鉱物(石)の化学組成と鉱物の分類

鉱物の特徴として「化学式」で表すことが出来る。多くの人が自然で目にする「川や山にたくさんある石」は岩石として分類され複数の鉱物から構成される混合物として分類される。そのため一つの化学式で表すことはしない。鉱物の分類において化学組成式で表せるということは非常に重要な要素となっている。

鉱物の名前を見た時はその化学組成も同時に知ることで、その石の特性であったり「似た者同士、異なる者同士」などを理解しやすくなる。また鉱物の分類も化学組成に基づいて分けると理解しやすい。

原子配列によって性質が異なるものも(多形)

鉱物の性質を左右する重要な要素として「元素や化合物」の化学組成があるが、もう一つ重要な要素が原子配列で、化学組成が同じであっても原子配列が異なることで別の鉱物となる。身近なもので有名なものは「ダイヤモンドと石墨」の違いで、どちらも化学式は「C(炭素)」だが原子配列によって違った鉱物として扱われる。

このように化学組成は同じだが、原子配列によって全く別の鉱物として扱われれるものを「多形」と呼ぶ。

原子配列は同じでも原子が置き換わって組成が変化するものも(固溶体)

こちらは少し理解しがたい(身近でない)が、2種類以上の元素が高いに溶け合って均一の固相になっているものを固溶体という。鉱物の世界ではカンラン石が代表としてあげられ。Mg2SiO4(苦土橄欖石)と Fe2SiO4(鉄橄欖石)との間の連続固溶体をなす。化学式で(Mg,Fe)2SiO4と表す。多くの鉱物が実は固溶体で、それぞれの鉱物を定義しても、石そのものが成分の量でどれ一つ同じものはないと感じられるのが、逆に自然で凄いと言わざる負えない。

なお、カンラン石は英語名ではオリビン(olivine)と呼ぶ。結晶化したもので宝石にペリドットがある。

原子の配列「周期表」

理科の授業で習った周期表は鉱物を理解するうえで非常に重要なアイテムとなる。鉱物が化学式で表せるということは周期表の「族」や「周期」の仲間が同じような結合の仕方をするということで、同じ性質になりやすいということで理解できると言える。

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特に同じ縦の列(族)は価電子の数が同じなため結合の仕方が似ることから鉱物の性質も似る。

石を理解するならその鉱物の化学式を覚えられるようになりたい。

化学組成に基づく鉱物の分類

ここまで理解すれば分かりやすくなるが、数多くある鉱物は化学組成に基づいて分類する方法がある。

グループ名 説明 主な代表鉱物
元素鉱物 単一の元素で出来ている鉱物。合金も 自然金、自然銀、自然白金、石墨、ダイヤモンド
硫化鉱物 硫黄(S)が鉄、銅、鉛などの金属元素と結びついた硫化物 方鉛鉱、閃亜鉛鉱、銅藍(どうらん)、黄銅鉱、輝コバルト鉱
ハロゲン化鉱物 フッ素、塩素、臭素など「17族」、ハロゲン元素の化合物 岩塩、蛍石、アタカマ石、角銀鉱
酸化鉱物 酸素が鉄、銅などの金属元素と結合している鉱物 磁鉄鉱、クロム鉄鉱、ルチル、コランダム、スピネルなど
炭酸塩鉱物 化学組成の中に炭酸基をもつ鉱物 方解石、菱マンガン鉱、霞石、孔雀石など
ホウ酸塩鉱物 化学組成の中にホウ酸基をもつ鉱物 逸見石、ウレックス石、ルドウィヒ石など
硫酸塩鉱物 化学組成の中に硫酸基をもつ鉱物 硬石膏、重晶石、明礬石(みょうばん)など
リン酸塩(ヒ酸塩)鉱物 化学組成の中にリン酸基やヒ酸基をもつ鉱物 燐灰石(アパタイト)、コバルト華など
珪酸(ケイ酸)塩鉱物 化学組成の中にケイ酸基をもつ鉱物 数が多く、さらに6つのグループ分けされる
有機鉱物 有機物からなる鉱物(無機質でないということで) 40種類程度で知名度薄い

原子配列の周期表で右側に多く分類される非金属元素の原子や化合物と、いろいろな鉱物(金属元素)の結びつきで分類されるのが、化学組成から鉱物を見分ける要素として活用されている。


 

地球上にはまだまだ発見や区別されていない新種の鉱物があるかも知れないが、その新種の鉱物か?を見分ける一つが、結晶化された化学組成が今までにないものなのか?ということが重要になる。