矿物物理
A. 矿物的物理性质
矿物的主要物理性质有光学性质、力学性质以及磁性、压电性等等，这些性质是肉眼鉴定矿物的主要依据。
1.矿物的光学性质
矿物的光学性质有颜色、条痕、光泽和透明度等。它是矿物对可见光的吸收、反射和透射等的程度不同所致，与矿物的化学成分和晶体结构密切相关。
颜色 是矿物吸收可见光后所呈现的色调。如对各种波长可见光不同程度的均匀吸收，则显出白、灰、黑等颜色；如矿物选择性吸收某些波长的可见光，矿物则显示出红、橙、黄、绿等各种鲜艳的颜色。某些矿物由于外来原因而呈现出不固定的颜色，如透明矿物石英为无色，混有杂质后可出现红、黄、黑等各种颜色。
条痕 是矿物粉末的颜色，通常是用矿物在毛瓷板上刻划来观察。透明矿物的粉末因可见光已全反射而呈白色或无色，不透明的金属矿物的条痕色比较固定。条痕色与矿物颜色可以一致(磁铁矿)也可以不一致(黄铁矿)，是鉴定矿物的重要依据之一。
透明度 是指光线透过矿物的程度(以0.03mm厚度为标准，通常在矿物碎片边缘观察)。可分为透明(如水晶)、半透明(如闪锌矿)和不透明(如黄铁矿)三个等级。
光泽 是矿物表面对可见光的反射能力。按光泽的强弱分为：①金属光泽，如方铅矿、黄铜矿；②半金属光泽，如磁铁矿、黑钨矿；③金刚光泽，如金刚石、闪锌矿；④玻璃光泽，如石英、长石、方解石。金刚光泽和玻璃光泽等合称为非金属光泽，是透明矿物所具有的光泽。当它们受其他物理原因的影响时，能产生一些特殊形象的光泽，如石英断口的油脂光泽、云母解理面的珍珠光泽、纤维状矿物(石膏)的丝绢光泽等。
2.矿物的力学性质
矿物的力学性质包括解理、断口、硬度等，它是矿物受外力作用后的反映，与矿物的晶体结构等有关。
解理 是矿物受力后沿着一定方向裂开的能力，称为解理。裂开的光滑平面称为解理面。不同矿物产生解理的能力不同，故解理的特征是识别矿物的重要标志，如云母有一个方向的极完全解理(一组)，沿此方向极易分裂成为薄片；方解石有三个方向的解理(三组)，故受力打击后极易沿该三个方向破裂成为菱形小块。按照解理发育的程度，分为：①极完全解理，云母(一组)；②完全解理，萤石(四组)、方解石(三组)、方铅矿(三组)；③中等解理，辉石(两组)、角闪石(两组)；④不完全解理，磷灰石、绿柱石；⑤极不完全解理(无解理)，石英、石榴子石。矿物受力后沿任意方向裂开成凹凸不平的断面称为断口。常见的有：①贝壳状断口，石英；②锯齿状断口，自然铜；③参差不齐断口，黄铁矿；④土状断口，高岭土。一般解理发育的矿物无断口(图2-2)。
图2-2 几种矿物的解理
(由黄体兰提供)
硬度 是矿物抵抗外力如刻划、压入或研磨的能力。测量矿物硬度的绝对值需要专用设备。为了应用方便，1824年奥地利矿物学家摩氏(Mohs)，选择了十种常见的不同硬度的矿物，作为十个硬度级别的标准，将要鉴定的矿物与其相互刻划进行比较，从而确定该矿物的相对硬度，称为摩氏硬度计(以下所指硬度均指摩氏硬度)。按硬度由小到大的排序，依次为：1.滑石，2.石膏，3.方解石，4.萤石，5.磷灰石，6.长石，7.石英，8.黄玉，9.刚玉，10.金刚石。在实际工作中，常用随身工具进行比较确定：手指甲(硬度约为2.5)、小刀(约为5.5)、玻璃(约为6)。
3.矿物的相对密度
指矿物的重量与4℃时同体积水的重量之比，习惯称为比重。在肉眼鉴定矿物时，一般凭经验用手掂量大致估计。分为三种：①轻矿物，相对密度2.5以下，如石盐、石膏；②中等密度矿物，相对密度2.5～4，如正长石、角闪石；③重矿物，相对密度4 以上，如黄铁矿、方铅矿。
4.矿物的其他物理性质
矿物除力学、光学和密度性质外，还有其他物理特性。如某些矿物具有磁性(如磁铁矿等)、导电性、压电性(部分石英)、发光性、延展性、柔性、脆性、弹性、挠性。甚至利用味觉、嗅觉、触觉等这些方法都可以大致鉴定矿物。
矿物质是构成人体组织和维持正常生理功能必需的无机物，在生长、代谢、发育过程中发挥着重要作用，机体不能合成，必须从食物和饮用水中摄取。
两界诺贝尔奖得住。莱纳斯·卡尔·鲍林博士及其团队经过多年的研究，通过3000多例人体、17500多例动物的组织成分分析及临床后推断，人类发生衰老、疾病、甚至死亡大多数是因为人体矿物质元素的缺乏与失衡导致的。
人体中有93种矿物质元素，其中最不可或缺的有18种：钙、铁、锌、硒、钾、铜、锰、钴、镁、钼、钠、镍、钒、磷、钛、钪等。
人体长期缺乏矿物质，就会减少体内酵素的活动，减抑免疫功能及内分泌平衡，增加慢性疾病的发生机会。在过去国人十大死因的统计中，恶性肿瘤、脑血管疾病、心脏疾病、糖尿病、慢性肝病、肾炎肾症候群及肾变性病、肺炎、支气管炎、肺气肿及气喘，都属于慢性疾病的范围。如何预防慢性疾病及其并发症的发生，达到延长生命并增进生活质量，是二十一世纪医学界的首要课题，所以矿物质对于慢性疾病的预防有着不可替代的作用。
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C. 矿物的物理性质有哪些
矿物的物理性质有颜色、条痕、透明度、光泽、解理与断口和硬度。
1、颜色
颜色是矿物对不同波长可见光吸收程度不同的反映，是矿物最明显、最直观的物理性质。据成色原因可分为自色、他色和假色。自色是矿物本身固有的成分、结构所决定的颜色，具有鉴定意义。
他色是矿物混入了某些杂质所引起的。假色则是由于矿物内部裂隙或表面的氧化膜对光的折射、散射引起的。
2、条痕
条痕比矿物的颜色更固定，但只适用于一些深色矿物，对浅色矿物无鉴定意义。
3、透明度
肉眼鉴定矿物时，一般可分为透明、半透明、不透明三级。
4、光泽
根据矿物表面反光程度的强弱，用类比方法常分为四个等级：金属光泽、半金属光泽、金刚光泽及玻璃光泽。由于矿物表面不平，内部裂纹，或成隐晶质和非晶集合体等，可形成某种独特的光泽，如丝绢光泽、油脂光泽、蜡状光泽、珍珠光泽、土状光泽等。
5、解理与断口
据解理产生的难易程度，可将矿物的解理分成五个等级：①即极完全解理、②完全解理、③中等解理、④不完全解理。不同种类的矿物，其解理发育程度不同，有些矿物无解理，有些矿物有一组或数组程度不同的解理。
6、硬度
在鉴定矿物时常用一些矿物互相刻划比较其相对硬度，一般用10种矿物分为10个相对等级作为标准。
(3)矿物物理扩展阅读
常见矿物以及矿物用途：
已知矿物有4000多种，但绝大多数不常见，最常见的不过200多种，重要矿产资源的矿物也就数十种，地壳中常见的造岩矿物只有20到30种，其中石英以及长石，云母等硅酸盐矿物占92%，而石英和长石含量高达63%。
按矿物的化学成分与化学性质，通常将矿物划分为五类，每一类矿物都具有相似的化学性质和物理性质。一自然元素矿物如自然金，自然铜，自然硫，金刚石与石墨等。二硫化物及其类似化合物矿物，如黄铁矿，毒砂。
常见矿物，石墨，黄铁矿，黄铜矿，辉锑矿，方铅矿，闪锌矿，石英，刚玉，赤铁矿，磁铁矿，褐铁矿，硬锰矿，萤石，方解石，白云石，孔雀石，硬石膏，石膏，重晶石，磷灰石，橄榄石，16级石，红柱石，蓝晶石，矽线石，绿帘石，海绿石，硅灰石，透辉石，普通辉石，普通角闪石。
矿物用途一是作为原料用来提取有用的成分，或者直接用以生产其他产品，二是利用矿物的某种特殊性能直接作为材料使用。 以工业矿物原料工业原料可分为金属和非金属两种。金属原料构成常见的贵金属原料的矿物主要有自然金，自然银和富含铂族元素的矿物。
构成常见的金属原料的矿物主要有磁铁矿，赤铁矿，黄铜矿，方铅矿，闪锌矿，黑钨矿，白钨矿，软锰矿，硬锰矿，锡石，铝土矿等。
D. 矿物物理学
矿物物理学应用固体物理学、量子化学的理论和近代物理化学技术研究矿物，探讨矿物结构、矿物物理、矿物化学和矿物成因中的本质问题。其中以矿物谱学的研究比较成熟，它研究矿物在电磁波辐射情况下所出现的吸收和发射现象。在电磁波辐射下，矿物内部的离子（或原子）中的电子（或核）的状态发生变化，对电磁波产生吸收、反射或再反射，从而可以得知矿物中离子的电子能级，进而推知离子的价态、配位、局域对称、有序无序和键性等许多信息。矿物谱学主要包括矿物的红外光谱、拉曼光谱、穆斯堡尔谱、X射线光谱、吸收光谱、反射光谱、发光光谱、顺磁共振和核磁共振等。近年来采用了魔角旋转和交叉极化等新技术，使核磁共振谱的性能获得极大的改进，可以对许多种原子核进行探测。这样对大量造岩矿物，特别是碳酸盐矿物的谱学研究有相当大的意义，核磁共振也可用于硅酸盐和铝硅酸盐玻璃的研究。与同步加速器有关的谱仪的使用也是矿物谱学的一大技术进展，它作为重要的辐射源，以外延X射线精细结构和X射线吸收近边结构谱来研究矿物和玻璃。在第30届国际地质大会矿物物理学学科讨论会中，论文亦以谱学研究居多，使用方法有红外光谱、魔角旋转核磁共振波谱、电子顺磁共振波谱、X射线光电子能谱及以同步辐射为光源的X射线吸收谱等，研究的问题包括矿物结构、缺陷和色心、元素的价态及谱的分析方法的改进等。
80年代在矿物物理学上的重要进展是化学键理论的引入。它主要包括晶体场理论、分子轨道理论、能带理论等，如利用晶体场理论，可以定量地处理吸收光谱结果，解释Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Ni等含铁族、稀土族和钠属离子在矿物中择位、有序及热力学的分配等；应用分子轨道理论可以研究硅酸盐及大量含氧基团、较简单的硫化物和氧化物等；应用能带理论可以解释矿物的反射光谱和电学性质等。总之，化学键理论可探讨晶体配位、矿物几何构型及其存在的温压范围，计算力常度和聚合度，以及在计算机帮助下确定矿物组分、形成矿物各种结构的能量，从而得出不同温压状态下具有最低能量的矿物相，或者最可能出现的稳定矿物相。
在矿物能量状态方面，对离子晶体，求出其能量包括带电离子间长程作用力和近邻离子的短程作用力；对非离子晶体，80年代发展了晶格动力学的方法，对30多种矿物的计算取得了较好的效果。近年来准晶态的发现，不但列有新的准晶态结构模型，还对准晶态矿物能量状态方面提出了新的研究课题。
在矿物晶体结构方面需引起注意的是，天然矿物晶体结构往往偏离理想矿物结构，这种偏离将会提供矿物形成及形成之后所经历的许多信息。天然矿物晶体常常存在缺陷，如空位、杂质、位错、层错界面等。透射电镜、扫描电镜和近年来隧道显微镜的使用，打开了1μm以下矿物显微领域，使人们能够进一步认识矿物的复杂世界。
E. 矿物的物理性质主要都有哪些
物理性质
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概述
长期以来，人们根据物理性质来识别矿物，如颜色﹑光泽﹑硬度﹑解理﹑比重和磁性等都是矿物肉眼鉴定的重要标志。
作为晶质固体，矿物的物理性质取决于它的化学成分和晶体结构，并体现著一般晶体所具有的特性──均一性﹑对称性和各向异性。
形态
矿物千姿百态，就其单体而言，它们的大小悬殊，有的肉眼或用一般的放大镜可见（显晶），有的需藉助显微镜或电子显微镜辨认（隐晶）；有的晶形完好，呈规则的几何多面体形态；有的呈不规则的颗粒，存在于岩石或土壤之中。矿物单体形态大体上可分为三向等长（如粒状）、二向延展（如板状﹑片状）和一向伸长（如柱状﹑针状﹑纤维状）3种类型。而晶形则服从一系列几何结晶学规律。
矿物单体间有时可以产生规则的连生，同种矿物晶体可以彼此平行连生，也可以按一定对称规律形成双晶，非同种晶体间的规则连生称浮生或交生。
矿物集合体可以是显晶或隐晶的。隐晶或胶态的集合体常具有各种特殊的形态，如结核状（如磷灰石结核）、豆状或鲕状（如鲕状赤铁矿）﹑树枝状（如树枝状自然铜）﹑晶腺状（如玛瑙）﹑土状（如高岭石）等。
矿物 (20张)
颜色
矿物的颜色多种多样。呈色的原因，一类是白色光通过矿物时，内部发生电子跃迁过程而引起对不同色光的选择性吸收所致；另一类则是物理光学过程所致。导致矿物内电子跃迁的内因，最主要的是色素离子的存在，如Fe3+使赤铁矿呈红色，V3+使钒榴石呈绿色等。是晶格缺陷形成“色心”，如萤石的紫色等。矿物学中一般将颜色分为3类：自色是矿物固有的颜色；他色是指由混入物引起的颜色；假色则是由于某种物理光学过程所致。如斑铜矿新鲜面为古铜红色，氧化后因表面的氧化薄膜引起光的干涉而呈现蓝紫色的锖色。矿物内部含有定向的细微包体，当转动矿物时可出现颜色变幻的变彩，透明矿物的解理或裂隙有时可引起光的干涉而出现彩虹般的晕色等。矿物在白色无釉的瓷板上划擦时所留下的粉末痕迹。条痕色可消除假色，减弱他色，通常用于矿物鉴定。
光泽与透明度
指矿物表面反射可见光的能力。根据平滑表面反光的由强而弱分为金属光泽（状若镀克罗米金属表面的反光，如方铅矿）﹑半金属光泽（状若一般金属表面的反光，如磁铁矿）﹑金刚光泽（状若钻石的反光，如金刚石）和玻璃光泽（状若玻璃板的反光，如石英）四级。金属和半金属光泽的矿物条痕一般为深色，金刚或玻璃光泽的矿物条痕为浅色或白色。此外，若矿物的反光面不平滑或呈集合体时，还可出现油脂光泽﹑树脂光泽﹑蜡状光泽﹑土状光泽及丝绢光泽和珍珠光泽等特殊光泽类型。
指矿物透过可见光的程度。影响矿物透明度的外在因素（如厚度﹑含有包裹体﹑表面不平滑等）很多。通常是在厚为0.03毫米薄片的条件下，根据矿物透明的程度，将矿物分为：透明矿物（如石英）﹑半透明矿物（如辰砂）和不透明矿物（如磁铁矿）。许多在手标本上看来并不透明的矿物，实际上都属于透明矿物如普通辉石等。一般具玻璃光泽的矿物均为透明矿物，显金属或半金属光泽的为不透明矿物，具金刚光泽的则为透明或半透明矿物。
断口解理与裂理
矿物在外力作用如敲打下，沿任意方向产生的各种断面称为断口。断口依其形状主要有贝壳状﹑锯齿状﹑参差状﹑平坦状等。在外力作用下，矿物晶体沿着一定的结晶学平面破裂的固有特性称为解理。解理面平行于晶体结构中键力最强的方向，一般也是原子排列最密的面网发生，并服从晶体的对称性。解理面可用单形符号（见晶体）表示，如方铅矿具立方体{100}解理﹑普通角闪石具{110}柱面解理等。根据解理产生的难易和解理面完整的程度将解理分为极完全解理（如云母）﹑完全解理（如方解石）﹑中等解理（如普通辉石）﹑不完全解理（如磷灰石）和极不完全解理（如石英）。裂理也称裂开，是矿物晶体在外力作用下，沿一定的结晶学平面破裂的非固有性质。它外观极似解理，但两者产生的原因不同。裂理往往是因为含杂质夹层或双晶的影响等，并非某种矿物所必有的因素所致。
硬度与比重
是指矿物抵抗外力作用（如刻划﹑压入﹑研磨)）的机械强度。矿物学中最常用的是摩氏硬度，它是通过与具有标准硬度的矿物相互刻划比较而得出的。10种标准硬度的矿物组成了摩氏硬度计，它们从1度到10度分别为滑石﹑石膏﹑方解石﹑萤石﹑磷灰石﹑正长石﹑石英﹑黄玉﹑刚玉﹑金刚石。十个等级只表示相对硬度的大小，为了简便还可以用指甲(2-2.5)﹑小钢刀(6-7)﹑窗玻璃(5.5-6)作为辅助标准﹐粗略地定出矿物的摩氏硬度。另一种硬度为维氏硬度，它是压入硬度，用显微硬度仪测出，以千克/平方毫米表示。摩氏硬度H m与维氏硬度H v的大致关系是(kg/mm2)，矿物的硬度与晶体结构中化学键型﹑原子间距﹑电价和原子配位等密切相关。
指矿物指纯净、均匀的单矿物在空气中的重量与同体积水在4℃时重量之比。矿物的比重取决于组成元素的原子量和晶体结构的紧密程度。虽然不同矿物的比重差异很大，琥珀的比重小于1，而自然铱的比重可高达22.7，但大多数矿物具有中等比重(2.5～4)。矿物的比重可以实测，也可以根据化学成分和晶胞体积计算出理论值。
矿物的密度（D）是指矿物单位体积的重量，度量单位为克/立方厘米(g/cm3)。矿物的比重在数值上等于矿物的密度。
矿物比重的变化幅度很大，可由小于1（如琥珀）至23（如饿钉族矿物）。自然金属元素矿物的比重最大，盐类矿物比重较小。
矿物比重可分为三级：
轻级比重小于2.5。如石墨（2.5）、自然硫（2.05-2.08）、食盐（2.1-2.5）、石膏（2.3）等。
中级比重由2.5到4。大多数矿物的比重属于此级。如石英（2.65）、斜长石（2.61-2.76）、金刚石（3.5）等。
重级 比重大于4。如重晶石（4.3-4.7）、磁铁矿（4.6-5.2）、白钨矿（5.8-6.2）、方铅矿（7.4-7.6）、自然金（14.6-18.3）等。
矿物的比重决定于其化学成分和内部结构，主要与组成元素的原子量、原子和离子半径及堆积方式有关。此外矿物的形成条件--温度和压力对矿物的比重的变化也起重要的作用。
应该指出，同一种矿物，由于化学成分的变化、类质同象混入物的代换、机械混入物及包裹体的存在、洞穴与裂隙中空气的吸附等等对矿物的比重均会造成影响。所以，在测定矿物比重时，必须选择纯净、未风化矿物。
四性、磁性与发光性
某些矿物（如云母）受外力作用弯曲变形，外力消除可恢复原状，显示弹性；而另一些矿物（如绿泥石）受外力作用弯曲变形，外力消除后不再恢复原状，显示挠性。大多数矿物为离子化合物，它们受外力作用容易破碎，显示脆性。少数具金属键的矿物（如自然金），具延性（拉之成丝）﹑展性（捶之成片）。
根据矿物内部所含原子或离子的原子本徵磁矩的大小及其相互取向关系的不同，它们在被外磁场所磁化时表现的性质也不相同，从而可分为抗磁性（如石盐）﹑顺磁性（如黑云母）﹑反铁磁性（如赤铁矿）﹑铁磁性（如自然铁）和亚铁磁性（如磁铁矿）。由于原子磁矩是由不成对电子引起的，因而凡只含具饱和的电子壳层的原子和离子的矿物都是抗磁的，而所有具有铁磁性或亚铁磁性﹑反铁磁性﹑顺磁性的矿物都是含过渡元素的矿物。但若所含过渡元素离子中不存在不成对电子时（如毒砂），则矿物仍是抗磁的。具铁磁性和亚铁磁性的矿物可被永久磁铁所吸引；具亚铁磁性和顺磁性的矿物则只能被电磁铁所吸引。矿物的磁性常被用于探矿和选矿。
一些矿物受外来能量激发能发出可见光。加热﹑摩擦以及阴极射线﹑紫外线﹑X 射线的照射都是激发矿物发光的因素。激发停止，发光即停止的称为萤光；激发停止发光仍可持续一段时间的称为燐光。矿物发光性可用于矿物鉴定﹑找矿和选矿。
F. 矿物的形状和主要物理性质
(一)矿物的形状
矿物的形状是指矿物的外貌特征,是矿物成分、晶体构造和生成环境等综合影响的结果。矿物的形状是鉴定矿物的重要特征,根据形状可以了解矿物的生成环境。
1.矿物单体的形状
矿物单体的形状是指矿物单个晶体的形状,主要有以下几种。
一向延伸型晶体 有柱状(图3-7)、针状(图3-8)、纤维状等。如石英、绿柱石、电气石、石棉等。
图3-6 鲕状赤铁矿(http://111.75.254.210)
图3-7 电气石(罗谷风,2010)
图3-8 辉锑矿(刘光华,2006)
二向延展型晶体 有板状、片状等。如云母、斜长石等(图3-9,图3-10)。
图3-9 白云母(罗谷风,2010)
图3-10 斜长石(http://jpkc.cu.ge.cn)
三向等长型晶体 粒状。如石榴子石、黄铁矿等(图3-11)。
2.矿物集合体的形状
自然界中绝大多数矿物是以集合体的形态出现的,是指是同种矿物的不规则连生体。
显晶质集合体 包括柱状、针状、纤维状集合体,板状、片状集合体和粒状集合体。
隐晶和胶态集合体 包括分泌体,如玛瑙;结核体,如鲕状、豆状、肾状赤铁矿;钟乳状体,如方解石钟乳、葡萄状体,如硬锰矿;致密块状和土状块体,如蛋白石、高岭土等(图3-12)。
图3-11 黄铁矿(罗谷风,2010)
图3-12 矿物集合体形态(http://111.75.254.210)
(二)矿物的主要物理性质
1.矿物的光学性质
矿物的光学性质是指矿物对自然光的反射、折射和吸收等所呈现的光学现象。主要有颜色、条痕、光泽和透明度。
颜色 指在矿物的新鲜面上直接观察到的颜色(图3-13)。
条痕 是矿物在较硬的瓷板上刻划后所留下的粉末颜色。条痕色与矿物颜色可以一致(褐铁矿)也可以不一致(黄铁矿),是鉴定矿物的重要依据之一(图3-14)。
图3-13 矿物的颜色(htpt://11.175.25.4210
图3-14 矿物的条痕(钱建平等,2012)
透明度 指矿物透过可见光的程度(以0.03mm厚度为标准,通常在矿物碎片边缘观察)。一般分为三级:①透明,如水晶、冰洲石(图3-15);②半透明,如闪锌矿、辰砂(图3-16);③不透明,如黄铁矿、磷铁矿(图3-11)。
图3-15 冰洲石(克里斯·佩兰特,2007)
图3-16 辰砂(刘光华,2006)
光泽 是指矿物表面对可见光的反射能力。可分为金属光泽,如方铅矿、黄铜矿;半金属光泽,如磁铁矿、黑钨矿(图3-17);金刚光泽,如金刚石、闪锌矿(图3-18);玻璃光泽,如石英、长石、萤石;特殊光泽,包括油脂光泽(图3-19)、珍珠光泽(云母)、丝绢光泽(绢云母)、蜡状光泽(叶蜡石)、土状光泽(图3-20)等。
图3-17 黑钨矿(http://jpkc.cugb.e.cn)
图3-18 闪锌矿(刘光华,2006)
图3-19 石英(克里斯·佩兰特,2007)
图3-20 高岭石(克里斯·佩兰特,2007)
2.矿物的力学性质
矿物的力学性质指矿物抵抗外力作用(刻划、打击、压拉等)所表现出来的性质。包括矿物的解理、断口和硬度。
(1)解理
矿物受外力作用后,沿一定方向裂开的性质。裂开的光滑平面称为解理面,分为五级:
极完全解理 如云母(一组)(见图3-9);
完全解理 如萤石(四组)、方解石(三组)(见图3-5)、方铅矿(三组);
中等解 理如辉石(二组)(图3-21)、角闪石(二组);
不完全解理 如磷灰石、绿柱石;
极不完全解理(无解理) 如石英(图3-19)、石榴子石。
(2)断口
矿物受外力作用后,沿任意方向裂成凹凸不平的破裂面。常见的有:①贝壳状断口,如石英(图3-19);②锯齿状断口,如自然铜(图3-22);③参差不齐断口,如黄铁矿(图见3-11);④土状断口,如高岭石(图3-20)。
图3-21 普通辉石(克里斯·佩兰特,2007)
图3-22 自然铜(郭克毅等,1996)
一般解理发育的矿物无断口,断口发育的矿物无解理。
(3)硬度
指矿物抵抗摩擦或刻划的强度,是鉴定矿物的重要依据之一。矿物学上的硬度一般指的是相对硬度即摩式硬度。摩氏硬度是1824年由奥地利矿物学家Firedirch Mohs设立的。
摩氏硬度计以选出的10种硬度不同的矿物,按硬度从小到大排序,作为比较其他矿物相对硬度的标准,它们是滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。在实际工作中,常用随身工具如手指甲(硬度为2.5)、小刀或玻璃(硬度为5.5)进行比较确定。
3.矿物的相对密度
指矿物的质量与4℃时同体积水的质量之比。分为三级,①轻矿物:相对密度2.5以下,如食盐、石膏;②中等密度矿物:相对密度2.5～4,如正长石、角闪石;③重矿物:相对密度4以上,如黄铁矿、方铅矿。
(三)常见矿物
地壳中发现的矿物有3000多种,常见矿物有几十种,主要矿物不过十几种(图3-23)。
1.石英
石英SiO2(图3-24)是具有规则的几何外形的晶体,其中无色透明者通常称为水晶。晶形呈六方柱状,柱面有横纹;颜色很多,常为无色、乳白色;石英常呈斑状或块状;硬度7;相对密度2.67;晶面上呈玻璃光泽;无解理,断口呈贝壳状,断口上呈油脂光泽。石英用途很广,可做玻璃原材料,制作石英器皿;颜色鲜艳和纯净无缺陷的水晶可做宝石和光学材料;具压电性的晶体可用做无线电通讯器材。
图3-23 常见矿物(中国地质博物馆,2010;舒良树,2010;姜尧发,2009;刘光华,2006)
2.正长石
正长石K[AlSi3O8]晶体呈短柱状,通常为粒状或块状;颜色常为肉红、褐黄色;硬度为6;相对密度2.5;玻璃光泽;两组解理。可制作瓷釉,并可提K、lA等(图3-25)。
图3-24 石英(张恩等,2011)
3.斜长石
斜长石是钠长石Na[lASi3O8]与钙长石Ca[Al2Si3O8]混合组成的系列矿物的总称。晶形呈柱状、厚板状,常为粒状或块状;多呈灰白色,有时微带浅棕、浅蓝及浅红色;硬度6～6.5;相对密度2.61～2.76;玻璃光泽;两组解理。可用作陶瓷原料(图3-26)。
图3-25 正长石(罗谷风,2010)
图3-26 斜长石(张恩等,2011)
4.白云母
白云母K{Al2[AlSi3O10](OH)2}晶体呈假六方柱状;无色或白色,常带浅绿、浅黄及浅灰色;硬度2～3;相对密度2.76～3.2;片状解理完全,可以顺着解理面剥成很薄的薄片;薄片具弹性。呈鳞片状者称为绢云母。白云母具有良好绝缘性,可用于电器工业中(图3-27)。
5.黑云母
黑云母K{(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH)2}晶体呈假六方柱状;黑色、褐色;珍珠光泽,黑云母解理面上有珍珠彩晕;其他物理性质与白云母类同(图3-28)。
图3-27 白云母(张恩等,2011)
图3-28 黑云母(郭克毅等,1996)
6.普通角闪石
普通角闪石NaCa2(Mg,Fe)4(Al,Fe3+)[(Si,Al)4O11]2(OH)2晶体呈柱状;深绿色或黑色;硬度5～6;相对密度3.1～3.3;玻璃光泽;有两组解理,横切面上两组解理的交角为124°与56°(图3-29)。
7.普通辉石
普通辉石Ca(Mg,Fe2+,Fe3+,Ti,Al)[(Si,Al)2O6]晶体呈短柱状、粒状;黑色、深黑棕色;硬度5～6;相对密度3.2～3.6;玻璃光泽;两组解理,横切面上两组解理的交角为93°与87°(图3-30)。
8.橄榄石
橄榄石通式为R2[SiO4]。晶体呈粒状;橄榄绿色、浅绿黄色;硬度6.5～7;相对密度3.3～3.5;性脆;玻璃光泽(图3-31)。
9.石榴子石
石榴子石通式为A3B2[SiO4]3,其中A代表Mg2+、Ca2+、Fe2+、Mn2+、Y+、K+、Na+等,B代表Al3+、Fe3+、Cr3+、V3+、Ti4+、Zr4+等。常见的石榴子石有钙铁石榴子石 ,褐红色、黑色;钙铝石榴子石Ca3Al2[SiO4]3,浅黄、浅绿、黄褐色。石榴子石的晶体常为菱形十二面体、四角三八面体;多为粒状或块状集合体;硬度6.7～7.5;相对密度3.5～4.3;油脂光泽和玻璃光泽。红色石榴子石可琢磨成宝石(图3-32)。
图3-29 普通角闪石(克里斯·佩兰特,2007)
图3-30 普通辉石(罗谷风,2010)
图3-31 橄榄石(罗谷风,2010)
图3-32 石榴子石(刘光华,1996)
10.方解石
方解石Ca[CO3]晶体呈菱面体及复三方复三角面体等;常呈粒状、块状集合体;无色或乳白色;硬度3;相对密度2.6～2.8;玻璃光泽;性脆;具有菱面体解理。方解石与盐酸作用时,反应激烈(剧烈起泡),放出CO2气体。无色、透明无裂痕的完好方解石称为冰洲石,是重要的光学材料(见图3-23)。
11.白云石
白云石CaMg[CO3]2与稀冷盐酸作用反应较缓慢(起泡不剧烈),可与方解石区别。用作建筑材料;在冶金工业中用作熔剂;还可用作提炼金属镁的原料(见图3-23)。
12.高岭石
高岭石Al4[Si4O10](OH)8晶体呈极细小的片状微粒;常组成致密块状、土状集合体,土状集合体又称为高岭土;硬度1;相对密度2.6;鳞片和薄片无色,致密块状者为白色、浅黄色或浅褐色;土状光泽,潮湿后具可塑性,但无膨胀性。可用作陶瓷原料、耐火材料和造纸工业等;优质高岭土可制金属陶瓷,用于导弹、火箭工业(见图3-20)。
13.黄铁矿
黄铁矿FeS2晶体呈立方体或五角十二面体;常呈块状集合体;浅铜黄色;条痕绿黑色;硬度6～.65;相对密度.49～5.2;金属光泽。黄铁矿是制造硫酸和硫黄的主要原料(见图3-11)。
14.褐铁矿
褐铁矿Fe2O3·nH2O通常为土状、块状、结核状等;颜色为黄褐色;条痕也是黄褐色;硬度5.5;相对密度5～5.3;半金属或土状光泽。褐铁矿是重要的炼铁原料(见图3-33)。
15.赤铁矿
赤铁矿Fe2O3常见者为致密块状、肾状、土状等;钢灰色、铁黑色、红或褐色;条痕呈樱红色;硬度5.5;相对密度5～5.3;半金属或土状光泽。赤铁矿是重要的炼铁原料(图3-34)。
16.磁铁矿
磁铁矿Fe3O4晶体常呈八面体和菱形十二面体,通常为粒状或块状集合体;颜色为铁黑色;条痕亦为铁黑色;硬度6;相对密度5.2;具强磁性;半金属光泽。磁铁矿是重要的炼铁原料(图3-35)。
图3-33 褐铁矿
图3-34 赤铁矿
17.黄铜矿
黄铜矿CuFeS2常见者为致密块状或分散粒状集合体等;黄铜色;条痕为黑绿色;硬度3～4;相对密度4.1～4.3;金属光泽。黄铜矿是炼铜的主要原料(图3-36)。
以上十七种矿物都是常见的矿物。
图3-35 磁铁矿(克里斯·佩兰特,2007)
图3-36 黄铜矿(克里斯·佩兰特,2007)
G. 用物理方法区分矿物（要详细）
物理方法区别，准备2个道具，第一是一把小刀，第二是一块白色瓷砖。
石英：玻璃光泽 透明，解理较好，硬度比小刀大，小刀划不出明显的痕迹出来
长石:玻璃光泽 比石英硬度稍小 比较常见，主要是钠长石和钾长石
滑石：白色，半透明，硬度很低，可以用指甲画出痕迹出来，放在舌头上还有种粘的感觉。
萤石：具很强荧光，用小刀可以刻出明显痕迹。
长石分两大类——正长石（钾长石）和斜长石，二者区别在于两组解理的夹角，正长石等于90度，斜长石小于90度 一般颜色多样，有些正长石显肉红色，是由于含有铁的原因
黄铁矿：浅黄铜黄色，表面常具黄褐色锖色。放在白色瓷砖上划出的条痕绿黑或褐黑。强金属光泽
菱铁矿：一般为晶体粒状或不显出晶体的致密块状、球状、凝胶状。颜色一般为灰白或黄白
黄铜矿：很容易和金矿混淆。从它的颜色和条痕当中鉴别出来，它和黄铁矿相像，但是硬度不如黄铁矿。鉴定时，指甲刻不出明显痕迹，但如果是金矿的话，指甲可以划出痕迹。
H. 实验八 矿物物理性质
一、预备知识
1.矿物的物理性质及其本质；
2.描述矿物物理性质的内容及其相关术语；
3.影响矿物物理性质的因素。
二、目的与要求
1.学会正确观察、准确描述常见矿物的物理性质；
2.正确快速地识别矿物的各项物理性质，掌握它们的现象特征、分类和分级标准，并能熟练地运用这些性质（尤其是突出的性质）来鉴定矿物；
3.了解矿物物理性质之间的相互关系，掌握影响矿物物理性质的因素。
三、矿物的光学性质
1.颜色
按颜色的成因分类，用与标准色谱或实物比较的方法来描述。
（1）自色，矿物固有的颜色。如孔雀石的绿色；蓝铜矿的蓝色；辰砂的红色；自然铜的铜红色；磁铁矿的铁黑色；雄黄的橙色或柠檬黄色；辉铜矿、方铅矿的铅灰色；毒砂的锡白色；黄铜矿的铜黄色；赤铁矿的樱红色；蔷薇辉石的玫瑰红色；褐铁矿的褐色；菱镁矿的灰白色等。
结晶学与矿物学实验指导书
（2）他色，矿物因含有其他杂质而引起的颜色。如微斜长石的肉红色；紫水晶的紫色；蔷薇水晶的蔷薇色；水晶的黄色、绿色；方解石的绿色、棕色、黑色、黄色；萤石的紫色、绿色、黄色。
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（3）假色，不属于矿物固有的颜色，而是由其他物理、化学因素所引起的颜色。
1）晕色，透明矿物表面常呈现出一种彩虹般的色带。主要是由于矿物内部的解理面或裂隙面对光的连续反射，引起光的干涉而产生。如石英——断口或裂隙；云母——解理面上；萤石——解理面或裂隙；透明方解石——解理面或裂隙。
2）锖色，矿物表面氧化膜的颜色。如斑铜矿、黄铁矿、黄铜矿等。
3）变彩，某些透明矿物在转动或沿不同角度观察时，可呈现不同颜色的变化。如蛋白石、拉长石。
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注意：
●描述矿物颜色时，先要确定其主要的色彩，再写明是否为金属色。如主要为灰色，但色调较暗且具金属色者，就记录为暗铅灰色；若主要为红色，带棕色调较深，就可记录为深棕红色。
●不同成因，甚至同种成因条件下的同种矿物颜色都可能不同或有差异。
2.条痕色
矿物在未上釉的素瓷板上留下的粉末的颜色。
（1）条痕色与矿物颜色一致的矿物：磁铁矿——黑色；赤铁矿——樱红色；辰砂——猩红色；孔雀石——绿色；石墨——黑色。
（2）条痕色与矿物颜色不一致的矿物：黄铁矿——绿黑色；黄铜矿——墨绿色。
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（3）条痕色随杂质成分含量变化而改变的矿物：闪锌矿随着含铁量的增高，条痕色由浅变深，为浅黄—棕色—棕黑色。
注意：
●测试矿物条痕色时，应选用尽可能新鲜纯净的矿物来测试其条痕色，条痕板应为洁白、平整、坚硬的瓷板；动手刻划时，用力应轻而均匀，切忌过重、过猛，否则将得到的是矿物碎块的颜色，而不是粉末颜色；若矿物硬度较大，可将矿物压碎成粉末再观察。若为富延展性矿物，在条痕板上划不到粉末，实际上它们的条痕色往往与颜色一致。而弹性片状矿物更不易得到粉末，则用小刀刻划，既可得到条痕，又能测试硬度。
●自色、他色和假色是根据呈色机制不同而划分的。一般情况下，肉眼是不易正确判定的，但矿物条痕色有时可以帮助判断：凡颜色和条痕色的色调都较深，而且两者变化不大者，多为自色；假色在成块的标本上才可见到，而在条痕上是不能看到的。
●条痕色与矿物透明度的关系：
透明度高的矿物：其微粒几乎不吸收光线，因此，其条痕色是白色或呈很浅的颜色。即使这些矿物因含有少量色素离子或机械杂质，其大颗粒颜色很深，甚至为黑色，其条痕色仍然可以是白色。如普通辉石和普通角闪石，其颜色为黑色，但条痕却可以是白色。
半透明矿物：其微粒对透过光表现出明显的吸收，因此，其条痕呈各种彩色，如辰砂、孔雀石等。
不透明矿物：其微粒也透不过可见光，因此，当其表面反射消失后，呈现黑色条痕。如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等许多具金属色的硫化物皆具黑色条痕。自然金属具很强的延展性，在素瓷上划出的条痕不是粉末而是覆盖在素瓷板上的薄片。采用适当的方法，如在白纸上擦或用手擦，其条痕仍然是黑的。
●矿物中的少量杂质、矿物颗粒的大小以及矿物表面的情况对矿物的颜色影响较大，但对矿物条痕色影响较小。如赤铁矿的标本颜色可呈钢灰、铁黑、樱红色等，但其条痕色始终呈樱红色。这是因为观察条痕的条件比较固定——看新鲜粉末的颜色。
由于条痕色比颜色更稳定，在鉴定半透明矿物和区别各种暗色矿物时，条痕色是重要的鉴定特征之一，但它对于浅色透明矿物则毫无意义。
3.光泽
矿物表面的总光量。根据矿物的反射率不同，矿物光泽可分为：
（1）金属光泽，反射率最强。矿物具金属色（如铜黄、铅灰、铁黑等）、不透明、条痕色呈黑色或金属色，为金属矿物所具有，如方铅矿、铬铁矿、辉钼矿、黄铜矿、辉锑矿等。
（2）半金属光泽，呈弱金属般的光亮。矿物具金属色、半透明（但透明度很低）、条痕呈深彩色，如赤铁矿、黑钨矿、磁铁矿等。
（3）非金属光泽，反光不像金属，反光弱。常见有以下几种：
●金刚光泽，呈钻石般的光亮。条痕彩色至无色，矿物半透明至透明。如金刚石、辰砂、金红石、锆石、雄黄、雌黄等。
●玻璃光泽，如同玻璃般的光亮，矿物透明，条痕为白色，如石英、方解石、微斜长石等绝大多数造岩矿物。
结晶学与矿物学实验指导书
注意：在实际工作中，大多数矿物都可以用条痕色确定光泽的等级，但也有少数矿物的光泽（反射率）与条痕色的关系与上述情况不一致。如石墨的条痕色呈黑色，赤铁矿呈棕色，磁铁矿呈黑色，斑铜矿呈黑色等。
此外，矿物表面的光滑程度和集合方式的不同，会使光泽发生变化，呈现变异光泽。如果矿物表面不平整或因集合方式的影响，使光产生多次的折射和散射，形成一些特殊的光泽，它们可与一些实物的光泽类比。如：
●珍珠光泽，矿物呈现如同珍珠表面或蚌壳内壁那种柔和的光泽，具有极完全解理矿物的解理面上往往显示珍珠光泽，如云母、滑石极完全解理面上的光泽。
●油脂光泽，像沾有液态油脂的透明矿物体表面的光泽，常见于矿物断口上。如烟水晶的贝壳状断口。
●树脂光泽、松脂光泽，黄色或黄褐色矿物断口上的光泽，如雄黄、锡石的断口。
●沥青光泽，黑色矿物断口上的光泽，如沥青铀矿。
●丝绢光泽，透明矿物呈纤维状集合体时，表面具丝绢状光亮，如石棉、纤维石膏。
●蜡状光泽，像石蜡表面的光泽，如蛇纹石、石髓等。
●土状光泽，呈粉末状或土状集合体的矿物，表面光泽暗淡如土，如高岭石、软锰矿、褐铁矿等。
注意：矿物光泽的等级是根据矿物单晶体表面的折射率确定的；但变异光泽却因矿物产出时的状态，如集合方式、解理面或断口面的不同而异。
4.透明度
透明度是矿物允许光线透过的程度。物理学中用吸收系数来说明物体的透明度。在肉眼鉴定中，常以观察矿物碎块边缘，隔之可清晰见到对面物的则为透明；模糊的为半透明；看不见的为不透明。但由于矿物中的裂隙、气泡、包裹体以及厚度对透明度影响很大，所以，用条痕色划分比较可靠。
●透明矿物，条痕为白色或略呈色，如冰洲石、水晶。
●半透明矿物，条痕呈彩色的矿物，如辰砂、闪锌矿。
●不透明矿物，条痕呈黑色或金属色，如磁铁矿。
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注意：影响矿物透明度的因素除了矿物的内含物外，还有矿物表面的光滑程度、表面杂质及其氧化膜的种类或薄厚等。
5.发光性
矿物受到外界能量的作用，能发出可见光的性质。激发使用的能源多种多样，如紫外线、X射线、阴极射线、加热、打击、摩擦以及可见光照射等。
结晶学与矿物学实验指导书
矿物的发光性几乎总是和晶格中存在微量杂质有关，因杂质而产生的晶格缺陷成为能发射可见光的中心。但晶体中杂质含量如果过多，晶体发出的光会被相邻缺陷吸收，反而不再具有发光性，例如，含微量锰的硅锌矿、方解石等具发光性，但含大量锰时反而不发光。
有少数矿物的发光性比较稳定，如在紫外光照射下白钨矿发天蓝色荧光、磷铈镧矿（独居石）发绿色荧光、钙铀云母发黄绿色荧光等。发光性是这些矿物的重要鉴定特征，但多数矿物的发光性不稳定，产地不同的同一种矿物往往不一定都发光或发光能力不同。
四、矿物的力学性质及其他物理性质
1.解理和裂开
（1）极完全与完全解理：云母｛0001｝、方解石｛1011｝、萤石｛111｝、黄玉｛001｝、黑钨矿｛010｝、方铅矿｛100｝。
（2）中等解理：普通辉石｛110｝、普通角闪石｛110｝、微斜长石｛001｝和｛010｝、重晶石｛210｝、透石膏｛011｝。
（3）不完全解理：绿柱石｛0001｝、磷灰石｛0001｝。
另外，还有极不完全解理，即解理极不发育，则矿物容易产生断口。
注意：解理直接决定于晶体结构，是晶体最稳定的性质之一。有某方向解理的晶体，在其任何单体上都可以产生该方向的解理，在晶体上任何部分都同样可以产生。因此，解理是鉴定矿物的最重要的特征之一，同时可以根据已知解理确定晶体的某些结晶方向。
裂开和解理类似，但其产生的原因不同，表现也不完全一样。一个晶体因存在聚片双晶或定向包裹体等原因而产生裂开，例如，有些磁铁矿具有八面体裂开，将其磨成光片在显微镜下检查，可以清楚地看到沿八面体晶面的方向分布有钛铁矿晶片。裂开就是沿这些杂质分布面发生的。因此，某种晶体的某些个体有裂开，其他个体不一定就有。另外，在有裂开的晶体中，裂开面也只产生于双晶接合面或包裹体分布面等部位，并不是处处都能产生同样方向的裂开。裂开不直接取决于晶体结构，但有时杂质的分布与晶体结构有关。
2.断口
对一些无解理、裂开的矿物，在外力作用下产生的破裂称为断口。常见的形态有：贝壳状（断口呈圆滑波状曲面，如石英）；次贝壳状（如燧石）；不平坦状（断口呈错综细片状，如电气石）；锯齿状（断口尖锐好像锯齿，如自然铜）；参差状（断口参差不齐，如纤维石膏）；土状（断口呈细粉末状，如高岭土）等。
3.硬度
通常采用刻划硬度。通过与摩氏硬度计的十种标准矿物对比来确定矿物的硬度，摩氏硬度计为：滑石（1)－石膏（2)－方解石（3)－萤石（4)－磷灰石（5)－正长石（6)－石英（7)－黄玉（8)－刚玉（9)－金刚石（10）。
通常也可用其他工具测定矿物的硬度，如指甲（2～2.5）、铜钥匙（3.0）、小钢刀（5～5.5）、窗玻璃（6）。
4.弹性和挠性
前者如白云母、黑云母；后者如绿泥石、蛭石。
5.脆性和延展性
矿物受打击后易碎，被刻划时易出现粉末，刻痕无光滑感。绝大多数矿物属离子键化合物，脆性较大；但大部分自然金属矿物具强延展性，有些矿物也能表现出微弱的延展性，例如致密块状或细粒状的辉铜矿、方铅矿即具有微弱的延展性，其块体在磨损后，易产生较光滑的平面和较圆滑的棱角。用钢针刻划（特别是在显微镜下观察）有点像在蜡或肥皂上刻划，刻痕光亮。但这些矿物仍以脆性为主。
6.密度
主要用于鉴定密度较大或较小的矿物。肉眼鉴定时，只用手估的方法，将矿物的密度分为三级（数据单位为g/cm3）：
●大密度级矿物（>4.0）：方铅矿（7.4～7.8），锡石（6.8～7.0），黑钨矿（6.7～7.5），白钨矿（5.8～6.2），黄铁石（5.0），重晶石（4.3～4.7）。
●中等密度级矿物（2.5～4.0）：闪锌矿（3.5～4.0），石英（2.65）。
●小密度级矿物（<2.5）：石膏（2.30～2.37），琥珀（1.10～1.1）。
注意：在肉眼鉴定中，一般只用手掂来估计矿物的密度等级。但所试标本的大小、矿物的纯度等都会影响鉴定结果，所以要注意分析和积累经验。
7.磁性
用永久磁铁来测试矿物的磁性。大颗粒亦能被吸起的强磁性矿物，如磁铁矿、磁黄铁矿；中粒的颗粒能被吸起的矿物为中等磁性矿物，如钛铁矿、黑钨矿；强大电磁场亦不能吸引的矿物为无磁性矿物，如石英、方解石等。
结晶学与矿物学实验指导书
磁性是鉴定矿物的特征之一，特别在鉴定少数具强磁性矿物时更为重要。
8.其他物理性质
矿物的放射性、导电性、压电性和焦电性等，在矿物鉴定、找矿以及应用上也常有重要的意义。
五、思考题
1.矿物的颜色、光泽、透明度、条痕色等彼此之间的关系如何？
2.如何区分矿物单晶体和矿物集合体？
六、作业
1.鉴定10种矿物标本的物理性质。
I. 矿物的形态与物理性质
岩石乃至大陆壳的物理性质直接取决于其组成矿物的物理性质和岩石的结构特征。此外，肉眼认识岩石首先是从认识矿物开始的，而对矿物的肉眼识别特征是指凭借肉眼(或借助放大镜)和小刀等简单工具，能够直接观察到的矿物特征，主要包括矿物的形态、力学性质和光学性质。
(一)矿物的形态
矿物的形态包括矿物单体和集合体形态。所谓单体是指矿物的单个晶体，所谓集合体是指同种矿物多个单体聚集在一起形成的整体。
1.矿物的单体形态
矿物单体形态的研究包括晶体的形态和晶体习性等方面。
1)晶体的形态:晶体常生长成某种规则的集合多面体形状(图1-3)，多面体外表面的规则面称为晶面，相邻晶面相交的线称为晶棱，晶棱的相交点称为角顶。理想晶体中晶面、晶棱及角顶的分布是有规律的。晶体形态按发育程度可分为三种类型:①自形，晶体完全被晶面所包围，如图1-4中的石榴子石晶体;②半自形，晶体的个别晶面发育，而有些晶面不发育，致使晶体的几何多面体不完整，如图1-1中的石英晶体，花岗岩中的黑云母、角闪石等;③他形，晶体上几乎没有任何完整的晶面发育，晶体的形态也呈不规则状，如花岗岩中的石英。
图1-3 几种矿物的晶体形态
图1-4 石榴子石的颜色与晶体习性
2)晶体的习性:矿物晶体在一定条件下常常趋向于形成的某一习惯性形态，称为晶体的习性，简称晶习。根据单晶体在三维空间发育的相对比例，可将矿物的晶习分为三类|(图1-3):①三向等长，晶体在三维空间发育程度基本相等，即a≈b≈c(图1-5(1))，晶体呈粒状，如石榴子石、黄铁矿等;②二向延展，晶体沿两个方向特别发育，而另一方向不太发育，即a≈b≥c(图1-5(2))，晶体呈板状或片状，如重晶石、云母等;③一向伸长，晶体只沿一个方向特别发育，而另两个方向均不发育，即a≈b≤c(图1-5(3))，晶体呈柱状、针状或纤维状，如红柱石、软锰矿、纤维石膏等。以上是三种基本的晶体习性，在它们之间还存在一些过渡类型，如短柱状、厚板状等。在描述晶体习性时，要灵活掌握。
图1-5 矿物晶体习性分类(1)三向等长;(2)二向延长;(3)一向伸长
2.矿物的集合体形态
矿物的集合体形态取决于矿物单体的形态和它们的集合方式。根据集合体中矿物颗粒的大小(或可辨度)可分为三种类型:肉眼可以辨认出单体的，称显晶集合体;显微镜下才能辨认出单体的，称隐晶集合体;在显微镜下还不能辨认出单体的，称胶态集合体。
(二)矿物的光学性质
矿物的光学性质是指矿物对光线的反射、吸收及折射所表现出的各种特征，以及矿物引起的光线干涉和散射现象，包括矿物的颜色、条痕、透明度、光泽等。矿物光学性质是鉴定矿物的重要依据。
1.矿物的颜色
矿物的颜色是矿物对白光中不同波长光波吸收的结果，所呈的颜色为被吸收光的补色。如果对各种波长的光波普遍而均匀地吸收，则随吸收程度不同而呈黑、灰、白色。如对各种波长的光波有选择性地吸收，则呈现各种较鲜艳的颜色，如红、蓝、绿、橙等。
2.矿物的条痕
矿物的条痕是矿物粉末的颜色，一般是指矿物在白色瓷板上划擦时所留下的粉末的颜色。条痕是矿物呈粉末状态时对光线中不同波长光波吸收的结果，矿物的条痕可以与其本身的颜色一致，也可以不一致。
3.矿物的透明度
矿物的透明度是指矿物透过可见光波的能力。根据光波透过矿物的不同程度，可将矿物的透明度分为3级。
透明:隔着透明矿物可看到另一侧物体的清晰轮廓，如水晶、冰洲石等。
半透明:隔着半透明矿物仅能看到另一侧物体的模糊阴影，如闪锌矿等。
不透明:隔着不透明矿物完全无法看到另一侧物体的影像，如黄铁矿、石墨等。
4.矿物的光泽
矿物表面对可见光波的反射能力称为光泽。矿物光泽的强弱取决于矿物的折射率、吸收系数和反射率，反射率越大，矿物的光泽越强，反之越弱。根据矿物反射率的大小可将矿物光泽分为四级。
金属光泽:这种光泽反光很强，好像金属的新鲜面一样，光亮耀眼。金属光泽的矿物具金属色(如铁黑、铅灰色等)，条痕呈黑色或金属色，如黄铁矿。
半金属光泽:这种光泽反光较强，呈较暗的金属状光泽。矿物条痕多为深彩色，如赤铁矿、铬铁矿等。
金刚光泽:反光较强，但无金属色彩，有像金刚石那样灿烂耀眼的光泽。这种矿物的条痕为浅彩色及无色、白色，如金刚石等。
玻璃光泽:玻璃光泽反光弱，像玻璃表面那样。这类矿物的条痕多为无色或白色，如石英、方解石等。
以上四级光泽是指矿物的平坦表面如晶面、解理面对光的反射情况，当矿物表面不平坦或成集合体时，常呈现一些特殊的光泽，常见的有以下光泽。
油脂光泽:具有这种光泽的矿物表面像涂了一层油脂似的，多见于透明矿物的断口面上，如石英等。
蜡状光泽:有些矿物表面有像蜡烛一样的光泽，在透明矿物的隐晶质或非晶质致密块状集合体表面常见。
丝绢光泽:在纤维状集合体表面呈现这种光泽，好像丝绸的表面一样，如纤维状石棉、石膏等。
珍珠光泽:似珍珠或贝壳内壁的光泽。在透明矿物的极完全解理面上常见，如云母。
土状光泽:有些矿物表面暗淡无光，像土一样。这种光泽多见于粉末状、土状集合体表面，如高岭石。
(三)矿物的力学性质
矿物的力学性质是指矿物在受到外力作用下所表现出来的一系列特征，不同的矿物有着不同的力学性质。力学性质包括矿物的解理、断口、硬度、密度(比重)以及矿物的脆性和延展性、矿物的弹性和挠性。
1.解理和断口
解理是矿物沿着晶体中某些特定的方向裂开，出现平整破裂面的趋势，所形成的面为解理面。解理面代表了晶体中化学键结合比较弱的方向，而且在这个方向上必须保持电中性，如图1-2中食盐晶体的前后、左右及上下的3个方向就可形成立方体解理面。云母类矿物极易剥成很薄的片，表明其有极好的解理。一般根据解理面发育的程度，可以将解理分为五级。
极完全解理:解理面光滑、密集、平整，如云母类矿物。
完全解理:具有解理的矿物很容易裂开成规则块体，解理面光滑、平整，如方解石、方铅矿等。
中等解理:解理面较明显，断续相连、较光滑，如辉石类矿物、角闪石类矿物、长石类矿物等。
不完全解理:解理面不太发育，间距较大，也不平整，如橄榄石。
极不完全解理:有些矿物很难出现或实际上无解理，见到断面一般都是断口，如石英、黄铁矿等。
当晶体受力后，有时解理面出现的方向不止一个，可能有若干个，这就涉及解理的组数了。所谓解理的组数，指沿不同方向出现的解理方位的数量。如白云母只在一个方向出现解理面，我们就认为其只有一组解理;而辉石和角闪石类矿物常常能见到两个平行柱面的解理，就是两组解理，图1-6中为方解石的三组不同方向的解理面。
图1-6 方解石的三组解理
图1-7 石英的贝壳状断口
当出现两组或者两组以上解理面时，就存在不同解理面的夹角。解理面的夹角是矿物鉴定的有力特征。如辉石类矿物平行柱面的两组解理的夹角为87°，肉眼看起来就跟直角一样，但角闪石类矿物对应的解理夹角为56°，看起来与60°很接近。还有方解石的解理夹角基本上接近60°，等等。
在实际观察中，注意区分解理面与晶面，不要把两者混淆了。解理面是晶体在受力时，晶体内部出现的连续、等间距的一系列平面，而晶面只出现于晶体的表面，受力后晶面更不会出现像解理面那样向晶体内部“复制”的现象。
矿物受力后不沿解理面破裂而形成的断面称为断口。断口按其形态可分为以下几种:
贝壳状断口:这种断口面呈弯曲的凹面，具有不规则的同心纹，形似贝壳，如石英晶体的断口(图1-7)。
锯齿状断口:断口呈尖锐的锯齿状，如自然铜。
参差状断口:断口面参差不齐，较粗糙，如磷灰石。
土状断口:多为粘土矿物的断面，断口呈细粉砂状，如高岭石类矿物集合体。
2.硬度
硬度指矿物表面抵抗刻划力的强度。矿物硬度的大小主要取决于矿物晶体中化学键的强度。其简易的测量方法，是用已知硬度的物体刻划未知矿物的表面，如能刻划出痕迹，就表明未知矿物的硬度小于已知物体的硬度，然后，再用硬度更小的物体去做同样的测试，直到找到未知矿物的硬度即可。地质上常用一套已知硬度的矿物作为对照物去检测未知矿物的硬度，这就是所谓的摩氏硬度计(Mohs hardness scale)(表1-3)。这是德国矿物学家Friedrich Mohs(1773～1839)一百多年前发明的，迄今仍有使用价值。其实，当我们在野外作业时，手头不一定有现成的摩氏硬度计，但如果用已知硬度的一些物体无疑会起到替代摩氏硬度矿物的作用。如指甲的硬度通常略大于2，铜币的硬度大约等于3，小刀的硬度略大于5，普通玻璃的硬度为5.5等。测试时必须用矿物的新鲜面，否则结果不准确。矿物的硬度也可用仪器测量，目前使用较多的为Vicker法，是用合金或金刚石制成一定形状的压头，加以一定的负荷压在矿物的光面上，以负荷与压痕的表面积的关系，求得矿物的绝对硬度，一般以kg/mm2表示。
表1-3 摩氏硬度计
有些矿物表面的不同方向表现出不同的硬度，这与矿物晶体内部结构的异向性有较大的关系，即晶体不同方向上表现出不同的物理性质。如蓝晶石在平行柱状方向的硬度为4.5，而在垂直柱状方向的硬度则为6，故蓝晶石有时也称作“二硬石”。
3.比重与密度
矿物的比重，指矿物相对于等体积的水的重量。它的大小取决于矿物组成成分及其内部质点(原点或者离子)堆积的紧密程度。严格来说，比重(G)应该是矿物在空气中的重量与同体积水(4℃)重量的比值，即
综合地质学
比重的测量方法完全基于阿基米德定律，如果一个物体全部浸在水中，它失去的重量等于排开同体积水的重量。自然界中大部分矿物的比重为2.7，而金属矿物的比重较大，如自然金的比重为19;银为10.5;铜为8.9。比重的测量有两种途径:①称重法，在天平上分别把矿物在空气中和水或者其他已知密度的液体中称重，然后代入上式即可求出矿物的比重;②重液法，将矿物放入已知比重的不同重液中，如饱和盐水溶液(比重为1.13)、三溴甲烷(2.9)、二碘甲烷(3.33)等，如果矿物悬浮于某一种重液中，则可知矿物的比重与该重液的比重相同。
目前许多文献中矿物的重量参数常用密度来表示。所谓密度，是指单位体积的物质质量，其单位为g/cm3，水在4℃时的密度为1g/cm3。矿物的密度(D)可由下式计算得出:
综合地质学
式中:M为晶体化学式中元素的原子量之和;Z为单位晶胞中晶体化学式的分子数;V为晶胞体积;N为阿佛伽德罗常数，1/N=1.6605。
比重与密度的关系，就是比重代表了两种物质的相对密度，即
综合地质学
因为水在4℃时的密度为1g/cm3，故矿物的密度值与比重值相同。值得注意的是，比重没有量纲，而密度是有量纲的，即g/cm3。因此，密度的测量往往是通过测比重而得到的。
在肉眼鉴定矿物时，一般根据矿物相对比重将矿物分为三类。
轻矿物:矿物的比重小于2.5，如石膏。
中等比重矿物:矿物的比重在2.5～4之间，如石英、方解石等。自然界中大多数矿物属于此类。
重矿物:矿物比重大于4，如重晶石、方铅矿等。
4.矿物的脆性和延展性
矿物的脆性:指矿物受外力作用时容易破碎的性质。
矿物的延展性:指矿物在锤击或拉引下，容易形成薄片和细丝的性质。
5.矿物的弹性和挠性
矿物的弹性:矿物受外力作用发生弯曲形变，但当外力作用取消后，能使弯曲形变恢复原状，这种性质称为弹性，如云母。
矿物的挠性:矿物受外力作用发生弯曲形变，如外力作用取消后，弯曲了的形变不能恢复原状，则这种性质称为挠性，如滑石。
J. 矿物的各类物理性质是如何划分的
矿物在物理学研究所涉及的光学、力学、电学、磁学等方面表现出来的性质称矿物的物理性质。它们主要取决于矿物自身的化学成分和内部结构，因而成为鉴别矿物的重要依据。
（一）矿物的光学性质
1.颜色
2.条痕
3.光泽
4.透明度
5.发光性
（二）矿物的力学性质
1.硬度
2.解理
3.断口
（三）矿物的比重（密度）、磁性、放射性及点学性质
电学性质包括：（1）导电性；（2）介电性、压电性和焦（热）电性