レッスンの目的

• すべての鉱物が共有する特性を説明します。
• 鉱物が分類されているグループを特定し、それらの特徴。

語彙

• 化合物
• 結晶
• 無機
• 鉱物
• ケイ酸塩

はじめに

鉱物は化学組成に基づいて分類されます。組成が類似しているため、同じグループ内の鉱物は類似した特性を持っている可能性があります。

鉱物とは何ですか？

鉱物はいたるところにあります！下の図2.1は、いくつかの一般的な家庭用品とそれらを作るために使用される鉱物を示しています。あなたが食べ物に振りかける塩はミネラル岩塩です。ジュエリーの銀も鉱物です。野球のバットと自転車のフレームには両方ともミネラルが含まれています。ガラスは鉱物ではありませんが、鉱物石英から作られています。科学者たちは、地球の地殻にある4,000を超える鉱物を特定しました。いくつかは一般的ですが、多くは一般的ではありません。

地質学者はミネラルについて非常に具体的な定義を持っています。材料は、次のすべての特性を満たしている場合、鉱物として特徴付けられます。鉱物は、無機の結晶性固体です。鉱物は自然のプロセスによって形成され、明確な化学組成を持っています。鉱物は、結晶構造、硬度、縞、へき開などの特徴的な物理的特性によって識別できます。

結晶性固体

鉱物は結晶性固体です。結晶は、原子が規則的な繰り返しパターンで配置された固体です（下の図2.2）。同じ鉱物の異なるサンプルの原子のパターンは同じです。ガラスは鉱物ですか？結晶構造がなければ、天然ガラスでさえ鉱物ではありません。

無機物質

有機物質は、生物によって作られた炭素ベースの化合物であり、タンパク質、炭水化物、および油が含まれます。無機物は生体特有の構造ではありません。石炭は動植物の残骸でできています。ミネラルですか？石炭は堆積岩に分類されますが、鉱物ではありません。

自然のプロセス

鉱物は、地球内または地球上で発生する自然のプロセスによって作られます。地球の地殻の奥深くに作られたダイヤモンドは鉱物です。実験室で炭素を高圧下に置くことによってダイヤモンドが作成されるのは鉱物ですか？いいえ。技術的に鉱物ではないことに気付かずに、実験室で作られた宝石用の「ダイヤモンド」を購入しないでください。

化学組成

地球の地殻のほぼすべて（98.5％）が作られています。酸素、シリコン、アルミニウム、鉄、カルシウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウムの8つの元素だけで構成されており、これらはほとんどのミネラルを構成する元素です。

すべてのミネラルには特定の化学組成があります。ミネラルシルバーは銀原子のみで構成され、ダイヤモンドは炭素原子のみで構成されていますが、ほとんどのミネラルは化合物で構成されています。各ミネラルには独自の化学式があります。上の図2.2に示すHaliteはNaCl（塩化ナトリウム）です。 ）クォーツは常にシリコン原子であるSiO2に結合した2つの酸素原子でできています。鉱物の結晶構造に他の元素が含まれている場合、それはクォーツではありません。

共有結合した炭素を含む硬い鉱物はダイヤモンドです。 、しかし、炭素とともにカルシウムと酸素も含むより柔らかい鉱物はカルサイトです（下の図）。

一部の鉱物にはさまざまな化学組成があります。オリビンには常にシリコンと酸素、鉄またはマグネシウム、あるいはその両方（Mg、Fe）2SiO4が含まれています。

物理的特性

鉱物の物理的特性には次のものがあります。

• 色：鉱物の色。
• 縞：鉱物の粉末の色。
• 光沢：光が鉱物の表面で反射する方法。
• 比重：同じ量の水に対して鉱物がどれだけ重いか。
• 劈開：平らな表面に沿って鉱物が壊れる傾向。
• 破砕：のパターンどの鉱物が壊れるか。
• 硬度：どの鉱物が傷つく可能性があり、どの鉱物が傷つく可能性があるか。

鉱物を識別するために物理的特性がどのように使用されるかはレッスンで説明されていますミネラル形成について。

ミネラルグループ

ミネラルは化学組成に基づいてグループに分けられます。ほとんどのミネラルは、8つのミネラルグループの1つに分類されます。

ケイ酸塩鉱物

約1,000のケイ酸塩鉱物が、地球の地殻の90％以上を占めています。ケイ酸塩は群を抜いて最大の鉱物グループです。長石と石英は、2つの最も一般的なケイ酸塩鉱物です。どちらも非常に一般的な造岩鉱物です。

すべてのケイ酸塩鉱物の基本的な構成要素は、下の図に示すシリカ四面体です。多種多様なケイ酸塩鉱物を作成するために、このピラミッド型の構造は、カルシウム、鉄、マグネシウムなどの他の元素に結合することがよくあります。

シリカ四面体は6つの異なる方法で結合して、さまざまな種類のケイ酸塩を生成します（図未満）。四面体は、スタンドアロン、リングと呼ばれる接続された円の形成、単鎖と二重鎖へのリンク、ピラミッドの大きな平らなシートの形成、または3次元での結合が可能です。

ネイティブ要素

ネイティブ要素1種類の元素のみの原子が含まれています。このカテゴリーに含まれる鉱物はごくわずかです。このグループの鉱物のいくつかは希少で価値があります。金、銀、硫黄、ダイヤモンドは、天然元素の例です。

炭酸塩

基本的な炭酸塩構造は、3つの酸素原子に結合した1つの炭素原子です。炭酸塩には、カルシウム、鉄、銅などの他の元素が含まれます。カルサイト（CaCO3）は最も一般的な炭酸塩鉱物です（下図）。

下の図に示すアズライトとマラカイトは、カルシウムの代わりに銅を含む炭酸塩です。

ハライド

ハライド鉱物塩水が蒸発するときに形成される塩です。岩塩はハロゲン化鉱物ですが、食塩だけがハロゲン化物ではありません。ハロゲン（フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素）と呼ばれる化学元素は、さまざまな金属原子と結合してハロゲン化鉱物を生成します（下の図を参照）。

酸化物

酸化物には、酸素と結合した1つまたは2つの金属元素が含まれています。多くの重要な金属が酸化物として見られます。 2つの鉄原子から3つの酸素原子を持つヘマタイト（Fe2O3）と3つの鉄原子から4つの酸素原子を持つマグネタイト（Fe3O4）（下図）はどちらも酸化鉄です。

リン酸塩

リン酸塩鉱物は、原子構造がケイ酸塩鉱物と似ています。リン酸塩では、リン、ヒ素、またはバナジウムが酸素に結合して四面体を形成します。リン酸塩グループにはさまざまな鉱物がありますが、ほとんどはまれです（下の図）。

硫酸塩

硫酸塩鉱物には、酸素原子に結合した硫黄原子が含まれています。ハロゲン化物のように、それらは塩水が蒸発する場所で形成されます。硫酸塩グループには多くの異なる鉱物が含まれていますが、一般的なものはごくわずかです。

石膏はさまざまな外観を持つ一般的な硫酸塩です（下の図）。いくつかの巨大な11メートルの石膏結晶が発見されました。それはスクールバスとほぼ同じ長さです！

硫化物

硫化物は、金属元素が硫黄と結合すると形成されます。硫酸塩とは異なり、硫化物には酸素が含まれていません。黄鉄鉱、または硫化鉄は、愚か者の金として知られている一般的な硫化鉱物です。 2つの鉱物は光沢があり、金属で、色が黄色であるため、人々はパイライトを金と間違える可能性があります。

レッスンの概要

• 物質が鉱物であるためには、特徴的な化学組成と結晶構造を持つ天然の無機結晶性固体。
• 鉱物の原子は、その鉱物を識別するために使用できる規則的な繰り返しパターンで配置されています。
• 鉱物は、その化学組成に基づいてグループに分けられます。
• 各グループの化学的特徴は次のとおりです。ネイティブ要素–1つの要素のみ。ケイ酸塩–シリカ四面体;リン酸塩–リン酸塩四面体;炭酸塩–3つの酸素原子を持つ1つの炭素原子。ハロゲン化物–金属原子と結合したハロゲン。酸化物–酸素と結合した金属。硫酸塩–硫黄と酸素;硫化物–硫黄を含み、酸素を含まない金属。

質問の確認

1. 結晶とは何ですか？
2. すべてのケイ酸塩鉱物にはどの元素が含まれていますか？
3. 黒曜石は、溶岩が急速に冷えて原子が結晶に配列する機会がないときに形成されるガラスです。黒曜石は水晶ですか？理由を説明してください。
4. 8つの主要な鉱物グループは何ですか？
5. ケイ酸塩グループのすべての鉱物について同じことは何ですか？それらの違いは何ですか？
6. 1つのサンプルは、2つの鉄原子と3つの酸素原子の比率の化学組成を持っています。別のサンプルは、3つの鉄原子と4つの酸素原子の比率の化学組成を持っています。それらには同じ元素が含まれています：それらは同じ鉱物ですか？
7. 天然元素の鉱物グループは他のすべての鉱物グループとどのように異なりますか？
8. 自然史博物館への旅行で色が似ている2つの鉱物が見つかります。それらの化学式から、1つのミネラルに亜鉛、炭素、および酸素の元素が含まれていることがわかります。他のミネラルには、亜鉛、シリコン、酸素、水素の元素が含まれています。あなたの友人は、鉱物が同じ鉱物グループにあるとあなたに言います。同意しますか？理由を説明してください。

参考資料/補足リンク

考慮事項

• 黒曜石、から形成される天然ガラスはなぜですか鉱物ではなく溶岩を冷却しますか？
• 実験室でダイヤモンドが鉱物ではないのはなぜですか？
• 石炭は主に腐敗した植物から形成された鉱物ですか？それは岩ですか？
• アーティストは、鉱物のアズライトを粉砕して、塗料用のカラフルな顔料を作成していました。粉末アズライトはまだ結晶性ですか？