矿物学

矿物学是一门地质学学科，专门研究矿物和矿化制品的化学、晶体结构和物理（包括光学）特性。矿物学的具体研究包括矿物的起源和形成过程、矿物的分类、它们的地理分布以及它们的利用。

早期的矿物学著作，尤其是宝石学著作，来自古巴比伦、古希腊罗马世界、古代和中世纪中国，以及古印度和古代伊斯兰世界的梵文文本。书籍上的主题包括在自然史的普林尼，不仅描述了许多不同的矿物，而且解释他们的许多性质，并基塔人Jawahir（宝石的书）由波斯科学家比鲁尼。在德国文艺复兴专家格奥尔格·阿格里科拉所写的作品，如Deremetala(OnMetals,1556)和DeNaturaFossilium(OntheNatureofRocks,1546)开始了该主题的科学方法。对文艺复兴后欧洲发展起来的矿物和岩石的系统科学研究。现代矿物学研究建立在晶体学原理（几何晶体学的起源本身可以追溯到18和19世纪实践的矿物学）和本发明的岩石截面的显微研究17世纪的显微镜。

NicholasSteno于1669年首次在石英晶体中观察到界面角恒定定律（也称为晶体学xxx定律）。这后来被Jean-BaptisteL.Romédel'Islee通过实验推广和建立在1783年。RenéJustHaüy，“现代晶体学之父”，表明晶体是周期性的，并确定晶面的方向可以用有理数表示，如后来在米勒指数中编码。:41814年，JönsJacobBerzelius根据矿物的化学性质而非晶体结构对矿物进行了分类。威廉·尼科尔(WilliamNicol)于1827年至1828年在研究化石木材的同时，开发了可偏振光的尼科尔棱镜；HenryCliftonSorby表明，可以使用偏光显微镜通过其光学特性来识别矿物的薄片。amesD.Dana于1837年出版了他的xxx版矿物学系统，并在后来的版本中介绍了一种化学分类，该分类仍然是标准。X射线衍射由MaxvonLaue证明1912年，由威廉·亨利·布拉格和威廉·劳伦斯·布拉格的父子团队发展成为分析矿物晶体结构的工具。

晶体结构是晶体中原子的排列。它由点阵表示，点阵在三个维度上重复基本模式，称为单元格。晶格可以通过其对称性和晶胞的尺寸来表征。这些维度由三个米勒指数表示。:91-92晶格通过关于晶格中任何给定点的某些对称操作保持不变：反射、旋转、反转和旋转反转，旋转和反射的组合。它们一起构成了一个数学对象，称为晶体学点群或晶体类。有32种可能的晶体类别。此外，还有移动所有点的操作：平移、螺旋轴和滑行平面。结合点对称性，它们形成了230个可能的空间群。:125–126

大多数地质部门都有X射线粉末衍射设备来分析矿物的晶体结构。:54-55X射线的波长与原子之间的距离处于同一数量级。衍射，散射在不同原子上的波之间的相长和相消干涉，会导致不同的高强度和低强度模式，这取决于晶体的几何形状。在研磨成粉末的样品中，X射线对所有晶体方向的随机分布进行采样。粉末衍射可以区分手工样品中可能看起来相同的矿物，例如石英及其多晶型鳞石英和方石英。

不同成分的同晶矿物具有相似的粉末衍射图，主要区别在于线的间距和强度。例如，Na氯(岩盐)晶体结构为Fm3m空间群；该结构由钾盐(K氯）、方镁石（镁哦),布生石(Ni哦),方铅矿(Pb秒),阿拉芒特(Mn秒),氯银矿(Ag氯),和osbornite(TiN）。

少数矿物是化学元素，包括硫、铜、银和金，但绝大多数是化合物。鉴别成分的经典方法是湿化学分析，它涉及将矿物质溶解在酸中，例如盐酸(H)。氯）。然后使用比色法、体积分析或重量分析确定溶液中的元素。

自1960年以来，大多数化学分析都是使用仪器完成的。其中之一，原子吸收光谱，类似于湿化学，因为样品仍然必须溶解，但它更快更便宜。溶液被蒸发并在可见光和紫外光范围内测量其吸收光谱。:225–226其他技术包括X射线荧光、电子微探针分析、原子探针断层扫描和光学发射光谱。

生物矿物学是矿物学、古生物学和生物学之间的交叉领域。它是研究植物和动物如何在生物控制下稳定矿物，以及沉积后这些矿物的矿物置换顺序。它使用化学矿物学的技术，尤其是同位素研究，来确定活植物和动物的生长形式以及化石的原始矿物质含量等。

一种称为矿物进化的矿物学新方法探索了地圈和生物圈的共同进化，包括矿物在生命起源和过程中的作用，如矿物催化的有机合成和有机分子在矿物表面的选择性吸附。