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HOME»  鉱物・原石

鉱物について

美しい鉱物の世界にようこそ
結晶の幾何学な美しさ、集合組織の面白さ、豊かな色彩など、鉱物は絵画や彫刻の鑑賞にも通じる楽しみを与えてくれます。それが天然の造化の妙であることを知る時、私たちは自然の世界を思う心に満たされます。鉱物は、地球の物質循環の語り部でもあります。地球を構成する鉱物は、ビックバンによって生成された元素が宇宙空間で凝集し、更に半径6500kmの惑星内で再構成されて出来たものです。地球の中心と地表との間には、現在でも6000℃の温度勾配があり、熱エネルギーの移動がマントル対流やプレート運動となって地球の物質循環を引き起こしています。地球は、間欠的に発生する地震や火山の噴火というショックによって、また温泉の恵みによっても、その物質循環が進行中であることを知らせてくれます。化学組成と温度圧力の異なる循環を物質が循環する時、鉱物は生まれ、変化し、消滅します。鉱物は、絶え間ない変化の一断面を体現したものであり、地中に咲く花にもたとえられるでしょう。美しい鉱物を愛でながら、私たちの生涯の何千万倍にも及ぶ地球の歴史に思いを感じて頂きたい。それは、現在生きている人に許された楽しみです。天然資源と時間の制約から逃げられない日常生活だからこそ、私たちにとって大局観を持つこと、また己の利害を超えた視座を獲得することは有意義なことであります。
地殻の構成
地球の表面を占める岩盤を地殻と呼んでいます。海底では4~7kmにすぎませんが、大陸部では25~40kmもの厚さになります。地表に現れた岩石の化学分析によって地殻の平均組成が見積もられます。地殻を構成する元素の量比には極端なメリハリがあり、多い方から10番目までの元素が酸素、次に珪素、アルミニウム、鉄、カルシウムと続きます。国際的に認知され命名されている元素は111種に昇ります。これらの元素はランダムに混合されているわけではありません。イオン(荷電粒子)となった元素は、プラスとマイナスで引き合い、組み合わさって電気的な中性を実現します。また、原子やイオンは高密度に空間を埋める様に、互いの位置関係を作ります。その結果、元素の集合体には高度の規則性が表れます。それが鉱物です。地殻の平均組成を見ると、地殻は基本的に長石のようなアルミノ珪酸塩鉱物で出来ている事に納得します。一方岩石の定義は緩いです。天然に産出する固体なら、全体として不均質であっても、また鉱物の定義から外れたものを含んでいても、岩石と呼べます。ほとんどの岩石は、複数の鉱物の集合体です。例えば花崗岩は石英、カリ長石、微長石、黒雲母などの鉱物で構成されています。しかし、実質的にほぼ一種類の鉱物しか含まない石灰岩もまた岩石の部類に入ります。天然ガラスは鉱物ではありませんが、ガラス質の黒曜石は岩石です。鉱物、岩石の定義は物質科学的な整理に基づいていますが、「鉱石」は、利用する立場からの分類です。鉱物であろうと岩石であろうと、利用用途があり経済的な採掘の対象となるものは鉱石と呼ばれています。

原子量 : 質量数12の炭素(12C)を12とし、これに対する相対値とします。ここで示した原子量は、各元素の詳しい原子量の値を有効数字4桁に四捨五入して作られたもので、国際純正・応用化学連合(IUPAC)で承認された原子量をもとに、日本化学原子量小委員会が作成したものです。なお、安定同位体がなく原子量の与えられていない放射性元素では、確認されている同位体の質量を〔〕で示しています。
 

鉱物

鉱物の定義
下記の全項目をクリアする物質のみが鉱物と呼ばれる資格を持っています。

天然に産出する、固体無機物質
その組成は、化学式によって記載出来る
構成元素の配列が規則的である。つまり結晶質である
(結晶の規則的な外形は、原子・イオン配列の規則性の反映である)
物理的な性質が、狭い範囲に収まる

また、琥珀は有機物なので鉱物には含めない。オパールは天然に産出する無機固体物質であるが、非晶質なので鉱物とは区別し、準鉱物としています。
水銀は、液体なので鉱物としない。
この様に鉱物の定義はかなり厳密です。

鉱物の分類
現在、4500種以上の鉱物種が知られています。
それらは、化学組成により、元素、硫化、硫塩、酸化、水酸化、ハロゲン化、炭酸塩、硝酸塩、硼酸塩、硫酸塩、クロム酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、燐酸塩、砒酸塩、バナジン酸塩、珪酸塩の各鉱物に分類されています。

また、珪酸塩は珪酸四面体の並び方の幾何学的な規則性に基づいて、更に、ネソ、ソロ、シクロ、イノ、フィロ、テクトの各珪酸塩鉱物グループに細分されています。

化学式 : 元素記号を使って、鉱物の化学組成を示したものです。
分子量 : 鉱物の分子を構成している原子の原子量の総和。
金属元素重量分率 : 鉱物の分子中に占める金属元素の重量割合。
結晶系 : 等軸、正方、六方、斜方、単斜、三斜の6つの結晶系に分類。
比重 : 水を1としたときの重さの比率。
劈開 : 鉱物の結合の弱い一定の結晶面に平行に剥離することで、そのへき開面は原子層の間、もしくは原子結合がもっとも弱い部分。完全、不完全、明瞭、不明瞭、なしなどに分類。
 : 色は鉱物の自然光による外観色。
光沢 : 光沢は鉱物の表面の光の反射の仕方で、鈍い、金属、真珠、ガラス、油脂、樹脂、絹糸、金剛などに分類。
透明度 : 鉱物の標本が光を通す程度のことで、鉱物を通して物が見えれば透明、光は通ってても物が見えなければ半透明、鉱物をいくら薄くしても光が通らなければ不透明などと分類。

用語
化学組成 : 鉱物は固有の結晶構造と、ほぼ一定の化学組成を持っています。言い換えると構成元素の存在状態や量比には縛りが有ります。イオンの電荷、その鉱物が成り立つ為の基本構造単位、互いに置換が可能なイオンがセットが分かる様に化学組成したものが、鉱物の化学式です。

結晶系 : 結晶は、三次元的に規則正しく繰り返される原子の並びで出来ており、原子配列の規則性が外形に反映されます。
結晶は、その外形が示す最大の対称性に注目して、6つのグループに分けられます。
それが、立方、正方、斜方、六方(と三方)、単斜、三斜の各晶系で、それらに対応する空間図形(平行六面体の結晶格子)は、方向が異なる軸(a,b,c)の単位長と、それらが互いになす角度(α、β、y)によって記述することができます。

例えば、三軸が同じ長さで、互いに直角に交わっている(a=b =c, α=β=y=90°)場合を、立方晶系と呼びます。
同様に、a=b‡c, a=β=γ=90°を正方晶系。a‡b‡c,a=β=γ=90°を斜方晶系、a‡b‡c,a=γ=90°を三斜晶系と呼びます。
そしてa‡b‡c, α‡β‡γ‡90°を三斜晶系と呼びます。水平面に120°の角をなして交わる三本の軸とそれらに直交する軸で表せる(a1=a2=a3‡c)ものは六方晶系/三方晶系と呼びます。

比重 : 比重は、鉱物の重さを同体積の水の重さとの比で表現した数値です。
比重1は水と同じ密度であることを意味する。
比重は、結晶中に含まれる元素の重さと、結晶構造の緻密さを反映します。
原子番号の大きな金属原子が微密に集合した物質では大きな数値をとります。

硬度 : 硬度は、鉱物の機械強度の尺度です。
鉱物を鑑定する際には、ひっかきに対する相対的な強さのスケールが便利に使われてきました。
それはモースの硬度計と呼ばれ、最も柔らかい鉱物として滑石の硬度を1とし、最も硬いダイヤモンドの硬度を10としています。

劈開 : 劈開は、鉱物が特定の方向に割れる性質があるかどうかを表す言葉です。
劈開は、結晶構造(化学結合)の異方性を反映しています。
衝撃を与えて破砕した鉱物粒子に、特定の方向に沿った平面が多数現れる場合に、劈開が完全、あるいは明瞭と言います。

ペグマタイト : 深成岩のマグマが岩石を造っていて、その最後の段階に、一種の残りもののマグマが作られます。それは水分や炭酸ガスや珍しい元素を含んでいます。それがゆっくりと冷えて固化すると、非常に粗粒の岩石が生まれます。ガスの成分が多かった為、各所に空洞が出来、その隙間の壁には水晶や長石やその他の結晶を育成しています。自由な空間で結晶が成長する為、美しい大型の結晶が生まれやすいです。この様なペグマタイトは、最良の鉱物を供給してくれます。一番普通のペグマタイトは花崗岩ペグマタイトで、単にペグマタイトと言えばこの花崗岩ペグマタイトを示します。その他にも、閃長岩ペグマタイト、閃緑岩ペグマタイトなども優れた結晶鉱物を産出しています。
 

元素と原子

私たち自身を含めた全ての生体や物質は元素で出来ています。
とは言っても、元素が特に形をもつわけではなく、それぞれの性質を示す種類なのです。
物質は、物質そのものの性質をもつ分子から成り立っていて、その分子をさらに細かく見ると「実質の物質を構成する要素である」原子に到達します。

原子構造

原子の中心には原子核があって、これをプラス(正)に帯電している陽子と、帯電していない中性子からなっています。
また、原子核の周囲は原子核となっていて、マイナス(負)に帯電している原子が軌道上に存在します。
陽子の数と電子の数は同じで、原子はプラスとマイナスで相殺されて帯電していません。

周期表

原子の陽子・中性子、電子の関係を見ると、陽子の数と電子の数は等しく、この数を原子番号(周期表の配列順序)と言います。
各原子の最外殻に配列する電子は、原子価電子または価電子と呼ばれていて、元素の化学的物質はこの価電子と呼ばれていて、元素の化学的性質はこの価電子によって決まります。
周期表ではこの価電子が周期的に等しく示されていて、類似の元素が周期的に配列しています。
この価電子が等しい為に、よく似た性質を示すのが同属の元素で、周期表の縦の列がそれとなります。