Minerał (fr. minéral, od gal. mina – kopalnia) – pierwiastek lub związek chemiczny będący normalnie ciałem krystalicznym, którego struktura ukształtowała się w toku procesów geologicznych^[1].

Do minerałów nie zalicza się mineraloidów:

• substancji bezpostaciowych o jednorodnej strukturze chemicznej;
• substancji powstałych w wyniku zniszczenia struktury krystalicznej minerału pod wpływem promieniowania jonizującego;
• rtęci.

Za minerał nie jest uznawana ropa naftowa i jej niekrystaliczne pochodne. Minerałem nie jest woda w stanie ciekłym (natomiast lód jest minerałem). Do minerałów nie zalicza się substancji pochodzenia biologicznego, o ile pod wpływem procesów geologicznych nie uległy przekształceniu w substancje krystaliczne (np. fosforyty powstałe z organizmów morskich)^[1].

Minerałami nie są substancje zwane nieprecyzyjnie „minerałami syntetycznymi”, czyli substancje otrzymywane sztucznie w laboratoriach lub zakładach przemysłowych. Do najczęściej produkowanych syntetyków należą: ałunit, chalkantyt, syntetyczny korund, cyrkonia, lopezyt oraz diament syntetyczny.

Minerałami nie są sole mineralne rozpuszczone w wodzie (woda mineralna) lub obecne w pożywieniu, czy w parafarmaceutykach.

Dawniejsze definicje do minerałów zaliczały wszystkie substancje i ich roztwory stałe powstałe w wyniku procesów geologicznych, bez względu na postać i fazę^[2][3].

Najpospolitszy minerał na Ziemi to bridgmanit.

Geneza minerałów

Minerały skał magmowych

Pierwotnym procesem tworzącym minerały jest krystalizacja magmy w zakresie 1600–800 °C. W ten sposób powstają głównie krzemiany, glinokrzemiany oraz – w mniejszym stopniu – siarczki, węglany, fosforany, tlenki i inne. Z utworów pomagmowych (utwory hydrotermalne i gazy) powstają minerały wypełniając szczeliny w skałach (np. geody kwarcowe SiO₂ lub kalcytowe CaCO₃), oraz nowe fazy krystaliczne wykrystalizowane z gazów lub z wcześniej zmienionych minerałów w procesach metasomatycznych i pneumatolitycznych, np. minerały pegmatytów.

Minerały skał osadowych

Na powierzchni Ziemi minerały ulegają wietrzeniu pod wpływem czynników atmosferycznych i wód. Ulegają utlenieniu, rozpuszczeniu, rozkruszeniu itp. w takich procesach powstaje np. kaolinit Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈, w wyniku wietrzenia granitu i rozkładu skaleni. Kalcyt CaCO₃ powstaje również w wyniku sedymentacji z wód morskich tworząc wapień. Procesy utleniające i ługujące prowadzą do powstania tzw. paramorfozy, np. goethytu α-FeOOH po pirycie FeS₂. Z ewaporacji (odparowania) wód morskich powstają minerały takie jak gips CaSO₄ • 2H₂O lub halit NaCl.

Minerały skał metamorficznych

Wówczas gdy skały podlegają działaniu wysokiej temperatury i/lub ciśnienia, ulegają przeobrażeniu (metamorfizmowi). Jako że większość minerałów nie jest trwała w stanie stałym w szerokim zakresie ciśnienia i temperatury, przeobrażeniu ulega ich struktura wewnętrzna oraz często również skład chemiczny. Powstają zupełnie nowe fazy krystaliczne, jak np. staurolit (Fe,Mg)₂Al₉(Si,Al)₄O₂₀(O,OH)₄, bądź dochodzi do powstania odmian polimorficznych, np. andaluzyt Al₂[O|SiO₄] poprzez podniesienie ciśnienia przechodzi w kyanit, a w przypadku wzrostu ciśnienia i temperatury w silimanit. Przemianie w tym przypadku zachodzi pozycja glinu w strukturze wewnętrznej. Na kontaktach intruzji magmowych ze skałami otaczającymi, np. węglanowymi wapieniami lub dolomitami powstają skały bogate w krzem Si jak i węglan wapnia CaCO₃ nazywane skarnami. Pospolite minerały w tym przypadku to wollastonit CaSiO₃, wezuwian Ca₁₀(Mg,Fe) ₂Al₄[(OH) ₄/(SiO₄)₅/(Si₂O₇)₂], bądź wiele odmian granatów, jak np. grossular Ca₃Al₂(SiO₄)₃.

W wyniku oddziaływania lotnych składników magmy i utworów hydrotermalnych oraz wód powierzchniowych może spowodować przeobrażenie istniejących minerałów oraz powstanie nowych faz krystalicznych. Proces w którym zachodzi powstanie nowych minerałów i zmiana składu chemicznego istniejących nazywamy metasomatozą, bądź w przypadku udziału lotnych składników magmy pneumatolizą. Przykładem jest powstanie kasyterytu SnO₂ w wyniku działania lotnego SnF₄ na kwarc SiO₂.

Minerały złożowe

Wśród minerałów, niemających znaczenia skałotwórczego, ważną rolę odgrywają minerały złożowe - np. galena, sfaleryt, chalkopiryt, malachit, halit, piryt. Są one źródłem wielu surowców wykorzystywanych w gospodarce.

Mieszanina mineralna

Mieszaniną mineralną nazywamy mieszaninę faz krystalicznych (minerałów) powstałą w wyniku procesu geologicznego niekiedy z udziałem bezpostaciowych substancji mineralnych (nawiasem mówiąc - wielofazowe układy niejednorodne, dawniej często uważane za minerały i obdarzone osobnymi nazwami, są obecnie niekiedy określane mianem wyżej wspomnianych mineraloidów). Mieszaniny związków organicznych niemal nie występują w przyrodzie w stanie czystym. Są nimi na przykład żywice kopalne (bursztyn, rezynit), substancje bitumiczne, asfalty, węgle kopalne i pokrewne substancje organogeniczne. Wiele mieszanin mineralnych określono jako nowe minerały i nadano im odrębne nazwy. Przykłady: berezowit okazał się w istocie mieszaniną cerusytu, i krokoitu, konit - magnezytu i dolomitu, a krablit - kwarcu i ortoklazu. "Mieszaninami..." są również limonity, w których przeważa głównie getyt.

Szczególną grupę mieszanin tworzą mieszaniny odmian polimorficznych. Na przykład mieszanina regularnego pirytu (FeS₂) i rombowego markasytu (FeS₂) lub pospolite skorupowe odmiany blendy cynkowej, które zawierają regularny sfaleryt (ZnS) i heksagonalny wurcyt (Zns). Podobieństwo właściwości fizycznych często utrudnia rozpoznanie i skatalogowanie składu takiego rodzaju mieszanin. Kiedy analiza chemiczna również nie pomaga - konieczne jest posługiwanie się metodami analizy fazowej (metody rentgenograficznej), lub termicznej analizy różnicowej.

Odrębną grupę substancji mineralnych tworzą odmieszane izomorficzne roztwory stałe nietrwałe w warunkach naszego otoczenia. Stanową one ważne świadectwo procesów geologicznych, które prowadziły kiedyś do ich powstania. Ten typ zrostów zwraca szczególną uwagę choćby w badaniach petrograficznych. Są one określane odrębnymi nazwami. Na przykład pertyty są odmieszanymi izomorficznymi roztworami stałymi skaleni potasowych (K[AlSi₃O₈] i skaleni sodowo-wapniowych nNa[AlSi₃O₈]*mCa[Al₂Si₂O₈]

Klasyfikacja

Klasyfikacja minerałów polega na uporządkowaniu ich w gromady, klasy, grupy i szeregi.

• gromada I: pierwiastki rodzime, stopy i związki międzymetaliczne – (złoto rodzime, srebro rodzime, diament, grafit, rtęć rodzima (zaliczana zwykle do mineraloidów); eugenit i in.)
• gromada II: węgliki, azotki, fosforki i krzemki – (cohenit, niobocarbid; carlsbergit, sinoit; schreibersyt, barringeryt; fersilicyt, hapkeit i in.)
• gromada III: siarczki i pokrewne selenki i tellurki oraz siarkosole (niekiedy część z tych minerałów jest określana jako kruszce) – (piryt, markasyt, pirotyn, sfaleryt, galena, cynober, aurypigment, molibdenit, bornit, chalkozyn, kowelin; clausthalit, berzelianit; calaveryt, hessyt; proustyt, bournonit, boulangeryt, Tiospinele (sulfospinele) i in.)
• gromada IV: halogenki (fluorki, chlorki, bromki i jodki) – (fluoryt, sellait, villiaumit; halit, sylwin, karnalit, atakamit; bromargyryt; jodargyryt i in.)
• gromada V. tlenki oraz wodorotlenki i tlenowodorotlenki – (spinele (spinel, magnetyt, chromit), hematyt, piroluzyt, uraninit, rutyl, anataz, brookit, kasyteryt, kupryt, lód, korund; brucyt, gibbsyt, diaspor, goethyt, lepidokrokit, manganit i in.)
• gromada VI: sole kwasów tlenowych
• gromada VI-1: azotany – nitrokalcyt, nitromagnezyt, likasyt, humberstonit i in.)
• gromada VI-2: jodany i chlorany (te ostatnie jak dotąd nieznane jako oddzielne minerały) – (lautaryt i in.)
• gromada VI-3: węglany – (kalcyt, aragonit, vateryt, dolomit, ankeryt, magnezyt, syderyt, rodochrozyt, smithsonit, cerusyt, kutnahoryt, hydrocynkit i in.)
• gromada VI-4: seleniny i seleniany – (chalkomenit, molibdomenit, schmiederyt i in.)
• gromada VI-5: telluryny i tellurany – (teineit, plumbotelluryt i in.)
• gromada VI-6: borany – (boracyt, boraks rodzimy, uleksyt, colemanit, kernit i in.)
• gromada VI-7: siarczany – (gips, anhydryt, celestyn, baryt, anglezyt, chalkantyt, melanteryt, epsomit, kizeryt i in.)
• gromada VI-8: chromiany i dwuchromiany – (krokoit, lopezyt i in.)
• gromada VI-9. molibdeniany – (wulfenit, powellit, ferrimolibdyt, mełkowit i in.)
• gromada VI-10: wolframiany – (ferberyt, wolframit, hübneryt, scheelit i in.)
• gromada VI-11: fosforany – (apatyt, ksenotym, monacyt , piromorfit, strengit, wiwianit, turkus, lazulit i in.)
• gromada VI-12: arseniany – (skorodyt, mimetezyt, erytryn, annabergit, konichalcyt i in.)
• gromada VI-13: wanadany – (wanadynit, mottramit i in.)
• gromada VI-14: minerały uranylu – (autunit, metaautunit, torbernit, karnotyt, tjujamunit, uranofan, skłodowskit, schoepit, becquerelit, curyt i in.)
• gromada VI-15: krzemiany i glinokrzemiany
  • a. krzemiany wyspowe – (oliwiny (forsteryt, fajalit), granaty (almandyn, grossular, spessartyn, uwarowit), cyrkon, kyanit, topaz i in.)
  • b. krzemiany grupowe – (hemimorfit, wezuwian, zoisyt, epidoty, melility i in.)
  • c. krzemiany pierścieniowe – (turmaliny (szerlit, elbait, drawit i jego odmiana chromdrawit), kordieryt, beryl, eudialit i in.)
  • d. krzemiany i glinokrzemiany łańcuchowe – (pirokseny (diopsyd, augit, diallag, spodumen, jadeit, egiryn), czaroit i in.)
  • e. krzemiany i glinokrzemiany wstęgowe – (amfibole (np. ferroaktynolit, tremolit, hornblenda, cummingtonit, glaukofan), prehnit i in.
  • f. krzemiany i glinokrzemiany warstwowe – (miki (np. biotyt, muskowit, flogopit, lepidolit), minerały ilaste (np. kaolinit, illit, montmorillonit) i in.)
  • g. krzemiany i glinokrzemiany przestrzenne (szkieletowe) – (kwarc, trydymit, coesyt, krystobalit, skalenie potasowe (mikroklin, sanidyn, ortoklaz), skalenie Ca-Na czyli plagioklazy (anortyt, albit, labrador), nefelin, sodalit, zeolity (stilbit, natrolit, chabazyt) i in.)

Właściwości fizyczne i krystalochemiczne

Cechy charakteryzujące dany minerał:

• układ krystalograficzny
• twardość
• łupliwość
• rysa
• przełam
• barwa
• zabarwienie
• gęstość
• połysk

Minerały skałotwórcze

 Osobny artykuł: Minerały skałotwórcze.

Minerały stanowiące główne składniki budujące skały nazywa się minerałami skałotwórczymi, a są to: kwarc, skalenie, amfibole, pirokseny, miki, kalcyt, dolomit, minerały ilaste, oliwiny. Większość z nich to krzemiany lub glinokrzemiany. Minerały, które zwykle są obecne w pewnych typach skał, ale w niewielkich ilościach (do kilku %), to minerały poboczne, a w jeszcze mniejszych (zwykle <1%), to minerały akcesoryczne.

Polimorfizm i izomorfizm

 Osobny artykuł: polimorfizm (krystalografia).

 Osobny artykuł: izomorfizm.

Wiele pierwiastków i związków chemicznych o identycznym składzie krystalizuje w różnych formach morfologicznych tworząc tym samym różne minerały. Zjawisko to nazywamy polimorfizmem np. krzemionka SiO₂ w zależności od ciśnienia i temperatury tworzy odmiany polimorficzne: kwarc-α i kwarc-β, trydymit, krystobalit, coesyt, stiszowit. Siarczek cynku tworzy min. wurzyt czyt. wurcyt i sfaleryt. Węgiel C krystalizuje w postaci diamentu lub grafitu. Postacie polimorficzne służą jako geotermometry lub geobarometry.

Zjawisko krystalizowania różnych substancji w taką sama postać krystalograficzną o identycznej strukturze wewnętrznej nazywamy izomorfizmem np. z halitem NaCl izomorficzna jest galena i PbS i peryklaz MgO.

• Struktura rutylu TiO₂

• Struktura anatazu TiO₂

Politypia

 Osobny artykuł: politypia.

Jest to szczególny rodzaj polimorfizmu polegający na tym, iż identyczne warstwy w sieci krystalicznej układają się na sobie w różnej konfiguracji, zmieniając period identyczności sieci w kierunku prostopadłym do nakładających się warstw. Modyfikacje politypowe są najczęstsze wśród minerałów warstwowych np. grafit C, lub inne krzemiany warstwowe. W graficie warstwy atomowe utworzone w sześcioboczne pierścienie są różnie zorientowane względem siebie; odmiany politypowe grafitu – 1Hd, 2H, 3R (cyfra oznacza co ile warstw się powtarza, litera zaś układ krystalograficzny – 3R co trzecia warstwa , układ romboedryczny (trygonalny)). Najczęstszymi minerałami politypowymi są również wurcyt ZnS (2H, 4H, 6H, 10H, 3R, 15R), oraz minerał syntetyczny karborund SiC.

Mineralogia

 Osobny artykuł: mineralogia.

Nauką zajmującą się minerałami jest mineralogia. Naukami wywodzącymi się z mineralogii są: petrografia, petrologia, gemmologia (nauka o kamieniach szlachetnych), krystalografia i jej pochodne. Mineralogia dzieli się także na topomineralogię (nauka o występowaniu minerałów), mineralogie genetyczną, mineralogie opisową. Jest przede wszystkim nauką interdyscyplinarną, pełni istotna rolę w badaniach w zakresie chemii, fizyki, ochrony środowiska, astronomii, medycyny, oraz w naukach technicznych.

Galeria

Przydatne przedmioty w zbieraniu i kolekcjonowaniu minerałów

• młotek (kilka rodzajów wagowych; ok. 500 g, 1000 g, 2000 g)
• szkło powiększające
• ostrza stalowe
• 3–5% HCl
• okulary ochronne
• pudełeczka na okazy
• albumy mineralogiczne
• nożyk
• pędzelek
• kawałek nieszlifowanej porcelany

Zobacz też

• Klasyfikacja minerałów Strunza
• Minerały promieniotwórcze
• Minerały metamiktyczne
• Kruszec
• Geotermometria i geobarometria
• Ruda