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3.2.3矿物的物理性质及化学成分
自然界中的大多数矿物都具有确定的物理性质，不同矿物的化学成分或内部构造不同，因而反映出不同的物理性质。研究矿物的物理性质，可作为对矿物进行鉴定的依据。矿物的物理性质是鉴别矿物的重要依据。矿物的物理性质主要包括形状、颜色、条痕、透明度、光泽、硬度（见图3.6）、解理、断口、密度等，见表3.2。
图3.6 摩氏硬度特征矿物（从左到右，矿物硬度越来越大）
表3.2 矿物的物理性质
矿物除普遍具有表3.2中的物理性质外，还有一些矿物具有独特的性质，如导电性、磁性、弹性、挠性、延展性、脆性、放射性等，这些性质同样是鉴定矿物的可靠依据。矿物受外力作用后发生弯曲变形，外力解除后仍能恢复原状的性质称为弹性，如云母的薄片具有弹性。矿物受外力作用后发生弯曲变形，当外力解除后不能恢复原状称为挠性，如绿泥石、滑石具有挠性。矿物能锤击成薄片或拉长细丝的特性称为延展性，如自然金、自然银等具有延展性。矿物的一些简单化学性质，对于鉴定某些矿物也是十分重要的。如方解石滴上稀盐酸能剧烈起泡，白云石滴上浓盐酸或热酸可以起泡，其他矿物不具备这种性质，常以此作为鉴定它们的依据。
矿物的化学成分和结晶构造，在一定地质条件下综合反映了矿物的形态和物理性质。因此，研究矿物的化学成分和结晶构造对于鉴定矿物、利用矿物和分析矿物的形成条件等方面都是很重要的。
①地壳中化学元素的分布具有不均匀性，不同元素组成的矿物种数及各种矿物在地壳总质量中所占的比率也不相同。矿物种数最多的是那些占有质量分数较多的元素，如含氧的矿物种数占矿物总种数的80％；含硅的矿物占25％。但也有些占有质量分数小的元素反而比占有质量分数大的元素形成的矿物种数多。形成矿物种类不仅与占有质量分数有关，而且更重要的是与元素本身的化合特性有关。有些矿物是独立的矿物，另一些矿物往往混于其他矿物中。
②元素在自然界以原子、离子、分子三种状态存在于物质之中，在矿物中化学元素主要是以离子状态（少数呈分子、原子状态）存在，根据离子的最外电子层结构可将离子分为三种类型：惰性气体型离子、铜型离子、过渡型离子。元素间性质不同，各自形成一系列独立的矿物种。所以多种元素在同一条件下互相作用，就会形成共生的一些矿物群。如热水溶液中富集有Si 4＋ 、Fe 2＋ 、Pb 2＋ 、Zn 2＋ 、Cu 2＋ 、S 2－ 及O 2－ 等许多离子，这些离子按其化合性质不同可分别形成SiO 2 （石英）、FeS 2 （黄铁矿）、PbS（方铅矿），ZnS（闪锌矿）和CuFeS 2 （黄铜矿）等。这些元素不能共同形成一种矿物，各矿物彼此嵌生，量少的有时可被包在量多的矿物中。
③质点有规律地排布成格子状构造是矿物晶体的共同规律。比较一下金刚石（C）、食盐（NaCl）、萤石（CaF 2 ）及方解石（CaCO 3 ）的结晶构造，可以看出，不同成分的矿物其结晶构造不同，而且成分越简单，结晶构造也越简单。结晶构造中质点之间的作用力或者联结力称为化学键。
④矿物的化学成分并不是固定不变的，它可以在一定的范围内发生变化。对于同种化学成分的物质，在不同条件下，也可以形成不同的结构。
类质同象是指矿物中两种或两种以上的类似质点互相替换，使矿物的化学成分和某些物理性质发生一定变化，但不改变其晶体结构的现象。
类质同象是矿物中一种相当普遍的现象，比如闪锌矿，有浅色的ZnS，也有深色的（Zn，Fe） S。后者实际是少量的Fe 2＋ 代替了Zn 2＋ ，占据了这些Zn 2＋ 在晶格中的位置。随着含铁量的增加，闪锌矿的颜色与条痕色将不断加深，相对密度也将增大，但晶形和物理性质却不发生变化。经X射线分析证明，两者的晶体结构是相同的，仅晶格常数有微小变化（见图3.7）。
图3.7 闪锌矿构造中Fe的类质同象
同质多象是指同种化学成分的物质，在不同环境（温度、压力、介质酸碱度等）条件下，可以形成两种或两种以上结构不同、形态和性质各异的晶体的现象。
这种现象在矿物中也不少，典型的例子是金刚石和石墨，两者成分都是C。金刚石是在极高压力条件下形成的，石墨则是在较低压力条件下形成的。由于生成环境的差异，它们的晶体内部结构完全不同（见图3.8），物理性质也极不相同，石墨很软、摩氏硬度仅为1，而金刚石极硬，摩氏硬度为10。
图3.8 石墨（a）和金刚石（b）的构造
晶体的结构是化学成分在一定条件下的产物，是成分与环境的统一。因此，研究同质多象可以获得有关矿物形成条件的信息。
⑤矿物的化学成分虽然可变，但还是有规律的，它是在一定范围内变化的，并且其主要化学成分间原子数的比值是一定的，所以每种矿物有一定的化学成分，并可以用化学式来表示。结晶水以 α H 2 O （ α 为定数），胶体水以 n H 2 O （ n 为不定数），写在化学式的最后，并以“·”分开，如石膏——Ca［SO 4 ］·2H 2 O，蛋白石——SiO 2 · n H 2 O。