المعادن

وضعت الرابطة الدولية للمعادن المتطلبات التالية لاعتبار مادة ما معدنًا متميزًا: ^{[ 11 ] [ 12 ]}

1. يجب أن تكون مادة طبيعية المنشأ، تتكون بفعل عمليات جيولوجية طبيعية ، على الأرض أو على أجرام سماوية أخرى. وهذا يستثني المركبات الناتجة بشكل مباشر وحصري عن الأنشطة البشرية ( ذات المنشأ البشري ) أو داخل الكائنات الحية ( ذات المنشأ الحيوي )، مثل كربيد التنجستن ، وحصى المسالك البولية ، وبلورات أكسالات الكالسيوم في الأنسجة النباتية، والأصداف البحرية . مع ذلك، قد تُعتبر المواد ذات هذه الأصول مؤهلة إذا شاركت العمليات الجيولوجية في تكوينها (كما هو الحال مع الإيفنكيت ، المشتق من مواد نباتية؛ أو التاراناكيت ، من ذرق الخفافيش ؛ أو الألبرسيت ، من مخلفات المناجم). ^{[ 12 ]} كما تُستثنى المواد الافتراضية، حتى لو كان من المتوقع وجودها في بيئات طبيعية يصعب الوصول إليها، مثل لب الأرض أو الكواكب الأخرى.
2. يجب أن يكون مادة صلبة في حالته الطبيعية. ويُستثنى من هذه القاعدة الزئبق الحر : إذ لا يزال يُصنّف كمعدن من قِبل الجمعية الدولية للمعادن، على الرغم من أنه لا يتبلور إلا عند درجة حرارة أقل من -39  درجة مئوية، لأنه كان موجودًا قبل وضع القواعد الحالية. ^{[ 13 ]} لا يُعتبر الماء وثاني أكسيد الكربون من المعادن، على الرغم من وجودهما غالبًا كشوائب في معادن أخرى؛ لكن جليد الماء يُعتبر معدنًا. ^{[ 14 ]}
3. يجب أن يتمتع ببنية بلورية محددة جيدًا ؛ أو بشكل أعم، بترتيب ذري منتظم. ^{[ 15 ]} تشير هذه الخاصية إلى العديد من الخصائص الفيزيائية الكلية ، مثل شكل البلورة والصلابة والانفصام. ^{[ 16 ]} وهي تستبعد الأوزوكريت والليمونيت والأوبسيديان والعديد من المواد غير المتبلورة الأخرى التي توجد في السياقات الجيولوجية .
4. يجب أن يكون لها تركيب كيميائي محدد بدقة . مع ذلك، يمكن اعتبار بعض المواد البلورية ذات البنية الثابتة والتركيب المتغير نوعًا معدنيًا واحدًا. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك المحاليل الصلبة مثل الماكيناويت ، (Fe, Ni) _{₉S₈ ،} وهو في الغالب كبريتيد حديدي ثنائي التكافؤ مع استبدال نسبة كبيرة من ذرات الحديد بذرات النيكل . ^{[ 15 ] [ 17 ]} تشمل الأمثلة الأخرى البلورات الطبقية ذات التراص الطبقي المتغير، أو البلورات التي تختلف فقط في الترتيب المنتظم للفراغات والاستبدالات. من ناحية أخرى، يمكن تقسيم بعض المواد التي لها سلسلة متصلة من التراكيب، بشكل اعتباطي، إلى عدة معادن. المثال النموذجي هو مجموعة الأوليفين (Mg, Fe) _{₂SiO₄ ،} التي تُعتبر مكوناتها الطرفية الغنية بالمغنيسيوم والغنية بالحديد معادن منفصلة ( الفورستريت والفاياليت ) .

تُعد تفاصيل هذه القواعد مثيرة للجدل إلى حد ما. ^{[ 15 ]} على سبيل المثال، ظهرت عدة مقترحات حديثة لتصنيف المواد غير المتبلورة على أنها معادن، لكن الرابطة الدولية للمعادن لم تقبلها.

كما أن معهد المعادن (IMA) يتردد في قبول المعادن التي توجد بشكل طبيعي فقط على شكل جسيمات نانوية يبلغ قطرها بضع مئات من الذرات، ولكنه لم يحدد حداً أدنى لحجم البلورات. ^{[ 11 ]}

يشترط بعض المؤلفين أن تكون المادة صلبة مستقرة أو شبه مستقرة عند درجة حرارة الغرفة (25  درجة مئوية). ^{[ 15 ]} مع ذلك، لا يشترط معهد المعادن الدولي (IMA) سوى أن تكون المادة مستقرة بما يكفي لتحديد بنيتها وتركيبها بدقة. فعلى سبيل المثال، يعترف المعهد بالميريديانيت (وهو هيدرات طبيعي لكبريتات المغنيسيوم ) كمعدن، على الرغم من أنه لا يتشكل ولا يكون مستقرًا إلا عند درجة حرارة أقل من  درجتين مئويتين.

اعتبارًا من مايو 2025 أقرت الجمعية الدولية للمعادن 6145 نوعًا من المعادن. ^{[ 5 ]} وتُسمى هذه المعادن في الغالب نسبةً إلى شخص ، ثم إلى موقع اكتشافها؛ أما الأسماء المستندة إلى التركيب الكيميائي أو الخصائص الفيزيائية فهي المجموعتان الرئيسيتان الأخريان لأصول تسمية المعادن. ^{[ 18 ] [ 19 ]} وتنتهي معظم الأسماء بالمقطع "-يت"؛ أما الاستثناءات فهي عادةً أسماء كانت شائعة قبل تأسيس علم المعادن كتخصص مستقل، مثل الغالينا والماس .

كان قرار الجمعية الدولية للمعادن باستبعاد المواد البلورية ذات الأصل الحيوي موضوعًا مثيرًا للجدل بين الجيولوجيين وعلماء المعادن. فعلى سبيل المثال، ذكر لوينستام (1981) أن "الكائنات الحية قادرة على تكوين مجموعة متنوعة من المعادن، بعضها لا يمكن تكوينه بشكل غير عضوي في المحيط الحيوي". ^{[ 20 ]}

يرى سكينر (2005) أن جميع المواد الصلبة معادن محتملة، ويشمل المعادن الحيوية في المملكة المعدنية، وهي تلك التي تتكون بفعل الأنشطة الأيضية للكائنات الحية. وقد وسّع سكينر التعريف السابق للمعدن ليشمل تصنيف "العنصر أو المركب، سواء كان غير متبلور أو متبلور، المتكون من خلال العمليات البيوجيوكيميائية " كمعدن. ^{[ 21 ]}

تُسهم التطورات الحديثة في علم الوراثة عالي الدقة وقياس طيف امتصاص الأشعة السينية في الكشف عن العلاقات البيوجيوكيميائية بين الكائنات الدقيقة والمعادن، مما قد يُلقي ضوءًا جديدًا على هذه المسألة. ^{[ 12 ] [ 21 ]} فعلى سبيل المثال، تتناول "مجموعة العمل المعنية بعلم المعادن والجيوكيمياء البيئية"، التي شكلتها الجمعية الدولية للمعادن ، المعادن في الغلاف المائي والغلاف الجوي والغلاف الحيوي . ^{[ 22 ]} ويشمل نطاق عمل المجموعة الكائنات الدقيقة المُكوِّنة للمعادن، والتي توجد على جميع أسطح الصخور والتربة والجسيمات تقريبًا في جميع أنحاء العالم، وصولًا إلى أعماق لا تقل عن 1600 متر تحت قاع البحر ، و70 كيلومترًا في طبقة الستراتوسفير (وربما تدخل طبقة الميزوسفير ). ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}

ساهمت الدورات البيوجيوكيميائية في تكوين المعادن لمليارات السنين. تستطيع الكائنات الدقيقة ترسيب المعادن من المحاليل ، مما يساهم في تكوين رواسب الخامات . كما يمكنها تحفيز ذوبان المعادن. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

قبل إدراجها في قائمة الجمعية الدولية للمعادن، تم اكتشاف وتسمية ونشر أكثر من 60 معدنًا حيويًا. ^{[ 29 ]} تُعتبر هذه المعادن (مجموعة فرعية مُجدولة في لوينستام (1981) ^{[ 20 ] ) معادن حقيقية وفقًا لتعريف سكينر (2005). [ 21 ]} لا تُدرج هذه المعادن الحيوية في القائمة الرسمية لأسماء المعادن الصادرة عن الجمعية الدولية للمعادن؛ ^{[ 30 ]} ومع ذلك، فإن العديد من ممثلي هذه المعادن الحيوية موزعون على 78 فئة معدنية مُدرجة في نظام تصنيف دانا. ^{[ 21 ]}

يأخذ تعريف سكينر (2005) للمعدن هذه المسألة في الحسبان، إذ ينص على أن المعدن قد يكون بلوريًا أو غير متبلور. ^{[ 21 ]} ورغم أن المعادن الحيوية ليست الشكل الأكثر شيوعًا للمعادن، ^{[ 31 ]} إلا أنها تُساعد في تحديد حدود ما يُعتبر معدنًا حقيقيًا. وقد ذكر نيكل (1995) في تعريفه الرسمي صراحةً أن التبلور هو مفتاح تعريف المادة كمعدن. عرّفت مقالة نُشرت عام 2011 معدن الإيكوساهيدريت ، وهو سبيكة من الألومنيوم والحديد والنحاس، بأنه معدن؛ سُمّي بهذا الاسم نسبةً إلى تناظره الطبيعي الفريد ذي الشكل الإيكوساهيدرالي ، وهو شبه بلورة . وعلى عكس البلورة الحقيقية، فإن أشباه البلورات مُرتبة ولكنها غير دورية. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

يُعرّف موقع Mindat.org التجمع المعدني بأنه "أي مجموعة من المعادن في صخرة، سواء كانت في حالة توازن كيميائي أم لا" ^{[ 34 ]} ، بينما تقول موسوعة بريتانيكا : "يُستخدم مصطلح التجمع غالبًا للإشارة إلى جميع المعادن الموجودة في الصخر، ولكن من الأنسب استخدامه للمعادن الموجودة في حالة توازن (والتي تُعرف تحديدًا باسم التجمع المتوازن)" ^{[ 35 ] .}

غالباً ما يسبق هذا المصطلح مصطلحات أخرى تصف تكوينه. ^{[ 34 ]}

تنتج البنية البلورية عن الترتيب الهندسي المكاني المنتظم للذرات في البنية الداخلية للمعدن. وتستند هذه البنية البلورية إلى ترتيب ذري أو أيوني داخلي منتظم ، والذي غالبًا ما يتجلى في الشكل الهندسي الذي تتخذه البلورة. حتى عندما تكون حبيبات المعدن صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة أو ذات شكل غير منتظم، فإن البنية البلورية الأساسية تكون دائمًا دورية ويمكن تحديدها بواسطة حيود الأشعة السينية . ^{[ 15 ]} تُوصف المعادن عادةً بمحتوى التناظر الخاص بها. وتقتصر البلورات على 32 مجموعة نقطية ، تختلف فيما بينها من حيث التناظر. تُصنف هذه المجموعات بدورها إلى فئات أوسع، وأكثرها شمولًا هي عائلات البلورات الست. ^{[ 63 ]}

يمكن وصف هذه العائلات من خلال الأطوال النسبية للمحاور البلورية الثلاثة، والزوايا بينها؛ وتتوافق هذه العلاقات مع عمليات التناظر التي تحدد مجموعات النقاط الأضيق. ويرد ملخص لها أدناه؛ حيث يمثل a وb وc المحاور، وتمثل α وβ وγ الزاوية المقابلة للمحور البلوري المعني (على سبيل المثال، α هي الزاوية المقابلة للمحور a، أي الزاوية بين المحورين b وc): ^{[ 63 ]}

تنقسم عائلة البلورات السداسية أيضًا إلى نظامين  بلوريين - النظام الثلاثي ، الذي يحتوي على محور تناظر ثلاثي، والنظام السداسي، الذي يحتوي على محور تناظر سداسي.

يُحدد التركيب الكيميائي والبنية البلورية معًا ماهية المعدن. مع اقتصار التصنيف على 32 مجموعة نقطية، قد تمتلك معادن ذات تركيب كيميائي مختلف بنية بلورية متطابقة. على سبيل المثال، ينتمي كل من الهاليت (NaCl) والجالينا (PbS) والبيريكليز (MgO) إلى المجموعة النقطية السداسية الثمانية الأوجه (عائلة متساوية القياس)، نظرًا لتشابه نسب العناصر المكونة لها. في المقابل، تُعرف الأشكال المتعددة بأنها مجموعات من المعادن التي تشترك في الصيغة الكيميائية ولكنها تختلف في بنيتها. على سبيل المثال، يمتلك كل من البيريت والماركاسيت ، وهما من كبريتيدات الحديد، الصيغة FeS₂ _؛ إلا أن الأول متساوي القياس بينما الثاني معيني قائم. يمتد هذا التعدد الشكلي إلى كبريتيدات أخرى ذات الصيغة العامة AX₂ _؛ وتُعرف هاتان المجموعتان مجتمعتين بمجموعتي البيريت والماركاسيت. ^{[ 64 ]}

قد يتجاوز تعدد الأشكال البلورية مجرد التناظر. تُعدّ الألومينوسيليكات مجموعة من ثلاثة معادن  - الكيانيت ، والأندلوسيت ، والسيليمانيت  - تشترك في الصيغة الكيميائية Al₂SiO₅ _{. الكيانيت} ثلاثي الميل، بينما الأندلوسيت والسيليمانيت معينيان قائمان وينتميان إلى المجموعة النقطية ثنائية الهرم. تنشأ هذه الاختلافات تبعًا لكيفية تنسيق الألومنيوم داخل البنية البلورية. في جميع المعادن، يكون أيون ألومنيوم واحد دائمًا في تنسيق سداسي مع الأكسجين. أما السيليكون، كقاعدة عامة، فيكون في تنسيق رباعي في جميع المعادن؛ باستثناء حالة مثل الستيشوفيت (SiO₂ _، وهو شكل متعدد الأشكال من الكوارتز عالي الضغط للغاية ذو بنية الروتيل). [ ^{65 ] في} الكيانيت، يكون الألومنيوم الثاني في تنسيق سداسي؛ ويمكن التعبير عن صيغته الكيميائية على النحو التالي: ^Al₆SiO₅ ، ^لتعكس _بنيته البلورية. يحتوي الأندلوسيت على الألومنيوم الثاني في تنسيق خماسي (Al ^[6] Al ^[5] SiO ₅ )، بينما يحتوي السيليمانيت عليه في تنسيق رباعي (Al ^[6] Al ^[4] SiO ₅ ). ^{[ 66 ]}

تؤثر الاختلافات في البنية البلورية والتركيب الكيميائي بشكل كبير على الخصائص الفيزيائية الأخرى للمعدن. يتميز كل من الماس والجرافيت ، وهما من متآصلات الكربون ، بخصائص مختلفة تمامًا؛ فالماس هو أصلب مادة طبيعية، وله بريق ماسي، وينتمي إلى عائلة البلورات متساوية الأبعاد، بينما الجرافيت لين جدًا، وله بريق دهني، ويتبلور في عائلة البلورات السداسية. يُعزى هذا الاختلاف إلى اختلافات في الروابط. في الماس، توجد ذرات الكربون في مدارات مهجنة sp³ ^، مما يعني أنها تُشكل هيكلًا ترتبط فيه كل ذرة كربون تساهميًا بأربع ذرات مجاورة بشكل رباعي الأوجه؛ من ناحية أخرى، يتكون الجرافيت من صفائح من ذرات الكربون في مدارات مهجنة sp² ^، حيث ترتبط كل ذرة كربون تساهميًا بثلاث ذرات أخرى فقط. تترابط هذه الصفائح معًا بقوى فان دير فالس الأضعف بكثير ، ويؤدي هذا التباين إلى اختلافات كبيرة على المستوى العياني. ^{[ 67 ]}

التوأمة هي نمو متداخل لبلورتين أو أكثر من نفس نوع المعدن. وتتحكم تناظرية المعدن في هندسة التوأمة. ونتيجة لذلك، توجد أنواع عديدة من التوائم، منها التوائم التماسية، والتوائم الشبكية، والتوائم المفصلية، والتوائم الاختراقية، والتوائم الدورية، والتوائم متعددة التركيب. تتكون التوائم التماسية، أو البسيطة، من بلورتين متصلتين في مستوى واحد؛ وهذا النوع من التوأمة شائع في الإسبينيل. أما التوائم الشبكية، الشائعة في الروتيل، فهي عبارة عن بلورات متشابكة تشبه الشبكة. وتتميز التوائم المفصلية بانحناء في المنتصف ناتج عن بداية التوأمة. وتتكون التوائم الاختراقية من بلورتين منفردتين نمتا داخل بعضهما البعض؛ ومن أمثلة هذه التوأمة توائم الستوروليت المتقاطعة الشكل وتوأمة كارلسباد في الأورثوكلاز. وتنتج التوائم الدورية عن التوأمة المتكررة حول محور دوران. يحدث هذا النوع من التوأمة حول محاور ثلاثية أو رباعية أو خماسية أو سداسية أو ثمانية، وتُسمى الأنماط المقابلة لها بالتوأمة الثلاثية والرباعية والخماسية والسداسية والثمانية على التوالي. وتُعدّ التوأمة السداسية شائعة في الأراغونيت. تشبه التوائم متعددة التركيب التوائم الدورية من حيث وجود التوأمة المتكررة؛ إلا أنه بدلاً من حدوثها حول محور دوران، تحدث التوأمة متعددة التركيب على طول مستويات متوازية، وعادةً ما تكون على نطاق مجهري. ^{[ 68 ] [ 69 ]}

يشير شكل البلورة إلى الشكل العام للبلورة الكلية لأي معدن. تُستخدم عدة مصطلحات لوصف هذه الخاصية. تشمل الأشكال الشائعة: الإبري ، الذي يصف البلورات الشبيهة بالإبر كما في الناتروليت ؛ الشجري (نمط الشجرة) الشائع في النحاس أو الذهب الخام مع المادة الأساسية (المصفوفة) ؛ متساوي الأبعاد، وهو نموذجي للجارنيت ؛ المنشوري (مستطيل في اتجاه واحد) كما هو الحال في الكونزيت أو الإثمد ؛ العنقودي (مثل عنقود العنب) كما هو الحال في الكالسيدوني ؛ الليفي، الذي يحتوي على بلورات شبيهة بالألياف كما هو الحال في الولاستونيت ؛ اللوحي، الذي يختلف عن الشكل النصلي في أن الأول صفائحي بينما يتميز الأخير باستطالة محددة كما هو الحال في المسكوفيت ؛ والكتلي، الذي ليس له شكل محدد كما هو الحال في الكارناليت . ^{[ 7 ]} فيما يتعلق بشكل البلورة، تُعد جودة أوجه البلورة مؤشرًا تشخيصيًا لبعض المعادن، خاصةً باستخدام المجهر البتروغرافي. تتميز البلورات كاملة التبلور بشكل خارجي محدد، بينما لا تتميز البلورات غير كاملة التبلور بهذا الشكل؛ وتسمى هذه الأشكال الوسيطة بالبلورات شبه كاملة التبلور. ^{[ 70 ] [ 71 ]}

تُحدد صلابة المعدن مدى مقاومته للخدش أو الانبعاج. وتتحكم التركيبة الكيميائية والبنية البلورية للمعدن في هذه الخاصية الفيزيائية.

يُعدّ مقياس موس الترتيبي للصلابة المقياس الأكثر شيوعًا لقياس مقاومة المعادن للخدش. ويتألف هذا المقياس من عشرة مؤشرات، حيث يخدش المعدن ذو المؤشر الأعلى المعادن ذات المؤشر الأدنى منه. ويتراوح المقياس من التلك، وهو سيليكات صفائحية ، إلى الماس، وهو شكل متعدد الأشكال للكربون يُعدّ أصلب المواد الطبيعية. يُمكن الاطلاع على المقياس أدناه: ^{[ 72 ] [ 7 ]}

تعتمد صلابة المعدن على بنيته. ولا تكون الصلابة ثابتة بالضرورة في جميع الاتجاهات البلورية؛ إذ يؤدي ضعف البنية البلورية إلى جعل بعض الاتجاهات أكثر ليونة من غيرها. ^{[ 72 ]} ومن الأمثلة على هذا التباين في الصلابة معدن الكيانيت، الذي تبلغ صلابته على مقياس موس 5.5 بالتوازي مع الاتجاه [ 001] ، بينما تبلغ 7 بالتوازي مع الاتجاه [100] . ^{[ 73 ]}

وتشمل المقاييس الأخرى ما يلي؛ ^{[ 74 ]}

• اختبار صلابة شور ، الذي يقيس مدى تحمل المعدن بناءً على انبعاج جهاز زنبركي. ^{[ 75 ]}
• مقياس روكويل
• اختبار صلابة فيكرز
• مقياس برينل

يشير البريق إلى كيفية انعكاس الضوء عن سطح المعدن، من حيث جودته وشدته. تُستخدم مصطلحات نوعية عديدة لوصف هذه الخاصية، وهي تُقسم إلى فئتين: معدنية وغير معدنية. تتميز المعادن المعدنية وشبه المعدنية بانعكاسية عالية كالمعادن؛ ومن أمثلة المعادن ذات هذا البريق: الجالينا والبيريت. أما أنواع البريق غير المعدنية فتشمل: البريق الأدمنتي، كما في الماس ؛ والبريق الزجاجي، وهو بريق زجاجي شائع جدًا في المعادن السيليكاتية؛ والبريق اللؤلؤي، كما في التلك والأبوفيلليت ؛ والبريق الراتنجي، كما في معادن مجموعة العقيق؛ والبريق الحريري، وهو شائع في المعادن الليفية مثل الكريسوتيل الأسبستي . ^{[ 76 ]}

تُشير شفافية المعدن إلى قدرته على تمرير الضوء من خلاله. فالمعادن الشفافة لا تُقلل من شدة الضوء المار عبرها. ومن أمثلة المعادن الشفافة المسكوفيت ( ميكا البوتاسيوم)؛ إذ تتميز بعض أنواعه بدرجة عالية من الشفافية لدرجة أنها استُخدمت في صناعة النوافذ. أما المعادن شبه الشفافة فتسمح بمرور بعض الضوء، ولكن بدرجة أقل من المعادن الشفافة. ومن أمثلة هذه المعادن الجاديت والنفريت (وهما نوعان معدنيان من اليشم ). وتُسمى المعادن التي لا تسمح بمرور الضوء بالمعادن المعتمة. ^{[ 77 ] [ 78 ]}

تعتمد شفافية المعدن على سُمك العينة. فعندما يكون المعدن رقيقًا بما يكفي (كما في الشريحة الرقيقة المستخدمة في علم الصخور )، قد يصبح شفافًا حتى لو لم تُلاحظ هذه الخاصية في العينة اليدوية. في المقابل، بعض المعادن، مثل الهيماتيت أو البيريت، تكون معتمة حتى في الشريحة الرقيقة. ^{[ 78 ]}

لا يُعدّ اللون عادةً من الخصائص التشخيصية للمعادن. يظهر في الصورة حجر اليوفاروفيت الأخضر (يسارًا) وحجر الغروسولار الأحمر الوردي (يمينًا)، وكلاهما من العقيق . تشمل الخصائص التشخيصية البلورات ذات الشكل الاثني عشري، والبريق الراتنجي، والصلابة التي تقارب 7.

يُعدّ اللون الخاصية الأبرز للمعادن، ولكنه غالبًا ما يكون غير تشخيصي. ^{[ 79 ]} وينتج اللون عن تفاعل الإشعاع الكهرومغناطيسي مع الإلكترونات (باستثناء حالة التوهج ، التي لا تنطبق على المعادن). ^{[ 80 ]} تُصنّف العناصر إلى فئتين رئيسيتين (العناصر أحادية اللون والعناصر غير أحادية اللون) بناءً على مساهمتها في لون المعدن: فالعناصر أحادية اللون أساسية في تركيب المعدن، ومساهمتها في لونه تشخيصية. ^{[ 77 ] [ 81 ]} ومن أمثلة هذه المعادن الملاكيت (الأخضر) والأزوريت (الأزرق). في المقابل، توجد العناصر غير أحادية اللون في المعادن بكميات ضئيلة كشوائب. ومن أمثلة هذه المعادن الياقوت الأحمر والياقوت الأزرق من معدن الكوروندوم . ^{[ 81 ]} أما ألوان المعادن شبه أحادية اللون فهي ناتجة عن تداخل الموجات الضوئية. ومن أمثلتها اللابرادوريت والبورنيت .

إلى جانب لونها الأساسي، تتميز المعادن بخصائص بصرية مميزة أخرى، مثل تلاعب الألوان، والتألق النجمي ، والتلألؤ ، والتقزح اللوني ، والتشوه، وتعدد الألوان . تتضمن العديد من هذه الخصائص تباينًا في اللون. ينتج عن تلاعب الألوان، كما هو الحال في الأوبال ، انعكاس ألوان مختلفة على العينة عند تدويرها، بينما يصف تعدد الألوان تغير اللون عند مرور الضوء عبر المعدن باتجاهات مختلفة. أما التقزح اللوني فهو نوع من تلاعب الألوان حيث يتشتت الضوء عن طبقة على سطح البلورة، أو مستويات الانفصام، أو طبقات ذات تدرجات كيميائية طفيفة. ^{[ 82 ]} في المقابل، ينتج تلاعب الألوان في الأوبال عن انكسار الضوء من كريات السيليكا المجهرية المنتظمة داخل بنيته الفيزيائية. ^{[ 83 ]} التلألؤ النجمي ("عين الهر") هو التموج اللوني الذي يُلاحظ عند تدوير العينة؛ أما التألق النجمي، وهو نوع من التلألؤ النجمي، فيُعطي مظهرًا نجميًا على حبيبات المعدن. وتُعد هذه الخاصية الأخيرة شائعة بشكل خاص في الكوروندوم ذي الجودة العالية. ^{[ 82 ] [ 83 ]}

يشير لون مسحوق المعدن إلى لونه في حالته المسحوقة، والذي قد يكون مطابقًا أو مختلفًا عن لونه الأصلي. ^{[ 81 ]} الطريقة الأكثر شيوعًا لاختبار هذه الخاصية هي استخدام لوحة المسحوق، المصنوعة من الخزف والملونة إما بالأبيض أو الأسود. لون مسحوق المعدن مستقل عن العناصر النزرة ^{[ 77 ]} أو أي سطح متأثر بالعوامل الجوية. ^{[ 81 ]} من الأمثلة الشائعة على هذه الخاصية معدن الهيماتيت ، الذي يكون لونه أسود أو فضي أو أحمر في العينة اليدوية، ولكنه يترك مسحوقًا يتراوح لونه بين الأحمر الكرزي ^{[ 77 ]} والبني المحمر؛ ^{[ 81 ] [ 7 ]} أو معدن الكالكوبيريت ، الذي يتميز بلونه الذهبي النحاسي ويترك مسحوقًا أسود. ^{[ 7 ]} غالبًا ما يكون لون المسحوق مميزًا للمعادن الفلزية، على عكس المعادن غير الفلزية التي يتكون لونها الأصلي من عناصر متغيرة اللون. ^{[ 77 ]} يخضع اختبار الخدش لقيود صلابة المعدن، حيث أن المعادن التي تزيد صلابتها عن 7 تتفتت إلى مسحوق على لوحة الخدش . ^{[ 81 ]}

بحكم تعريفها، تتميز المعادن بترتيب ذري مميز. ويؤدي ضعف هذا التركيب البلوري إلى ظهور مستويات ضعف، ويُطلق على انكسار المعدن على طول هذه المستويات اسم الانفصام. ويمكن وصف جودة الانفصام بناءً على مدى سهولة ووضوح انكسار المعدن؛ ومن الأوصاف الشائعة، مرتبة تنازليًا حسب الجودة، "ممتاز"، "جيد"، "واضح"، و"ضعيف". في المعادن الشفافة بشكل خاص، أو في المقاطع الرقيقة، يمكن رؤية الانفصام كسلسلة من الخطوط المتوازية التي تحدد الأسطح المستوية عند النظر إليها من الجانب. ولا يُعد الانفصام خاصية عامة بين جميع المعادن؛ فعلى سبيل المثال، لا يمتلك الكوارتز، الذي يتكون من رباعيات أوجه السيليكا المترابطة بشكل واسع، ضعفًا بلوريًا يسمح له بالانفصام. في المقابل، تتكون الميكا، التي تتميز بانفصام قاعدي ممتاز، من صفائح من رباعيات أوجه السيليكا المترابطة بشكل ضعيف للغاية. ^{[ 84 ] [ 85 ]}

بما أن الانفصام وظيفة من وظائف علم البلورات، فهناك أنواع مختلفة من الانفصام. يحدث الانفصام عادةً في اتجاه واحد أو اتجاهين أو ثلاثة أو أربعة أو ستة اتجاهات. يُعد الانفصام القاعدي في اتجاه واحد سمة مميزة للميكا . يُوصف الانفصام ثنائي الاتجاه بأنه انفصام موشوري، ويحدث في معادن مثل الأمفيبولات والبيروكسينات. تتميز معادن مثل الغالينا والهاليت بانفصام مكعب (أو متساوي القياس) في ثلاثة اتجاهات بزاوية 90 درجة؛ وعندما توجد ثلاثة اتجاهات للانفصام، ولكن ليس بزاوية 90 درجة، كما هو الحال في الكالسيت أو الرودوكروزيت ، يُطلق عليه اسم الانفصام المعيني. يوجد الانفصام الثماني الأوجه (أربعة اتجاهات) في الفلوريت والماس، ويتميز السفاليريت بانفصام اثنا عشري الأوجه سداسي الاتجاهات. ^{[ 84 ] [ 85 ]}

قد لا تنكسر المعادن ذات مستويات الانفصام المتعددة بنفس الكفاءة في جميع الاتجاهات؛ فعلى سبيل المثال، يتميز الكالسيت بانفصام جيد في ثلاثة اتجاهات، بينما يتميز الجبس بانفصام مثالي في اتجاه واحد، وانفصام ضعيف في اتجاهين آخرين. وتختلف الزوايا بين مستويات الانفصام بين المعادن. فعلى سبيل المثال، بما أن الأمفيبولات سيليكات ثنائية السلسلة، والبيروكسينات سيليكات أحادية السلسلة، فإن الزاوية بين مستويات انفصامها تختلف. ينفصل البيروكسين في اتجاهين بزاوية 90 درجة تقريبًا، بينما ينفصل الأمفيبول بشكل واضح في اتجاهين يفصل بينهما 120 درجة و60 درجة تقريبًا. ويمكن قياس زوايا الانفصام باستخدام مقياس الزوايا التلامسي، وهو مشابه للمنقلة. ^{[ 84 ] [ 85 ]}

الانفصال، الذي يُسمى أحيانًا "الانفصام الكاذب"، يشبه في مظهره الانفصام الحقيقي، ولكنه ينتج عن عيوب بنيوية في المعدن، وليس عن ضعف منهجي. يختلف الانفصال من بلورة إلى أخرى لنفس المعدن، بينما تنفصل جميع بلورات المعدن الواحد إذا سمحت بنيتها الذرية بذلك. بشكل عام، ينتج الانفصال عن إجهاد مُطبق على البلورة. تشمل مصادر هذا الإجهاد التشوه (مثل زيادة الضغط)، والانفصال، والتوأمة. من المعادن التي تُظهر الانفصال غالبًا البيروكسينات، والهيماتيت، والماغنيتيت، والكوروندوم. ^{[ 84 ] [ 86 ]}

عندما ينكسر معدن في اتجاه لا يتوافق مع مستوى الانفصام، يُطلق عليه اسم "الكسر". توجد عدة أنواع من الكسور غير المنتظمة. المثال الكلاسيكي هو الكسر المحاري، كما هو الحال في الكوارتز؛ حيث تتكون أسطح مستديرة تتميز بخطوط منحنية ناعمة. يحدث هذا النوع من الكسور فقط في المعادن المتجانسة للغاية. من أنواع الكسور الأخرى: الكسر الليفي، والكسر الشظوي، والكسر الخشن. يصف النوع الأخير كسرًا على طول سطح خشن ومتعرج؛ ومن أمثلة هذه الخاصية النحاس الخام . ^{[ 87 ]}

ترتبط المتانة بكل من الانفصام والكسر. فبينما يصف الكسر والانفصام الأسطح المتكونة عند كسر المعدن، تصف المتانة مدى مقاومة المعدن لهذا الكسر. ويمكن وصف المعادن بأنها هشة، أو مطيلة، أو قابلة للطرق، أو قابلة للقطع، أو مرنة، أو مطاطية. ^{[ 88 ]}

يصف الوزن النوعي كثافة المعدن عدديًا. تُقاس الكثافة بقسمة الكتلة على الحجم، ووحداتها هي: كجم/م³ ^أو جم/سم³ ^. يُعرَّف الوزن النوعي بأنه كثافة المعدن مقسومة على كثافة الماء عند 4  درجات مئوية، وبالتالي فهو كمية لا بُعدية، متطابقة في جميع أنظمة الوحدات. ^{[ 89 ]} يمكن قياسه كحاصل قسمة كتلة العينة على الفرق بين وزنها في الهواء ووزنها في الماء. في معظم المعادن، لا تُعد هذه الخاصية تشخيصية. المعادن المُكوِّنة للصخور  - عادةً السيليكات أو أحيانًا الكربونات  - لها وزن نوعي يتراوح بين 2.5 و3.5. ^{[ 90 ]}

الكثافة النوعية العالية خاصية مميزة للمعادن. يرتبط تغير التركيب الكيميائي (وبالتالي، تصنيف المعدن) بتغير الكثافة النوعية. من بين المعادن الأكثر شيوعًا، تميل الأكاسيد والكبريتيدات إلى امتلاك كثافة نوعية أعلى لاحتوائها على عناصر ذات كتلة ذرية أعلى. وبشكل عام، تميل المعادن ذات البريق المعدني أو الماسي إلى امتلاك كثافة نوعية أعلى من تلك ذات البريق غير المعدني أو الباهت. على سبيل المثال، يبلغ الوزن النوعي للهيماتيت ، Fe₂O₃ _، 5.26 ^{[ 91 ]} ، بينما يبلغ الوزن النوعي للجالينا ، _{PbS ، 7.2-7.6} ^{[ 92 ]} ، وهو ما ينتج عن محتواها العالي من الحديد والرصاص، على التوالي. تتميز المعادن الأصلية بكثافة نوعية عالية جدًا ؛ فعلى سبيل المثال، يبلغ الوزن النوعي للكاماسيت ، وهو سبيكة من الحديد والنيكل شائعة في النيازك الحديدية ، 7.9 ^{[ 93 ]} ، بينما تتراوح الكثافة النوعية للذهب بين 15 و19.3. ^{[ 90 ] [ 94 ]}

يمكن استخدام خصائص أخرى لتشخيص المعادن. هذه الخصائص أقل عمومية، وتنطبق على معادن محددة.

يُساعد تقطير حمض مخفف (غالبًا حمض الهيدروكلوريك بتركيز 10% ) على المعدن في تمييز الكربونات عن أنواع المعادن الأخرى. يتفاعل الحمض مع مجموعة الكربونات ([CO₃ _] ²⁻ ^{) ، مما يُسبب} فوران المنطقة المُتأثرة وانبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون . يُمكن توسيع نطاق هذا الاختبار ليشمل المعدن في شكله البلوري الأصلي أو في شكله المسحوق. ومن الأمثلة على ذلك اختبار الكالسيت والدولوميت ، خاصةً داخل الصخور ( الحجر الجيري والدولوميت على التوالي). يفور الكالسيت فورًا في الحمض، بينما يجب وضع الحمض على مسحوق الدولوميت (غالبًا على سطح مخدوش في الصخر) حتى يفور. ^{[ 95 ]} لا تفور معادن الزيوليت في الحمض؛ بل تُصبح مُتجمدة بعد 5-10 دقائق، وإذا تُركت في الحمض لمدة يوم، فإنها تذوب أو تُصبح هلام السيليكا . ^{[ 96 ]}

المغناطيسية خاصية بارزة لبعض المعادن. ومن بين المعادن الشائعة، يُظهر الماغنيتيت هذه الخاصية بقوة، كما توجد المغناطيسية، وإن كانت أقل قوة، في البيروتيت والإلمنيت . ^{[ 95 ]} تُظهر بعض المعادن خصائص كهربائية - على سبيل المثال، الكوارتز كهرضغطية - ولكن نادرًا ما تُستخدم الخصائص الكهربائية كمعايير تشخيصية للمعادن بسبب نقص البيانات والتغيرات الطبيعية. ^{[ 97 ]}

يمكن أيضًا اختبار المعادن عن طريق الطعم أو الرائحة. الهاليت ، كلوريد الصوديوم (NaCl)، هو ملح الطعام؛ أما نظيره الحامل للبوتاسيوم، السيلفيت ، فله طعم مر قوي. تتميز الكبريتيدات برائحة مميزة، خاصةً عند تكسير العينات أو تفاعلها أو طحنها. ^{[ 95 ]}

النشاط الإشعاعي خاصية نادرة توجد في المعادن التي تحتوي على عناصر مشعة. قد تكون هذه العناصر المشعة مكونًا أساسيًا، مثل اليورانيوم في اليورانينيت والأوتونيت والكارنوتيت ، أو قد توجد كشوائب ضئيلة، كما في الزركون . يؤدي تحلل العنصر المشع إلى إتلاف البنية البلورية للمعدن، مما يجعله غير متبلور موضعيًا ( حالة التحول البلوري )؛ ويمكن ملاحظة النتيجة البصرية، التي تُسمى هالة مشعة أو هالة متعددة الألوان ، باستخدام تقنيات مختلفة، مثل علم الصخور المقطعي الرقيق . ^{[ 95 ]}

في عام 315 قبل الميلاد ، قدم ثيوفراستوس تصنيفه للمعادن في رسالته " عن الأحجار" . وقد تأثر تصنيفه بأفكار معلميه أفلاطون وأرسطو . صنف ثيوفراستوس المعادن إلى أحجار، وأتربة، ومعادن. ^{[ 98 ]}

قسم جورجيوس أغريكولا المعادن في كتابه "De Natura Fossilium" ، الذي نُشر عام 1546، إلى ثلاثة أنواع من المواد: بسيطة (الأحجار، والتراب، والمعادن، والعصائر المتجمدة)، ومركبة (مختلطة بشكل وثيق)، ومركبة (قابلة للفصل). ^{[ 98 ]}

قدّم كارل لينيوس تصنيفًا مبكرًا للمعادن في كتابه الرائد "نظام الطبيعة" (Systema Naturae ) عام 1735. قسّم العالم الطبيعي إلى ثلاث ممالك  : النباتات، والحيوانات، والمعادن  ، وصنّف كلًا منها وفقًا للتسلسل الهرمي نفسه. ^{[ 99 ]} وكانت هذه الممالك، بالترتيب التنازلي، هي: الشعبة، والطائفة، والرتبة، والفصيلة، والقبيلة، والجنس، والنوع. ومع ذلك، فبينما استند نظامه إلى نظرية تشارلز داروين في تكوين الأنواع، واعتمده علماء الأحياء على نطاق واسع ووسّعوه في القرون اللاحقة (ولا يزالون يستخدمون نظام التسمية الثنائية الذي وضعه والمستند إلى اللغتين اليونانية واللاتينية )، إلا أنه لم يلقَ رواجًا كبيرًا بين علماء المعادن (مع أن كل معدن متميز لا يزال يُشار إليه رسميًا باسم " نوع معدني ").

تُصنَّف المعادن حسب النوع، والفصيلة، والسلسلة، والمجموعة، بترتيب تصاعدي من حيث العمومية. المستوى الأساسي للتعريف هو تعريف الفصيلة المعدنية، حيث تتميز كل فصيلة عن الأخرى بخصائص كيميائية وفيزيائية فريدة. على سبيل المثال، يُعرَّف الكوارتز بصيغته الكيميائية SiO₂ ، _وبنيته البلورية المميزة التي تميزه عن المعادن الأخرى ذات الصيغة الكيميائية نفسها (وتُسمى الأشكال المتعددة ). عندما يوجد نطاق من التركيب بين فصيلتين معدنيتين، تُعرَّف سلسلة معدنية. على سبيل المثال، تُمثَّل سلسلة البيوتيت بكميات متفاوتة من العناصر النهائية : الفلوجوبيت ، والسيدروفيليت ، والأنيت ، والإيستونيت . في المقابل، تُعرَّف المجموعة المعدنية بأنها مجموعة من الفصائل المعدنية ذات بعض الخصائص الكيميائية المشتركة والتي تشترك في بنية بلورية. تتميز مجموعة البيروكسين بصيغة مشتركة هي XY(Si,Al) _{₂O₆ ،} حيث X وY كلاهما كاتيونات، وعادةً ما يكون X أكبر من Y. البيروكسينات هي سيليكات أحادية السلسلة تتبلور إما في النظام البلوري المعيني القائم أو أحادي الميل . وأخيرًا، يُعرف الصنف المعدني بأنه نوع محدد من المعادن يختلف عن غيره في بعض الخصائص الفيزيائية، مثل اللون أو شكل البلورة. ومن الأمثلة على ذلك الجمشت ، وهو نوع بنفسجي من الكوارتز. ^{[ 18 ]}

يُستخدم تصنيفان شائعان للمعادن، وهما تصنيف دانا وتصنيف سترونز؛ ويعتمد كلاهما على التركيب، وتحديدًا فيما يتعلق بالمجموعات الكيميائية المهمة، والبنية. وقد نشر جيمس دوايت دانا ، وهو جيولوجي بارز في عصره، كتابه " نظام علم المعادن" لأول مرة عام 1837؛ اعتبارًا من عام 1997وهو في طبعته الثامنة. يُخصص تصنيف دانا رقمًا رباعيًا لكل نوع من المعادن. يعتمد رقم الفئة على مجموعات تركيبية مهمة؛ ويُحدد النوع نسبة الكاتيونات إلى الأنيونات في المعدن، ويُصنف الرقمان الأخيران المعادن حسب التشابه البنيوي ضمن نوع أو فئة معينة. أما تصنيف سترونز ، الأقل استخدامًا ، والمُسمى نسبةً إلى عالم المعادن الألماني كارل هوغو سترونز ، فهو يعتمد على نظام دانا، ولكنه يجمع بين المعايير الكيميائية والبنيوية، وتتعلق الأخيرة بتوزيع الروابط الكيميائية. ^{[ 100 ]}

بما أن السيليكون والأكسجين يشكلان المكون الرئيسي لقشرة الأرض، فإن السيليكات تُعدّ أهم فئة من المعادن من حيث تكوين الصخور وتنوعها. مع ذلك، تتمتع المعادن غير السيليكاتية بأهمية اقتصادية كبيرة، لا سيما كخامات. ^{[ 101 ] [ 102 ]} تُصنّف المعادن غير السيليكاتية إلى عدة فئات أخرى بناءً على تركيبها الكيميائي السائد، والذي يشمل العناصر الأصلية، والكبريتيدات، والهاليدات، والأكاسيد والهيدروكسيدات، والكربونات والنترات، والبورات، والكبريتات، والفوسفات، والمركبات العضوية. معظم أنواع المعادن غير السيليكاتية نادرة (تشكل 8% فقط من قشرة الأرض)، على الرغم من أن بعضها شائع نسبيًا، مثل الكالسيت، والبيريت ، والماغنيتيت ، والهيماتيت . يُلاحظ نمطان بنيويان رئيسيان في المعادن غير السيليكاتية: التراص المتراص، والهياكل الرباعية المرتبطة الشبيهة بالسيليكات. تُعدّ التراكيب المتراصة طريقةً لتراص الذرات بكثافة مع تقليل الفراغات البينية. يتضمن التراص السداسي المتراص تكديس طبقات حيث تكون كل طبقة ثانية متماثلة ("ababab")، بينما يتضمن التراص المكعب المتراص تكديس مجموعات من ثلاث طبقات ("abcabcabc"). تشمل نظائر رباعيات السيليكات المرتبطة ^هياكل SO₄⁻⁴ ( _{الكبريتات} ) ، ^و PO₄⁻⁴ ( الفوسفات )، و ^AsO₄⁻⁴ ( الزرنيخات ₎ ^، و VO₄⁻⁴ ( الفانادات ). تتمتع المعادن غير السيليكاتية _بأهمية اقتصادية كبيرة ، لأنها تُركّز العناصر فيها أكثر من المعادن السيليكاتية _. ^{[ 103 ]}

تُعدّ السيليكات أكبر مجموعة من المعادن على الإطلاق ؛ إذ تتكون معظم الصخور من أكثر من 95% من معادن السيليكات، ويشكل أكثر من 90% من قشرة الأرض هذه المعادن. ^{[ 104 ]} المكونان الرئيسيان للسيليكات هما السيليكون والأكسجين، وهما العنصران الأكثر وفرة في قشرة الأرض. وتوجد عناصر شائعة أخرى في معادن السيليكات، مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والحديد والكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم، والتي تتطابق مع عناصر شائعة أخرى في قشرة الأرض. ^{[ 105 ]} ومن أهم السيليكات المكونة للصخور: الفلسبارات ، والكوارتز، والأوليفين ، والبيروكسينات ، والأمفيبولات ، والجارنيت ، والميكا .

الوحدة الأساسية للمعادن السيليكاتية هي رباعي الأوجه [SiO₄ _] ⁴⁻ ^. في الغالبية العظمى من الحالات، يرتبط السيليكون بالأكسجين برابطة رباعية أو رباعية الأوجه. في ظروف الضغط العالي جدًا، يرتبط السيليكون بالأكسجين برابطة سداسية أو ثمانية الأوجه، كما هو الحال في بنية البيروفسكايت أو متعدد أشكال الكوارتز ستيشوفيت (SiO₂ ₎ . في الحالة الأخيرة، لا يمتلك المعدن بنية سيليكاتية، بل بنية الروتيل (TiO₂ ₎ ومجموعته المرتبطة بها، وهي أكاسيد بسيطة. تتفاعل رباعيات أوجه السيليكا هذه مع بعضها البعض لتكوين هياكل مختلفة، مثل السلاسل أحادية البعد، والصفائح ثنائية البعد، والهياكل ثلاثية الأبعاد. يتطلب المعدن السيليكاتي الأساسي، حيث لم يحدث تفاعل لرباعيات الأوجه، عناصر أخرى لموازنة الشحنة الأساسية السالبة (⁴⁻). في هياكل السيليكات الأخرى، يلزم وجود تركيبات مختلفة من العناصر لموازنة الشحنة السالبة الناتجة. من الشائع استبدال أيون السيليكون Si⁴⁺ بأيون الألومنيوم Al³⁺ ^{نظرًا لتشابه} نصف القطر الأيوني والشحنة؛ في هذه الحالات، تُشكّل رباعيات الأوجه [AlO₄ _] ⁵⁻ ^نفس البنى التي تُشكّلها رباعيات الأوجه غير المستبدلة، ولكن متطلبات موازنة الشحنة تختلف. ^{[ 106 ]}

يمكن وصف درجة البلمرة من خلال كل من البنية المتكونة وعدد الزوايا رباعية الأوجه (أو الأكسجين المنسق) المشتركة (للألومنيوم والسيليكون في المواقع رباعية الأوجه): ^{[ 107 ] [ 108 ]}

أورثوسيليكات (أو نيسوسيليكات)

لا يوجد ترابط بين متعددات السطوح، وبالتالي فإن رباعيات السطوح لا تشترك في أي زوايا.

ثنائي السيليكات (أو السوروسيليكات)

يحتوي على هرمين رباعيي الأوجه يشتركان في ذرة أكسجين واحدة.

الإينوسيليكات هي سيليكات سلسلة

تحتوي السيليكات أحادية السلسلة على زاويتين مشتركتين، بينما تحتوي السيليكات ثنائية السلسلة على زاويتين أو ثلاث زوايا مشتركة.

السيليكات الصفائحية

تحتوي على بنية صفائحية تتطلب ثلاثة أكسجينات مشتركة؛ في حالة السيليكات ذات السلسلة المزدوجة، يجب أن تشترك بعض رباعيات الأوجه في زاويتين بدلاً من ثلاث، وإلا فإن بنية صفائحية ستنتج.

سيليكات الهيكل (أو التكتوسيليكات)

تحتوي على رباعيات أوجه تشترك في جميع الزوايا الأربع.

سيليكات حلقية (أو سيليكات حلقية)

يكفي أن تشترك الأوجه الرباعية في زاويتين لتشكيل البنية الدورية. ^{[ 108 ]}

يتم وصف الفئات الفرعية للسيليكات أدناه بترتيب تنازلي لدرجة البلمرة.

التكتوسيليكات

تتميز التكتوسيليكات، المعروفة أيضًا باسم سيليكات الهيكل، بأعلى درجة من التبلمر. فمع اشتراك جميع زوايا رباعي الأوجه، تصبح نسبة السيليكون إلى الأكسجين 1:2. ومن أمثلتها الكوارتز، والفلسبارات ، والفلسباثويدات ، والزيوليت . وتميل سيليكات الهيكل إلى أن تكون مستقرة كيميائيًا بشكل خاص نتيجة للروابط التساهمية القوية. ^{[ 109 ]}

يشكل الكوارتز (SiO₂ ₎ 12% من قشرة الأرض، وهو أكثر أنواع المعادن وفرةً. يتميز بمقاومته الكيميائية والفيزيائية العالية. للكوارتز عدة أشكال متعددة، منها الترايديميت والكريستوباليت عند درجات الحرارة العالية، والكوسيت عند الضغط العالي ، والستيشوفيت عند الضغط العالي جدًا . لا يتشكل هذا المعدن الأخير على الأرض إلا بفعل اصطدامات النيازك، وقد تعرض هيكله للضغط الشديد لدرجة أنه تحول من بنية سيليكاتية إلى بنية الروتيل (TiO₂ ₎ . يُعدّ الكوارتز ألفا (α-quartz) أكثر أشكال السيليكا استقرارًا على سطح الأرض. أما نظيره، الكوارتز بيتا (β-quartz)، فلا يوجد إلا عند درجات الحرارة والضغوط العالية (يتحول إلى الكوارتز ألفا عند درجة حرارة أقل من 573 درجة مئوية وضغط 1 بار). يختلف هذان الشكلان المتعددان في "انحناء" الروابط. يُضفي هذا التغيير في البنية على الكوارتز بيتا تناظرًا أكبر من الكوارتز ألفا، ولذلك يُطلق عليهما أيضًا اسم الكوارتز العالي (بيتا) والكوارتز المنخفض (ألفا). ^{[ 104 ] [ 110 ]} 

تُعدّ الفلسبارات المجموعة الأكثر وفرة في قشرة الأرض، بنسبة تقارب 50%. في الفلسبارات، يحلّ أيون الألومنيوم الثلاثي (Al³⁺) ^محلّ أيون السيليكون الرباعي (Si⁴⁺ ₎ ^، مما يُحدث اختلالًا في الشحنة الكهربائية يجب معالجته بإضافة الكاتيونات. يصبح التركيب الأساسي إما [AlSi₃O₈ _] ⁻ ^أو [Al₂Si₂O₈ _] ²⁻ ^. يوجد 22 نوعًا معدنيًا من الفلسبارات، تُقسّم إلى مجموعتين فرعيتين رئيسيتين: الفلسبارات القلوية والفلسبارات _{البلاجيوكلازية} ، ومجموعتين أقل شيوعًا: الفلسبارات السيلسيانية والفلسبارات البانالسيتية . تتواجد الفلسبارات القلوية غالبًا في سلسلة _{تتراوح بين الأورثوكلاز الغني بالبوتاسيوم} والألبيت الغني بالصوديوم ؛ أما في حالة الفلسبار البلاجيوكلاز، فتتراوح السلسلة الأكثر شيوعًا من الألبيت إلى الأنورثيت الغني بالكالسيوم . يُعدّ التوأمة البلورية شائعة في الفلسبارات، وخاصةً التوأمة متعددة التركيب في البلاجيوكلاز وتوائم كارلسباد في الفلسبارات القلوية. إذا بردت المجموعة الأخيرة ببطء من حالة الانصهار، فإنها تُشكّل صفائح انفصال لأن المكونين - الأورثوكلاز والألبيت - غير مستقرين في المحلول الصلب. يمكن أن يكون الانفصال على نطاق يتراوح من المجهري إلى المرئي بوضوح في العينة اليدوية؛ يتشكل النسيج البيرثيتي عندما ينفصل الفلسبار الغني بالصوديوم في مادة مضيفة غنية بالبوتاسيوم. أما النسيج المعاكس (المضاد للبيرثيتي)، حيث ينفصل الفلسبار الغني بالبوتاسيوم في مادة مضيفة غنية بالصوديوم، فهو نادر جدًا. ^{[ 111 ]}

تتشابه الفلسباثويدات بنيويًا مع الفلسبار، لكنها تختلف عنه في أنها تتشكل في ظروف نقص السيليكون، مما يسمح باستبداله لاحقًا بأيونات الألومنيوم الثلاثية (Al³⁺ ⁾ . ونتيجة لذلك، نادرًا ما توجد الفلسباثويدات مصاحبة للكوارتز. ومن الأمثلة الشائعة على الفلسباثويدات النيفيلين ((Na, K)AlSiO₄ ₎ ؛ فمقارنةً بالفلسبار القلوي، تبلغ نسبة Al₂O₃:SiO₂ في النيفيلين ₁ : _{2 ،} بينما تبلغ 1:6 في الفلسبار القلوي. ^{[ 112 ]} غالبًا ما تتميز الزيوليتات بأشكال بلورية مميزة، فتوجد على هيئة إبر أو صفائح أو كتل مكعبة. تتشكل الزيوليتات في وجود الماء عند درجات حرارة وضغوط منخفضة، وتحتوي بنيتها على قنوات وفراغات. وللزيوليتات تطبيقات صناعية عديدة، لا سيما في معالجة مياه الصرف الصحي. ^{[ 113 ]}

السيليكات الصفائحية

تتكون السيليكات الصفائحية من صفائح من رباعيات الأوجه المتعددة. ترتبط هذه الرباعيات بثلاثة مواقع أكسجين، مما يُعطي نسبة سيليكون إلى أكسجين مميزة تبلغ 2:5. من الأمثلة المهمة عليها الميكا والكلوريت ومجموعات الكاولينيت والسربنتين . بالإضافة إلى رباعيات الأوجه، تحتوي السيليكات الصفائحية على صفيحة من ثمانيات الأوجه (عناصر ذات تنسيق سداسي مع الأكسجين) تُوازن رباعيات الأوجه الأساسية، والتي تحمل شحنة سالبة (مثل [Si₄O₁₀ _] ⁴⁻ ₎ ^. تتراص صفائح رباعيات الأوجه (T) وثمانيات الأوجه (O) هذه بتراكيب متنوعة لتكوين طبقات السيليكات الصفائحية. ضمن صفيحة ثمانيات الأوجه، توجد ثلاثة مواقع ثمانية الأوجه في وحدة التركيب؛ ومع ذلك، قد لا تكون جميع المواقع مشغولة. في هذه الحالة، يُطلق على المعدن اسم ثنائي ثماني الأوجه، بينما في الحالة الأخرى يُطلق عليه اسم ثلاثي ثماني الأوجه. ^{[ 114 ]} ترتبط الطبقات بروابط ضعيفة من نوع فان دير فالس ، أو الروابط الهيدروجينية ، أو الروابط الأيونية المتفرقة ، مما يتسبب في ضعف بلوري، ويؤدي بدوره إلى انقسام قاعدي بارز بين السيليكات الصفائحية. ^{[ 115 ]}

تتكون مجموعة الكاولينيت-السربنتين من رصات ثمانية الأوجه (معادن الطين بنسبة 1:1)؛ وتتراوح صلابتها بين 2 و4، حيث ترتبط الصفائح بروابط هيدروجينية. أما معادن الطين بنسبة 2:1 (البيروفيلليت-التلك) فتتكون من رصات ثمانية الأوجه، لكنها أكثر ليونة (صلابتها من 1 إلى 2)، لأنها ترتبط معًا بقوى فان دير فالس. تُصنف هاتان المجموعتان من المعادن إلى مجموعات فرعية حسب التوزيع الإلكتروني لثماني الأوجه؛ فالكاولينيت والبيروفيلليت ثنائيا ثماني الأوجه، بينما السربنتين والتلك ثلاثيا ثماني الأوجه. ^{[ 116 ]}

تُعدّ الميكا أيضًا من السيليكات الصفائحية ذات التراص TOT، لكنها تختلف عن باقي أفراد الفئات الفرعية ذات التراص TOT وTO في احتوائها على الألومنيوم في الصفائح رباعية الأوجه (بينما تحتوي معادن الطين على أيونات Al³⁺ ^في المواقع ثمانية الأوجه). من الأمثلة الشائعة على الميكا: المسكوفيت وسلسلة البيوتيت . ترتبط طبقات الميكا TOT معًا بواسطة أيونات معدنية، مما يمنحها صلابة أكبر من معادن السيليكات الصفائحية الأخرى، مع احتفاظها بانفصام قاعدي مثالي. ^{[ 117 ]} ترتبط مجموعة الكلوريت بمجموعة الميكا، ولكن توجد طبقة شبيهة بالبروسيت (Mg(OH) _₂ ) بين طبقات TOT. ^{[ 118 ]}

بسبب تركيبها الكيميائي، تتميز السيليكات الصفائحية عادةً بطبقات مرنة وشفافة عازلة للكهرباء، ويمكن تقسيمها إلى رقائق رقيقة جدًا. يُستخدم الميكا في الإلكترونيات كعازل، وفي البناء، وكحشو بصري، وحتى في مستحضرات التجميل. يُعد الكريسوتيل، وهو نوع من السربنتين، أكثر أنواع المعادن شيوعًا في الأسبستوس الصناعي، نظرًا لكونه أقل خطورة على الصحة من أسبستوس الأمفيبول. ^{[ 119 ]}

الإينوسيليكات

تتكون الإينوسيليكات من رباعيات أوجه مرتبطة بشكل متكرر في سلاسل. قد تكون هذه السلاسل مفردة، حيث يرتبط رباعي أوجه باثنين آخرين لتشكيل سلسلة متصلة؛ أو قد تندمج سلسلتان لتكوين سيليكات ثنائية السلسلة. تحتوي السيليكات أحادية السلسلة على نسبة سيليكون إلى أكسجين تبلغ 1:3 (مثل [Si₂O₆ _{] ⁴⁻} ) ^، بينما تحتوي السيليكات ثنائية السلسلة على نسبة 4:11، مثل [Si₈O₂₂ ] _¹²⁻ ^. تحتوي الإينوسيليكات على مجموعتين معدنيتين مهمتين لتكوين الصخور؛ السيليكات أحادية السلسلة هي في الغالب بيروكسينات ، بينما السيليكات ثنائية السلسلة هي في الغالب أمفيبولات . [ ^{120 ] توجد} _سلاسل ذات رتب أعلى (مثل السلاسل الثلاثية والرباعية والخماسية، إلخ) ولكنها نادرة. ^{[ 121 ]}

تتألف مجموعة البيروكسين من 21 نوعًا معدنيًا. ^{[ 122 ]} للبيروكسينات الصيغة البنائية العامة XY(Si₂O₆ ₎ ، حيث يمثل X موقعًا ثماني السطوح، بينما يتراوح عدد التناسق لـ Y من ستة إلى ثمانية. تتكون معظم أنواع البيروكسين من تباديل مختلفة من Ca²⁺ _و ^Fe²⁺ و Mg²⁺ ^{لموازنة الشحنة السالبة على هيكلها. تنتشر البيروكسينات في قشرة الأرض (حوالي 10%) ،} وهي مكون رئيسي للصخور النارية المافية. ^{[ 123 ]}

تتميز الأمفيبولات بتنوعها الكيميائي الكبير، حيث وُصفت بأوصافٍ مختلفة، منها "مجمع نفايات معدنية" أو "قرش معدني يسبح في بحر من العناصر". يتكون الهيكل الأساسي للأمفيبولات من [Si₈O₂₂ _] ¹²⁻ _، وهو ^متوازن بواسطة كاتيونات في ثلاثة مواقع محتملة، مع العلم أن الموقع الثالث ليس دائمًا مستخدمًا، ويمكن لعنصر واحد أن يشغل كلا الموقعين المتبقيين. تكون الأمفيبولات عادةً مُمَيَّأة، أي أنها تحتوي على مجموعة هيدروكسيل ([OH] ^⁻ )، مع إمكانية استبدالها بأيون فلوريد أو كلوريد أو أكسيد. ^{[ 124 ]} ونظرًا لهذا التنوع الكيميائي، يوجد أكثر من 80 نوعًا من الأمفيبول، مع أن الاختلافات، كما هو الحال في البيروكسينات، تتضمن في الغالب مخاليط من Ca²⁺ ^و Fe²⁺ ^و Mg²⁺ ^. [ ^{122 ] ويمكن} أن تتخذ بعض أنواع معادن الأمفيبول شكلًا بلوريًا شبيهًا بالأسبستوس . تُشكّل معادن الأسبستوس أليافًا طويلة، رفيعة، مرنة، وقوية، وهي عوازل كهربائية، خاملة كيميائيًا، ومقاومة للحرارة؛ ولذلك، لها استخدامات عديدة، لا سيما في مواد البناء. مع ذلك، يُعرف الأسبستوس بأنه مادة مسرطنة، ويُسبب أمراضًا أخرى متنوعة، مثل داء الأسبستوس ؛ ويُعتبر الأسبستوس الأمفيبولي ( الأنثوفيليت ، والترموليت ، والأكتينوليت ، والغرونيريت ، والريبيكيت ) أكثر خطورة من الأسبستوس السربنتيني الكريسوتيلي . ^{[ 125 ]}

السيليكات الحلقية

^{تتميز السيليكات الحلقية ،} أو السيليكا الحلقية، بنسبة سيليكون إلى أكسجين تبلغ 1:3. وتُعد الحلقات السداسية الأكثر شيوعًا، ببنية أساسية هي [Si₆O₁₈ _] ¹²⁻ _؛ ومن أمثلتها مجموعة التورمالين والبيريل . وتوجد بنى حلقية أخرى ، حيث وُصفت بنى 3 و4 و8 و9 و12. ^{[ 126 ]} وتتميز السيليكات الحلقية بقوتها، وبلوراتها المطولة والمخططة. ^{[ 127 ]}

_تتميز التورمالينات بتركيب كيميائي معقد للغاية، يمكن وصفه بالصيغة العامة XY₃Z₆(BO₃)₃T₆O₁₈V₃W. يمثل T₆O₁₈ _البنية الحلقية _{الأساسية} ، _حيث يكون _T عادةً Si⁴⁺ ، ولكنه _قابل للاستبدال بـ Al³⁺ ^أو B³⁺ ^{. يمكن تصنيف التورمالينات إلى مجموعات فرعية حسب شغل الموقع X، ومن ثم تقسيمها} _بشكل أدق حسب التركيب الكيميائي للموقع _{W. يمكن للموقعين Y} و _Z استيعاب مجموعة متنوعة من الكاتيونات، وخاصةً المعادن الانتقالية المختلفة؛ هذا التباين في محتوى المعادن الانتقالية البنيوي يمنح مجموعة التورمالين تنوعًا أكبر في اللون. تشمل السيليكات الحلقية الأخرى البريل، Al₂Be₃Si₆O₁₈ _{، الذي تشمل} أنواعه الأحجار الكريمة الزمرد (الأخضر) والأكوامارين (الأزرق). ^{الكوردييريت} مشابه بنيويًا للبريل ، وهو معدن متحول شائع . ^{[ 128} _]

السيليكات السورو

تتميز السوروسيليكات ^، التي تُسمى أيضًا ثنائيات السيليكات، بروابط رباعية الأوجه عند ذرة أكسجين واحدة، مما ينتج عنه نسبة 2:7 من السيليكون إلى الأكسجين. العنصر البنائي المشترك الناتج هو مجموعة [Si₂O₇ _] ⁶⁻ _. تُعد ثنائيات السيليكات الأكثر شيوعًا هي تلك التي تنتمي إلى مجموعة الإيبيدوت . توجد الإيبيدوتات في بيئات _{جيولوجية} متنوعة، بدءًا من سلسلة جبال منتصف المحيط وصولًا إلى الجرانيت والصخور المتحولة الرسوبية . تتكون الإيبيدوتات من بنية [(SiO₄ ₎ (Si₂O₇ ₎ ] ^¹⁰⁻ ؛ على سبيل المثال ، يحتوي معدن الإيبيدوت على الكالسيوم والألومنيوم والحديديك لتحقيق التوازن الشحني: Ca₂Al₂ _{( Fe³⁺} , Al )(SiO₄ ) ⁽ _Si₂O₇ ) _O (OH) _. يساعد وجود الحديد على شكل Fe ³⁺ و Fe ^{2+ في تخفيف} ضغط الأكسجين ، وهو ما يمثل بدوره عاملاً مهماً في تكوين الصخور. ^{[ 129 ]}

ومن الأمثلة الأخرى على السوروسيليكات: اللوسونيت ، وهو معدن متحول يتشكل في نطاق الشست الأزرق (بيئة منطقة الاندساس ذات درجة حرارة منخفضة وضغط عالٍ)، والفيسوفيانيت ، الذي يحتوي على كمية كبيرة من الكالسيوم في تركيبه الكيميائي. ^{[ 129 ] [ 130 ]}

الأورثوسيليكات

تتكون الأورثوسيليكات من رباعيات أوجه معزولة متوازنة الشحنة بواسطة كاتيونات أخرى. ^{[ 131 ]} يُطلق على هذا النوع من السيليكات أيضًا اسم النيسوسيليكات، وتبلغ نسبة السيليكون إلى الأكسجين فيه 1:4 (مثل SiO₄ ₎ . تميل الأورثوسيليكات النموذجية إلى تكوين بلورات متساوية الأبعاد، وتتميز بصلابتها. ^{[ 132 ]} تنتمي العديد من المعادن المكونة للصخور إلى هذه الفئة الفرعية، مثل الألومينوسيليكات، ومجموعة الأوليفين، ومجموعة العقيق.

تتكون معادن الألومينوسيليكات - الكيانيت والأندلوسيت والسيليمانيت، وجميعها Al₂SiO₅ - _{من بنية} رباعية الأوجه [SiO₄ ] _⁴⁻ ^، وأيون Al³⁺ واحد ^{في تنسيق ثماني الأوجه. يمكن أن يكون أيون Al³⁺} المتبقي في تنسيق سداسي (الكيانيت)، أو خماسي (الأندلوسيت) ، أو رباعي (السيليمانيت)؛ ويعتمد نوع المعدن المتكون في بيئة معينة على ظروف الضغط ودرجة الحرارة. في بنية الأوليفين، تتكون سلسلة الأوليفين الرئيسية (Mg,Fe) _₂SiO₄ من الفورستريت الغني بالمغنيسيوم والفاياليت الغني بالحديد. يرتبط كل من الحديد والمغنيسيوم بالأكسجين في تنسيق ثماني الأوجه. توجد أنواع معدنية أخرى ذات هذه البنية _، مثل التيفرويت ، _{Mn₂SiO₄ .} ^{[ 133 ]} تتميز مجموعة العقيق بالصيغة العامة X₃Y₂ ₍ SiO₄ _{) ₃ ،} حيث يمثل X كاتيونًا كبيرًا ثماني التنسيق، بينما يمثل Y كاتيونًا أصغر سداسي التنسيق. يوجد ستة أشكال نهائية مثالية للعقيق، مقسمة إلى مجموعتين. تحتوي عقيق البيرالسبيت على أيون الألومنيوم الثلاثي ( _Al³⁺ ⁾ في الموقع Y: البيروب ( _Mg₃Al₂ ( SiO₄ ) _{₃ )} ، والألماندين ( _Fe₃Al₂ ( _SiO₄ ) _{₃ )} ، والسبسارتين ( _Mn₃Al₂ ( SiO₄ ) _{₃ ) .} تحتوي أنواع العقيق الأوغرانديتي على أيونات الكالسيوم (Ca²⁺ ₎ ^في الموقع X: اليوفاروفيت (Ca₃Cr₂ ₍ SiO₄ ₎ ₃ ₎ ، والغروسولار (Ca₃Al₂ ₍ SiO₄ ₎ ₃ ₎ ، والأندراديت ( Ca₃Fe₂ ₍ SiO₄ ₎ ₃ _{) . وعلى الرغم من وجود مجموعتين} فرعيتين من العقيق، _إلا أن المحاليل الصلبة تتواجد بين جميع الأنواع الستة النهائية. ^{[ 131 ]}

تشمل معادن الأورثوسيليكات الأخرى الزركون والستوروليت والتوباز . يُعد الزركون (ZrSiO₄ ) مفيدًا في علم تحديد العمر الجيولوجي، إذ يمكن لأيون اليورانيوم سداسي التكافؤ (U⁶⁺) أن يحل محل أيون الزركونيوم رباعي التكافؤ (Zr⁴⁺ ) ^؛ _علاوة ^على ذلك، ونظرًا لبنيته شديدة المقاومة، يصعب إعادة ضبطه كأداة لتحديد العمر. أما الستوروليت فهو معدن مؤشر شائع في الصخور المتحولة متوسطة الدرجة. يتميز ببنية بلورية معقدة للغاية لم تُوصف بالكامل إلا في عام 1986. ويُعد التوباز (Al₂SiO₄ ₍ F,OH) _{₂ )} ، الذي غالبًا ما يوجد في البغماتيت الجرانيتي المرتبط بالتورمالين ، من المعادن الشائعة في الأحجار الكريمة . ^{[ 134 ]}

تتطور أنظمة تصنيف المعادن وتعريفاتها لمواكبة التطورات الحديثة في علم المعادن. وشملت التغييرات الأخيرة إضافة فئة عضوية، في كلٍ من نظامي دانا وسترونز الجديدين للتصنيف . ^{[ 154 ] [ 155 ]} تضم الفئة العضوية مجموعة نادرة جدًا من المعادن التي تحتوي على هيدروكربونات . اعتمدت لجنة المعادن الجديدة وأسماء المعادن التابعة للمعهد الدولي للمعادن في عام 2009 نظامًا هرميًا لتسمية وتصنيف مجموعات المعادن وأسماء المجموعات، وأنشأت سبع لجان وأربع مجموعات عمل لمراجعة وتصنيف المعادن في قائمة رسمية بأسمائها المنشورة. ^{[ 156 ] [ 157 ]} ووفقًا لهذه القواعد الجديدة، "يمكن تجميع أنواع المعادن بعدة طرق مختلفة، على أساس التركيب الكيميائي، أو البنية البلورية، أو التواجد، أو الارتباط، أو التاريخ الجيني، أو الموارد، على سبيل المثال، اعتمادًا على الغرض من التصنيف." ^{[ 156 ]}