黄金和铂金到底有何不同？到底什么是矿物？它们又是如何被命名的呢？

国际知名地质博物馆策展人奥勒·约翰森基于丹麦哥本哈根地质博物馆中珍贵的矿物藏品和他的私人藏品编写了一本介绍矿物的图鉴《世界矿物图鉴》，书中收录了世界各地500余种代表性矿物，涵盖常见矿物与稀有矿物，还增加了结晶学基础知识，让我们得以从根本上识别矿物，理解矿物不可思议的结构之美。

以下内容节选自《世界矿物图鉴》，文中所用插图均来自该书。已获得出版社授权刊发。

《世界矿物图鉴》

作者：［丹］奥勒·约翰森

译者：刘衔宇

版本：后浪丨浙江教育出版社

2025年2月

每一种矿物都有它自己的故事

矿物（mineral）一词在不同语境下有不同含义。在地理书籍中，它指的是地球上丰富的矿产资源；在一些周刊杂志中，它代表的是健康食品中所富含的维生素与矿物质；而在一些广告中，它又特指矿泉水。在一个名为“动物、矿物，还是蔬菜？”的古老游戏中，人们首先会问某物体是否属于上述三种类别中的一类，从而认识到传统意义上对自然界的三分法（林奈将自然界分成植物界、动物界和矿物界），其中那些无机或无生命特征的物质被归为矿物类。那么，这些观点是如何统一的呢？或者更确切地说，矿物究竟为何物？对于这个问题，自然需要咨询专家——矿物学家。他们的回答如下：

一般来说，矿物是由地质作用形成的、通常呈结晶态的单质或化合物。

这个定义简明扼要。首先，它告诉我们，矿物是由地质作用形成的，也就是说，其形成过程是通过自然手段，没有人为干扰的。根据定义，这样的过程发生在地球上，不过，太阳系其他天体上也具有地质活动。地质作用不会在实验室里发生，即便它能在实验室被人类模拟，那也只是表明它所产生的是一种合成物质而非天然矿物。譬如，在岩石中发现的金刚石是天然矿物，在实验室中制作出来的金刚石则不是，因而被叫作人造金刚石或另有其名。

金伯利岩中的金刚石， 产自南非。《世界矿物图鉴》插图

定义中，对矿物的第二个描述是它通常呈结晶态，换言之，它应该由晶体组成。晶体是由晶面（是晶体内部结构的外部表现）包围起来的固体，晶体内部的质子（原子、离子或分子）在三维空间周期性地重复排列，即晶格（也称格子构造），所以晶体是具有格子构造的固体。晶面只有在特殊的生长条件下才能形成。因此，晶体材料有两个特点：（1）化学组成，即它的组成元素；（2）这些元素在晶格中的排列方式（包括晶格的尺寸和对称性）。由此看来，晶体材料是均一的。从某种意义上说，晶体各个部分具有相同的物理性质和化学性质，而且不论其形成环境如何，同一晶体材料都具有这些性质。不管形成于何处，石英就是石英。

一些矿物，如玉髓，具有特殊的晶体结构，没有形成一般晶体所具有的晶面。还有一些矿物根本不是晶体，这要么是因为它们从未结晶，要么是因为它们的晶格因放射性衰变遭到破坏。不过，这些化合物仍可被视为矿物，因为它们具有地质成因，而且相对均一，具有确定的化学和物理性质。

位于方解石（白色）之上的自然硫（黄色），产自西班牙安达卢西亚自治区科尼尔。《世界矿物图鉴》插图

大多数矿物是由两种或两种以上元素组成的化合物，只有少数由单一元素组成。几乎所有矿物都是无机物，但也有一些由碳氢化合物或类似的有机化合物组成。

矿物通常以组合的形式产出。它们在较大区域的产出表现为岩石，小区域的产出表现为矿脉、孔洞、薄层、结壳等。

地质学家通常把岩石分为“硬”岩和“软”岩。“硬”岩包括在地壳深部的地质过程中形成的火成岩和变质岩；而“软”岩指沉积岩，主要是地球表面岩石遭受侵蚀而形成的。大部分“硬”岩由一些主矿物和少量副矿物组成。一旦知晓了其中单个矿物的形成过程，就可以理解这些矿物组合所讲述的地质事件。

当矿物的形成条件（温度、压力、pH、成分浓度等）在一定范围内时，矿物就会结晶。如果这些条件中的一个或几个发生变化，那么矿物可能将不再稳定，就可能会转变为另一种矿物。矿物获得的能量用来打破现有的化学键，并重新组织或改变矿物的化学成分；如果有足够的能量和时间，矿物将在新的物理化学条件下，转变成另一种矿物。

然而，可用的能量并不总是足以显著改变一个矿物组合。因此，对于形成压力和温度对应地球表面4km以下的矿物，倘若部分厚度约1km的地壳发生侵蚀，导致矿物所处的物理化学条件完全改变，其仍可在近地表环境中继续存在数百万年。

在其他矿物组合中，条件的变化确实会导致一种矿物向另外一种矿物转变。典型的例子见于铜矿床中。黄铜矿等原生矿物在矿床上部不稳定，在富含氧的循环流体影响下会转变为孔雀石或蓝铜矿。

石英，产自奥地利蒂罗尔州。《世界矿物图鉴》插图

地球上已知的矿物有4000多种。每一种矿物都有它自己的故事。每一种矿物都具有在特定地质条件下形成的特定化学成分和晶体结构。

由于这种多元性，很多矿物都是相关联的，它们或者有相同的化学成分，或者有相同的晶体结构类型。例如，石英和方石英的化学式都是SiO₂，但它们的晶体结构类型不同；方解石和菱铁矿的晶体结构类型相同（通常都是三方晶系），但化学成分不同。

其他一些矿物之所以独特，要么是因为其元素组合不常见，要么是因为其晶体结构类型稀有，或是两者兼而有之。通常这类矿物的形成条件也较为独特。例如，硅铍锡钠石是一种非常特殊的含锡硅酸盐，仅产出于格陵兰伊利马萨克杂岩体中，尽管它的产量在此地相对来说较大。

片麻岩，产自格陵兰萨肯博格。《世界矿物图鉴》插图

矿物通常是如何命名的？

矿物和岩石的英文名称一般都以ite或者lite结尾，后者源于希腊语lithos：石头。一些矿物名字非常古老，其来源往往模糊不清。其他的名字源于一些古老的采矿术语，特别是德语。例如，后缀-spat和-blende分别表示矿物有好的解理和不含贵金属。绝大多数矿物名称是在过去的两个世纪中被命名的。在过去几十年里，对新矿物的命名有了大幅提升；在当代基本每年约有50种新矿物被记录。近些年矿物记录大爆炸的原因，是有了更好的研究手段，使得证明更多矿物种属的存在成为可能。

起初，矿物的命名通常根据矿物的典型性质。例如，斧石这个名称源自希腊语中的斧头axine，因为这种矿物的晶体形状很像斧子的头部；而星叶石的得名则结合了希腊语中的astron（星星）和phyllon（叶子），因为它有光泽，并具有明显的片理化。

斧石，产自俄罗斯乌拉尔山脉的普伊瓦。《世界矿物图鉴》插图

矿物还可以通过化学组成进行命名。例如铬铁矿，因其含有Cr元素。后来，随着这些命名的可能性逐渐耗尽，人们便根据矿物的地理位置来拟定矿物名称，既可以是某矿物的典型产地（例如，某矿物第一次被描述的地点），也可以是典型产地所在的景点、村庄或区域。例如，文石［aragonite，西班牙阿拉贡（Aragon）］、锰铝榴石［spessartine，德国施佩萨特（Spessart）］，以及锂电气石［elbaite，意大利厄尔巴岛（Elba）］。

还有根据人名来命名的，特别是化学家和矿物学家的名字。如钙十字沸石和紫脆石分别是根据英国矿物学家威廉・菲利普斯和丹麦地质学家N.V.乌辛的名字命名的。

现代矿物命名所遵循的原则与过去的相同，但现在新矿物和它的拟用名称在发表前必须经过相关国际协会委员会的批准。

在地壳中，化学元素很少以自然元素的形式出现，并且它们都不是大量存在的。然而，有一些矿物最负盛名，如自然金（Au）、自然银（Ag）和金刚石（C）。因为它们具有宝贵的属性，人类自古以来就一直在寻找它们。

自然元素可进一步分为自然金属、自然半金属和自然非金属元素。自然金属元素矿物由紧密堆积的球形阳离子（例如Au+）组成，且大多数是立方最紧密堆积。阳离子通过相对较弱并向各个方向伸展的化学键结合在一起。这种结构是自然金属元素矿物拥有那些最具特征的属性的原因，即高导热性和导电性、金属光泽、低硬度、高延展性、无解理，以及高密度。自然半金属和自然非金属元素矿物具有不同的结构和性质，这将在个别矿物中提及。

自然金（gold，Au）

物理性质

无解理，锯齿状断口；延展性极强，可抽成细丝或锤成金箔；可切。硬度2.5～3，密度19.3g/cm³。纯金为黄色，含少量Ag时颜色变浅，含Cu时颜色偏红。条痕为金黄色，金属光泽，不透明。

化学性质

Au与Ag可形成一个完全固溶体系列，自然金中几乎总是含有一定量的Ag，一般为2%～20%。还含有少量Cu和其他金属。晶体结构呈Au⁺立方最紧密堆积。

名称与品种

含Ag超过20%时称为银金矿。

产状

金在地壳中是一种稀有元素。大多数金以自然金形式存在，Au与Te、Bi、Sb和Se的化合物非常罕见。

自然金通常存在于热液石英脉以及与富硅火成岩有关的岩脉中，常与黄铁矿和其他硫化物共生。这类金矿床的产地有美国加利福尼亚州及西部其他的州。

自然金也呈细颗粒状分散在大型矿床中，例如，在瑞典布利登，自然金与黄铁矿和毒砂共生。

在石英上生长的自然金，产自美国加利福尼亚州普莱瑟县的密歇根布拉夫矿。《世界矿物图鉴》插图

自然金也见于由原生金矿床风化形成的沉积物中，作为一种次生矿物存在，即砂金。由于金对物理和化学风化作用有很强的抵抗力，它可在搬运过程中留下来并沉积在河床中，在那里又因密度很高而富集在某些地层中。在这类矿床中，既有从原生产地携带的细小颗粒，也有较大的不规则团块或“块金”，其中一些从溶液中沉淀而来。最大的砂金型矿床出现在南非共和国（简称南非，本书统一使用南非）——例如著名的威特沃特斯兰德砾岩，以及西伯利亚各地。

用途

Au长期以来被用作货币本位，相当数量的金被制作成金条。金条、纯金纪念章等是主要的投资品。Au还用于珠宝、牙科和仪器部件中。为了提高硬度，通常将Au与Ag、Cu等其他金属铸成合金。过去，合金中的金含量用开表示，即在24份中金所占的份数。如今用千分数（‰）表示。

鉴定特征

颜色和条痕均为金黄色。与颜色相近的黄铁矿、黄铜矿等矿物不同，自然金的硬度低、延展性强、密度大。

自然铂（Platinum，Pt）

物理性质

无解理，锯齿状断口，延展性好。硬度4～4.5，是自然金属中硬度较高的金属；密度21.5g/cm³，但通常由于其他金属的存在而降低。颜色钢灰色至深灰色，条痕亮灰白色，金属光泽，不透明。有时因含Fe而具磁性。

化学性质

自然铂通常含部分Fe以及微量的Pd、Rh、Os、Ir或Cu。晶体结构呈Pt⁺立方最紧密堆积。

名称与品种“platinum”（铂）源于西班牙语“plata”（银），因为它和自然银非常相似。

铂金块，产自俄罗斯乌拉尔山脉。《世界矿物图鉴》插图

产状

自然铂以颗粒状分散在纯橄榄岩和其他超基性岩中，通常与橄榄石、铬铁矿和磁铁矿共生。它也以粒状或块状的形式出现在含Pt纯橄榄岩风化产生的沉积物中。自然铂最重要的产地是俄罗斯乌拉尔地区和南非的布什维尔德杂岩体。

用途

Pt主要应用于汽车尾气催化剂，在石油和化学工业中也有类似用途。它熔点高、硬度大，并且耐化学腐蚀，这使其在其他许多工业中也有所应用。

鉴定特征

颜色、条痕和密度；与自然银不同，它不会失去光泽。

原文作者/［丹］奥勒·约翰森

摘编/何也

编辑/张进

导语校对/赵琳