สมบัติของแร่

        แร่ (Mineral) หมายถึง ธาตุหรือสารประกอบอนินทรีย์ (ไม่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต) ที่มีสถานะเป็นของแข็ง เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ และมีโครงสร้างเป็นผลึก มีองค์ประกอบทางเคมีที่ชัดเจน ตัวอย่างเช่น แร่เฮไลต์ (เกลือ) หรือโซเดียมคลอไรด์  (NaCl) เป็นสารประกอบซึ่งประกอบด้วยอะตอมของโซเดียมประจุบวก (Na+) และคลอรีนประจุลบ (Cl-) จำนวนเท่ากันเกาะตัวกันด้วยพ้นธะไอออน ทำให้เกิดผลึกลูกบาศก์ ซึ่งอะตอมของโซเดียม 1 ตัว ถูกห้อมล้อมด้วยอะตอมของคลอรีน 6 ตัว ในขณะที่อะตอมของคลอรีน 1 ตัว ถูกห้อมล้อมด้วยอะตอมของโซเดียมจำนวน 6 ตัว (ดังภาพที่ 1) ทั้งนี้ผลึกเกลือขนาดเท่าหัวเข็มหมุดประกอบด้วยโซเดียมคลอไรด์หลายล้านโมเลกุล  

ภาพที่ 1 โครงสร้างผลึกของโซเดียมคลอไรด์

        แร่มีอยู่มากมายหลายชนิด ในการจำแนกแร่โดยพิจารณาองค์ประกอบทางเคมีไม่ใช่เรื่องง่าย ยกตัวอย่าง แร่เฮไลต์ (NaCl) ประกอบด้วยการจับคู่หนึ่งต่อหนึ่งของอะตอมโซเดียมและอะตอมคลอรีน โดยมีโครงสร้างผลึกทรงลูกบาศก์ การที่จะทราบเช่นนี้เราจะต้องเก็บตัวอย่างแร่ไปทำการทดลองในห้องปฏิบัติการ ซึ่งต้องใช้เวลาและค่าใช้จ่ายจำนวนมาก  ในทางปฏิบัตินักธรณีวิทยาจึงมีวิธีพิจารณาสมบัติแร่ทางกายภาพ ดังนี้

• ผลึก (Crystal) หมายถึง ของแข็งที่มีเนื้อเดียวกัน มีรูปทรงสามมิติ ผิวหน้าแต่ด้านเป็นระนาบ ซึ่งเป็นผลมาจากการจัดตัวของอะตอมหรือโมเลกุลของธาตุที่ประกอบอยู่ในของแข็งนั้นอย่างมีแบบแผน ผลึกชุดหนึ่งจะประกอบด้วยระนาบผลึกซึ่งมีสมมาตรแบบเดียวกัน ซึ่งอาจประกอบด้วยรูปผลึก (Crystal shape) เพียงรูปแบบเดียว หรือหลายรูปผลึกติดกันก็ได้แต่ต้องสมมาตรกัน แร่บางชนิดมีองค์ประกอบจากธาตุเดียวกัน แต่มีรูปผลึกต่างกัน ก็มีคุณสมบัติต่างกัน เช่น เพชร และกราไฟต์ ประกอบด้วยอะตอมของธาตุคาร์บอน ซึ่งมีโครงสร้างผลึกต่างกัน เพชรมีผลึกรูปปิระมิดประกบจึงมีความแข็งแรงมาก ส่วนกราฟไฟต์มีผลึกเป็นแผ่นบางจึงอ่อนและแตกหักได้ง่าย

ภาพที่ 2 ตัวอย่างรูปผลึกแบบต่างๆ

• แนวแตกเรียบ (Clevage) หมายถึง รอยที่แตกเป็นระนาบเรียบตามโครงสร้างอะตอมในผลึกแร่ โดยทั่วไปรอยแตกนี้จะขนานไปกับหน้าผลึกแร่ แนวแตกนี้อาจเป็นระนาบเดียวหรือหลายระนาบก็ได้ ตัวอย่างในภาพที่ 3 แสดงให้เห็นว่า (ก) แร่ไมกา มีรอยแตกเรียบระนาบเดียว (ข) แร่เฟลด์สปาร์มีรอยแตกเรียบ 2 ระนาบตั้งฉากกัน (ค) แร่เฮไลต์มีรอยแตกเรียบ 3 ระนาบตั้งฉากกัน (ง) แร่แคลไซต์มีรอยแตกเรียบ 3 ระนาบเฉียงกัน

ภาพที่ 3 ตัวอย่างรอยแตกเรียบชนิดต่างๆ

• แนวแตกประชิด (Fracture) หมายถึง แนวแตกบางๆ ซึ่งปรากฏเป็นแนวขนานบางๆ หลายแนวบนเนื้อแร่ และมิได้อยู่ในระนาบเดียวกับแนวแตกเรียบ 

• ความถ่วงจำเพาะ (Specific Gravity) เป็นอัตราส่วนระหว่างน้ำหนักของสสารต่อน้ำหนักของน้ำ ณ อุณหภูมิหนึ่งๆ (โดยปกติเป็นอุณหภูมิ 20 C) ถ้าหากแร่ชนิดหนึ่งมีน้ำหนัก 2.5 เท่า ของน้ำที่มีปริมาตรเท่ากัน แสดงว่า แร่ชนิดนั้นมีความถ่วงจำเพาะ 2.5 ความถ่วงจำเพาะมักเรียกโดยย่อว่า “ถ.พ.”   แร่ทั่วไปมี ถ.พ.ประมาณ 2.7 ส่วนแร่โลหะจะมี ถ.พ.มากกว่่า เช่น แร่ทองมี ถ.พ. 19, แร่เงินมี ถ.พ. 10.5, แร่ทองแดงมี ถ.พ. 8.9 เป็นต้น 

• ความแข็ง (Hardness) มาตราความแข็งของแร่ตามระบบสเกลของโมล (Mol’s scale) ประกอบด้วยแร่มาตรฐาน 10 ชนิด เรียงลำดับตั้งแต่แร่ที่ทนทานต่อการขูดขีดน้อยที่สุดไปถึงมากที่สุด ดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 สเกลความแข็งของโมล

• สี (Color) เป็นคุณสมบัติที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดแต่เชื่อถือไม่ได้ แร่บางชนิดเช่น แร่ควอตซ์ (SiO2) ปกติใสไม่มีสี แต่ที่พบเห็นส่วนมากจะมีสีขาว เหลือง ชมพู หรือดำ เนื่องมีสารอื่นเจือปนทำให้ไม่บริสุทธิ์ แร่คอรันดัม (Al2O3) โดยปกติมีสีขาวอมน้ำตาลขุ่น แต่เมื่อมีธาตุโครเมียมจำนวนเล็กน้อยเจือปน ก็จะมีสีแดงเรียกว่า “ทับทิม” (Ruby) หรือถ้ามีธาตุเหล็กเจือปน ก็จะมีสีน้ำเงินเรียกว่า “ไพลิน” (Sapphire) 

• สีผงละเอียด (Streak) เป็นคุณสมบัติเฉพาะตัวของแร่แต่ละชนิด เมื่อนำแร่มาขีดบนแผ่นกระเบื้อง (ที่ไม่เคลือบ) จะเห็นสีของรอยขีดติดอยู่แผ่นกระเบื้อง ซึ่งอาจมีสีไม่เหมือนกับชิ้นแร่ก็ได้ เช่น ฮีมาไทต์และแมกเนไทต์ เป็นสินแร่เหล็กเหมือนกัน แต่ฮีมาไทต์ให้ผงสีแดงส่วนแมกเนไทต์ให้ผงสีดำ การทดสอบด้วยสีผงละเอียดมีความน่าเชื่อถือกว่าการดูสีของตัวแร่เอง 

• ความวาว (Luster) หมายถึง คุณสมบัติในการสะท้อนแสงของผิวแร่ ความวาวมีหลายแบบ เช่น วาวแบบโลหะ แบบมุก แบบเพชร แบบน้ำมัน แบบแก้ว เป็นต้น ตัวอย่างเช่น แร่ควอรตซ์มีความวาวแบบแก้ว แร่แบไรต์มีความวาวแบบมุก

ตารางที่ 2 ตัวอย่างแร่ที่สำคัญ