Hitta hit:
T-bana: Universitetet
Frescativägen 40

Ordinarie öppettider:
Tisdag-söndag 10-18


  • Huvudmeny

Mineralens egenskaper

Klassificeringen av mineralen bygger som nämnts på deras kemiska sammansättning och deras kristallstruktur, egenskaper som kräver mer eller mindre avancerad analysutrustning för att undersöka.

Äldre tiders mineraloger var hänvisade till att studera mineral-kristallernas yttre form och färg och andra egenskaper såsom hårdhet och spaltbarhet, något som också gäller de flesta amatörsamlare av mineral idag. Även om dessa yttre egenskaper inte är lika diagnostiska, kan en duktig och erfaren person komma långt enbart med sådana metoder.

Kemisk sammansättning

Varje mineral karaktäriseras av en viss kemisk sammansättning. Mineralet halit (stensalt, samma sak som vanligt koksalt eller bordssalt) är kemiskt sett natriumklorid (NaCl), där en natriumatom svarar mot en kloratom. Det vanliga mineralet kvarts består kemiskt sett av kiseldioxid (SiO2), med två syreatomer för varje kiselatom. Många andra mineral är som nämnts silikater, dvs mer komplexa föreningar av kisel och syre i kombination med andra grundämnen.

Struktur för natriumklorid (stensalt)

Atomstruktur för mineralet halit (stensalt), vilket består av lika mängd natriumatomer (gula) och kloratomer (gröna) ordnade i ett kubiskt kristallgitter.

Många sådana komplexa mineral innehåller kemiskt likartade element, vilka kan ersätta varandra i kristallstrukturen i olika proportioner, ett fenomen som kallas fast lösning (solid solution på engelska). Som exempel kan tas mineralet olivin ((Fe,Mg)2SiO4). Olivin är egentligen en grupp mineral, där järn (Fe) och magnesium (Mg) kan ersätta varandra. Är andelen järn mellan 50 och 100% kallas mineralet fayalit, dominerar däremot magnesium kallas mineralet forsterit.

Olivins sammansättning

I oliviner kan järn (Fe, gult) och magnesium (Mg, orange) ersätta varandra i alla proportioner, s.k. fast lösning (solid solution på engelska). Dominerar järn kallas mineralet fayalit, dominerar magnesium kallas det forsterit.

På likartat sett kan magnesium (Mg) och järn (Fe) ersätta varandra i biotiter, amfiboler, pyroxener och granater, medan natrium (Na), kalium (K) och kalcium (Ca) ersätter varandra i olika propotioner i fältspatgruppens mineral, delvis i kombination med att kisel (Si) och aluminium (Al) ersätter varandra.

Utbytet av olika grundämen mellan olika mineral som kristalliserat tillsammans är ofta tryck- och temperaturberoende. Genom att analysera elementfördelningen mellan sådana samexisterande mineral i mikroskala kan en uppfattning fås om vid vilket tryck och vilken temperatur ett mineral eller en bergart bildats eller omvandlats.

Kristallstruktur

Ett minerals inre struktur, kristallstrukturen, kan studeras med en metod som heter röntgendiffraktion, i vilken röntgenstrålning skickas genom mineralet och reflekteras av olika atomplan i olika vinklar, som kan detekteras.

Mineralet halit (stensalt) har en enkel kristallstruktur, där atomer av natrium och klor är omväxlande placerade i ett kubiskt nätverk, ett s.k. kristallgitter.

I kvarts är en kiselatom bunden till fyra syreatomer, och sådana kiseltetraedrar (tetrapacksliknande figurer med en kiselatom i mitten och en syreatom i varje hörn) utgör i sin tur byggstenar i mer komplexa silikatmineral. Kiseltetraedrarna kan där vara ordnade i kedjor, ringar, skikt eller tredimensionella nätverk, med andra joner däremellan, och denna struktur bestämmer i hög grad mineralens egenskaper.

Kristaller av ett silikat där kiseltetraedrarna sitter i kedjor blir ofta nålformade (ex. amfiboler), sitter de i skikt fås tunna plana kristaller (ex. glimmer), medan ett tredimensionell nätverk ger ett hårt mineral som inte spaltas i någon riktning (ex. kvarts).

Kiseltetraedrar bygger upp många olika strukturer

Kiseltetraedrar (röda, bestående av en kiselatom i mitten och en syreatom i varje hörn) kan vara ordnade i grupper, ringar, kedjor, skikt eller tredimensionella nätverk, och bygger tillsammans med andra atomer (gula, gröna, blå) upp olika silikatmineral.

Ett tydligt exempel på hur kristallstrukturen styr egenskaperna är mineralen grafit och diamant. Dessa mineral har samma enkla kemiska sammansättning, de består båda av grundämnet kol (C). Genom att kolatomerna är anordnade på olika sätt utgör de ändå olika mineral, med radikalt olika egenskaper. I grafit är kolatomerna bundna till varandra i tunna skikt, med svaga bindningar mellan skikten, vilka lätt lossar från varandra. Grafit är därför mycket mjukt, och användbart i blyertspennor och som smörjmedel. I diamant är däremot kolatomerna ordnade i ett tredimensionellt nätverk som är mycket starkt, och som gör diamant till det hårdaste mineral man känner. Vilken kristallstruktur som bildas beror på trycket och temperaturen; diamant bildas vid mycket höga tryck i jordens inre.

Jämförelse av kristallstrukturen hos diamant och grafit

Mineralen diamant (ovan) och grafit (nedan) består båda av rent kol, men har olika kristallstruktur (till höger) och därmed olika utseende (till vänster) och egenskaper.

Struktur och stabilitet hos aluminiumsilikater

De tre aluminiumsilikatmineralen kyanit, sillimanit och andalusit har samma kemiska sammansättning (Al2SiO5) men olika kristallstruktur, och är stabila vid olika tryck- och temperaturförhållanden. Kyanit kristalliserar främst vid högt tryck, sillimanit vid hög temperatur, medan andalusit intar ett mellanläge (lågt tryck och intermediär temperatur).

Kristallform

Som nämnts ovan kommer ett minerals inre struktur avspegla sig i dess yttre kristallform, i synnerhet i sådana kristaller som fått växa fritt i sprickor och hålrum i berget. I sådana fall bildas gärna släta kristallytor, vilka alltid har bestämda vinklar mellan sig (skall ej förväxlas med de på konstgjord väg framslipade ytorna hos olika smyckestenar). Beroende på kristallernas symmetriegenskaper (vridaxlar, spegelplan etc.) delas de in i 7 kristallsystem och 32 kristallklasser. Ett visst mineral tillhör alltid ett visst kristallsystem. Det mest symmetriska kristallsystemet är det kubiska, det minst symmetriska det triklina.

Tabell 1: Kristallsystemen

KristallsystemExempel på mineral i detta system
KubisktPyrit, fluorit, halit, granat
Hexagonalt Kvarts, beryll
TrigonaltKalcit
TetragonaltZirkon
OrtorombisktOrtopyroxen, ortoamfibol
MonoklintKlinopyroxen, klinoamfibol, glimmer
TriklintPlagioklas (Na-Ca-fältspat)
Glimmers kristallstruktur
Glimmerkristaller

Glimmermineralens (muskovit och biotit) kristallstruktur med skikt av kisel-tetraedrar (t.v.) avspeglar sig i deras kristallform - sexkantiga prismor som lätt spjälkas i tunna flak (ovan).

Spaltbarhet

Ett minerals inre struktur avspeglas också i hur dess kristaller spricker upp efter bestämda spaltplan, svaghetsplan i kristallens struktur. Glimmer (muskovit och biotit) spaltas lätt upp i tunna flak, det kubiska mineralet blyglans i kubiska tärningar, och kalcit bildar sneda (romboedriska) spaltstycken. Fältspat spaltas relativt lätt i två riktnngar med ca 90° vinkel, medan kvarts helt saknar spaltplan och i stället får en oregelbunden brottyta, s.k. mussligt brott.

Hårdhet

Ett minerals hårdhet avspeglar också den inre kristallstrukturen, och kan relativt enkelt bestämmas genom att undersöka hur mineralet repar eller repas av andra mineral eller material med känd hårdhet. I detta sammanhang används ofta Mohs hårdhetsskala, en enkel relativ (men ej linjär) hårdhetsskala där tio mineral inordnats från det mjukaste (talk) till det hårdaste (diamant).

Den absoluta hårdheten kan mätas på lite olika sätt, och därför finns olika hårdhetsskalor. I tabellen nedan anges absoluta hårdhetssiffror för de olika mineralen som ingår i Mohs hårdhetsskala satta i relation till värdet 1 för talk.

Tabell 2: Mohs hårdhetsskala.

HårdhetMineralAbs. hårdhetRepas av:
1Talk1Det mesta
2Gips3Nagel
3Kalcit (kalkspat)9Kopparmynt
4Fluorit (flusspat)21Spik
5Apatit48Kniv, Fönsterglas
6Orthoklas (kalifältspat)72Stålfil
7Kvarts100Karborundum
8Topas200Karborundum
9Korund (safir, rubin)400Diamant
10Diamant1600Ej av någonting

Färg och andra optiska egenskaper

Manganhaltig granat

Många mineral färgas genom förekomst av olika övergångsmetaller som exempelvis krom, järn, mangan, kobolt och koppar. Hos granatgruppens mineral manifesteras detta genom till exempel den brunröda färgen hos Mn-haltig spessartin (ovan) och den gröna färgen hos Cr-haltig uvarovit (nedan).

Ett minerals färg är sällan särskilt diagnostisk. Kvarts är visserligen oftast vit eller färglös, fältspater vita eller rödaktiga, och biotit, amfibol och pyroxen mörka till färgen, men små mängder av föroreningar kan ha stor påverkan på färgen. Föroreningarna kan uppträda i form av mikroskopiska inneslutningar av gas och vätska eller fasta mineralkorn, eller bestå av andra grundämnen lösta i mineralstrukturen.

Kromhaltig granat

Mineralet kvarts är i ren form helt färglös (stora klara välformade kvartskristaller kallas bergskristall), men är ofta mer eller mindre mjölkvit pga små vätskeinneslut-ningar. Andra föroreningar kan förändra färgen så kvartsen blir violett (ametist), gul (citrin), brunaktig (rökkvarts) eller rosa (rosenkvarts).

En ibland mer rättvisande bild av ett minerals verkliga färg kan fås genom att pulverisera det, exempelvis genom att dra det mot en bit oglaserat porslin, en gammaldags porslinspropp e.d., och studera färgen på det streck som bildas. Ibland avviker färgen på strecket helt från de grövre kristallernas färg. Större kristaller av järnoxid-mineralet hematit har blågrå färg, men pulveriseras hematit fås en roströd färg, vilken givit upphov till beteckningen blodstensmalm. Det är fina inneslutningar av hematit som ger den röda färgen åt många kalifältspat-kristaller, liksom åt kvartsvarianten jaspis.

Inom den geologiska forskningen har sedan länge mineral och bergarter studerats i s.k. tunnslip i mikroskop, dvs mycket tunna (ca 0,03 mm) polerade bergartsskivor fastlimmade på glas. Sten kan ju synas ogenomskinlig, men klara mineralkristaller är ju oftast genomskinliga och i så tunna snitt är även mer grumliga och mörka mineral genomskinliga. Undantaget är främst malmmineral (oxider och sulfider), som är ogenomskinliga (opaka) även i mycket tunna snitt, men i stället kan studeras i påfallande (reflekterande) ljus.

Tinnslipsbild av bergart

Granodiorit från Beden på Romeleåsen i Skåne, sedd i tunnslip i mikroskop i genomfallande ljus. Det övre fotot visar bergarten sedd i polariserat ljus med parallella s.k. nicoler, det undre fotot samma område med korsande nicoler, vilket ger helt annorlunda färgeffekter. Storleken på bilden är ca 2 x 3 mm.

Genom att studera mineralen i mikroskopet i s.k. polariserat ljus kan både färg och andra optiska egenskaper, såsom brytningsindex och dubbelbrytning, studeras mer ingående, och små mineralkorn kan identifieras säkrare. Ljusets polarisering gör att mineralkorn av ett och samma mineral kan få olika färg i olika kristallografisk riktning, dvs beroende på hur de är orienterade under mikroskopet, något som kan ge överraskande och praktfulla färgeffekter. Fenomenet dubbelbrytning, att en ljussråle passerar längs två olika vägar genom en kristall, kan även iaktagas med blotta ögat hos mineralet kalcit. Genom att placera ett stort, klart, spaltstycke av kalcit ovanpå en textad lapp, kan texten läsas i dubbel upplaga ovanifrån.

Användande av mikroskop är av ännu större betydelse vid studier av bergarter, till skillnad från enskilda mineral. Vid sådana studier kan en bergart klassificeras utifrån sin mineralogiska sammansättning, och mineralfaser som ej syns för blotta ögat kan bestämmas. Vidare kan de ingående mineralens inbördes relationer studeras: den ordningsföljd i vilken de kristalliserat, eventuella reaktioner mellan dessa mineral, nybildning av mineral vid omvandling av en bergart (metamorfos; se avsnittet om metamorfa bergarter), deformation av en bergart vilken påverkar orienteringen av de ingående mineralkornen och ger plana eller långsträckta mineral parallell orientering.

Magnetiska egenskaper

Järnhaltiga mineral är ofta mer eller mindre magnetiska, och magnetiska egenskaper kan ibland användas för att identifiera olika mineral och fysiskt separera dem från varandra (i liten skala i laboratoriet, i stor skala vid anrikning av järnmalm). Likaså kan de magnetiska avvikelser som järnmalmer ger upphov till i det jordmagnetiska fältet användas vid malmprospektering. Det är dock inte alla järnhaltiga mineral och järnmalmer som är magnetiska. Medan järnoxidmineralet magnetit (och s.k. svartmalm bestående av magnetit) är starkt magnetiskt, är hematit (och blodstensmalm bestående av hematit) helt omagnetiskt. På liknande sätt är järnsulfidmineralet magnetkis svagt magnetiskt, medan pyrit (svavelkis) är helt omagnetiskt.

Mineralens upptäckt

Av de ca.5 200 mineral som är kända idag är en mindre del kända och namngivna sedan långt tillbaka: de vanligaste bergartsbildande mineralen, många malmmineral som har brutits för utvinning av värdefulla metaller, och en del mineral med användning som smyckestenar. De flesta mineral har dock upptäckts genom systematiska kemiska och mineralogiska undersökningar under senare århundraden. Varje år upptäcks och beskrivs ett hundratal nya mineral. Många av dessa påträffas kanske bara på en eller ett fåtal lokaler.

För att få upptäckten av ett nytt mineral godkänd krävs en ordentlig beskrivning av mineralet, dess kristallstruktur och kemiska sammansättning, så att det är säkert att det verkligen handlar om ett nyupptäckt mineral, och inte en variant av ett mineral som är känt sedan tidigare. Upptäckaren får också föreslå ett nytt namn på mineralet, kanske baserat på något karaktäristiskt i mineralets utseende eller egenskaper, fyndortens namn, eller namnet på någon annan mineralog som upptäckaren vill hedra. Godkännandet av nya mineral och mineralnamn handhas av en internationell kommission.

Långbanit

Långbanit från Långban. Foto: Michael P. Cooper.

Sverige har flera välkända mineralfyndorter, i första hand Långbans järn-mangan-förekomst norr om Filipstad i östra Värmland, världsberömd för sin rikedom på ovanliga mineral. Ett sjuttiotal mineral har sin typlokal där, dvs de har påträffats och beskrivits första gången just från Långban. Vidare kan nämnas pegmatiterna (pegmatit = grovkristallin magmatisk bergart som uppträder i gångar i berggrunden och ibland är anrikad på ovanliga grundämnen och mineral) i Varuträsk i Västerbotten och Ytterby när Vaxholm i Stockholms skärgård. I mineralet gadolinit från sistnämnda lokal upptäcktes de sällsynta grundämnena yttrium, ytterbium, terbium, erbium, holmium och skandium. De fyra förstnämnda namnen är alla härledda ur namnet Ytterby, holmium från Stockholm, och skandium från Skandinavien. Grundämnet litium upptäcktes i pegmatit-mineral från Utö i Stockholms skärgård för 200 år sedan.

Nära besläktat med upptäckten av nya mineral är således upptäckten av nya grundämnen. Sverige har genom sina traditioner inom gruvbrytning och därmed sammanhängande mineralogi och kemi ett oslagbart rekord i antal upptäckta naturliga grundämen. Enligt en sammanställning återgiven i Per Enghags bok "Jordens grundämnen och deras upptäckt" (del 1, sid. 38) har av periodiska systemets sammanlagt 92 naturliga grundämen inte mindre än 17 av de fasta grundämena upptäckts av svenskar: kobolt, nickel, mangan, molybden, tantal, cerium, litium, torium, vanadin, lantan, erbium, terbium, yttrium, skandium, holmium, tulium och selen. Därtill kommer upptäckten av syre, som gjordes ungefär samtidigt av svensken C.W. Scheele, enegelsmannen J.B. Priestley och fransmannen A. Lavoisier, och J.J. Berzelius bedrift att ur kvarts extrahera fram grundämnet kisel.

Text: Åke Johansson
Professor Ulf Hålenius vid Enheten för Mineralogi har bidragit med figurer och faktagranskning av detta avsnitt.

Vill du se mineral?
Besök utställningarna:
Skatter från jordens inre

Vill du läsa mer om museets mineralogiska forskning?
Enheten för Geovetenskap