Мінерал – це кристалічне тверде тіло

Рис. 2. Картина дифракції рентгенівських променів в кристалі галіту, зафіксована на фотоплівці (позитивний відбиток)

Кристалічність полягає в закономірному розміщенні складових елементів твердого тіла (атомів, іонів, молекул) в певному геометричному порядку, у вузлах певної мережі (рис. 1). В такій мережі існує ближній та дальній порядок. Саме наявність дальнього порядку, закономірної повторюваності певних елементів просторового розміщення атомів зумовлює дифракційні явища при проходженні через кристалічне тіло рентгенівських променів (рис. 2).

Визначення кристалічної впорядкованості твердого тіла звичайно здійснюється із допомогою методу рентгенівської дифракції. Також використовується дифракція нейтронів та електронів.

Мінерали у більшості випадків повинні дифрагувати рентгенівські промені. Винятки можуть бути зумовлені, в першу чергу, обмеженнями самого методу рентгенівської дифрактометрії. Якщо розмір кристалів у агрегаті дуже малий і наближається до довжини хвилі рентгенівського випромінювання, то виникають сильні збурення дифракційної картини, що зумовлює її нечіткість і веде до ефекту, аналогічного із проходження рентгенівських променів через аморфне тіло. У цьому випадку ми говоримо, що мінерал є рентгеноаморфний.

а.

Рис. 1. Приклад кристалічної структури кварцу а. Розміщення атомів Si (маленькі кульки) і O (великі кульки) в площині (110); зверніть увагу на періодичність повторюваності – дальній порядок – в розміщенні комбінації SiO2.

Виразним прикладом може слугувати речовина складу FeOOH, для якої можливі наступні варіанти:

· мінерал ґетит FeOOH, проходячи через який рентгенівські промені виявляють виразну дифракційну картину, характерну для структур ромбічної сингонії

· рентгеноаморфний ґетит FeOOH – полікристалічна речовина, що складається із субмікронних кристаликів і, в силу цього, невиразно дифрагує рентгенівські промені

· сидерогель FeOOH, аморфний осадок, що не дифрагує рентгенівське випромінювання.

Відсутність структури в аморфного галію Ga	Кристалічна структура кремнію

Зображення кристалічної структури золота, отримане за допомогою HRTEM

Іншим, більш рідкісним, випадком є природні аморфні утворення - речовини, що ніколи не були кристалічними і не дифрагують рентгенівські промені та електрони. У випадку, якщо із допомогою спектроскопічних методів (інфрачервона, раманівська, мессбауерівська спектроскопія), вдається доказати, що дана речовина є хімічною сполукою певного складу, що перебуває в тільки в аморфному стані як у природних умовах, так і після певних фізико-хімічних випробувань (наприклад, нагрівання), вона може бути визнана як мінерал. Прикладами можуть слугувати джоржеїт Ca₅(OH) ₄CO₃·6H₂O та кальціоураноїт (Ca,Ba,Pb)U₂O₇·5H₂O, що є аморфними мінералами, признаними CNMMN.

Окремо варто розглянути метаміктні мінерали - такі, що формувались як кристали і були такими певний час, але кристалічна структура яких зруйнувалася під впливом іонізуючого випромінювання. Необхідною умовою визнання метаміктного утворення мінералом є докази, що досліджувана речовина до метаміктизації була кристалічною та однофазовою того самого загального складу. Для цього прийнятне відновлення кристалічності шляхом нагрівання із перевіркою відповідності симетрії, встановленої за рентгеноструктурними даними, зовнішній морфології оригінального метаміктизованого кристалу. Прикладом таких утворень може слугувати, фергусоніт із хімічною формулою (Y,Er,Ce,Fe)[(Nb,Ta,Ti)O₄]), що звичайно зустрічається у вигляді бочкоподібних зерен у гранітних породах. Зерна, що зустрічаються в природі, завжди аморфні внаслідок метаміктного розпаду і тільки після тривалого нагрівання при рентгеноструктурних дослідженнях виявляють дальній порядок, що відповідає структурі із тетрагональною, а при температурах, що перевищують 900°С – моноклінною симетрією.

У ряді випадків природні некристалічні речовини є рідкими в нормальних умовах. Вода є рідкою і не вважається мінералом, тоді як її кристалічна фаза - лід є ним. Поряд із цим, самородна ртуть, що утворюється на поверхні внаслідок окиснення кіноварі HgS, розглядається як мінерал, хоча вона є рідкою. Однак вона могла б розкристалізуватися (замерзнути) при температур і нижче -45°С, якщо б існували кіноварні родовища, що активно окиснюються в умовах Якутії чи Антарктиди.

Нафта та некристалічні бітуміноїди ніколи не набувають кристалічного стану і не мають певного, прогнозованого хімічного складу і тому не вважаються мінералами.

Тут необхідно нагадати, що людиною створені рідини, що мають ознаки кристалів – дальній порядок і фізичні ефекти, що витікають із цього – здатність змінювати поляризацію світла, дифрагувати рентгенівські промені – і називаються рідкими кристалами. Поняття «кристал» є значно ширше поняття «мінерал».