☆鉱物について☆

動画の撮影場所：Lake Sperior Provincial Park ,Agawa Bay , Ontario , Canada

石との出逢い

五大湖の１つ、スペリオル湖には、寄せては返す波で磨がかれた綺麗な小石の湖岸があります。
ずっと続くこの岸を歩いていると、足もとの小石に気持ちを引かれ、拾いたくなる石がたくさん見つかります。

その小石は、鮮やかな赤い色をしていたり、美しい緑色の筋が入っていて「どうしてこんなに鮮やかな赤い色をしているんだろうか？」、「この美しい緑色の筋は何だろう？」と不思議に思うのです。

魅力のある石を手にした時.....、その気持ちは初恋に似ています。
そして、その石の事をもっと知りたくなった時は、石に恋をしたと言えるでしょう。
このページでは石、とりわけて鉱物の魅力をまとめてみました。
鉱物の結晶や色々な性質は、これからのあなたを、ずっとひきつけていくことでしょう。

湖岸の地質：北米大陸は5つの大陸がぶつかって出来ていて、この地域は一番古い20億5千万年前の "Arctica " という大陸の一部です。 "Arctica " は東から他の大陸がぶつかり、造山運動や海底火山活動が起こり、水平な力を受けて帯状の地質区分になっています。この湖岸は、Granite - Greenstone 地域ですが、湖岸のさまざまな色をした小石は、約20億年前の花崗岩に含まれている岩石です。

1.鉱物とは

地球の最も外側にある地殻を構成している岩石や土は、鉱物の集合体です。
鉱物はマグマが冷える時に晶出した一次鉱物と、一次鉱物が風化作用や熱や圧力を受けて出来た二次鉱物に分けられます。  天然に産出する鉱物は、ほとんどが無機物で規則正しい内部構造を持ち、均質な化学成分で独自の形を示しています。同じ種類の鉱物であれば、化学組成や物理的特性はどの部分も同じです。
たいていの鉱物は無機物ですが、大昔の植物や動物が材料になって出来た石炭や石油、天然ガス、天然アスファルト、コハクなどは有機鉱物です。

このように均質な化学成分と規則正しい内部構造が、鉱物の美しい色や結晶を形作っています。

2.鉱物の化学組成

鉱物は含まれる成分と構成で大きく３つに分けられます。

元素鉱物

• １つの元素で構成される鉱物
• 石墨、ダイヤモンド＝炭素C 、硫黄＝イオウS、自然金＝金Au、自然銀＝銀Ag、
  自然銅＝銅Cu

化合物鉱物

• ２つ以上の元素で構成される鉱物
• 石英・水晶＝SiO₄　珪素と酸素、黄鉄鉱＝FeS₂　鉄とイオウ、
• 方解石＝CaCO₃　カルシウムと炭酸、螢石＝CaF2　カルシウムとフッ素

固溶体鉱物

• ある鉱物に含まれる成分の一部が、他の成分に置き換えられた２つの鉱物は固溶体鉱物と言います。
• 橄欖石（カンラン）石の化学式は(Mg,Fe)₂SiO₄ですが、Mg（マグネシウム）の割合が多い場合は苦土カンラン石 Mg₂SiO₄ となり、Fe（鉄）が多い場合は鉄カンラン石 Fe₂SiO₄ になります。
• カンラン石が生成される段階で、Mg とFe の量は定まっておらず、自由な割合でカンラン石中に存在できます。
• したがって、固溶体と呼ばれる２種の鉱物が出来るわけです。

3.鉱物の化学組成による分類

元素鉱物

• １つの元素で構成される鉱物
• 石墨・ダイヤモンド=炭素C、　自然金=金Au、自然銀=Ag、自然水銀=水銀Hg
• 自然銅=銅Cu、自然鉄=鉄Fe、自然蒼鉛=蒼鉛Bi:ビスマス
• 自然テルル=テルルTe、硫黄=イオウS

硫化鉱物

• １つの金属元素がイオウや砒素と化合物を作っている鉱物
• 黄鉄鉱FeS₂、黄銅鉱CuFeS₂、方鉛鉱PbS、輝安鉱Sb₂S₃、閃亜鉛鉱 ZnS
• 輝コバルト鉱CoAsS、硫砒鉄鉱FeAsS

酸化鉱物

• 酸素が他の元素と化合物を作っている鉱物
• 石英SiO₂、コランダムAl₂O₃、ルチルTiO₂、磁鉄鉱FeFe₂O₄、赤鉄鉱Fe₂O₃、錫石SnO₂

ハロゲン化鉱物

• ハロゲン元素のフッ素Fや塩素Clの化合物鉱物
• 螢石CaF₂、岩塩NaCl、氷晶石NaAlF₆

炭酸塩鉱物

• 炭酸CO₃と化合して塩基を作っている鉱物
• 方解石CaCO₃、苦灰石CaMg(CO₃)₂、菱鉄鉱FeCO₃、菱マンガン鉱MnCO₃

硝酸塩鉱物

• 硝酸と化合して塩基を作っている鉱物
• 硝石KNO₃

硼酸塩鉱物

• 硼酸と結合して塩基を作っている鉱物
• 小藤石Mg₃(BO₃)₂

硫酸塩鉱物

• 硫酸と結びついて塩基を作っている鉱物
• 石膏CaSO₄・2H₂O、重晶石BaSO₄、天青石(セレスタイン)SrSO₄

モリブデン酸塩鉱物

• モリブデン酸と結びついて塩基を作っている鉱物
• モリブデン塩鉱PbMoO₄

タングステン酸塩鉱物

• タングステン酸と結びついて塩基を作っている鉱物
• 灰重石CaWO₄、鉄重石FeWO₄

クロム酸塩鉱物

• クロム酸と結びついて塩基を作っている鉱物
• 紅鉛鉱PbCrO₄

燐酸塩鉱物

• 燐酸を主体として塩基を作っている鉱物
• 燐灰石Ca₅(PO₄)₃、藍鉄鉱Fe₃(PO₄)₂・ 8H₂O、モナズ石CePO₄

砒酸塩鉱物

• 砒酸を主体として塩基を作っている鉱物
• スコロド石Fe(AsO₄)・2H₂O

珪酸塩鉱物

１つの珪素イオンと４つの酸素イオンで構成される珪酸四面体SiO₄（図の破線部分）が、主体となっている鉱物です。
   全鉱物の４０％を占め、珪酸四面体の配列の形によって６種に分類されいます。

ネソ珪酸塩鉱物

• 独立したSiO₄珪酸四面体が島状(nesos)に配列している。
• カンラン石、柘榴石、ジルコンの各グループなど
• 苦土カンラン石Mg₂SiO₄  鉄カンラン石Fe₂SiO₄   ジルコンZrSiO₄、
• 灰礬柘榴石（グロッシュラー）Ca₃Al₂(SiO₄)₃
  苦礬柘榴石（パイロープ）Mg₃Al₂(SiO₄)₃
• 鉄礬柘榴石（アルマンディン）Fe₃Al₂(SiO₄)₃
  満礬柘榴石（スペサルティン）Mn₃Al₂(SiO₄)₃
• 灰鉄柘榴石（アンドラダイト）Ca₃Fe₂(SiO₄)₃
  灰クロム柘榴石（ウバロダイト）Ca₃Cr₂(SiO₄)₃

ソロ珪酸塩鉱物

• ２個以上のSiO₄珪酸四面体が１つの頂点を共有し、フィロ珪酸基[Si₂O₇]^6-を持っているもの。
• 連結をして群構造(ギリシャ語 soros=積み重ね)を形作っている。
• 緑簾石グループなど
• 緑簾石Ca₂(Al,Fe)₃(Si₂O₇)(SiO₄)O(OH)
  ローソン石CaAl₂Si₂O₇(OH)₂・H₂O
• ベスブ石Ca₁₀Mg₂Al₄(SiO₄)₅ (Si₂O₇)₂(OH)₄

サイクロ珪酸塩鉱物

• ３個から６個のSiO₄珪酸四面体が２個の頂点を共有して結合し、環状体(ギリシャ語 kyklos=輪)になっているもの。
• 珪酸四面体は3,4,6,8,9,12個の組み合わせがある。
• 斧石、電気石の各グループなど
• 鉄斧石Ca₂FeAl₂(BSi₄O₁₅)(OH)
  緑柱石Be₃Al₂Si1₆O₁₈
• 鉄電気石NaFe₃Al₆(BO₃)Si₁₆O₁₈(OH)₄
  リチア電気石Na(Li,Al)₃Al₆(BO₃)Si₁₆O₁₈(OH)₄

イノ珪酸塩鉱物

• ２個以上の頂点を共有したSiO₄珪酸四面体の連結が無限に延びて鎖状や帯状になっているもの(ギリシャ語 inos=ひも)。
• 輝石、角閃石の各グループなど
• 鎖状 透輝石CaMgSi₂O₆
  ヘデン輝石CaFeSi₂O₆
• 帯状 珪灰石Ca₃(Si₃O₉)
  バラ輝石CaMn₄(Si₅O₁₅)

フィロ珪酸塩鉱物

• SiO₄珪酸四面体が３個以上の頂点を共有して網状構造(ギリシャ語 phyllon=葉)をなした構造が、層状になったもの。
• 雲母、緑泥石、カオリナイト-蛇紋石の各グループなど
• 黒雲母K(Mg,Fe)₃(Al,Fe)Si₃O₁₀(OH,F)₂
  滑石Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂
• 魚眼石KCa₄Si₈O₂0(F,OH)・8H₂O

テクト珪酸塩鉱物

• SiO₄珪酸四面体が4つの頂点を共有し、三次元的網目状構造(ギリシャ語 tecton=建設者)をしているもの。
• 長石、沸石の各グループ
• 正長石KAlSi₃O₈(単斜晶系)
  微斜長石KAlSi₃O₈(三斜晶系)
  霞石KNa₃(AlSiO₄)₄

4.同質異像と類質同像

鉱物の成分や生成環境で、同じ結晶系や異なる結晶系になる場合があります。

同質異像

化学成分は同じであっても内部構造が異なる鉱物のこと。
ダイヤモンドと石墨は、どちらも同じ炭素Cを持ち元素鉱物ですが、
高温高圧下で生成されたダイヤモンドは等軸晶系で、低温低圧下で生成された石墨は六方晶系です。
同じ炭素を持っていますが、結晶系が違う事から二つの鉱物は同質異像と呼ばれます。

類質同像

類似の化学成分を持つ場合で結晶系が同じ鉱物のこと。
方解石CaCO₃と菱鉄鉱FeCO₃は、炭酸CO₃を共通成分として持っており、
どちらも六方晶系で類質同像と呼ばれます。

5.鉱物の内部構造

美しい鉱物の結晶は、均質な成分と規則正しい内部構造の表れです。
構成する原子が規則的に配列をしている場合を結晶と言い、逆に不規則な配列をしている場合は非結晶と言います。  結晶は結晶格子と呼ばれる原子の配列を持ち、１つの結晶格子の単位を単位格子と言います。
結晶は単位格子が規則正しく配列したものです。

鉱物の結晶の種類

単位格子の長さをa,b,cとし、bとcの角度ををα、aとcの角度をβ、aとbの角度をγとします。
すると、ある成分を持つ１つの種類の鉱物の形は決まったものになります。
単位格子の各辺の結晶軸の長さと、軸が作る軸角度を格子定数と言いますが、
結晶は格子定数の違いで７つに分類されます。

等軸晶系

• a=b=c α=β=γ=90°黄鉄鉱、ダイアモンド、螢石、柘榴石など

正方晶系

• a＝b≠c α=β=γ=90°ベスブ石、魚眼石、ジルコンなど

六方晶系

• a(a1,a2,a3)≠b≠c α=β=90°γ=60°bは６角形の辺の長さ、cは柱面の高さ。高温型石英、燐灰石、輝水鉛鉱など

三方晶系

• a＝b＝c α≠β≠γ≠90°（＜120°)低温型石英（水晶）、方解石、菱鉄鉱など

斜方晶系

• a≠b≠c α=β=γ=90°硫黄、輝安鉱、ダンブリ石など

単斜晶系

• a≠b≠c α=γ=90°β≠90°正長石、孔雀石、モナズ石など

三斜晶系

• a≠b≠c α≠β≠γ≠90°ターコイズ、ロードナイト（バラ輝石）など

結晶図一覧

6.鉱物の性質

(1) 色

鉱物は成分により独自の色があります。
白、灰、黒、黄、褐、紅、青、赤などがあり、濃、淡、明、暗、浅、深で表現されます。

自色  成分の色＝本来の色　自然金、自然銀

他色  化学組成に記載されないほど微量の含有成分による色
          煙水晶、ローズクオーツ

(2) 透明度

光を通す性質を透明度と言い、その度合いで以下のように分けられます。

透明   向こう側の物体の輪郭がはっきりわかる場合

半透明  向こう側の物体の輪郭が明瞭ではない場合

玲瓏（れいろう）  鉱物を光にかざして見た場合にぼんやりと見える場合

不透明  向こう側が全く見えず、光も通さない場合

複屈折  紙に書いた文字の上に方解石の透明な劈開片を置くと２重に見えます。
          入った光が速度の違う２つの光に分かれて、別の方向に進むためにこのような現象になります。透明性とは違いますが便宜上ここに入れました。

(3) 光沢

艶のこと

金属光沢  金属の艶を持つ光　（黄鉄鉱、黄銅鉱）

亜金属光沢  金属と非金属の中間的光沢（石墨）

非金属光沢  金属以外の光沢（金剛光沢以下）

金剛光沢  ギラリとする光（ダイヤモンド、ルチル、閃亜鉛鉱）

ガラス光沢または玻璃光沢  ガラスの反射のような光沢（石英、方解石、螢石）

樹脂光沢  松脂のような樹脂の光り方（コハク、硫黄、滑石）

真珠光沢  真珠のように鈍い光の輝き（魚眼石、白雲母）

蝋光沢  ロウソクの蝋のような艶（蝋石、玉髄＝カルセドニー）

絹糸光沢  絹の糸のような光沢（孔雀石、石英中のルチル）

(4) 発光性

光・熱・電気を加えることにより自然光下の色とは違う色を発する性質

蛍光   ミネラライトやブラックライトなどの紫外線で蛍光します。
          灰重石(青白色）、燐灰ウラン鉱（黄緑色）、螢石（青白色）、マンガン方解石（ピンク）
  太陽光で青白く蛍光する蛍石もあります。

  蛍石は粉末にして火に投じた時に、パチパチと音を出しながら発光するので蛍石の名前がつきました。

燐光  電磁波や放射線を当てた後にしばらくの間、発光する場合を燐光と言います。

(5) 静電気

電気石は加熱すると帯電して尖ったほうは正極、反対側は負極になり小さな紙切れを吸い付けます。

(6)条痕

鉱物を粉末にした時の色で、素焼きの陶器や条痕板に鉱物をこすると条痕色が出ます。
黄鉄鉱や黄銅鉱の色は金黄色ですが、黄鉄鉱の条痕色は黒色、黄銅鉱は緑黒色です。
このように本来の色と粉末にした時の色は鉱物鑑定に役に立ちます。
輝水鉛鉱（緑灰色）、石墨（黒）、黄鉄鉱（黒色）、金（黄金色）

(7)光彩

鉱物の内部構造（組織）により美しい色合いが出る事を言います。

蛋白光  内部からの真珠色の反射　蛋白石。

閃彩  １筋の光が出て猫の目のような光になる事　虎目石、猫目石。

星彩  ３本の光が交差し６本の星形の光になり、スターサファイヤやスタールビーと呼ばれるような光。

遷彩  ムーンストーン、ラブラドライトのように、ある方向から濃いブルーの光を発する。

変彩  ダイヤモンドのような目のくらむような光。

虹色  薄い劈開の鉱物から発する虹色と結晶表面から発する虹色があります。

錆色  斑銅鉱のような錆による光。

(8) 比重

空気中の鉱物の重さ/ 空気中の鉱物の重さー水中の鉱物の重さ＝比重

水の重さを１として、同じ体積の鉱物の重さと比が比重です。
アルキメデスの原理で鉱物を水に入れて溢れた水が鉱物の体積ですから、
鉱物の重さから溢れた水の重さを割ると比重が出ます。
しかし、この方法は水のロスが出るので正確に測定できません。
従って上記の式のような方法で図る事が望ましい方法です。
数字が少なければ比重は軽く、多ければ比重は重い事になります。

(9) 硬度

傷つきやすさの段階を１から１０までの数字にしたもので、
ドイツの鉱物学者フリードリッヒ・モースが１８２２年頃に考案しました。
硬度は傷つきやすさを相対的にわけたもので、絶対的な傷つきやすさではありません。
また2.5 2 1/2のような表し方は、傷つきやすさが２と３の間の範囲にあると言うことです。
したがって2.6や2.8と言う表記はありません。

モース硬度計

• 1.滑石
• 2.石膏
• 3.方解石
• 4.蛍石
• 5.燐灰石
• 6.長石
• 7.石英
• 8.トパーズ（黄玉）
• 9.コランダム（鋼玉）
• 10.ダイヤモンド（金剛石）

簡易硬度計　2.5 爪　3 銅貨　5.5 ガラス　6 小刀

モース硬度の覚え方 (ごろ合わせです)

滑石方（かっせきほう）にして蛍燐（けいりん）長く、石黄鋼（いしおうこう）にして金色なり

(10) 劈開

割れた時に面をなす割れ方。鉱物内部の原子の結びつき方の強さは同じではなくて、
ある方向には弱い結びつきがあります。その部分に沿って割れるた場合に劈開を生じます。

極めて完全  方解石、方鉛鉱、雲母

完全  重晶石、角閃石

明瞭  霰石、カンラン石

不明瞭  石英

(11) 断口

劈開の性質を持たない鉱物の割れ口

貝殻状  貝殻のような模様に割れる

平坦  光沢を持たず平らに割れる性質

三差  規則性が無く不揃いに割れる

鍼状  花崗岩などを割ったように鋭い部分があるもの

多片状  紙を重ねた感じや繊維状

土状  乾いた粘土を割った状態のもの

(12) 粘靭性

ハンマーなどで叩いた場合の鉱物のリアクション状態を言います。

脆弱  方解石・黄鉄鉱・・・・すぐに破片や粉末になる

強靭  珪灰石・バラ輝石・・・堅牢でなかなか割れない

(13) 展性

叩いて箔になる性質   金・銅など

(14)延性

引き伸ばすと線になる   金・銀・銅など

(15)弾性

弾力がある性質   雲母

(16) 湾曲性

折曲げることができる。力を取り除いても元に戻らないので撓性(とうせい)とも言います。
   輝水鉛鉱、輝安鉱

(17) 磁性

磁石に引き付けられる性質
   磁鉄鉱、磁硫鉄鉱、自然鉄

(18) 味

水溶性の鉱物の場合は味があります。
   岩塩、ケルン石、磁硫鉄鉱、硫砒鉄鉱、硫砒ニッケル鉱

砒素を含む鉱物（特に自然砒）は毒性があるので、味覚による鉱物の鑑定は注意が必要です。

(19) 臭い

普通の状態で臭いのする鉱物

元素鉱物では硫黄、硫化鉱物では白鉄鉱、磁硫鉄鉱、硫砒鉄鉱、硫砒ニッケル鉱

ハンマーなどで叩くと臭いのするもの

硫砒鉄鉱

(20) 触感

触った感じの事、手や皮膚で感じる質感
   輝水鉛鉱、石墨、蛇紋石、葉蝋石の表面はツルツルして蝋のような感じ。

(21) 温度

手ざわりや舐めてみて感じる温度
   建築材料や家具の一部に人工のものが使われるが天然石は冷たく感じる
   また、水晶は冷たく、ガラスは暖かく感じます。

今回はこれでおしまいです。ご精読ありがとうございました。