新“十万个为什么”

    矿物是自然界中的化学元素在一定的物理、化学条件下形成的具有特定化学成分和内部结晶结构的均匀固体，是构成岩石的基础。其化学成分一定并可用化学式表达，例如石盐的化学成分为氯化钠，化学式为NaCl。

    地壳中的矿物是通过各种地质作用形成的。实验室已经能够制造出某些矿物晶体，如人工水晶、人工钻石等，但这些人工制造出来的不属于矿物。自然界已知的矿物约有3300多种，近年来随着对月岩、陨石以及地幔岩中矿物的研究，不断有新的矿物被发现。

    天然矿物绝大多数是晶体，组成它们的物质质点（原子、离子、离子团或分子等）在空间都是按格子构造的规律来分布的。每一个能代表整个结构规律的最小单位称之为晶胞。晶体就是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体，也就是说，晶体是具有格子状构造的固体。

    那么，晶体是如何形成的呢？

    晶体的形成要从晶核的形成说起。在一定的介质条件下，当介质达到过饱和、过冷却状态，体系内各处会出现瞬时的微细结晶粒子。由于温度或浓度的局部变化，体系内出现局部过饱和度、过冷却度较高的区域，从而形成小的晶核，过饱和度、过冷却度越高，成核速度越大。晶核形成后，晶体便以它为中心继续生长。

    固态矿物在适宜的条件下生长时，均能自发地形成规则多面体的外形。晶体的形态主要由晶体的化学成分和内部结构决定，例如石盐的晶体结构属氯化钠型，等轴晶系，单晶体呈立方体形。另外，晶体的形态还受晶体结晶时形成条件的影响，但对于成分和结构相同的所有晶体，不论它们的形状和大小如何，一个晶体上的晶面夹角与另一些晶体上相对应的晶面夹角恒等。

    一切晶体都是对称的，这是由晶体的格子构造所决定的。这种对称性不仅体现在外部形态上，同时还体现在晶体的物理性质上。晶体的这些特性都是鉴定矿物的主要依据。

    在矿物结晶时，结构中的某种质点的位置通常被性质相似的质点所占据。例如，锆石在结晶的时候，通常会有少量的铀占据锆的位置进入锆石的晶格。铀是半衰期较长的放射性同位素，根据同位素测年原理，可精确地测定锆石结晶时的年龄。地质学家利用锆石的这一特点，对地球上的不同地质体，乃至月球样品及陨石样品进行了精确的定年研究，极大地推动了地球科学与行星科学研究的发展。

    科学家们根据化学组成的基本类型，将矿物分为五个大类，即自然元素、硫化物及其类似化合物、卤素化合物、氧化物和氢氧化物、含氧盐；大类以下，根据阴离子（或络阴离子）的种类分为类以及亚类；类以及亚类以下，根据晶体结构类型又分为不同的族；族（或亚族）以下一般即为种。矿物种是对矿物进行具体阐述的基本单位，例如，石盐属于卤素化合物大类下的氯化物矿物类中的石盐族。

    矿物材料属于结晶学、矿物学与岩石学和材料科学等学科相结合的交叉学科，是目前最活跃且最具生命力的新兴学科之一，如纳米矿物材料、航空航天技术矿物材料、信息技术矿物材料、能源技术矿物材料、生物技术矿物材料、环境协调型矿物材料等的合成与应用。

    矿物和矿物原料是发展国民经济建设事业的物质基础，同时矿物材料开发应用及深加工水平则是一个国家科学技术水平先进性的标志之一。

    （作者系中国地质科学院地质研究所研究员）