Back to the topics list

แร่ธาตุ

โลกประกอบด้วยหิน หินเป็นแร่ธาตุที่รวมตัวกัน ดังนั้นแร่ธาตุจึงเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของโลก ปัจจุบันมีแร่ธาตุมากกว่า 4,000 ชนิดที่รู้จัก และมีการค้นพบแร่ธาตุใหม่หลายสิบชนิดทุกปี เราใช้สิ่งของที่ทำจากหินและแร่ธาตุทุกวัน หากไม่มีสิ่งเหล่านี้ เราก็จะไม่มีรถยนต์ รถไฟ หรือเครื่องบิน และเราก็จะไม่สามารถแปรงฟันหรือซักผ้าได้ นาฬิกา นาฬิกาข้อมือ เครื่องประดับ กระป๋องและแผ่นอลูมิเนียมฟอยล์ ล้วนเป็นแร่ธาตุ อ่านต่อเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับแร่ธาตุเหล่านี้!

วัตถุประสงค์การเรียนรู้

• แร่ธาตุคืออะไร?
• ความแตกต่างระหว่างแร่และหิน
• สมบัติทางกายภาพของแร่ธาตุ
• ชนิดของแร่ธาตุ
• ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับแร่ธาตุ

แร่ธาตุคืออะไร?

แร่ธาตุเป็นสารแข็งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แร่ธาตุอาจเกิดจากธาตุเพียงชนิดเดียว (เช่น ทองคำหรือทองแดง) หรืออาจเกิดจากธาตุหลายชนิดรวมกันก็ได้ โลกประกอบด้วยแร่ธาตุที่แตกต่างกันหลายพันชนิด

สารที่จะถูกจัดเป็น "แร่ธาตุ" ได้นั้นจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนด 5 ประการ ดังนี้

1. มันควรจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งหมายความว่ามันเกิดขึ้นในธรรมชาติโดยตัวของมันเองโดยไม่ต้องอาศัยความช่วยเหลือจากมนุษย์ ตัวอย่างเช่น เหล็กไม่ใช่แร่ธาตุ แต่เป็นโลหะผสมที่มนุษย์ผลิตขึ้น
2. ควรเป็นสารอนินทรีย์ ซึ่งหมายความว่าสารดังกล่าวไม่ได้สร้างขึ้นโดยสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่น ไม้และไข่มุกสร้างขึ้นโดยสิ่งมีชีวิต ดังนั้นจึงไม่ใช่แร่ธาตุ
3. ควรเป็นของแข็ง ไม่ใช่ของเหลวหรือแก๊ส ที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน
4. ควรมีองค์ประกอบทางเคมีที่แน่นอน ซึ่งหมายความว่าทุกครั้งที่เราเห็นแร่ธาตุ จะมีองค์ประกอบทางเคมีเดียวกันที่สามารถแสดงได้ด้วยสูตรเคมี ตัวอย่างเช่น แร่ฮาไลต์ ซึ่งเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าเกลือหินเมื่อขุดขึ้นมา มีองค์ประกอบทางเคมีเป็นโซเดียมคลอไรด์ ประกอบด้วยอะตอมของโซเดียมและคลอรีน
5. ควรมีโครงสร้างผลึกที่มีลักษณะเฉพาะหรือโครงสร้างภายในที่เป็นระเบียบ ซึ่งหมายความว่าอะตอมในแร่ธาตุจะเรียงตัวกันอย่างเป็นระบบและเป็นรูปแบบซ้ำๆ ตัวอย่างเช่น แร่ฮาไลต์ประกอบด้วยอัตราส่วนที่เท่ากันของอะตอมโซเดียมและคลอรีนที่เรียงตัวกันเป็นลูกบาศก์

ผลึกแร่ฮาไลต์

ดังนั้นเราสามารถกล่าวได้ว่าแร่เป็น ของแข็งอนินทรีย์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีที่แน่นอนและการจัดเรียงอะตอมอย่างเป็นระเบียบ

การศึกษาเกี่ยวกับแร่ธาตุเรียกว่า แร่วิทยา นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาแร่ธาตุ องค์ประกอบ การใช้งาน และคุณสมบัติ เรียกว่า นักแร่วิทยา

ความแตกต่างระหว่างแร่กับหินคืออะไร?

• แร่ธาตุมีโครงสร้างทางเคมีเฉพาะที่เหมือนกันทั่วทั้งแร่ธาตุ โครงสร้างภายในและองค์ประกอบทางเคมีทำให้แร่ธาตุมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีเฉพาะตัวซึ่งให้เบาะแสเกี่ยวกับเอกลักษณ์ของแร่ธาตุ
• ในทางกลับกัน หินประกอบด้วยแร่ธาตุต่างๆ มากมายหลายชนิดและมีโครงสร้างที่ไม่สม่ำเสมอกัน

คุณสมบัติทางกายภาพของแร่ธาตุ

สี ความวาว ลายเส้น ความแข็ง การแยกตัว การแตก ความถ่วงจำเพาะ และรูปร่างของผลึก เป็นคุณสมบัติทางกายภาพที่มีประโยชน์ที่สุดในการระบุแร่ธาตุส่วนใหญ่

ความวาววับ

ความวาวเป็นการแสดงถึงลักษณะของแร่เมื่อแสงสะท้อนจากพื้นผิว

• แร่ธาตุที่มี ความวาวของโลหะ จะมีลักษณะเหมือนโลหะ เช่น เหล็กหรือทองแดง โดยทั้งวาวและทึบแสง
• แร่ธาตุที่ แวววาวเหมือนดิน จะมีลักษณะเหมือนดินหรือดิน เช่นเดียวกับแร่ธาตุที่เป็นโลหะ แร่ธาตุเหล่านี้จะทึบแสงแต่ไม่สดใส
• ความวาวของกระจก จะมีลักษณะเป็นมันวาวตั้งแต่โปร่งแสงจนถึงโปร่งใส
• แร่ธาตุที่มี ลักษณะแวววาวคล้ายขี้ผึ้ง จะมีลักษณะเหมือนพาราฟิน โดยทั่วไปจะมีลักษณะโปร่งแสงแต่ไม่สดใส
• ในขณะที่แร่ธาตุที่มี ความวาวเหมือนมุก จะมีลักษณะคล้ายกับไข่มุกหรือภายในเปลือกหอยเป๋าฮื้อ คือ โปร่งแสงและเป็นมันวาว แต่มีการหักเหแสงเล็กน้อย ทำให้เกิดเอฟเฟกต์รุ้งบนพื้นผิว

สี

สีเป็นคุณสมบัติที่เห็นได้ชัดที่สุดอย่างหนึ่งของแร่ธาตุ แต่บ่อยครั้งที่สีนี้มีค่าในการวินิจฉัยที่จำกัด โดยเฉพาะในแร่ธาตุที่ไม่ทึบแสง แม้ว่าแร่ธาตุที่เป็นโลหะและดินหลายชนิดจะมีสีที่แตกต่างกัน แต่แร่ธาตุที่โปร่งแสงหรือโปร่งใสอาจมีสีที่แตกต่างกันมาก ตัวอย่างเช่น ควอตซ์อาจมีสีตั้งแต่ไม่มีสีไปจนถึงสีขาว สีเหลือง สีเทา สีชมพู สีม่วง และสีดำ ในทางกลับกัน สีของแร่ธาตุบางชนิด เช่น ไบโอไทต์ (สีดำ) และโอลิวีน (สีเขียวมะกอก) อาจมีลักษณะเฉพาะได้

สตรีค

ริ้วสีคือสีของแร่ที่อยู่ในรูปผง ริ้วสีจะแสดงสีที่แท้จริงของแร่ ในรูปของแข็งขนาดใหญ่ แร่ธาตุขนาดเล็กสามารถเปลี่ยนลักษณะสีได้โดยการสะท้อนแสงในลักษณะหนึ่ง แร่ธาตุขนาดเล็กมีอิทธิพลเพียงเล็กน้อยต่อการสะท้อนของอนุภาคผงขนาดเล็กในริ้วสี ริ้วสีแร่โลหะมีแนวโน้มที่จะปรากฏเป็นสีเข้มเนื่องจากอนุภาคขนาดเล็กในริ้วสีจะดูดซับแสงที่ตกกระทบ อนุภาคที่ไม่ใช่โลหะมีแนวโน้มที่จะสะท้อนแสงส่วนใหญ่ จึงปรากฏเป็นสีอ่อนกว่าหรือเกือบขาว เนื่องจากริ้วสีเป็นภาพประกอบสีของแร่ได้แม่นยำกว่า ริ้วสีจึงเป็นคุณสมบัติของแร่ที่เชื่อถือได้มากกว่าสีสำหรับการระบุ

ความแข็ง

ความแข็งคือความต้านทานของแร่ต่อการขีดข่วนหรือการเสียดสีจากวัสดุอื่น ความแข็งจะพิจารณาจากการขูดขีดพื้นผิวของตัวอย่างด้วยแร่หรือวัสดุอื่นที่มีความแข็งที่ทราบอยู่แล้ว มาตราความแข็งมาตรฐานที่เรียกว่า มาตราความแข็งโมห์ส ประกอบด้วยแร่ 10 ชนิดที่จัดลำดับความแข็งจากน้อยไปมาก โดยเพชรซึ่งเป็นสารที่แข็งที่สุดที่ทราบแล้วจะมีหมายเลข 10

มาตราความแข็งโมห์ส

1. ทัลคัม

2. ยิปซั่ม

3. แคลไซต์

4. ฟลูออไรต์

5. อะพาไทต์

6. เฟลด์สปาร์

7. ควอตซ์

8. โทแพซ

9. คอรันดัม

10. เพชร

รอยแตกและกระดูกหัก

การแตกร้าวและการแตกหัก - วิธีการที่แร่แตกร้าวจะถูกกำหนดโดยการจัดเรียงของอะตอมและความแข็งแรงของพันธะเคมีที่ยึดแร่เข้าด้วยกัน เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะของแร่ การสังเกตพื้นผิวที่แตกร้าวอย่างระมัดระวังอาจช่วยในการระบุแร่ได้ แร่ที่แสดงการแตกร้าวจะแตกร้าวหรือแตกร้าวอย่างสม่ำเสมอตามพื้นผิวเรียบขนานกัน ซึ่งเรียกว่าระนาบการแตกร้าว แร่จะแตกร้าวหากแตกร้าวตามพื้นผิวที่สุ่มและไม่สม่ำเสมอ แร่บางชนิดแตกร้าวโดยการแตกร้าวเท่านั้น ในขณะที่แร่บางชนิดแตกร้าวและแตกหัก

รูปแบบคริสตัล

คริสตัลเป็นกลุ่มอะตอมที่เป็นของแข็ง เป็นเนื้อเดียวกัน และมีระเบียบ และอาจมีขนาดเกือบทุกขนาด

ความถ่วงจำเพาะ

ความถ่วงจำเพาะวัดความหนาแน่นของแร่ธาตุ โดยวัดโดยเปรียบเทียบกับน้ำ โดยที่น้ำมีความถ่วงจำเพาะ 1 ตัวอย่างเช่น ไพไรต์มีความถ่วงจำเพาะ 5 และควอตซ์มีความถ่วงจำเพาะ 2.7 ความถ่วงจำเพาะของสารจะเปรียบเทียบความหนาแน่นกับน้ำ สารที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะมีค่าความถ่วงจำเพาะสูงกว่า

แร่ธาตุบางชนิดมีคุณสมบัติพิเศษที่สามารถนำมาใช้ในการระบุชนิดได้ มาดูตัวอย่างกัน

ฟลูออเรสเซนต์ - แร่ธาตุจะเรืองแสงภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต ตัวอย่างเช่น ฟลูออไรต์

แม่เหล็ก - แร่จะถูกดึงดูดโดยแม่เหล็ก เช่น แมกเนไทต์

การเกิดฟองอากาศ – เมื่อแร่ธาตุสัมผัสกับกรดอ่อนๆ จะเกิดฟองอากาศขึ้น ตัวอย่างเช่น แคลไซต์

ประเภทของแร่ธาตุ

แร่ธาตุมีหลายประเภท แต่โดยทั่วไปจะแบ่งเป็นสองกลุ่มคือ ซิลิเกตและไม่ใช่ซิลิเกต

• ซิลิเกตเป็นแร่ธาตุที่ประกอบด้วยซิลิกอนและออกซิเจน เปลือกโลกกว่า 90% ประกอบด้วยซิลิเกต
• แร่ธาตุที่เหลือจะถูกจัดกลุ่มไว้เป็นกลุ่มที่เรียกว่า แร่ที่ไม่ใช่ซิลิเกต

แร่ธาตุที่ไม่ใช่ซิลิเกตที่สำคัญบางชนิด ได้แก่:

• คาร์บอเนต – คาร์บอเนตประกอบด้วยคาร์บอเนต (CO3) รวมกับธาตุอื่น แคลไซต์เป็นแร่ธาตุที่สร้างขึ้นจากคาร์บอเนตและแคลเซียม
• ฮาไลด์ – ฮาไลด์ประกอบด้วยธาตุฮาโลเจนเป็นธาตุหลัก เกลือแกง (NaCl) เป็นแร่ฮาไลด์ที่ทำจากฮาโลเจนคลอรีน (Cl) และโซเดียม (Na).
• ออกไซด์ – ออกไซด์เป็นแร่ธาตุและธาตุหลักคือออกซิเจน โครไมต์เป็นแร่ออกไซด์ที่ทำจากเหล็ก โครเมียม และออกซิเจน
• ซัลไฟด์ – ซัลไฟด์ประกอบด้วยกำมะถันและโลหะหรือกึ่งโลหะหนึ่งชนิดขึ้นไป ไพไรต์เป็นซัลไฟด์ที่ทำจากเหล็กและกำมะถัน

ธาตุพื้นเมือง เช่น ทองแดง ทองคำ เพชร กราไฟท์ และกำมะถัน ถือเป็นแร่ธาตุกลุ่มที่สามได้

ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับแร่ธาตุ

• นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาแร่ธาตุเรียกว่า นักแร่วิทยา
• ประมาณ 99% ของแร่ธาตุในเปลือกโลกประกอบด้วยธาตุ 8 ชนิด ได้แก่ ออกซิเจน ซิลิกอน อะลูมิเนียม เหล็ก แคลเซียม โซเดียม โพแทสเซียม และแมกนีเซียม
• แร่ธาตุทั่วไป ได้แก่ ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ บอกไซต์ โคบอลต์ ทัลค์ และไพไรต์

• แร่ธาตุบางชนิดมีแถบสีแตกต่างกับสีของร่างกาย
• อัญมณีคืออัญมณีที่ทำจากแร่หายาก เช่น เพชร มรกต หรือ ไพลิน ที่ผ่านการเจียระไนและขัดเงาให้เปล่งประกาย

• ร่างกายของเราต้องการแร่ธาตุบางชนิดเพื่อให้เจริญเติบโตอย่างแข็งแรงและมีสุขภาพดี