Podczas rozpoznawania minerałów na podstawie cech zewnętrznych pod uwagę bierze się widoczne cechy fizyczne kryształów. Są to: gęstość, twardość, kolor (barwa), kolor rysy, przezroczystość (przejrzystość) i połysk. Inne cechy stosowane w opisie minerałów to: współczynniki załamania światła i dwójłomność, łupliwość, spójność (np. kowalność, sprężystość), skupienie, magnetyczność, smak i zapach.

Gęstość właściwa (density)

W warunkach terenowych można w łatwy sposób rozróżnić tylko minerały tzw. pierwiastków ciężkich; np. ołowiu (galena 7,58 g/cm³), baru (baryt 4,5 g/cm³), żelaza, wolframu. Gęstość większości minerałów zawiera się w przedziale od 2,0 do 4,0 g/cm³. {histogram rozkładu gęstości minerałów}

Twardość (hardness)

Opór stawiany przez minerał podczas próby zarysowania jego powierzchni nazywamy jego twardością. Powszechnie przyjętą skalą twardości jest opracowana empirycznie skala Mohsa. Jest to szereg składający się z 10 minerałów uporządkowanych według wzrastającej twardości (każdym następnym minerałem na skali można zarysować minerały go poprzedzające), twardość oznacza się z dokładnością do pół stopnia. W badaniu twardości należy brać pod uwagę różną twardość większości minerałów w zależności od płaszczyzny kryształu, również minerały drobnoziarniste, ziemiste i włókniste też wykazują mniejszą twardość niż ich osobniki w postaci dobrze wykształconych kryształów. Minerały zwietrzałe wykazują mniejszą twardość. W glinokrzemianach twardość nie jest ścisła, ale zawiera się w pewnych granicach. Próbę wykonuje się swobodnie przeciągając ostrzem po powierzchni minerału bez stosowania silnego nacisku, aby nie powodować kruszenia i miażdżenia.

  Minerały o twardości:

• 1–2 dają się zarysować paznokciem;

• 1–4 dają się zarysować żelaznym gwoździem;

• 1–5 dają się zarysować stalowym ostrzem;

• 6–10 nie dają się zarysować ostrzem stalowym;

• 7–9 uderzane kawałkiem stali krzeszą iskry;

• 7–10 zarysowują szkło!

{histogram rozkładu twardości}

Skala Mohsa:

Kolor (barwa) (color)

Barwy minerałów określa się potocznymi nazwami, poza ogólnie przyjętymi w użyciu są również dosyć archaiczne i „romantyczne”, np. jutrznoczerwona, jabłeczno zielona . Wyróżnia się minerały barwne i minerały zabarwione przez domieszki innych substancji. Część minerałów łatwo pokrywa się na powierzchni cienkimi barwnymi nalotami produktów wtórnych, w wyniku czego, ich barwa jest inna (barwa naleciała), zmienia się wtedy również ich połysk. Barwa naleciała również może być pomocna w identyfikacji minerału. Acha, są jeszcze minerały bezbarwne!!

  Barwę minerału właściwie powinno się oceniać po jego sproszkowaniu, gdyż wtedy można określić rzeczywistą jego barwę.

Minerały barwne dzielimy na trzy grupy:

• minerały idiochromatyczne (idiochromatic) – o barwie własnej będącej wynikiem ich składu chemicznego, np. cynober, malachit. Ich barwa jest cechą rozpoznawczą;

• minerały allochromatyczne (allochromatic) – mają barwy zapożyczone. Ich barwa jest wynikiem zanieczyszczenia innymi minerałami (koloidalną zawiesiną) lub obecnością w sieci krystalicznej atomów innych pierwiastków (popularne „zanieczyszczenia” to Fe, Cr, Ni, Cu, Co) powodujących zmianę zabarwienia, przykładem minerału allochromatycznego jest fluoryt występujący niemal we wszystkich kolorach;

• minerały pseudochromatyczne (pseudochromatic) – barwę zawdzięczają defektom sieci krystalicznej, obecnością szczelin łupliwości lub granic zrostów, charakteryzują się barwą migotliwą, opalizacją i iryzacją. Takimi minerałami są opal i labrador.

Rysa (streak)

Rysa, ściślej należałoby mówić o barwie sproszkowanego minerału, jest najważniejszą cechą podczas terenowej identyfikacji minerału. Rysę otrzymuje się poprzez potarcie minerałem twardej i szorstkiej powierzchni. Najpopularniejszą metodą jest zarysowywanie płytki nieszkliwionej porcelany. Zazwyczaj barwa rysy (proszku) jest inna od barwy minerału niesproszkowanego. Barwa rysy jest cechą charakterystyczną i wskazuje rzeczywistą barwę minerału, np. hematyt występuje w wielu odmianach różniących się m.in. barwą, mimo to wszystkie jego odmiany mają rysę barwy wiśniowej. Proszek (rysa) minerałów barwnych jest nieco jaśniejszy od ich barwy rzeczywistej. Minerały twarde nie dają rysy, gdyż zadrapują powierzchnie porcelany, należy wtedy pocierać o siebie dwa kawałki minerału, a otrzymany proszek oglądać na białym tle kartki papieru. Minerały barwne dają rysę barwną, natomiast minerały bezbarwne i zabarwione dają zawsze rysę białą!!!

Przezroczystość (transparency)

Ze względu na zdolność przepuszczania światła dzieli się minerały na:

• przezroczyste (transparent), np. kwarc, halit (NaCl sól kuchenna);

• półprzezroczyste (prześwitujące) (translucent), np. chalcedon (SiO₂);

• nieprzezroczyste (opaque), np. magnetyt.

Minerały przezroczyste często nie wykazują przezroczystości na skutek obecności w nich drobnych pęcherzyków gazu i mikrospekań!!!

Połysk (luster)

Odbijania się światła od powierzchni ścian kryształu lub płaszczyzny przełamu – połysk – zależy od współczynników załamanie światła przez minerał, przezroczystości i charakteru powierzchni. Obserwując ściany kryształów lub świeży przełam wyróżniamy dwa rodzaje połysków (w ocenie połysku nie bierze się pod uwagę barwy minerału): połysk metaliczny i połysk niemetaliczny.

Połysk metaliczny dzielimy na:

• połysk metaliczny właściwy (metallic) charakterystyczny dla metali ciężkich, ich rud i ich siarczków, np. złoto rodzime, piryt, galena;

• połysk półmetaliczny (submetallic) nieco słabszy do połysku metalicznego, np. magnetyt, hematyt.

Połysk niemetaliczny dzielimy z kolei na:

• połysk diamentowy (adamantine) – najsilniejszy z połysków, np. diament, cyrkon, sfaleryt;

• połysk szklisty (vitreous, glassy) – przypominający połysk czystej powierzchni szklanej, np. kwarc, fluoryt, korund i minerały przezroczyste: chlorki, węglany i tlenki;

• połysk żywiczny, woskowy, tłusty (resinous, waxy, greasy) – pospolity wśród minerałów nieprzezroczystych, powierzchnia wygląda jakby była natłuszczona, np. siarka rodzima, opal, nefryt;

• połysk perłowy (pearly) – minerały o budowie blaszkowatej np. muskowit, talk;

• połysk jedwabisty (silky) – minerały drobnowłókniste, np. azbest, gips włóknisty;

• połysk ziemisty (earthy) – charakterystyczny dla minerałów występujących w skupieniach zbitych, charakteryzuje fosforyty;

• połysk matowy (dull) – minerał nie ma połysku, np. jaspis, chiasolit!

Łupliwość i przełam (cleavage, fracture)

Łupliwością (cleavage) minerałów nazywamy zdolność ich kryształów do rozłupywania się wzdłuż tzw. płaszczyzn łupliwości pod wpływem uderzenia lub nacisku. Łupliwość jest ważnym parametrem diagnostycznym, ale wypada zaznaczyć, że nie zawsze płaszczyzny łupliwości pokrywają się z zewnętrznymi ścianami kryształów, np. kalcyt bez względu na postać zewnętrzną kryształów rozłupuje się zawsze wzdłuż ścian romboedru!

  W zależności od stopnia gładkości płaszczyzny łupliwości wyróżnia się:

• łupliwość dokładną (good) – kryształy rozpadają się na odłamki ograniczone prawidłowymi ścianami przypominającymi ściany kryształów naturalnych, np. kalcyt (wg ścian romboedru), galena i halit (oba wg ścian sześcianu);

• łupliwość doskonałą (perfect) – obserwowana często na mikach i chlorytach, gdy minerały mają tendencję do dzielenia się na cieniutkie blaszki, natomiast rozłupywanie w innych kierunkach jest bardzo trudne, np. anhydryt, topaz, chryzoberyl;

• łupliwość wyraźną (distinct) – kryształy pękają wzdłuż równych płaszczyzn, ale też w kierunkach przypadkowych, np. apatyt, pirokseny;

• łupliwość niewyraźną (indistinct, indiscernible) – dominują płaszczyzny przypadkowe, np. kwarc, piryt;

• brak łupliwości (none) – mamy wówczas do czynienia z przełamem.

Przełam (fracture)

Większość minerałów łupie się (pęka) wzdłuż odpowiednich ścian kryształów. Jeśli minerał nie wykazuje cech łupliwości (minerały bezpostaciowe i niektóre krystaliczne), płaszczyzny przełamu są nierówne i mają charakterystyczny wygląd opisywany jako (nazwa jest adekwatna do wyglądu powierzchni przełamu):

• przełam muszlowy (conchoidal fracture), np. kwarc, opal, piryt;

• przełam haczykowaty (hackly fracture), np. metale rodzime, złoto, srebro;

• przełam zadziorowaty (splintery fracture), np. nefryt;

• przełam nierówny (uneven fracture) i

• ziemisty (earthy fracture).

Magnetyczność (magneticity, magnetism, magnetic)

Zaledwie kilka minerałów wykazuje magnetyczność – naturalne magnesy – są to m.in. magnetyt, pirotyn (zwany pirytem magnetycznym, FeS) – tzn. przyciągają one małe opiłki żelaza czy też zaburzają igłę kompasu. Własność ta jest jednak uwarunkowana domieszkami kobaltu. Wiele minerałów żelaza, niklu, manganu i kobaltu wykazuje własności magnetyczne – minerały magnetyczne, tzn. są przyciągane/odpychane przez magnes.

  Minerały magnetyczne dzielimy na:

• ferromagnetyki (ferromagnetics) – silnie przyciągane przez magnes, np. magnetyt, pirotyn (magnetyczność maleje wraz ze wzrostem ilości żelaza), żelazo rodzime;

• paramagnetyki (paramagnetics) – słabo przyciągane przez magnes, np. syderyt, pirty;

• diamagnetyki (diamagnetics) – odpychane przez magnes, np. trevoryt;

• ferrimagnetyki (ferrimagnetics) – np. pirotyn (odmiana jednoskośna Fe₇S₈)

• antyferromagnetyki (antiferromagnetics) – np. hematyt, mangan, pirotyn (polityp heksagonalny), troilit (czysty, stechiometryczny).

  W zależności z jaką siłą są przyciągane minerały przez magnes, wyróżniamy:

• minerały silnie magnetyczne, np. awaruit, cohenit, haxonit, magnetyt, pirotyn, schreibersyt, żelazo rodzime;

• minerały słabo magnetyczne, np. chromit, greenalit, ilmenit.

W niektórych źródłach (Borzęcki, WebMineral, WolframAlpha) są podawane sprzeczne (niejednoznaczne?) informacje dotyczące magnetyczności części minerałów (?!). Ta niejednoznaczność dotyczy m.in. następujących minerałów występujących w meteorytach – są lub nie są magnetyczne: awaruit, cohenit, haxonit, kamacyt (!), taenit (!), tetrataenit (!).

  Również wiele niemagnetycznych minerałów może wykazywać słabe własności magnetyczne, ale jest to spowodowane przez niewielkie domieszki (zanieczyszczenia, inkluzje) minerałów magnetycznych. Tak może być np. w przypadku troilitowych nodul w meteorytach żelaznych.

Własności optyczne kryształów (refractive index, birefringence)

Współczynnik załamania światła (n) i dwójłomność (Δ) minerałów jest ich indywidualną cechą i jest bardzo ważną własnością diagnostyczną.

  Większość minerałów jest przezroczysta, a ich kryształy wykazują anizotropowość. Kryształy optycznie izotropowe to takie, w których prędkość rozchodzenia się światła jest niezależna od jego kierunku w krysztale. Anizotropowe to takie, w których prędkość rozchodzenia się światła (a więc ich współczynnik załamania światła, n) jest różna w różnych kierunkach. Anizotropowość wykazują wszystkie kryształy minerałów z wyjątkiem układu regularnego (np. halit o układzie sześciennym) i szkliwa (substancje bezpostaciowe).

  Kryształy anizotropowe rozszczepiają światło na dwie składowe o różnych współczynnikach załamania światła (==różna prędkość światła), składowe te nazywamy: promieniem zwyczajnym (n_o), spełniającym prawo Snelliusa (promień załamany leży na płaszczyźnie promienia padającego i normalnej do powierzchni), a drugi promień nadzwyczajny (n_e) załamuje się w płaszczyźnie wyznaczonej przez promień padający i kierunek osi krystalograficznej Z. Kryształy o jednej osi optycznej (kryształy optycznie jednoosiowe, np. trygonalne, tetragonalne i heksagonalne), np. kwarc, kalcyt i melilit, mają jeden promień nadzwyczajny, kryształy o dwóch osiach optycznych (kryształy optycznie dwuosiowe, np. jednoskośne, trójskośne, rombowe), np. oliwin, piroksen i plagioklaz, mają dwa promienie nadzwyczajne.

  Podwójne załamanie światła związane jest ze zjawiskiem dwójłomności (Δ) (birefringence) definiowanym jako różnica wartości pomiędzy największym i najmniejszym współczynnikiem załamania światła w kryształach anizotropowych. W kryształach anizotropowych promienie zwyczajny i nadzwyczajny(e) są spolaryzowane w płaszczyznach prostopadłych do siebie. W minerałach anizotropowych kierunki osi optycznych kryształów pokrywają się z kierunkami w których promień zwyczajny i nadzwyczajny mają tę samą prędkość (ale nadal są spolaryzowane prostopadle), więc w mikroskopie petrograficznym przy skrzyżowanych polaryzatorach (XP) minerał obserwowany w tym kierunku będzie wygaszony. Czyli, jeśli w płytce cienkiej minerał jest zorientowany tak, że jego oś optyczna jest prostopadła do powierzchni płytki to bez względu na położenie stolika będzie on w stanie wygaszonym. Jeśli natomiast oś optyczna nie jest prostopadła do płytki (a tak jest najczęściej) to w trakcie obracania stolika minerał będzie wygaszany (gasł) co 90^o. Różnica dróg optycznych (faz) promieni w płytce cienkiej jest odpowiedzialna za barwę minerału (zjawisko interferencji) w obrazie z mikroskopu petrograficznego.

  Najbardziej znanym minerałem anizotropowym jest kalcyt (szpat islandzki) o układzie trygonalnym (jednoosiowy).

Większość minerałów (~55%) ma współczynnik załamania światła mniejszy od 1,700, a tylko ~7% większy od 2,700 (dużo minerałów ma współczynnik załamania światła większy od diamentu!).

Skrypty w Java wyjaśniające różne zjawiska w kryształach i nie tylko: Birefringence Variations with Crystal Orientation
Film prezentujący dwójłomność kalcytu i różną polaryzację promieni zwyczajnego i nadzwyczajnego – YouTube: Double Refraction in Calcite.wmv

Skupienia

Wygląd zbiorowiska wielu osobników krystalicznych lub form wytworzonych przez bezpostaciowe substancje mineralne nazywamy postacią skupienia. Jest to parametr bardzo istotny w procesie rozpoznawania minerałów.

Wyróżnia się:

• skupienia kryształów (kryształy, szczotki kryształów, dendryty);

• skupienia ziarniste;

• skupienia naciekowe;

• konkrecje;

• pseudomorfozy.

Nas najbardziej mogą zainteresować skupienia ziarniste utworzone z wielu mniejszych i większych ziaren minerałów, nie posiadających wyraźnych zarysów krystalicznych lecz tworzą je przypadkowe powierzchnie przełamów. Skupienia ziarniste w zależności od wielkości tworzących je ziaren dzielimy na:

• wielkoziarniste (>25 mm);

• gruboziarniste (5–25 mm);

• średnioziarniste (2–5 mm);

• drobnoziarniste (0,2–2 mm) i

• bardzo drobnoziarniste (<0,2 mm, tak drobne, że nie można je rozróżnić gołym okiem; są zbliżone wyglądem do skupień ziemistych, ale w przeciwieństwie do nich nie można ich rozetrzeć w palcach!).

W opisie budowy mineralnej meteorytów stosuję się inną skalę wielkości skupień ziarnistych!! Patrz → Ziarnistość.

Wybrane minerały – własności

Zobacz również

• Minerały (minerals)

• Krzemiany (silicates)

• Żelazo (iron)

• Figury, struktury Widmanstättena (Widmanstätten pattern; Widmanstatten)

• Badania meteorytów na mikrosondzie

• Chondry (chondrules)

Źródła

Wikipedia – Właściwości fizyczne i chemiczne minerałów

Robert Borzęcki (redbor) – Właściwości minerałów

WebMineral – Mineralogy Database