Mineraalien ominaisuudet
Mikko Turunen
Johdanto
Mineraalit ovat harvoin kehittyneet niin, että ne olisivat tunnistettavissa pelkästään niiden ulkomuodon perusteella (katso myös: kidejärjestelmät). Mineraaleille kehittyykin niille tyypillinen kidemuoto vain suotuisissa olosuhteissa. Mineraaleilla on harvoin tilaa kasvaa täysin omamuotoisiksi kiteiksi ja ne ovatkin siksi harvoin tunnistettavissa pelkästään kidemuotonsa perusteella. Tunnistamisessa joudutaankin usein käyttämään apuna mineraalien muita ominaisuuksia.
Tässä kappaleessa mineraalien tunnistaminen tapahtuu seuraavin perustein:
- yleisominaisuudet (tiheys, kiilto, magneettisuus, radioaktiivisuus)
- väri sekä optiset ominaisuudet (väri, läpinäkyvyys, taitekerroin, kahtaistaitto, fluori- ja fosforiloiste)
- mekaaniset ominaisuudet (lohkeavuus, asu, kovuus)
- muut ominaisuudet (kimmoisuus, kemialliset ominaisuudet).
1. Yleisominaisuudet
Tiheys
Metallia sisältävät mineraalit eli malmimineraalit ovat yleensä kokoonsa nähden painavia. Malmimineraalien tiheys (ominaispaino) onkin suurempi kuin tavallisten mineraalien. Mineraalien tiheydellä tarkoitetaan yhden kuutiosenttimetrin kokoisen kappaleen massaa. Tavallisimpien mineraalien tiheydet vaihtelevat välillä 2,1-7,5 g/cm³ (tonnia/m³). Kivilajeja muodostavien mineraalien tiheydet ovat yleensä 2,6-3,3 g/cm³ (tonnia/m³). Malmimineraalit eroavat muista mineraaleista ehkä selvimmin juuri tiheytensä puolesta. Jos näyte on kokoonsa nähden painava, voi sen epäillä olevan jokin malmimineraaleista.
Alla olevassa taulukossa on esitetty joidenkin mineraalien tiheyksiä. Malmimineraaleilla tiheys eli ominaispaino on suuri, koska ne ovat muodostuneet painavista alkuaineista. Esimerkiksi lyijyhohde sisältää painavaa lyijyä.
Kiilto
Kiilto on mineraalin tapa heijastaa valoa. Kiilto voi olla joko metallinen tai epämetallinen. Monet malmimineraalit ovat metallikiiltoisia. Kiiltoa verrataan arkielämästä tuttuihin vaikutelmiin.
Erilaisia kiiltoja:
Magneettisuus
Magneettisuuden perusteella voidaan määritellä magnetiitti ja magneettikiisu. Magnetiitti on voimakkaasti magneettinen, magneettikiisuun magneetti reagoi heikosti. Magneettisuuden voi havaita myös kompassilla.
Radioaktiivisuus
Radioaktiivisia ovat eräät uraani- ja toriummineraalit sekä muutamat harvinaisia maametalleja sisältävät mineraalit. Radioaktiivinen säteily voidaan todeta geigermittarilla.
2. Optiset ominaisuudet
Väri
Mineraalin väri harvoin soveltuu sen tuntomerkiksi. Usein väri vaihtelee johtuen kemiallisista epäpuhtauksista tai rakenteellisista virheistä, esimerkiksi kvartsi voi olla väriltään lähes kaikkea valkoisesta mustaan. Vaikka väri ei olekaan hyvä tuntomerkki, voidaan osa mineraaleista kuitenkin tunnistaa värin perusteella. Tällaisia ovat esimerkiksi malakiitti ja atsuriitti. Mineraalin väriä pitäisi aina tarkastella tuoreelta murtopinnalta, joka saadaan halkaisemalla tutkittava näyte kivivasaralla tai sahaamalla se halki kivisahalla.
Mineraalin väriä parempi tuntomerkki on sen viirun väri. Se saadaan parhaiten esille raaputtamalla tutkittavaa mineraalia lasittamattomaan posliiniin (esimerkiksi sulakkeeseen). Näin syntyneen viirun väristä voidaan päätellä mikä mineraali on kyseessä. Sulakkeen valkoiseen pintaan hienoksi jauhautuneen mineraalin väri on varsinkin malmimineraaleja tunnistettaessa hyvä tuntomerkki. Viirun väri ei kuitenkaan aina vastaa mineraalin murtopinnan väriä. Useimmilla läpinäkyvillä ja läpikuultavilla mineraaleilla on valkoinen viiru. Tummilla mineraaleilla, jotka eivät ole malmimineraaleja, viiru on yleensä vaaleampi kuin mineraalin väri. Metallikiiltoisilla mineraaleilla viiru on yleensä mineraalin väriä tummempi. Kuva: Sulakkeen viirut vasemmalta oikealle: Kuparikiisu, sinkkivälke, rikkikiisu, lyijyhohde ja molybdeenihohde.
Läpinäkyvyys
Mineraalit jaetaan läpinäkyvyyden perusteella läpinäkyviin, läpikuultaviin sekä läpinäkymättömiin, joita ovat yleensä metallikiiltoiset mineraalit. Läpikuultavaksi sanotaan mineraalia, jonka reunat kuultavat mineraalikappaleen keskiosaa vaaleampana valoa vasten katsottaessa.
Mineraalin taitekerroin ilmaisee valonsäteen taittumisen määrää sen tullessa kiven pinnalle ja jatkaessa kivessä matkaansa. Sillä on ratkaiseva merkitys läpinäkyvän kiven loistoon. Useilla mineraaleilla on kaksi taitekerrointa suunnasta riippuen. Taitekerrointa käytetään apuna erityisesti jalokiviä tunnistettaessa eli gemmologiassa. Huom! Oheinen kuva on taitekertoimen periaatetta havainnollistava tilanne. Kyseessä ei siis ole oikea taitekertoimen mittaustilanne
Kahtaistaitto
Kaikkiin mineraaleihin (kuutiolliseen kidejärjestelmään kuuluvia lukuunottamatta) tulevat valonsäteet jakautuvat kahteen eri lailla taittavaan osaan. Ilmiötä kutsutaan kahtaistaitoksi. Erityisen selvästi tämä näkyy lasinkirkkaassa kalsiitissa eli islanninsälvässä. Jos kalsiittikide asetetaan esimerkiksi kirjan sivulle, näkyy kirjoitus kiteen läpi kahtena. Useimpien mineraalien kahtaistaitteisuus on niin vähäistä, ettei sitä havaitse paljain silmin.
Fluori- ja fosforiloiste
Pimeässä tilassa ultraviolettivalolla valaistaessa jotkut mineraalit näyttävät erivärisiltä kuin normaalisti, normaalisti väriltään vaalea scheeliitti hohtaa uv-valossa sinisenä, kalsiitti punertavana. Ilmiötä kutsutaan fluori- tai fosforiloisteeksi. Fluoriloisteen eli fluoresenssin voi nähdä ainoastaan silloin, kun mineraalia valaistaan ultraviolettivalolla. Fosforiloisteen eli fosforenssin voi havaita vielä senkin jälkeen, kun uv-lamppu on sammutettu. Fosforenssi saattaa kestää neljännessekunnista useisiin tunteihin. Fosforenssissa heijastuvan valon voimakkuus on himmeämpi kuin fluoresenssivalon.
3. Mekaaniset ominaisuudet
Lohkeavuus
Lohkeavuus tarkoittaa mineraalin särkymistä pitkin tasaisia, jopa peilikirkkaita pintoja pitkin. Muodostuneita pintoja sanotaan lohkopinnoiksi. Lohkopinta voi olla kidepinnan suuntainen, mutta eroaa kidepinnasta siinä, että lohkomisen jatkuessa lohkopinta saadaan yhä uudelleen ja uudelleen toistumaan. Lohkosuuntia voi olla mineraalin rakenteen mukaan yhdestä kolmeen. Lohkosuuntien selvyys ja niiden väliset kulmat ovat tärkeitä tuntomerkkejä. Kun mineraali lohkeaa helposti ja syntynyt pinta on tasainen, puhutaan etevästä lohkeavuudesta.
Mitä helpommin mineraali lohkeaa ja mitä tasaisempi muodostunut pinta on, sitä etevämmän sanotaan sen lohkeavuuden olevan.
Kaikilla mineraaleilla ei ole lohkosuuntia lainkaan. Jos lohkosuunnat puuttuvat, on lohkopinta nimeltään murros. Murrospinnat voivat olla tasomaisia, epätasaisia tai simpukkamaisia. Simpukkamaisella murroksella tarkoitetaan murrosta, jossa mineraali murtuu jättäen pintaan symmetrisia, simpukan reunan tapaan kaartuvia kuvioita.
Asu
Mineraalin asulla tarkoitetaan sen rakeiden eri ulottuvuuksien suhdetta toisiinsa. Myös se on mineraalin kiderakenteesta riippuva ominaisuus. Asu on rakeinen, mikäli mineraalin rakeet ovat yhtä ulottuvia kaikkiin suuntiin. Kuituisilla ja sälöisillä mineraaleilla yksi ulottuvuus on huomattavasti muita ulottuvuuksia pitempi. Mineraalin asu on suomuinen mikäli kaksi suuntaa on hyvin kehittyneitä kolmannen ollessa mitätön. Massamaisiksi mineraalin asua sanotaan silloin, kun raekoko on niin pieni, ettei rakeita erota toisitaan.
Kovuus
Kovuus on tärkeä mineraalin tunnistusmenetelmä. Mineraalin kovuus määritellään vertaamalla sitä toiseen tunnettuun mineraaliin tai esineeseen, jonka kovuus tiedetään. Mineraalien kovuuden määrityksessä käytetään yleensä Mohsin kovuusasteikkoa. Friedrich Mohs kokosi vuonna 1822 kymmenen helposti saatavilla olevaa mineraalia kymmenjakoiseen asteikkoon siinä järjestyksessä kuin ne naarmuttivat toisiaan. Pehmein indeksimineraali (talkki) sai arvon 1 ja kovin (timantti) arvon 10. Muita mineraaleja hän sijoitti niiden väliin. Kvartsin kovuus on asteikon mukaan 7 ja sillä voi naarmuttaa kaikkia sitä pehmeämpiä mineraaleja (kovuudet 1-6). Kvartsi itse naarmuuntuu kovemmilla mineraaleilla naarmutettaessa (kovuudet 8-10). Mohsin asteikko ei ilmaise mineraalin todellista kovuutta. Mohsin asteikolla todetaan vain, mitä toista mineraalia tai kovuudeltaan tunnettua esinettä pehmeämpi tai kovempi tutkittava mineraali on. Mohsin asteikon etuna on sen helppo sovellettavuus käytäntöön. Helposti mukana kannettavien mineraalikappaleiden ja esineiden (esimerkiksi teräspiikki tai teräsnaula) avulla voi mineraalien kovuudet määrittää maastossakin. Jo summittainenkin määritys on usein hyvä tunnistuskeino.
Rosiwall lisäsi asteikkoon mineraalien todelliset kovuudet (työstökovuudet) suhteessa toisiinsa, jolloin esimerkiksi kahden kovimman mineraalin (timantin ja korundin) välinen kovuusero on 140-kertainen. Rosiwallin asteikosta havaitaan myös, että Mohsin asteikon indeksimineraalien 3-5 kovuudet ovat hyvin lähellä toisiaan. Kalsiitin, fluoriitin ja apatiitin työstökovuuksissa ei ole merkittävää eroa, vaikka ne Mohsin asteikossa ovatkin eri luokkien indeksimineraaleja.
Mohsin kymmenjakoisen kovuusasteikon indeksimineraalit sekä joidenkin muiden materiaalien kovuuksia. Kynnen kovuus on Mohsin asteikolla noin 2,5 joten kynnellä voi naarmuttaa kovuuden 1 ja 2 mineraaleja. Rosiwallin asteikko kertoo mineraaleista niiden todellisen työstökovuuden. Kvartsi on noin neljä kertaa kovempaa työstää kuin maasälpä.
Yllä olevasta kuvaajasta on helppo havaita timantin ylivertainen kovuus muihin mineraaleihin nähden. Myös korundi erottuu muita mineraaleja kovempana.
4. Muita ominaisuuksia
Kimmoisuus
Kiillemineraalit (muskoviitti ja biotiitti) ovat kimmoisia. Ohuita kiillelevyjä voi taivuttaa jopa u-kirjaimen muotoon, taivuttamisen jälkeen ne palautuvat takaisin alkuperäiseen muotoonsa.
Kemialliset ominaisuudet
Karbonaattimineraalit liukenevat laimeaan suolahappoon. Tämä näkyy kiven pinnalle muodostuvasta kuplinnasta tiputettaessa siihen muutama pisara laimeaa suolahappoa.
Dimetylglyoksiimilla voidaan tunnistaa nikkelipitoiset mineraalit (esim. pentlandiitti). Näyte kostutetaan hieman happamalla nesteellä, kuten syljellä, ripotellaan siihen dimetylglyoksiimijauhetta ja annetaan vaikuttaa jonkin aikaa. Aistinvaraisesti voidaan todeta ainakin arseenikiisun sipulinhaju lyötäessä sitä vasaralla. Vesiliukoiset mineraalit, esimerkiksi vuorisuola, voidaan määritellä maun perusteella.
Mineraalien määrityskaaviot
