วิทยาศาสตร์พื้นพิภพ บทที่ 2

          ความถ่วงจำเพาะ (specific gravity) เป็นการกำหนดความหนาแน่นของแร่ แร่สองชนิดมีขนาดเท่ากัน แต่น้ำหนักอาจไม่เท่ากัน ความถ่วงจำเพาะของแร่จะกำหนดด้วยน้ำหนัก โดยเทียบกับน้ำหนักของน้ำ น้ำมีความถ่วงจำเพาะ 1 ถ้าแร่มีความถ่วงจำเพาะ 2.7 แสดงว่าแร่นั้นมีความหนักมากกว่าน้ำ 2.7 เท่า ความถ่วงจำเพาะแบ่งเป็น 3 ช่วงคือ

          • น้อยกว่า 2
          • ระหว่าง 2-4.5
          • มากกว่า 4.5 ขึ้นไป

          แร่ที่มีความถ่วงจำเพาะสูงๆ มากมักจะเป็นแร่พวกโลหะ และแร่ที่มีความเบาอาจเป็นเพราะว่ามีส่วนประกอบอื่นผสมอยู่ และขึ้นอยู่กับโครงสร้างของแร่ด้วย

          ในการหาค่าความถ่วงจำเพาะนั้นจะต้องใช้เครื่องมือในห้องปฎิบัติการทางวิทยาศาสตร์   อุปกรณ์   สารเคมี ที่ใช้หาความถ่วงจำเพาะมาตรฐาน


ควอตซ์ ความถ่วงจำเพาะประมาณ 2.7	กาลีนา ความถ่วงจำเพาะประมาณ 7.5	ทอง ความถ่วงจำเพาะประมาณ 20

ภาพที่ 2.15 แสดงตัวอย่างแร่ที่ความถ่วงจำเพาะต่างๆกัน

          ความมันวาว (luster) เป็นลักษณะพิเศษของแร่ที่มีการสะท้อนแสงโดยจะสามารถแยกแร่ที่มีความใสและแร่ที่มีความขุ่นมัวได้ด้วยการดูความมันวาวของแร่ ความวาวแบ่งได้ดังนี้ คือ

          • วาวโลหะ (metallic luster) จะเป็นแร่ที่ประกอบด้วยโลหะทึบและสะท้อนแสงมักจะมีสารประกอบกำมะถัน และสารประกอบออกซิเจนอยู่ด้วย เช่น กาลีนา ไพไรต์ แร่พวกนี้มักจะมีสีเข้ม
          • วาวอโลหะ (nonmetallic luster) จะมีลักษณะเกือบจะทึบหรือทึบทั้งหมดและสะท้อนกลับได้ แร่มักมีสีอ่อน
          • วาวคล้ายแก้ว (viteous luster) หรือ glassy luster เป็นแร่ที่มีความวาวกว่า 70 %     แร่จำพวกนี้จะมีความวาวคล้ายแก้วสะท้อนกลับเหมือนแก้ว ส่วนใหญ่ประกอบไปด้วย ซิลิเกต คาร์บอเนต ฟอสเฟต ซัลเฟต สารประกอบฮาโลเจน และไฮดรอกไซด์ เช่น ควอตซ์ แคลไซต์ ฟลูออไรด์
          • วาวคล้ายเพชร (adamantine luster) จะโปร่งแสง  มีดัชนีการหักเหของแสง และวาวคล้ายเพชร เช่น   แคสชิเทอไรต์ วาเนดิไนต์
          • วาวคล้ายยางสน (resinous luster) เป็นแร่ที่มีความวาวสีเหลืองหรือออกสีน้ำตาล คล้ายขี้ผึ้งหรือเทียนไข เช่น กำมะถัน

• วาวคล้ายไหม (silky luster) แร่พวกนี้จะมีความวาวในลักษณะของเส้นใยเหมือนเสื้อผ้าไหม เช่น ยิปซัม

• วาวคล้ายมุก (pearly luster) จะมีความวาวเหมือนด้านในของเปลือกหอยหรือมุข เช่น ทัลก์ มัสโคไวต์

• วาวคล้ายทาด้วยน้ำมัน (greasy luster) เหมือนกับแร่ที่ถูกทาด้วยน้ำมัน ได้แก่ โอปอบางชนิด
• วาวแบบทึบ (dull luster) จะมีการสะท้อนกลับของแสงไม่ดี ส่วนมากจะมีผิวขรุขระและเป็นรูบนพื้นผิว เช่น เคโอลิน

อนึ่ง ความหมายของแร่ ในกฎหมายไทยตามพระราชบัญญัติแร่ พ.ศ.2510 หมายถึง ทรัพยากรธรณีที่เป็นอนินทรียวัตถุ มีส่วนประกอบทางเคมีกับลักษณะทางฟิสิกส์แน่นอนหรือเปลี่ยนแปลงได้เล็กน้อยไม่ว่าจะต้องถลุงหรือหล่อก่อนใช้หรือไม่ และหมายรวมถึงถ่านหิน หินน้ำมัน หินอ่อน โลหะ และตะกรันที่ได้จากโลหกรรม น้ำเกลือใต้ดิน หินซึ่งกฎกระทรวงกำหนดเป็นหินประดับ หรือหินอุตสาหกรรม แต่ทั้งนี้ไม่รวมถึงน้ำ เกลือสินเธาว์ ลูกรัง หิน ดิน หรือทราย

เราอาจจำแนกแร่ตามลักษณะปรากฎและการใช้ประโยชน์ได้ดังนี้

• แร่ประกอบหิน (rock forming minerals) คือ แร่ที่มักพบประกอบอยู่ในหินชนิดต่างๆ เป็นกลุ่มแร่ซิลิเกตที่มีธาตุสำคัญที่เป็นส่วนประกอบ ได้แก่ ซิลิกอน ออกซิเจน อะลูมิเนียม เหล็ก แคลเซียม โซเดียม แมกนีเซียม และโพแทสเซียม ผสมอยู่ เช่น ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ ไมกา ไพรอกซีน แคลไซต์ แร่ประกอบหินพวกนี้ส่วนใหญ่ไม่ค่อยได้นำมาใช้ประโยชน์ เพราะแร่เหล่านี้จะกระจายอยู่ในเนื้อหิน ยากต่อการนำออกมาใช้ นอกจากจะมีปริมาณมากๆ ก็อาจนำมาใช้ได้ ส่วนใหญ่ใช้เพื่อประดับตกแต่งมากกว่า หรือว่าจะนำมาใช้โดยตรง เช่น ใช้ในการก่อสร้าง ได้แก่ หินแกรนิต หินอ่อน หินดินดาน หินปูน เป็นต้น

ภาพที่ 2.16 หินปูน

ภาพที่ 2.17 หินแกรนิต
ที่มา : http://www.sgu.se/pics/
geol_samhall_sve_berg/granit.jpg

          • แร่เศรษฐกิจ (economic minerals) คือ แร่ที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจและใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

                    1. แร่โลหะ (metallic minerals) คือ แร่ที่มีธาตุโลหะเป็นส่วนประกอบสำคัญสามารถนำไปสกัดแยกเอาโลหะในแร่มาใช้ได้ เช่น ดีบุก เหล็ก เงิน ตะกั่ว และแร่ทองคำ
                    2. แร่อโลหะ (non-metallic minerals) คือ แร่ที่ไม่มีธาตุโลหะเป็นส่วนประกอบสำคัญ สามารถนำมาใช้โดยตรงได้เลย หรือมีการแปรสภาพบ้าง เช่น เฟลด์สปาร์ โดโลไมต์ ยิปซัม ควอตซ์ และแบไรต์ เป็นต้น

การจำแนกชนิดของแร่ อาจแบ่งตามส่วนประกอบทางเคมีได้ดังนี้คือ

          1. ธาตุธรรมชาติ (native elements) เป็นแร่ที่มีธาตุเดียวที่เกิดในธรรมชาติ เช่น ทองคำ กำมะถัน เพชร
          2. ซัลไฟด์ (sulfides) เป็นแร่ที่เกิดเป็นสารประกอบ จะประกอบด้วยโลหะกับกำมะถันส่วนมากเป็นแร่โลหะ เช่น กาลีนา
          3. ซัลโฟซอลต์ (sulfosalts) เป็นแร่ที่ประกอบด้วยตะกั่วหรือทองแดง หรือเงินกับกำมะถัน และพลวงหรืออาร์เซนิก หรือมิสมัสประกอบอยู่ด้วย คือเป็นแบบ double sulphide
          4. ออกไซด์ (oxides) เป็นแร่ที่ประกอบด้วยธาตุโลหะกับออกซิเจน เช่น ฮีมาไทต์
          5. เฮไลด์ (halides) เป็นแร่ที่มี คลอไรด์ โบรไมด์ หรือ ไอโอไดด์ เป็นองค์ประกอบ
          6. คาร์บอเนต (carbonates) เป็นแร่ที่มีหมู่คาร์บอเนตประกอบอยู่ เช่น แคลไซต์ แร่บอเรต
          7. ไนเตรต (nitrates) เป็นแร่ที่มีหมู่ไนเตรต ประกอบอยู่ เช่น ไนเตอร์
          8. บอเรต (borates) เช่น บอแรกซ์
          9. ฟอสเฟต (phosphates) เป็นแร่ที่มีหมู่ฟอสเฟตประกอบอยู่เช่น อะพาไทต์
          10. ซัลเฟต (sulfates)เป็นแร่ที่มีหมู่ซัลเฟต ประกอบอยู่ เช่น แบไรต์
          11. ซิลิเกต (silicates) เป็นกลุ่มแร่ที่พบมากที่สุดมักเรียกกันว่าแร่ประกอบหิน คือ มี ซิลิเกต เป็นองค์ประกอบที่สำคัญ เช่น โอลิวีน และ ทัลก์

สมบัติทางเคมีของแร่

การตรวจสมบัติทางเคมีของแร่นั้นมีหลายวิธี แต่การตรวจสอบขั้นต้นควรใช้วิธีที่ไม่ยุ่งยาก เช่น

• การทำปฎิกิริยากับกรด โดยใช้กรดเกลือ (กรดไฮโดรคลอริก HCl) ในการทำปฎิกิริยา แร่พวกคาร์บอเนตจะทำปฎิกิริยากับกรดเกลืออย่างเห็นได้ชัด แร่ตัวอื่นอาจจะมีบ้างเล็กน้อย โดยทั่วไปแล้วจะใช้กรดเกลือหยดลงบนผิวแร่หรือผงแร่ เพียง 1-2 หยด แร่บางชนิดไวต่อกรด แต่บางชนิดต้องอุ่นด้วยเปลวไฟ ถ้าเป็นพวกคาร์บอเนต เช่น แคลไซต์ จะทำปฏิกิริยากับกรดเกลือทันที คือ จะให้ฟองก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และแร่บางชนิดจะต้องให้ความร้อนก่อนจึงจะทำปฏิกิริยาได้ เช่น โรโดโครไซต์ บางพวกทำปฏิกิริยาช้าให้ก๊าซที่มีกลิ่นเหม็น ได้แก่ สฟาเลอไรต์ แร่พวกแมงกานีสก็ทำปฏิกิริยาช้า เช่นกัน และให้กลิ่นคลอรีน

• การละลายในกรด วิธีนี้จะสังเกตปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างการละลาย และสีของสารละลาย ซึ่งรวมๆ กันแล้วจะทำให้ทราบได้ว่ามีธาตุอะไรบ้าง กรดที่ใช้เป็นตัวทำละลายได้แก่ กรดเกลือ (HCl) กรดดินประสิว (HNO₃) กรดกำมะถัน (H₂SO₄) แร่ที่จะนำมาทดสอบการละลายจะต้องมีลักษณะเป็นผงละเอียด ขั้นตอนมีดังนี้

1. ทดลองใช้กรดเกลือก่อน ถ้าไม่ละลายจึงใช้กรดดินประสิว ถ้ายังไม่ละลายอีกให้ใช้กรดกำมะถัน

2. ดูปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น ว่าผงแร่มีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ ถ้าละลาย มีฟองหรือไม่ ช้าหรือเร็ว มีการละลายของสารเกิดขึ้นหรือไม่

ตัวอย่างการเกิดปฏิกิริยาการละลายในกรด

แร่	ผลของปฏิกิริยา
คาร์บอเนต	จะมีฟองเกิดขึ้นมาก
แมงกานีสออกไซด์	มีกลิ่นคลอลีนฉุน
โคบอลต์	ให้สารละลายสีชมพู
เหล็ก	ให้สารละลายสีเหลือง น้ำตาล หรือ น้ำตาลแดง
นิเกิล ทองแดง	ให้สารละลายสีเขียวหรือฟ้า
ซัลไฟด์	มีกลิ่นเหมือนกลิ่นไข่เน่า

• การตรวจดูสีของเปลวไฟ สีของเปลวไฟจะทำให้รู้ว่ามีธาตุอะไรอยู่

ตัวอย่างสีของเปลวไฟของธาตุแต่ละชนิด

สีของเปลวไฟ	ธาตุ
แดงเข้ม	สทรอนเซียม (Sr) ลิเทียม (Li)
ส้ม	แคลเซียม (Ca)
เหลืองจัด	โซเดียม (Na)
เขียวปนเหลือง	แบเรียม (Ba) โมลิบดินัม (Mo) โบรอน (B)
เขียวมรกต	ทองแดง (Cu)
ฟ้าคราม	ทองแดง (Cu)
ฟ้าคราม (เปลวทองแดงคลอไรต์)	คลอรีน (Cl)
เขียวปนฟ้าอ่อน	ฟอสฟอรัส (P)
เขียวปนฟ้า	สังกะสี (Zn)
เขียวอ่อน	พลวง (Sb)
ฟ้าครามอ่อนๆ	ตะกั่ว (Pb)
ม่วง	โพแทสเซียม (K)