鑛物

鑛物(mineral, 미네랄)이란, 一般的으로는, 地質學的作用에 依해 形成되는, 天然에 産出하는 一定한 化學組成을 가진 無機質結晶質物質을 가리킨다. 一部例外가 있지만(琥珀等), 鑛物로서 記載되기 爲해서는, 人工結晶이나 活動中의 生物에게 包含되는 것은 嚴密하게 排除된다. 또 鑛物은, 固體가 아니면 안된다(이쪽에도, 水銀等의 例外도 있다).

槪要

산 生物에게 包含된다, 例를 들면 貝殼의 方解石이나 炭酸칼슘含有돌, 사람의 이빨에 많이 包含되는 하이드록시 어퍼타이트等의 鑛物은 生體鑛物로서 區別할 必要가 있다. 또 非晶質物質에서도 鑛物로 불리는 例外도 있다(오팔). 덧붙여서 食品分野에서의 「미네랄」에 對해서는 該當項目을 參照. 飮料水나 食品等에 溶存하고 있는 無機質은, 「鑛物質」이라고 불리기도 하지만 「鑛物」그 自體는 아니다(鑛物은 固體物質이다). 廣義에는, 動物, 植物以外의 自然物을 찔러, 石油, 地下水까지도 鑛物에 包含할 수 있는 境遇가 있다. 그러나, 鑛物學의 文獻等에서는, 「天然에 産出하는 無機質로 一定한 化學組成과 結晶構造를 가지는 固體物質」을 鑛物이라고 定義하는 境遇가 많다.

鑛物種

鑛物의 種은 結晶構造와 化學組成에 依해서 特徵지울 수 있고 있다. 化學組成이 같아도 結晶構造가 다르면 다른 鑛物(이 關係를 多型이라고 부른다)이 된다. 例를 들어, 黑鉛(graphite)과 다이아몬드의 化學組成은 모두 純粹한 炭素(C)이지만, 結晶構造가 다르기 爲해 別種의 鑛物이며, 完全히 다른 物性을 가진다. 또, 結晶構造가 같아도 化學 組成이 다르면 다른 鑛物(이 關係를 同型이라고 부른다)이 된다. 方解石(CaCO3)과 菱苦土石(MgCO3)은 結晶構造는 거의 同一하지만, 化學組成이 다르기 爲해 別種의 鑛物이다.

多型(同質異像)

固溶體

結晶構造에 對해서는, 一定量까지라면 組成外의 元素를 包含해도 維持할 수 있기 爲해(固溶體), 同種의 鑛物이어도 化學組成에는 一定한 幅이 있다. 이 때 固鎔할 수 있는 元素의 量은, 元素의 種類와 結晶構造에 依存한다. 結晶構造가 至極히 가까운 鑛物끼리의 境遇, 自由로운 比率로 固鎔할 수 있는 境遇가 있어(連續固鎔), 이 境遇에는 막1:1이 되는 組成을 境界로 해 各各 獨立의 鑛物로서 命名한다.

新鑛物・命名

新鑛物은, 國際鑛物學聯合(IMA)의 「新鑛物命名分類委員會(CNMNC)」에 申請해 承認될 必要가 있다.

鑛物과 岩石, 鑛石

鑛物과 岩石은 자주 混同되어 버리지만 別個이다. 岩石은, 鑛物 또는 岩石破片의 集合體이며, 化學的으로 均質인 物件은 아니다. 鑛物은, 化學的으로 거의 均質로, 原子・이온 레벨로 3 次元的인 秩序配列(結晶構造)을 가진다. 具體的으로는, 墓石等에 使用되는 花崗岩은 岩石이지만, 花崗岩은 石英, 長石, 雲母等의 鑛物의 集合으로부터 되어 있다. 또, 單一의 鑛物로부터 되어 있어도, 複數의 結晶이 集合하고 있고, 單一의 結晶이 아닌 境遇, 1 種類의 鑛物로부터 되는 岩石이라는 것이 된다. 例를 들어, 結晶質石灰岩(大理石)은 方解石의 結晶에 依해 構成되지만, 單一의 結晶은 아니고 複數의 方解石結晶의 集合體이므로, 岩石이다. 이 兩者의 關係는, 자주 「生物體」와「細胞（生物學）」의 關係에 比喩된다. 生物體를 「岩石」이라고 하면, 그것은 여러가지 種類의 細胞 「鑛物」로 構成되어 있다, 이와 같은 程度이다. 細胞의 하나하나는 鑛物이지만, 그것이 많이 모여서 固結하고 있으면 岩石으로 불리게 된다. 또, 鑛物이나 岩石을 資源으로서 利用하는 境遇, 鑛石名으로 부르는 일이 있다. 鐵鑛石,硫化鐵鑛, 蠟石, 石灰石等은, 鑛物名에서도 岩石名도 아니다.

性質

鑛物의 性質은 다음과 같은 項目으로 表現된다.

光學的性質

色-比較的, 微量成分의 影響을 받기 쉽다. 또, 熱이나 紫外線等에 依해 變色하는 境遇가 있다. 條痕色-딱딱하고, 表面의 엉성한 版에 칠했을 때에 할 수 있는 線을 條痕이라고 하여, 이 色을 條痕色이라고 한다. 條痕色은 鑛物을 粉末로 했을 때의 色과 同一하다. 條痕色은 반드시 鑛物結晶의 色과 같지 않다. 光澤-結晶 表面의 質感. 結晶表面의 屈折率, 反射率의 影響으로 이 質感이 定해진다. 光澤의 表現은, 金屬光澤, 다이아몬드光澤, 瑠璃光澤, 樹脂光澤, 脂肪光澤, 眞珠光澤, 緋緞光澤等. 螢光-熱이나 紫外線에 依해 螢光을 나타내는 일이 있다. 屈折率-一般的으로는 密度의 큰 物質만큼 큰 屈折率을 나타낸다. 單屈折과 複屈折이 있다. 造岩鑛物에서는, 자주 資料의 剝片을 偏光顯微鏡에 내기 複屈折의 크기에 依해 鑛物種을 判斷한다.

化學的性質

化學組成-그 鑛物에 包含되는 元素의 種類와 比率. 結晶構造-結晶中에서 原子가 어떻게 줄지어 있는가 하는 것.

物理的性質

結晶系-晶系라고도 말한다. 結晶이 어떠한 對稱性을 가지고 있는지를 나타낸다. 結晶格子를 參照. 硬度-鑛物의 딱딱함을 나타낼 때는 모스 傾度가 利用된다. 硬度는 천천히 비비어 맞추었을 때의 딱딱함이어, 物理的인 衝擊力에 對한 딱딱함은 아니다. 1～10의 숫字로 나타낸다. 빅커스 硬度를 利用하는 境遇도 있다. 比重-물의 무게를 1으로 했을 때의 무게. 劈開-結晶構造에 따라서는 特定方向으로 갈라지기 쉬운 性質이 있어, 이것을 劈開面이라고 한다. 鑛物에 따라서는 劈開를 가지지 않는 것도 있다. 劈開의 表現은, 極히 完全, 不完全, 極히 明瞭, 不明瞭은 없음. 斷口-分裂口로, 鑛物種에 따라서는 特徵的인 分裂口를 나타내는 것이 있다. 貝殼狀斷口, 牙牌角狀斷口等.

化學組成에 依한 分類

元素鑛物以外의 分類는, 包含되는 負이온의 種類에 依해서 行해진다. 또, 燐酸鹽鑛物과 바나진酸鹽鑛物과 같이 負이온의 性質 및 形象이 類似하는 것은, 分類方法에 따라서는 하나의 그룹으로 여겨지는 境遇가 있다.

元素鑛物

單獨의 元素로부터 되는 鑛物自然金(Au), 自然銀(Ag), 自然銅(Cu), 自然蒼鉛(Bi), 自然테룰(Te), 自然硫黃(S), 黑鉛・다이아몬드(C) 等. 自然놋쇠(CuZn)와 같이 特有의 結晶構造를 가지는 合金에 對해서도 여기로 分類된다. 다만 合金이어도 이리듐-오스뮴과 같이 單純하게 固溶體를 形成하고 있을 만한 境遇는 鑛物種은 되지 않는다.

硫化鑛物

金屬元素와 硫黃이 結合하고 있는 鑛物. 熱水鑛床等에서 잘 볼 수 있다. 黃鐵鑛(FeS2), 黃銅鑛(CuFeS2), 方鉛鑛(PbS) 等.

酸化鑛物

金屬元素와 酸素가 結合하고 있는 鑛物. 石英(SiO2), 赤鐵鑛(Fe2O3), 磁鐵鑛(Fe2+Fe3+2 O4), 티탄鐵鑛(FeTiO3), 스피넬(MgAl2O4), 코런덤(Al2O3) 等. 할로겐화鑛物 金屬元素와 할로겐元素가 結合하고 있는 鑛物. 岩鹽(NaCl), 螢石(CaF2) 等.

炭酸鹽鑛物

炭酸鹽으로부터 되는 鑛物. 方解石(CaCO3), 苦灰石(CaMg(CO3) 2) 等.

硼酸鹽鑛物

硼酸鹽으로부터 되는 鑛物. 硼砂(Na2B4O5(OH) 4・8 H2O) 等.

硫酸鹽鑛物

硫酸鹽으로부터 되는 鑛物. 明礬石(KAl3(SO4) 2(OH) 6), 石膏(CaSO4・2 H2O), 天靑石(SrSO4), 重晶石(BaSO4) 等.

燐酸鹽鑛物

燐酸鹽으로부터 되는 鑛物. 燐灰石(Ca5(PO4) 3(F, Cl, OH)) 等.

텅스텐酸炎鑛物

텅스텐酸鹽으로부터 되는 鑛物. 재누름돌(CaWO4) 等.

硅酸銷金鑛物

硅酸銷金으로부터 되는 鑛物. 캔 런석, 輝石, 角閃石, 雲母, 長石, 沸石等. 硅酸이온의 構造에 依해, 한층 더 細分化된다.

有機鑛物

有機物로부터 되는 鑛物. 다른 鑛物은 無機物로부터 되므로 代를 이루어, 無機鑛物과 같이 一旦 分類는 可能하지만, 40種程度 밖에 發見되지 않고, 普通은 「有機鑛物」로 한덩어리로 되고 있다. 물을 成分으로서 包含한 鑛物을 含水鑛物로 해 整理하기도 한다(雲母, 角閃石等). 炭酸鹽鑛物, 硼酸鹽鑛物, 硫酸鹽鑛物, 燐酸鹽鑛物, 硅酸銷金鑛物을 酸素酸鹽鑛物로 해 整理하고 있는 일도 있다. 無機鑛物과 有機鑛物로 大別되기도 한다.

對稱性에 依한 分類

鑛物을 結晶形으로 分類하는 境遇, 漠然히 한 外觀이 아니고, 對稱性이 重視된다. 이것은, 結晶의 對稱性에는 結晶構造의 影響이 特히 强하게 나타나 原子의 配列이 反映되는 것이니까이다. 鑛物의 結晶이 取할 수 있는 對稱性의 패턴은 몇 個인가에 限定되어 있어 이것을 晶系라고 부른다. 結晶이 어느 晶系에 屬할까에 依해서, 巨視的인 外形(結晶形)이나 갈라지는 方法(劈開), 電氣的・光學的인 性質이 大略的으로 決定된다. 反對로, 鑛物이 어느 晶系에 屬할까를 決定하려면 , 結晶外形(特히 面角)이나 다른 物理的性質을 綜合的으로 判斷해서 決定한다. 다만, 現代로는 X線回折에만 보다 거의 決定할 수 있다. 通常, 7晶系로 表現되는 것이 많지만, 7晶系 가운데, 三方晶系와 六方晶系는, 行列에 依해 座標의 變換을 實施하면 等價가 되기 爲해, 6晶系로 하는 境遇도 있다.

等軸晶系

자쿠로석, 스피넬, 螢石, 磁鐵鑛, 黃鐵鑛, 다이아몬드 等.

正方晶系

지르콘, 베스브石 等.

六方晶系(三方晶系를 包含한다)

石英, 方解石, 燐灰石, 코런덤, 黑鉛等.

斜方晶系

캔런石, 斜方輝石等.

單斜晶系

正長石, 普通輝石, 普通角閃石, 黑雲母等.

三斜晶系

斜長石等.

結晶構造에 依한 分類

結晶構造에 注目하고, 같은 結晶構造를 가지는 鑛物을 整理해 하나의 그룹으로 하는 境遇가 있다. 特히, 化學組成과 晶系만으로는 特徵을 잡기 어려운 硅酸鹽鑛物等에서는 一般的으로 使用되는 分類이다. 原子의 配列인 結晶構造는 너무나 微細하기 때문에 直接 아는 方法은 없고, X線回折이나 그 外 結晶의 物理的性質等에 依해서 間接的으로 推定한다. 化學 組成이나 晶系로부터 大略的으로 推定할 수 있는 境遇도 있다. 다만, 같은 結晶 構造라고 반드시 같은 晶系에 屬하는 것은 아닌 것에 注意가 必要. 例를 들면 長石 그룹에 屬하는 鑛物은, 單斜・斜方・3傾斜와 3個의 晶系에 걸친다.

鑛物그룹의 例

스피네르그르프

燐灰石그룹

자쿠로石그룹

長石그룹

角閃石그룹

輝石그룹

外形에 依한 分類

結晶을 自由롭게 成長할 수 있는 環境에서 成長했을 境遇를 自形이라고 한다. 이것에 對해서, 다른 鑛物에 妨害를 하셔 自由롭게 成長할 수 없었던 境遇를 他形이라고 한다. 또, 自形結晶의 外形만을 남기고, 成分이 分解・置換해 버리거나 多形關係의 다른 鑛物이 되어 버리는 境遇가 있어, 이러한 境遇를 假晶이라고 부른다. 鑛物의 外形(結晶形)은, 鑛物種을 判斷하는데 있어서 매우 重要한 要素이며, 結晶을 언뜻 본 것만으로 鑛物種을 判斷할 수 있는 境遇도 있다. 어느 鑛物種이 取하기 쉬운 形態를 그 鑛物種의 晶壁이라고 한다.

版 모양: 白雲母, 板티탄石

기둥 모양: 電氣石, 紅柱石

錐狀: 銳錐石

그러나, 結晶의 面의 크기나 모퉁이의 길이 等은 比較的 變하기 쉬운 것이 알려져 있기 때문에, 決定的이지 않다. 한편, 結晶面끼리가 이루는 角度(面角)는, 結晶面 마다 恒常 一定하는 것이 알려져 있어 鑛物의 鑑定에 對해 보다 重要한 性質이다.

産出狀態에 依한 分類

鑛物을 産出狀態나 用途에 依해서 整理하는 일이 있다. 造岩鑛物-岩石을 構成해 있는 鑛物. 石英, 長石, 雲母, 角閃石, 輝石, 캔런石等. 페그마타이트 鑛物페그마타이트를 構成해 있는 鑛物. 石英, 長石, 雲母外, 電氣石, 綠柱石, 螢石等. 接觸鑛物-火成岩(마그마)의 熱에 依해서 生成된 鑛物. 스카룬 鑛物-炭酸鹽岩와 火成岩과의 接觸部로 할 수 있는 鑛物. 자쿠로石, 輝石, 베스브石, 硅灰石等. 鑛石鑛物-鑛石으로서 採掘되는 有用한 鑛物. 黃銅鑛, 方鉛鑛, 閃亞鉛鑛等. 덧붙여 鑛床內에서 不必要한 것은 脈石鑛物이라고 한다. 蠟石鑛物-蠟石鑛床에 産出하는 로우감이 있는 鑛物. 잎납석, 다이아스포아, 絹雲母, 코런덤, 카오리나이트等. 粘土鑛物岩石이 分解해서 할 수 있던 粘土를 構成하는 鑛物. 몬모리론石, 綠泥石, 카오리나이트等. 마그마나 熱水로부터 最初로 할 수 있던 鑛物을 1次鑛物(初生鑛物, primary mineral), 旣存의 鑛物이 물이나 空氣와 反應해 別種으로 바뀐 것을 2次鑛物(secondary mineral)이라고 하기도 한다. 다만, 그 境界는 曖昧하다.

바뀐 鑛物

金綠石: 太陽下에서는 草綠, 燈盞 밑에서는 보라色으로 보인다(原因: 特定波長의 吸收).

菫靑石: 어느 方向에서는 푸르고, 어느 方向에서는 無色透明하게 보인다(原因: 光學的異方性).

方解石: 決定을 通해 보면 것이 二重으로 보인다(原因: 複屈折).

藍晶石: 結晶面에 依해서 딱딱함이 다르다(原因: 物理的異方性).

螢石: 熱이나 紫外線을 대면 빛난다(原因: 루미네센스).

岩鹽: 天然으로 産出하는, 먹을 수 있는 鑛物이다.

滑石: 食品添加物로서의 用度를 가진다.

博物學科鑛物

鑛物學은 博物學보다 發生하고 있어, 鑛物을 自然物의 分類로서 使用한 것은 博物學者의 린네이다. 린네는 自然界를 動物, 植物, 鑛物의 三界이다고 했다. 當時의 博物學은 動物, 植物이 中心이었기 때문에, 動物도 아니게 植物도 아닌 것, 卽, 自然界의 無機物은 모두 鑛物로서 다루어졌다. 이 影響이 强하고, 鑛物의 分類가 確立된 只今도 「鑛物=自然界에 있는 無生物」이라고 하는 意味를 남기고 있다. 또, 일찌기 博物學은 上流階級의 趣味의 하나이며, 現在의 鑛物採集이나 收集이라고 하는 趣味도 이 當時부터 發生하고 있다. 現在에도 歐美에서는 鑛物이나 岩石, 化石의 採集, 收集은 高尙한 趣味로서 認定되고 있다.