษณะคล้ายใบเฟิร์นหรือมอส และมีลักษณะเฉพาะ เช่น ของไพโรลูไซต์ มวลรวมที่เป็นเส้นใยซึ่งประกอบด้วยเส้นใยคู่ขนานที่อัดแน่นกันหนาแน่นเป็นเรื่องปกติของแร่ใยหินไครโซไทล์และแอมฟิโบล มวลรวมคอลโลมอร์ฟิกซึ่งมีพื้นผิวโค้งมนเรียบ ถูกสร้างขึ้นจากเส้นใยที่ยื่นออกไปในแนวรัศมีจากจุดศูนย์กลางร่วม ก้อนกลมขนาดใหญ่คือปุ่มกกหู (มาลาไคต์) ในขณะที่ก้อนขนาดเล็กคือรูปไต (ออกไซด์) หรือรูปองุ่น (ไซโลมีเลน)
มวลรวมที่เป็นสะเก็ดประกอบด้วยผลึกคล้ายแผ่นเล็ก ๆ เป็นลักษณะของไมกาและแบไรท์ หินย้อยคือการก่อตัวของหยดน้ำที่แขวนอยู่ในรูปของน้ำแข็งย้อย ท่อ กรวย หรือ "ม่าน" ในถ้ำหินย้อย เกิดขึ้นจากการระเหยของน้ำแร่ที่ไหลซึมผ่านรอยแตกของหินปูน และมักประกอบด้วยแคลไซต์ (แคลเซียมคาร์บอเนต) หรืออาราโกไนต์ Oolites ซึ่งเป็นมวลรวมที่ประกอบด้วยลูกบอลขนาดเล็กและคล้ายไข่ปลา พบได้ในแคลไซต์บางชนิด (หินปูนที่มีอูลิติก) เกอเอไทต์ (แร่เหล็กที่มีอูลิติก) และการก่อตัวอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน
เคมีคริสตัล
หลังจากรวบรวมข้อมูลภาพรังสีและเปรียบเทียบกับผลลัพธ์แล้ว การวิเคราะห์ทางเคมีเห็นได้ชัดว่าคุณสมบัติของโครงสร้างผลึกของแร่นั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของมัน จึงได้วางรากฐานไว้แล้ว วิทยาศาสตร์ใหม่- เคมีคริสตัล คุณสมบัติหลายประการที่ดูเหมือนจะไม่เกี่ยวข้องกันของแร่ธาตุสามารถอธิบายได้โดยคำนึงถึงโครงสร้างผลึกและองค์ประกอบทางเคมี องค์ประกอบทางเคมีบางชนิด (ทอง เงิน ทองแดง) พบได้ในถิ่นกำเนิด เช่น บริสุทธิ์รูปแบบ พวกมันถูกสร้างขึ้นจากอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า (ไม่เหมือนกับแร่ธาตุส่วนใหญ่ซึ่งมีอะตอมเป็นพาหะ) ค่าไฟฟ้าและถูกเรียกว่าไอออน) อะตอมที่ไม่มีอิเล็กตรอนจะมีประจุบวกและเรียกว่าแคตไอออน อะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากเกินไป ประจุลบและถูกเรียกว่าแอนไอออน แรงดึงดูดระหว่างไอออนที่มีประจุตรงข้ามเรียกว่าพันธะไอออนิกและทำหน้าที่เป็นแรงยึดเหนี่ยวหลักในแร่ธาตุ ด้วยพันธะอีกประเภทหนึ่ง อิเล็กตรอนชั้นนอกจะหมุนรอบนิวเคลียสในวงโคจรทั่วไป เพื่อเชื่อมต่ออะตอมเข้าด้วยกัน พันธะโควาเลนต์เป็นพันธะชนิดที่แข็งแกร่งที่สุด แร่ธาตุที่มีพันธะโควาเลนต์มักจะมีความแข็งและจุดหลอมเหลวสูง (เช่น เพชร) บทบาทที่เล็กกว่ามากในแร่ธาตุนั้นเกิดจากพันธะแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนแอซึ่งเกิดขึ้นระหว่างหน่วยโครงสร้างที่เป็นกลางทางไฟฟ้า พลังงานยึดเหนี่ยวของหน่วยโครงสร้างดังกล่าว (ชั้นหรือกลุ่มอะตอม) มีการกระจายไม่สม่ำเสมอ พันธะฟาน เดอร์ วาลส์ให้แรงดึงดูดระหว่างบริเวณที่มีประจุตรงข้ามในบริเวณที่ใหญ่กว่า หน่วยโครงสร้าง- พันธะประเภทนี้เกิดขึ้นระหว่างชั้นของกราไฟท์ (คาร์บอนในรูปแบบธรรมชาติชนิดหนึ่ง) ซึ่งเกิดขึ้นจากพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งของอะตอมคาร์บอน เนื่องจากพันธะที่อ่อนแอระหว่างชั้นต่างๆ กราไฟท์จึงมีความแข็งต่ำและมีความแตกแยกที่สมบูรณ์แบบมากขนานกับชั้นต่างๆ ดังนั้นจึงใช้กราไฟท์เป็นสารหล่อลื่น ไอออนที่มีประจุตรงข้ามจะเข้าใกล้กันในระยะห่างที่แรงผลักทำให้แรงดึงดูดสมดุลกัน สำหรับคู่ไอออนบวก-ประจุลบใดๆ ระยะวิกฤตนี้จะเท่ากับผลรวมของ “รัศมี” ของไอออนทั้งสอง ด้วยการกำหนดระยะห่างวิกฤตระหว่างไอออนต่างๆ ทำให้สามารถกำหนดขนาดของรัศมีของไอออนส่วนใหญ่ได้ (ในหน่วยนาโนเมตร นาโนเมตร) เนื่องจากแร่ธาตุส่วนใหญ่มีลักษณะเฉพาะด้วยพันธะไอออนิก โครงสร้างจึงสามารถมองเห็นได้ในรูปแบบของลูกบอลสัมผัส โครงสร้างของผลึกไอออนิกขึ้นอยู่กับขนาดและสัญลักษณ์ของประจุและขนาดสัมพัทธ์ของไอออนเป็นหลัก เนื่องจากคริสตัลโดยรวมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า ผลรวมของประจุบวกของไอออนจึงต้องเท่ากับผลรวมของประจุลบ ในโซเดียมคลอไรด์ (NaCl ซึ่งเป็นแร่เฮไลต์) โซเดียมไอออนแต่ละตัวจะมีประจุ +1 และคลอไรด์ไอออนแต่ละตัว -1 (รูปที่ 1) กล่าวคือ โซเดียมไอออนแต่ละตัวสอดคล้องกับคลอรีนไอออนหนึ่งตัว อย่างไรก็ตาม ในฟลูออไรต์ (แคลเซียมฟลูออไรด์ CaF2) แคลเซียมไอออนแต่ละตัวมีประจุ +2 และฟลูออไรด์ไอออนมีประจุ -1 ดังนั้น เพื่อรักษาความเป็นกลางทางไฟฟ้าโดยรวมของฟลูออรีนไอออน จะต้องมากกว่าแคลเซียมไอออนสองเท่า (รูปที่ 2)

ความเป็นไปได้ที่จะรวมไว้ในโครงสร้างผลึกที่กำหนดนั้นขึ้นอยู่กับขนาดของไอออนด้วย หากไอออนมีขนาดเท่ากันและอัดแน่นในลักษณะที่ไอออนแต่ละตัวสัมผัสกัน 12 ไอออน แสดงว่าไอออนเหล่านั้นอยู่ในการประสานงานที่เหมาะสม มีสองวิธีในการบรรจุลูกบอลที่มีขนาดเท่ากัน (รูปที่ 3): การบรรจุแบบหนาแน่นเป็นลูกบาศก์เข้า กรณีทั่วไปนำไปสู่การก่อตัวของผลึกสามมิติ และการบรรจุปิดหกเหลี่ยม กลายเป็นผลึกหกเหลี่ยม ตามกฎแล้ว แคตไอออนจะมีขนาดเล็กกว่าแอนไอออน และขนาดของพวกมันจะแสดงเป็นเศษส่วนของรัศมีแอนไอออน ซึ่งถือเป็นหนึ่ง โดยทั่วไปจะใช้อัตราส่วนที่ได้จากการหารรัศมีของไอออนบวกด้วยรัศมีของไอออน ถ้าแคตไอออนมีขนาดเล็กกว่าประจุลบที่มันผสมอยู่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ไอออนนั้นสามารถสัมผัสกับประจุลบทั้ง 8 ตัวที่อยู่รอบๆ ได้ หรือตามที่พูดกันโดยทั่วไป ในการประสานกันแปดเท่าของประจุลบซึ่งอยู่ที่ตำแหน่งนั้น ดังที่กล่าวกันโดยทั่วไป มันอยู่ที่จุดยอดของลูกบาศก์รอบๆ การประสานงานนี้ (เรียกอีกอย่างว่าลูกบาศก์) มีความเสถียรที่อัตราส่วนรัศมีไอออนิกตั้งแต่ 1 ถึง 0.732 (รูปที่ 4a) ที่อัตราส่วนรัศมีไอออนิกที่น้อยกว่า แอนไอออนแปดตัวจะไม่สามารถซ้อนกันเพื่อสัมผัสกับแคตไอออนได้ ในกรณีเช่นนี้ รูปทรงการบรรจุช่วยให้แคตไอออนประสานกันหกเท่ากับแอนไอออนซึ่งอยู่ที่จุดยอดหกด้านของทรงแปดหน้า (รูปที่ 4b) ซึ่งจะคงที่ที่อัตราส่วนของรัศมีตั้งแต่ 0.732 ถึง 0.416 เมื่อขนาดสัมพัทธ์ของแคตไอออนลดลงอีก การเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นกับสี่เท่าหรือสี่เท่าหรือสี่เท่าของการประสานงาน ซึ่งเสถียรที่อัตราส่วนรัศมีตั้งแต่ 0.414 ถึง 0.225 (รูปที่ 4c) จากนั้นเกิดการประสานงานสามเท่าภายในอัตราส่วนรัศมีจาก 0.225 ถึง 0.155 (รูปที่ 4c) . 4c) d) และสองเท่า - ด้วยอัตราส่วนรัศมีน้อยกว่า 0.155 (รูปที่ 4,จ) แม้ว่าปัจจัยอื่นๆ จะกำหนดประเภทของรูปทรงหลายเหลี่ยมประสานกันด้วย แต่สำหรับแร่ธาตุส่วนใหญ่ หลักการอัตราส่วนรัศมีไอออนก็เป็นหนึ่งในนั้น วิธีที่มีประสิทธิภาพการทำนายโครงสร้างผลึก

แร่ธาตุที่มีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงสามารถมีโครงสร้างที่คล้ายกันซึ่งสามารถอธิบายได้โดยใช้โพลีเฮดราที่มีการประสานกันที่เหมือนกัน ตัวอย่างเช่น ในโซเดียมคลอไรด์ NaCl อัตราส่วนของรัศมีของโซเดียมไอออนต่อรัศมีของไอออนคลอรีนคือ 0.535 ซึ่งแสดงถึงการประสานงานกันของแปดด้านหรือหกเท่า หากมีไอออนประจุลบ 6 ไอออนรวมตัวกันรอบๆ ไอออนบวกแต่ละไอออน เพื่อรักษาอัตราส่วนไอออนบวกต่อไอออนไว้ที่ 1:1 จะต้องมีไอออนบวก 6 ไอออนรอบๆ ไอออนแต่ละตัว สิ่งนี้สร้างโครงสร้างลูกบาศก์ที่เรียกว่าโครงสร้างประเภทโซเดียมคลอไรด์ แม้ว่ารัศมีไอออนิกของตะกั่วและซัลเฟอร์จะแตกต่างอย่างมากจากรัศมีไอออนิกของโซเดียมและคลอรีน แต่อัตราส่วนของพวกมันยังกำหนดการทำงานร่วมกันหกเท่าด้วย ดังนั้น PbS galena จึงมีโครงสร้างประเภทโซเดียมคลอไรด์ กล่าวคือ ฮาไลต์และกาลีนานั้นเป็นโครงสร้างแบบเดียวกัน สิ่งเจือปนในแร่ธาตุมักปรากฏอยู่ในรูปของไอออนที่มาแทนที่ไอออนของแร่ธาตุที่เป็นโฮสต์ การทดแทนดังกล่าวส่งผลกระทบอย่างมากต่อขนาดของไอออน หากรัศมีของไอออนสองตัวเท่ากันหรือต่างกันน้อยกว่า 15% พวกมันจะถูกแทนที่ได้อย่างง่ายดาย หากความแตกต่างนี้คือ 15-30% การทดแทนดังกล่าวมีจำกัด ด้วยความแตกต่างมากกว่า 30% การทดแทนจึงเป็นไปไม่ได้เลย มีตัวอย่างมากมายของคู่ของแร่ธาตุที่มีโครงสร้างเหมือนกันซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายคลึงกันซึ่งเกิดการแทนที่ไอออน ดังนั้นคาร์บอเนตไซด์ไรต์ (FeCO3) และโรโดโครไซต์ (MnCO3) จึงมีโครงสร้างที่คล้ายกันและเหล็กและแมงกานีสสามารถแทนที่กันในอัตราส่วนใดก็ได้ซึ่งก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า โซลูชั่นที่มั่นคง มีสารละลายของแข็งต่อเนื่องกันระหว่างแร่ธาตุทั้งสองนี้ ในแร่ธาตุคู่อื่นๆ ไอออนมีความเป็นไปได้จำกัดในการทดแทนซึ่งกันและกัน เนื่องจากแร่ธาตุมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า ประจุของไอออนจึงส่งผลต่อการแทนที่ซึ่งกันและกันด้วย หากการทดแทนเกิดขึ้นกับไอออนที่มีประจุตรงข้าม การทดแทนครั้งที่สองจะต้องเกิดขึ้นในบางส่วนของโครงสร้างนี้ ซึ่งประจุของไอออนทดแทนจะชดเชยการละเมิดความเป็นกลางทางไฟฟ้าที่เกิดจากไอออนแรก การทดแทนคอนจูเกตดังกล่าวพบได้ในเฟลด์สปาร์ - plagioclases เมื่อแคลเซียม (Ca2+) แทนที่โซเดียม (Na+) ด้วยการก่อตัวของสารละลายของแข็งต่อเนื่องกัน ประจุบวกส่วนเกินที่เกิดจากการแทนที่ Na+ ไอออนด้วยไอออน Ca2+ จะได้รับการชดเชยด้วยการแทนที่ซิลิคอน (Si4+) ด้วยอะลูมิเนียม (Al3+) พร้อมกันในบริเวณที่อยู่ติดกันของโครงสร้าง
คุณสมบัติทางกายภาพของแร่ธาตุ
แม้ว่าคุณลักษณะหลักของแร่ธาตุ (องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างผลึกภายใน) จะถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของการวิเคราะห์ทางเคมีและการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ แต่แร่ธาตุเหล่านี้จะสะท้อนให้เห็นทางอ้อมในคุณสมบัติที่สังเกตหรือวัดได้ง่าย ในการวินิจฉัยแร่ธาตุส่วนใหญ่ ก็เพียงพอที่จะระบุความแวววาว สี ความแตกแยก ความแข็ง และความหนาแน่นของแร่ธาตุเหล่านั้น ความมันวาวเป็นคุณลักษณะเชิงคุณภาพของแสงที่สะท้อนจากแร่ แร่ธาตุทึบแสงบางชนิดสะท้อนแสงอย่างแรงและมีความแวววาวของโลหะ สิ่งนี้พบได้ทั่วไปในแร่ธาตุเช่นกาลีนา (แร่ตะกั่ว) คาลโคไพไรต์และบอร์ไนต์ (แร่ทองแดง) อาร์เจนไทต์และอะแคนไทต์ (แร่เงิน) แร่ธาตุส่วนใหญ่จะดูดซับหรือส่งผ่านส่วนสำคัญของแสงที่ตกกระทบและมีความแวววาวที่ไม่ใช่โลหะ แร่ธาตุบางชนิดมีความแวววาวที่เปลี่ยนจากโลหะเป็นอโลหะ ซึ่งเรียกว่ากึ่งโลหะ แร่ธาตุที่มีความมันวาวที่ไม่ใช่โลหะมักมีสีอ่อน บางส่วนมีความโปร่งใส ควอตซ์ ยิปซั่ม และไมก้าอ่อนมักมีความโปร่งใส แร่ธาตุอื่นๆ (เช่น ควอตซ์สีขาวขุ่น) ที่ส่งผ่านแสงแต่ไม่สามารถแยกแยะวัตถุได้อย่างชัดเจน เรียกว่าโปร่งแสง แร่ธาตุที่มีโลหะแตกต่างจากแร่ชนิดอื่นในการส่องผ่านของแสง หากแสงส่องผ่านแร่ธาตุ อย่างน้อยก็ตรงขอบที่บางที่สุดของเมล็ดพืช ตามกฎแล้วแสงนั้นจะไม่ใช่โลหะ หากแสงไม่ลอดผ่านก็แสดงว่าเป็นแร่ อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้น: ตัวอย่างเช่น สฟาเลอไรต์สีอ่อน (แร่สังกะสี) หรือชาด (แร่ปรอท) มักจะโปร่งใสหรือโปร่งแสง แร่ธาตุมีลักษณะเชิงคุณภาพของความมันวาวที่ไม่ใช่โลหะแตกต่างกันออกไป ดินเหนียวมีความมันเงาเหมือนดิน ควอตซ์ที่ขอบคริสตัลหรือบนพื้นผิวที่แตกหักนั้นเป็นแก้ว แป้งซึ่งแบ่งออกเป็นใบบาง ๆ ตามแนวระนาบที่แตกแยกเป็นหอยมุก สุกใสเป็นประกายดุจเพชร ความแวววาว เรียกว่าเพชร เมื่อแสงตกกระทบแร่ที่มีความมันวาวที่ไม่ใช่โลหะ แสงจะสะท้อนจากพื้นผิวแร่บางส่วนและหักเหบางส่วนที่ขอบเขตนี้ สารแต่ละชนิดมีลักษณะเฉพาะด้วยดัชนีการหักเหของแสง เนื่องจากตัวบ่งชี้นี้สามารถวัดได้ด้วย ความแม่นยำสูงเป็นคุณสมบัติในการวินิจฉัยแร่ธาตุที่มีประโยชน์มาก ธรรมชาติของความแวววาวขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแสง และทั้งสองอย่างขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างผลึกของแร่ โดยทั่วไปแร่ธาตุโปร่งใสที่มีอะตอม โลหะหนักมีลักษณะความมันวาวสูงและดัชนีการหักเหของแสงสูง กลุ่มนี้รวมถึงแร่ธาตุทั่วไป เช่น แองเกิลไซต์ (ลีดซัลเฟต), แคสซิเตไรต์ (ดีบุกออกไซด์) และไททาไนต์หรือสฟีน (แคลเซียม ไทเทเนียม ซิลิเกต) แร่ธาตุที่ประกอบด้วยธาตุที่ค่อนข้างเบายังสามารถมีความแวววาวสูงและดัชนีการหักเหของแสงสูง หากอะตอมของพวกมันถูกอัดแน่นและยึดเข้าด้วยกันด้วยพันธะเคมีที่แข็งแกร่ง ตัวอย่างที่สำคัญคือเพชรซึ่งประกอบด้วยธาตุแสงเพียงชนิดเดียวคือคาร์บอน ในระดับที่น้อยกว่านี้เป็นจริงสำหรับแร่คอรันดัม (Al2O3) ซึ่งมีสีโปร่งใสซึ่ง ได้แก่ ทับทิมและแซฟไฟร์เป็นอัญมณีล้ำค่า แม้ว่าคอรันดัมจะประกอบด้วยอะตอมเบาของอะลูมิเนียมและออกซิเจน แต่พวกมันก็เกาะติดกันแน่นมากจนแร่มีความแวววาวค่อนข้างแรงและมีดัชนีการหักเหของแสงค่อนข้างสูง ความมันเงาบางชนิด (มัน, ขี้ผึ้ง, เนื้อด้าน, เนื้อเนียน ฯลฯ) ขึ้นอยู่กับสถานะของพื้นผิวของแร่หรือโครงสร้างของมวลรวมของแร่; ความแวววาวของเรซินเป็นลักษณะของสารอสัณฐานหลายชนิด (รวมถึงแร่ธาตุที่มีธาตุกัมมันตรังสียูเรเนียมหรือทอเรียม) สี - เรียบง่ายและสะดวก สัญญาณการวินิจฉัย- ตัวอย่าง ได้แก่ ไพไรต์ทองเหลือง-เหลือง (FeS2), กาลีนาสีเทาตะกั่ว (PbS) และอาร์ซีโนไพไรต์สีขาวเงิน (FeAsS2) ในแร่แร่อื่นๆ ที่มีความแวววาวเป็นโลหะหรือกึ่งโลหะ สีที่มีลักษณะเฉพาะอาจถูกบดบังโดยการเล่นแสงในฟิล์มพื้นผิวบางๆ (ทำให้เสื่อมเสีย) นี่เป็นเรื่องปกติในแร่ธาตุทองแดงส่วนใหญ่ โดยเฉพาะแร่บอร์ไนต์ ซึ่งเรียกว่า "แร่นกยูง" เนื่องจากมีรอยหมองสีเขียวอมฟ้าที่เปล่งประกายซึ่งจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อแตกหักใหม่ อย่างไรก็ตาม แร่ธาตุทองแดงอื่นๆ ทาสีด้วยสีที่คุ้นเคย: มาลาไคต์ - เขียว, อะซูไรต์ - น้ำเงิน แร่ธาตุที่ไม่ใช่โลหะบางชนิดสามารถจำแนกได้อย่างชัดเจนด้วยสีที่กำหนดโดยองค์ประกอบทางเคมีหลัก (สีเหลือง - กำมะถันและสีดำ - สีเทาเข้ม - กราไฟท์ ฯลฯ ) แร่ธาตุที่ไม่ใช่โลหะหลายชนิดประกอบด้วยองค์ประกอบที่ไม่ได้ให้สีเฉพาะเจาะจง แต่มีหลากหลายสี ซึ่งเป็นสีที่เกิดจากการมีสิ่งเจือปนขององค์ประกอบทางเคมีในปริมาณเล็กน้อยซึ่งไม่สามารถเทียบเคียงได้กับความเข้มของ สีที่พวกเขาก่อให้เกิด องค์ประกอบดังกล่าวเรียกว่าโครโมฟอร์ ไอออนของพวกมันมีลักษณะพิเศษคือการดูดกลืนแสงแบบเลือกสรร ตัวอย่างเช่น อเมทิสต์สีม่วงเข้มมีสีมาจากส่วนผสมของเหล็กในควอตซ์เล็กน้อย และมีความหนา สีเขียวมรกตมีความเกี่ยวข้องกับปริมาณโครเมียมเล็กน้อยของเบริล สีของแร่ธาตุที่ไม่มีสีตามปกติอาจปรากฏขึ้นได้เนื่องจากข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึก (เกิดจากตำแหน่งอะตอมที่ไม่เต็มในโครงตาข่ายหรือการเกิดของ ไอออนต่างประเทศ) ซึ่งสามารถทำให้เกิดการดูดกลืนแสงแบบเลือกสรรของความยาวคลื่นบางช่วงในสเปกตรัมแสงสีขาวได้ จากนั้นแร่ธาตุจะถูกทาสีด้วยสีเพิ่มเติม ทับทิม แซฟไฟร์ และอเล็กซานไดรต์เป็นสีที่เกิดจากเอฟเฟกต์แสงเหล่านี้ แร่ธาตุที่ไม่มีสีสามารถสร้างสีได้โดยการเติมเชิงกล ดังนั้นการกระจายตัวของออกไซด์บาง ๆ ทำให้ควอตซ์มีสีแดงคลอไรท์ - เขียว มิลค์กี้ควอตซ์ถูกปกคลุมไปด้วยการรวมก๊าซและของเหลว แม้ว่าสีของแร่จะเป็นคุณสมบัติที่กำหนดได้ง่ายที่สุดในการวินิจฉัยแร่ธาตุ แต่ต้องใช้ด้วยความระมัดระวังเนื่องจากขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย แม้จะมีความแปรปรวนของสีของแร่ธาตุหลายชนิด แต่สีของผงแร่นั้นคงที่มากดังนั้นจึงเป็นคุณลักษณะในการวินิจฉัยที่สำคัญ โดยทั่วไป สีของผงแร่จะถูกกำหนดโดยเส้น (ที่เรียกว่า "สีของเส้น") ที่แร่จะออกมาเมื่อส่งผ่านจานพอร์ซเลน (บิสกิต) ที่ไม่เคลือบ ตัวอย่างเช่น แร่ฟลูออไรต์มีสีต่างกัน แต่ริ้วของมันจะเป็นสีขาวเสมอ
ความแตกแยก คุณสมบัติลักษณะแร่ธาตุคือพฤติกรรมของพวกเขาเมื่อแยกออก ตัวอย่างเช่น ควอตซ์และทัวร์มาลีนซึ่งมีพื้นผิวแตกหักคล้ายเศษแก้ว มีการแตกหักของหอยโข่ง ในแร่ธาตุอื่นๆ การแตกหักอาจอธิบายได้ว่าหยาบ ขรุขระ หรือแตกเป็นชิ้น สำหรับแร่ธาตุหลายชนิด ลักษณะเฉพาะไม่ใช่การแตกหัก แต่เป็นความแตกแยก ซึ่งหมายความว่าพวกมันแยกตัวไปตามระนาบเรียบที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับโครงสร้างผลึก แรงยึดเหนี่ยวระหว่างระนาบของโครงตาข่ายคริสตัลอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับทิศทางของผลึกศาสตร์ หากในบางทิศทางมีขนาดใหญ่กว่าที่อื่นมากแร่ธาตุก็จะแตกตัวออกไปในทิศทางเดียวกัน การเชื่อมต่อที่อ่อนแอ- เนื่องจากความแตกแยกจะขนานกับระนาบอะตอมเสมอ จึงสามารถกำหนดได้โดยการระบุทิศทางทางผลึกศาสตร์ ตัวอย่างเช่น ฮาไลต์ (NaCl) มีความแตกแยกเป็นลูกบาศก์ เช่น ทิศทางตั้งฉากกันสามทิศทางของการแยกที่เป็นไปได้ การตัดแยกยังแสดงคุณลักษณะเฉพาะด้วยความง่ายของการสำแดงและคุณภาพของพื้นผิวการตัดแยกที่เป็นผลลัพธ์ ไมก้ามีความแตกแยกที่สมบูรณ์แบบมากในทิศทางเดียวนั่นคือ แตกเป็นใบบางมากได้ง่ายมีพื้นผิวเรียบมันเงา โทแพซมีความแตกแยกที่สมบูรณ์แบบในทิศทางเดียว แร่ธาตุสามารถมีทิศทางของความแตกแยกได้ 2, 3, 4 หรือ 6 ทิศทาง ซึ่งแยกออกได้ง่ายเท่าๆ กัน หรือหลายทิศทางของความแตกแยก องศาที่แตกต่าง- แร่ธาตุบางชนิดไม่มีความแตกแยกเลย เนื่องจากความแตกแยกซึ่งเป็นการแสดงโครงสร้างภายในของแร่ธาตุเป็นคุณสมบัติคงที่จึงทำหน้าที่เป็นคุณลักษณะการวินิจฉัยที่สำคัญ ความแข็งคือความต้านทานที่แร่แสดงออกมาเมื่อมีรอยขีดข่วน ความแข็งขึ้นอยู่กับโครงสร้างผลึก ยิ่งอะตอมในโครงสร้างของแร่เชื่อมต่อกันแน่นหนาเท่าไร การขูดขีดก็ยิ่งยากขึ้นเท่านั้น ทัลก์และกราไฟต์เป็นแร่ธาตุคล้ายแผ่นอ่อน สร้างขึ้นจากชั้นอะตอมที่เกาะติดกันด้วยแรงที่อ่อนมาก เมื่อสัมผัสจะมีความมันเยิ้ม: เมื่อถูกับผิวหนังของมือ ชั้นบาง ๆ จะหลุดออกไป แร่ธาตุที่แข็งที่สุดคือเพชร ซึ่งอะตอมของคาร์บอนถูกยึดติดอย่างแน่นหนาจนมีเพียงเพชรอีกเม็ดเท่านั้นที่สามารถขูดขีดได้ ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 นักแร่วิทยาชาวออสเตรีย เอฟ. มูส จัดเรียงแร่ธาตุ 10 ชนิดตามระดับความแข็งที่เพิ่มขึ้น ตั้งแต่นั้นมาพวกเขาก็ถูกใช้เป็นมาตรฐานสำหรับความแข็งสัมพัทธ์ของแร่ธาตุที่เรียกว่า สเกล Mohs (ตารางที่ 1) ตารางที่ 1.
ระดับความแข็งของโมห์

ความแข็งสัมพัทธ์ของแร่
แป้ง ______1 ยิปซั่ม _______2 แคลไซต์ ____3 ฟลูออไรต์ ____4 อะพาไทต์ _____5 ออร์โธเคลส ___6 ​​​​ควอตซ์ ______7 บุษราคัม ______8 คอรันดัม _____9 เพชร _____10

ในการระบุความแข็งของแร่ จำเป็นต้องระบุแร่ที่แข็งที่สุดที่สามารถขีดข่วนได้ ความแข็งของแร่ที่ตรวจสอบจะมากกว่าความแข็งของแร่ที่ขูด แต่จะน้อยกว่าความแข็งของแร่ถัดไปในระดับ Mohs แรงยึดเหนี่ยวอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับทิศทางของผลึกศาสตร์ และเนื่องจากความแข็งเป็นการประมาณคร่าวๆ ของแรงเหล่านี้ จึงอาจแตกต่างกันไปในทิศทางที่ต่างกัน ความแตกต่างนี้มักจะเล็กน้อย ยกเว้นไคยาไนต์ซึ่งมีความแข็ง 5 ในทิศทางขนานกับความยาวของคริสตัล และ 7 ในทิศทางตามขวาง ในทางปฏิบัติแร่วิทยา การวัดค่าความแข็งสัมบูรณ์ (ที่เรียกว่าความแข็งระดับไมโคร) โดยใช้อุปกรณ์สเคลอโรมิเตอร์ซึ่งแสดงเป็นกก./มม.2 ก็ใช้เช่นกัน
ความหนาแน่น.มวลของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีแตกต่างกันไปตั้งแต่ไฮโดรเจน (เบาที่สุด) ไปจนถึงยูเรเนียม (หนักที่สุด) สิ่งอื่นๆ ทั้งหมดเท่ากัน มวลของสสารที่ประกอบด้วยอะตอมหนักจะมีมากกว่ามวลของสสารที่ประกอบด้วยอะตอมเบา ตัวอย่างเช่น คาร์บอเนตสองชนิด - อาราโกไนต์และเซรัสไซต์ - มีโครงสร้างภายในที่คล้ายกัน แต่อาราโกไนต์มีอะตอมแคลเซียมเบา และเซรัสไซต์มีอะตอมตะกั่วหนัก เป็นผลให้มวลของเซรัสไซต์เกินมวลของอาราโกไนต์ที่มีปริมาตรเท่ากัน มวลต่อหน่วยปริมาตรของแร่ยังขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของการอัดตัวของอะตอมด้วย แคลไซต์ก็เหมือนกับอาราโกไนต์ คือแคลเซียมคาร์บอเนต แต่ในแคลไซต์อะตอมจะมีความหนาแน่นน้อยกว่า ดังนั้นจึงมีมวลต่อหน่วยปริมาตรน้อยกว่าอาราโกไนต์ มวลสัมพัทธ์หรือความหนาแน่นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างภายใน ความหนาแน่นคืออัตราส่วนของมวลของสารต่อมวลของปริมาตรน้ำเท่ากันที่ 4 ° C ดังนั้นหากมวลของแร่ธาตุคือ 4 กรัมและมวลของปริมาตรน้ำเท่ากันคือ 1 กรัม ดังนั้น ความหนาแน่นของแร่คือ 4 ในแร่วิทยา เป็นเรื่องปกติที่จะแสดงความหนาแน่นเป็น g/ cm3 ความหนาแน่นเป็นคุณลักษณะที่สำคัญในการวินิจฉัยแร่ธาตุ และวัดได้ไม่ยาก ขั้นแรก ให้ชั่งน้ำหนักตัวอย่าง สภาพแวดล้อมทางอากาศแล้วในน้ำ เนื่องจากตัวอย่างที่แช่อยู่ในน้ำจะมีแรงลอยตัวสูงขึ้น น้ำหนักของตัวอย่างจึงน้อยกว่าในอากาศ น้ำหนักที่ลดลงจะเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่ถูกแทนที่ ดังนั้น ความหนาแน่นจึงถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของมวลของตัวอย่างในอากาศต่อการสูญเสียน้ำหนักในน้ำ
การจำแนกประเภทของแร่ธาตุ
แม้ว่าองค์ประกอบทางเคมีจะทำหน้าที่เป็นพื้นฐานในการจำแนกแร่ธาตุตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 19 นักแร่วิทยาก็ไม่ได้ปฏิบัติตามเสมอไป ฉันทามติเกี่ยวกับลำดับการจัดเรียงแร่ธาตุในนั้นควรเป็นอย่างไร ตามวิธีการหนึ่งในการสร้างการจำแนกประเภท แร่ธาตุจะถูกจัดกลุ่มตามโลหะหลักหรือไอออนบวกเดียวกัน ในกรณีนี้ แร่เหล็กแบ่งออกเป็นกลุ่มหนึ่ง นำแร่ธาตุไปอีกกลุ่มหนึ่ง แร่สังกะสีไปอยู่ในกลุ่มที่สาม เป็นต้น อย่างไรก็ตาม เมื่อวิทยาศาสตร์พัฒนาขึ้น ก็เห็นได้ชัดว่าแร่ธาตุที่มีอโลหะชนิดเดียวกัน (ประจุลบหรือกลุ่มประจุลบ) มี คุณสมบัติที่คล้ายกันและมีความคล้ายคลึงกันมากกว่าแร่ธาตุที่มีโลหะทั่วไป นอกจากนี้ แร่ธาตุที่มีประจุลบทั่วไปยังเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยาเดียวกันและมีแหล่งกำเนิดที่คล้ายคลึงกัน ด้วยเหตุนี้ ในอนุกรมวิธานสมัยใหม่ (ดูตารางที่ 2) แร่ธาตุจึงถูกจัดกลุ่มเป็นประเภทต่างๆ ตามไอออนลบหรือกลุ่มประจุลบทั่วไป ข้อยกเว้นประการเดียวคือธาตุพื้นเมืองซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติด้วยตัวมันเอง โดยไม่เกิดสารประกอบกับธาตุอื่น

ตารางที่ 2.
การจำแนกประเภทของแร่ธาตุ

คลาสเคมีแบ่งออกเป็นคลาสย่อย (ตามเคมีและแม่ลายโครงสร้าง) ซึ่งในที่สุดก็แบ่งออกเป็นตระกูลและกลุ่ม (โดย ประเภทโครงสร้าง- แร่ธาตุแต่ละชนิดภายในกลุ่มอาจก่อตัวเป็นแถว และแร่ธาตุหนึ่งชนิดอาจมีหลายพันธุ์ ถึงตอนนี้ประมาณ. แร่ธาตุ 4,000 ชนิดได้รับการยอมรับว่าเป็นอิสระ สายพันธุ์แร่- แร่ธาตุใหม่ๆ จะถูกเพิ่มเข้าไปในรายการนี้เมื่อมีการค้นพบและเป็นที่รู้จักมายาวนาน แต่กลับไม่น่าเชื่อถือ เนื่องจากวิธีการวิจัยแร่วิทยาได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น จึงถูกแยกออก
แหล่งกำเนิดและเงื่อนไขในการค้นหาแร่
วิทยาแร่ไม่ได้จำกัดอยู่ที่การพิจารณาคุณสมบัติของแร่ธาตุเท่านั้น แต่ยังศึกษาแหล่งกำเนิด สภาวะของการเกิด และความสัมพันธ์ตามธรรมชาติของแร่ธาตุอีกด้วย นับตั้งแต่กำเนิดโลกเมื่อประมาณ 4.6 พันล้านปีก่อน แร่ธาตุจำนวนมากถูกทำลายโดยการบดด้วยเครื่องจักร การเปลี่ยนรูปทางเคมี หรือการหลอมละลาย แต่องค์ประกอบที่ประกอบเป็นแร่ธาตุเหล่านี้จะถูกเก็บรักษา จัดกลุ่มใหม่ และก่อตัวเป็นแร่ธาตุใหม่ ดังนั้นแร่ธาตุที่มีอยู่ในปัจจุบันจึงเป็นผลิตภัณฑ์ของกระบวนการที่มีการพัฒนาตลอดระยะเวลา ประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาโลก. ส่วนใหญ่เปลือกโลกประกอบด้วยหินอัคนี ซึ่งในบางสถานที่ถูกปกคลุมด้วยหินตะกอนและหินแปรที่ค่อนข้างบาง ดังนั้นโดยหลักการแล้วองค์ประกอบของเปลือกโลกจึงสอดคล้องกับองค์ประกอบโดยเฉลี่ยของหินอัคนี ธาตุทั้งแปด (ดูตารางที่ 3) คิดเป็น 99% ของมวลเปลือกโลก และ 99% ของมวลแร่ธาตุที่ประกอบขึ้นด้วย

ตารางที่ 3.
องค์ประกอบหลักที่รวมอยู่ในเปลือกโลก

ในแง่ขององค์ประกอบของธาตุ เปลือกโลกเป็นโครงสร้างเฟรมที่ประกอบด้วยไอออนออกซิเจนที่เกี่ยวข้องกับไอออนที่มีขนาดเล็กกว่าของซิลิคอนและอะลูมิเนียม ดังนั้นแร่ธาตุหลักคือซิลิเกตซึ่งมีสัดส่วนประมาณ 35% ของแร่ธาตุที่รู้จักทั้งหมดและประมาณ 40% - พบบ่อยที่สุด สิ่งที่สำคัญที่สุดคือเฟลด์สปาร์ (ตระกูลอะลูมิโนซิลิเกตที่มีโพแทสเซียม โซเดียม และแคลเซียม และมีแบเรียมน้อยกว่า) ซิลิเกตที่ก่อตัวเป็นหินทั่วไปอื่นๆ ได้แก่ ควอตซ์ (แต่มักถูกจัดประเภทเป็นออกไซด์), ไมกัส, แอมฟิโบล, ไพรอกซีน และโอลิวีน
หินอัคนีหินอัคนีหรือหินอัคนีเกิดขึ้นเมื่อแม็กมาหลอมเหลวเย็นลงและตกผลึก เปอร์เซ็นต์แร่ธาตุที่แตกต่างกัน ดังนั้นประเภทของหินที่ก่อตัวขึ้นจึงขึ้นอยู่กับอัตราส่วนขององค์ประกอบที่มีอยู่ในแมกมาในขณะที่แข็งตัว หินอัคนีแต่ละประเภทมักประกอบด้วยแร่ธาตุจำนวนจำกัดที่เรียกว่าหินหลัก นอกจากนี้อาจมีแร่ธาตุรองและแร่ธาตุเสริมในปริมาณที่น้อยกว่า ตัวอย่างเช่น แร่ธาตุหลักในหินแกรนิตอาจเป็นโพแทสเซียมเฟลด์สปาร์ (30%) โซเดียมแคลเซียมเฟลด์สปาร์ (30%) ควอตซ์ (30%) ไมกัสและฮอร์นเบลนเด (10%) เพทาย สฟีน อะพาไทต์ แมกนีไทต์ และอิลเมไนต์อาจมีอยู่เป็นแร่ธาตุเสริม โดยปกติหินอัคนีจะจำแนกตามชนิดและปริมาณของเฟลด์สปาร์แต่ละชนิดที่บรรจุอยู่ อย่างไรก็ตาม หินบางก้อนไม่มีเฟลด์สปาร์ หินอัคนียังถูกจำแนกประเภทเพิ่มเติมตามโครงสร้าง ซึ่งสะท้อนถึงสภาวะที่หินแข็งตัว แมกมาที่ค่อย ๆ ตกผลึกลึกลงไปในโลก ทำให้เกิดหินพลูโตนิกที่รุกล้ำและมีโครงสร้างหยาบถึงปานกลาง หากแมกมาปะทุขึ้นที่พื้นผิวเป็นลาวา มันจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วและทำให้เกิดหินภูเขาไฟที่มีเนื้อละเอียด (พรั่งพรูออกมาหรือทะลุทะลวง) บางครั้งหินภูเขาไฟบางก้อน (เช่น ออบซิเดียน) เย็นตัวลงอย่างรวดเร็วจนไม่มีเวลาเกิดการตกผลึก หินที่คล้ายกันมีลักษณะเป็นแก้ว (แก้วภูเขาไฟ)
หินตะกอน.เมื่อพื้นหินถูกผุกร่อนหรือกัดเซาะ วัสดุที่เป็นก้อนหรือละลายจะรวมตัวอยู่ในตะกอน อันเป็นผลมาจากการผุกร่อนทางเคมีของแร่ธาตุซึ่งเกิดขึ้นที่ขอบเขตของเปลือกโลกและบรรยากาศ แร่ธาตุใหม่จึงเกิดขึ้น เช่น แร่ดินเหนียวจากเฟลด์สปาร์ องค์ประกอบบางอย่างจะถูกปล่อยออกมาเมื่อแร่ธาตุ (เช่น แคลไซต์) ละลายในน้ำผิวดิน อย่างไรก็ตาม แร่ธาตุอื่นๆ เช่น ควอตซ์ แม้จะผ่านกระบวนการบดด้วยกลไก แต่ก็ยังทนทานต่อได้ การผุกร่อนทางเคมี- แร่ธาตุที่มีความเสถียรทางกลและทางเคมีซึ่งมีความหนาแน่นสูงเพียงพอที่ปล่อยออกมาระหว่างการผุกร่อน พื้นผิวโลกเงินฝากของผู้วาง จาก placers ส่วนใหญ่มักจะเป็นลุ่มน้ำ (แม่น้ำ) ทองคำ ทองคำขาว เพชร อัญมณีอื่น ๆ หินดีบุก (cassiterite) และแร่ธาตุของโลหะอื่น ๆ ภายใต้สภาพภูมิอากาศบางประการ เปลือกโลกที่ผุกร่อนหนาจะก่อตัวขึ้น ซึ่งมักอุดมด้วยแร่ธาตุแร่ เปลือกโลกที่ผุกร่อนนั้นสัมพันธ์กับการสะสมของแร่บอกไซต์ (แร่อลูมิเนียม) ทางอุตสาหกรรม การสะสมของแร่ออกไซด์ (แร่เหล็ก) ซิลิเกตไฮดรัสนิกเกิล แร่ไนโอเบียม และอื่นๆ โลหะหายาก- ผลิตภัณฑ์การผุกร่อนส่วนใหญ่จะถูกส่งผ่านระบบทางน้ำไปยังทะเลสาบและทะเล โดยที่ด้านล่างสุดจะเกิดชั้นตะกอนขึ้น หินดินดานประกอบด้วยแร่ดินเหนียวเป็นหลัก ในขณะที่หินทรายประกอบด้วยเมล็ดควอตซ์ซีเมนต์เป็นหลัก วัสดุที่ละลายน้ำอาจถูกกำจัดออกจากน้ำโดยสิ่งมีชีวิต หรือตกตะกอนโดยปฏิกิริยาเคมีและการระเหย แคลเซียมคาร์บอเนตจะถูกดูดซึมได้จาก น้ำทะเลหอยที่สร้างเปลือกแข็งจากมัน หินปูนส่วนใหญ่เกิดจากการสะสมของเปลือกหอยและโครงกระดูกของสิ่งมีชีวิตในทะเล แม้ว่าแคลเซียมคาร์บอเนตบางส่วนจะตกตะกอนก็ตาม ทางเคมี- ตะกอนระเหยเกิดขึ้นจากการระเหยของน้ำทะเล สารระเหยเป็นแร่ธาตุกลุ่มใหญ่ซึ่งรวมถึงฮาไลต์ (เกลือแกง) ยิปซั่มและแอนไฮไดรต์ (แคลเซียมซัลเฟต) ซิลไวต์ (โพแทสเซียมคลอไรด์); พวกเขาล้วนมีความสำคัญ การใช้งานจริง- แร่ธาตุเหล่านี้ยังสะสมอยู่ในระหว่างการระเหยออกจากพื้นผิวของทะเลสาบเกลือ แต่ในกรณีนี้ ความเข้มข้นของธาตุหายากที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้แร่ธาตุอื่นๆ บางชนิดตกตะกอนเพิ่มขึ้นได้ ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้จะเกิดบอเรตขึ้น
หินแปร.การแปรสภาพในระดับภูมิภาค อัคนีและ หินตะกอนถูกฝังไว้ที่ระดับความลึกมากภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิและความดัน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เรียกว่าการแปรสภาพ ในระหว่างที่คุณสมบัติดั้งเดิมของหินเปลี่ยนไป และแร่ธาตุดั้งเดิมจะตกผลึกอีกครั้งหรือถูกเปลี่ยนรูปไปโดยสิ้นเชิง ส่งผลให้มีแร่ธาตุต่างๆ เรียงตัวกันเป็นปกติ ระนาบขนานทำให้หินมีลักษณะแตกร้าว หินแปรสชิโตสบางเรียกว่าหินดินดาน มักอุดมด้วยแร่ธาตุซิลิเกตแผ่น (ไมกา คลอไรต์ หรือทัลก์) หินแปรที่หยาบกว่า schistose นั้นเป็น gneisses; ประกอบด้วยแถบควอตซ์ เฟลด์สปาร์ และแร่ธาตุสีเข้มสลับกัน เมื่อ schists และ gneisses มีแร่แปรสภาพโดยทั่วไปอยู่บ้าง สิ่งนี้จะสะท้อนให้เห็นในชื่อของหิน ตัวอย่างเช่น sillimanite หรือ staurolite schist, kyanite หรือ garnet gneiss
ติดต่อการเปลี่ยนแปลงเมื่อแมกมาขึ้นสู่ชั้นบนของเปลือกโลก การเปลี่ยนแปลงมักจะเกิดขึ้นในหินที่มันเข้าไปแทรกแซง หรือที่เรียกว่า การแปรสภาพติดต่อ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้แสดงให้เห็นในการตกผลึกใหม่ของแร่ธาตุดั้งเดิมหรือการก่อตัวของแร่ธาตุใหม่ ขอบเขตของการแปรสภาพขึ้นอยู่กับทั้งประเภทของแมกมาและประเภทของหินที่มันแผ่ซ่านไปทั่ว หินเคลย์และหินที่มีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกันจะถูกเปลี่ยนเป็นฮอร์นเฟลแบบสัมผัส (ไบโอไทต์ คอร์เดียไรต์ โกเมน ฯลฯ) การเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงที่สุดเกิดขึ้นเมื่อแม็กมาหินแกรนิตแทรกซึมเข้าไปในหินปูน: ผลกระทบจากความร้อนทำให้เกิดการตกผลึกใหม่และการก่อตัวของหินอ่อน ผลที่ตามมา ปฏิกิริยาทางเคมีด้วยหินปูนจะเกิดสารละลายที่แยกออกจากแมกมา กลุ่มใหญ่แร่ธาตุ (แคลเซียมและแมกนีเซียมซิลิเกต: โวลลาสโทไนต์ โกเมนกรอสซูลาร์และแอนดราไดต์ วีซูเวียนไนต์หรือไอโดเครส เอพิโดต เทรโมไลต์ และไดออปไซด์) ในบางกรณี การแปรสภาพสัมผัสทำให้เกิดแร่ ส่งผลให้หินเป็นแหล่งที่มีคุณค่าของทองแดง ตะกั่ว สังกะสี และทังสเตน
การเปลี่ยนแปลงจากการแปรสภาพตามภูมิภาคและการแปรสภาพสัมผัส ทำให้องค์ประกอบทางเคมีของหินดั้งเดิมไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ มีเพียงการเปลี่ยนแปลงเท่านั้น องค์ประกอบของแร่ธาตุและรูปลักษณ์ภายนอก เมื่อสารละลายแนะนำองค์ประกอบบางอย่างและเอาองค์ประกอบอื่นออกไป จะมีการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของหินอย่างมีนัยสำคัญ หินที่ก่อตัวใหม่ดังกล่าวเรียกว่าเมโทโซมาติก ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่างหินปูนกับสารละลายที่ปล่อยออกมาจากแมกมาหินแกรนิตในระหว่างการตกผลึกจะนำไปสู่การก่อตัวรอบ ๆ หินแกรนิตของโซนของแร่ที่สัมผัสและแพร่กระจาย - รอยแผลเป็น ซึ่งมักเป็นแหล่งรวมของแร่
เงินฝากแร่และเพกมาไทต์
องค์ประกอบทางเคมีของหินแกรนิตเนื้อหยาบอาจแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากองค์ประกอบของแมกมาดั้งเดิม การศึกษาหินพบว่าแร่ธาตุถูกปล่อยออกมาจากแมกมาในลำดับที่แน่นอน แร่ธาตุที่อุดมด้วยธาตุเหล็กและแมกนีเซียม เช่น โอลิวีนและไพรอกซีน รวมถึงแร่ธาตุเสริม จะตกผลึกก่อน เนื่องจากมีความหนาแน่นสูงกว่าการหลอมละลายโดยรอบ พวกมันจึงตกลงด้านล่างอันเป็นผลมาจากกระบวนการแยกตัวจากแม็กมาติก เชื่อกันว่าหินดูไนต์ก่อตัวขึ้นในลักษณะนี้ - หินที่ประกอบด้วยโอลีวีนเกือบทั้งหมด ต้นกำเนิดที่คล้ายกันนี้เกิดจากการสะสมของแมกนีไทต์ อิลเมไนต์ และโครไมต์จำนวนมาก ซึ่งได้แก่ ซีรีส์เหล็ก ไทเทเนียม และโครเมียม ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบของสารหลอมที่เหลือหลังจากแร่ธาตุถูกกำจัดออกไปโดยการแยกด้วยแม็กมาติกนั้นไม่เหมือนกันอย่างสิ้นเชิงกับองค์ประกอบของหินที่ก่อตัวจากแร่นั้น ในระหว่างการตกผลึกของการหลอม ความเข้มข้นของน้ำและส่วนประกอบระเหยอื่น ๆ (เช่น สารประกอบฟลูออรีนและโบรอน) จะเพิ่มขึ้น และองค์ประกอบอื่น ๆ อีกมากมายที่มีอะตอมมีขนาดใหญ่เกินไปหรือเล็กเกินไปที่จะเข้าไปในโครงสร้างผลึกของหิน -สร้างแร่ธาตุ ของเหลวที่เป็นน้ำที่ปล่อยออกมาจากแมกมาที่ตกผลึกสามารถลอยตัวผ่านรอยแตกสู่พื้นผิวโลก เข้าสู่บริเวณที่มีอุณหภูมิและความดันต่ำกว่า ทำให้เกิดการสะสมของแร่ธาตุในรอยแตกร้าวและการก่อตัวของคราบสะสมในหลอดเลือดดำ หลอดเลือดดำบางชนิดประกอบด้วยแร่ธาตุที่ไม่ใช่โลหะเป็นส่วนใหญ่ (ควอตซ์ แคลไซต์ แบไรท์ และฟลูออไรต์) หลอดเลือดดำอื่นๆ มีแร่ธาตุที่เป็นโลหะ เช่น ทอง เงิน ทองแดง ตะกั่ว สังกะสี ดีบุก และปรอท ดังนั้นพวกมันจึงอาจเป็นตัวแทนของแหล่งแร่อันมีค่า เนื่องจากการสะสมดังกล่าวเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของสารละลายน้ำที่ให้ความร้อน จึงเรียกว่าไฮโดรเทอร์มอล ควรจะกล่าวได้ว่าแหล่งความร้อนใต้พิภพที่ใหญ่ที่สุดไม่ใช่หลอดเลือดดำ แต่เป็นการแพร่กระจายของเนื้อร้าย พวกมันคือตะกอนที่มีลักษณะเป็นแผ่นหรือมีรูปร่างอื่น ๆ ที่เกิดขึ้นจากการแทนที่หิน (ส่วนใหญ่มักเป็นหินปูน) ด้วยสารละลายที่มีแร่ กล่าวกันว่าแร่ธาตุที่ประกอบเป็นตะกอนดังกล่าวมีต้นกำเนิดจากความร้อนใต้พิภพและแพร่กระจาย เพกมาไทต์มีความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมกับการตกผลึกหินหนืด มวลของของไหลเคลื่อนที่ได้สูงซึ่งยังคงอุดมไปด้วยองค์ประกอบที่ประกอบเป็นแร่ธาตุที่ก่อตัวเป็นหิน สามารถถูกขับออกจากห้องแมกมาเข้าไปในหินโฮสต์ได้ ซึ่งมันจะตกผลึกจนกลายเป็นโครงสร้างที่มีเนื้อหยาบ ซึ่งประกอบด้วยหินเป็นส่วนใหญ่ - ก่อตัวเป็นแร่ธาตุ - ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ และไมกา เนื้อหินดังกล่าวเรียกว่าเพกมาไทต์ มีขนาดแตกต่างกันมาก ความยาวสูงสุดของวัตถุเพกมาไทต์ส่วนใหญ่คือหลายร้อยเมตร แต่ขนาดใหญ่ที่สุดมีความยาวถึง 3 กม. และสำหรับชิ้นเล็กจะวัดเป็นเมตรแรก เพกมาไทต์ประกอบด้วยผลึกแร่ขนาดใหญ่ รวมถึงเฟลด์สปาร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่มีความยาวหลายเมตร ไมกาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 3 เมตร และควอตซ์ ซึ่งมีน้ำหนักมากถึง 5 ตัน ธาตุที่หายากจะกระจุกตัวอยู่ในของเหลวที่ก่อตัวเป็นเพกมาไทต์ (มักอยู่ในรูปของ ผลึกขนาดใหญ่) ตัวอย่างเช่น เบริลเลียม - ในเบริลและไครโซเบริล, ลิเธียม - ในสปอดูมีน, เพตาไลต์, แอมบลิโกไนต์และเลปิโดไลต์, ซีเซียม - ในโพลูไซต์, โบรอน - ในทัวร์มาลีน, ฟลูออรีน - ในอะพาไทต์และโทแพซ แร่ธาตุเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นเครื่องประดับหลากหลายชนิด ความสำคัญทางอุตสาหกรรมของเพกมาไทต์ส่วนหนึ่งเนื่องมาจากความจริงที่ว่าพวกมันเป็นแหล่งของอัญมณี แต่ส่วนใหญ่ - โพแทสเซียมเฟลด์สปาร์และไมกาคุณภาพสูงตลอดจนแร่ลิเธียมซีเซียมและแทนทาลัมและเบริลเลียมบางส่วน