Khoáng vật là một nguyên tố hoặc hợp chất hóa học, thường là chất kết tinh và được hình thành do các quá trình địa chất. Hội khoáng vật học Quốc tế (International Mineralogical Association - IMA) đã đưa ra định nghĩa khoáng vật trên năm 1995. Theo định nghĩa, khoáng vật phải hình thành trong các quá trình địa chất tự nhiên trên Trái đất hoặc các thiên thể, vì vậy khoáng vật khác với các chất tương tự được con người tổng hợp trong phòng thí nghiệm. Các chất nhân tạo được tổng hợp như kim cương, corindon (ruby, saphir), beryl (emerald, aquamarin),… có các đặc tính gần tương tự các khoáng vật tự nhiên, tuy vậy chúng không được coi là khoáng vật. Cũng theo định nghĩa, khoáng vật phải là chất rắn có thành phần đồng nhất, tức là về mặt vật lý, nó không thể tách thành các hợp chất hóa học đơn giản hơn. Hầu hết các đá đều tạo nên từ một vài khoáng vật khác nhau, ví dụ như đá granit được cấu thành từ các khoáng vật feldspar, thạch anh, mica và amphibol. Ngoài ra, các chất lỏng và chất khí, theo đúng định nghĩa, cũng không thể coi là các khoáng vật. Theo đó, băng đá tự nhiên (thể rắn của nước H2O) được coi là khoáng vật, nhưng nước lỏng không được coi là khoáng vật. Ngoại lệ là trường hợp thủy ngân tự nhiên, đôi khi gặp trong các mỏ khoáng ở dạng lỏng, vẫn được IMA coi là một khoáng vật (dù nó chỉ kết tinh ở dưới -39°C) do nó đã được xác lập trước khi các quy định hiện hành được đặt ra.

Vì khoáng vật có thành phần xác định nên sẽ được thể hiện bằng công thức hóa học riêng. Chẳng hạn, thạch anh có công thức là SiO2 vì các nguyên tố silic (Si) và oxy (O) là các thành phần duy nhất và luôn có tỷ lệ là 1:2. Tuy vậy, thành phần của hầu hết khoáng vật đều không cố định như thạch anh. Ví dụ siderit không phải lúc nào cũng có thành phần là FeCO3 tinh khiết. Một lượng nhất định magie (Mg), mangan (Mn), đôi khi calci (Ca) có thể thay thế sắt (Fe), do đó thành phần của siderit thường dao động trong một phạm vi nhất định, mặc dù tỷ lệ giữa tổng khối lượng cation kim loại và gốc anion (CO32-) luôn là 1:1. Trong trường hợp này công thức hóa học của siderit có thể biểu diễn là (Fe, Mn, Mg, Ca)CO3.

Các khoáng vật phải có cấu trúc nguyên tử bên trong có trật tự cao, thể hiện bằng một dạng hình học đều đặn. Do đặc điểm này mà khoáng vật được xếp vào nhóm các chất rắn kết tinh. Trong những điều kiện thuận lợi, chất kết tinh sẽ thể hiện cấu trúc bên trong có trật tự của chúng bằng hình dạng bên ngoài phát triển đầy đủ và được gọi là tinh thể. Những chất rắn không có sự sắp xếp bên trong có trật tự của các nguyên tử được gọi là các chất vô định hình (không kết tinh). Những chất rắn tự nhiên vô định hình (như thủy tinh tự nhiên chẳng hạn) được coi là các á khoáng vật.

Nguồn gốc

Theo truyền thống, khoáng vật phải là những chất chủ yếu có nguồn gốc vô cơ (không có sự tham gia của thế giới sinh vật). Tuy vậy, gần đây cả những chất có nguồn gốc hữu cơ mà thỏa mãn tất cả các tiêu chí của khoáng vật cũng được coi là khoáng vật. Ví dụ, aragonit (CaCO3) là khoáng vật có cả nguồn gốc vô cơ và hữu cơ, trong đó aragonit nguồn gốc hữu cơ là thành phần chính của vỏ các loài trai và ngọc trai. Chính cơ thể con người cũng sản sinh ra các khoáng vật như hydroxylapatit (Ca5(PO4)3(OH)) là thành phần chính của xương và răng người, còn sỏi thận là khoáng chất được kết hạch trong hệ bài tiết của chúng ta. Những chất giống khoáng vật về thành phần và nguồn gốc, nhưng không đáp ứng đầy đủ các tiêu chí của một khoáng vật, trong Khoáng vật học được gọi là chất á khoáng vật. Cho đến nay con người đã tìm thấy hàng nghìn loại khoáng vật trên Trái đất, trong đó khoảng 100 khoáng vật là thành phần chính của các đá (chúng được gọi là các khoáng vật tạo đá) và khoảng hơn 40 khoáng vật là thành phần chính của các loại quặng (chúng được gọi là các khoáng vật tạo quặng). Trong khi các khoáng vật được phân loại một cách khoa học theo gốc anion (mang điện tích âm) thành các lớp như lớp oxit, lớp silicat, lớp carbonat,… thì tên gọi của chúng lại được đặt khá thiếu khoa học và nhất quán. Chúng có thể được đặt tên theo một đặc điểm hóa học hoặc vật lý nào đó như màu sắc, độ cứng,… hoặc theo địa danh, theo tên một nhân vật, một nhà khoáng vật học,… Ví dụ, tên gọi albit NaAlSi3O8 là bắt nguồn từ từ La Tinh “albus” có nghĩa là “trắng” do khoáng vật này thường có màu trắng; khoáng vật manganit (MnO.OH) được đặt tên theo thành phần của nó; khoáng vật sillimanit (Al2SiO5) được đặt theo tên của nhà hóa học người Mỹ Benjamin Silliman,…

IMA là tổ chức quốc tế được thừa nhận đối với việc định nghĩa và gọi tên các loại khoáng vật. Đến tháng 3 năm 2020, IMA đã chấp thuận 5.562 loại khoáng vật trong số 5.750 khoáng vật được đề xuất hoặc khoáng vật đã được đặt tên theo truyền thống. Theo đó, hầu hết khoáng vật được đặt tên theo nhân vật (tên người), tiếp đó là theo địa danh nơi phát hiện. Ngoài ra, tên gọi đặt theo thành phần hóa học hoặc tính chất vật lý của khoáng vật cũng là một nhóm tên gọi quan trọng khác. Hầu hết các tên gọi khoáng vật đều có hậu tố là “-it” (“-ite” trong tiếng Anh), trừ những tên khoáng vật đã quen thuộc và được đặt trước khi môn Khoáng vật học hình thành, ví dụ như kim cương C, galena PbS, vàng Au,…

Khoáng vật hình thành trong mọi môi trường địa chất, trong điều kiện hóa lý như nhiệt độ, áp suất, môi trường,… thay đổi rất khác nhau. Về nguồn gốc, khoáng vật được chia thành hai nhóm là nội sinh và ngoại sinh (xem mục từ các quá trình hình thành khoáng vật).

Trong số 5.562 khoáng vật được IMA thừa nhận thì chỉ có khoảng 150 khoáng vật được coi là “phổ biến”, 50 là “tương đối phổ biến” còn số còn lại là “hiếm” hay “cực hiếm”. Sự đa dạng và phong phú của các loại khoáng vật được chi phối bởi thành phần hóa học của vỏ Trái đất. Do silic (Si) và oxy (O) chiếm tới khoảng 75% thành phần của vỏ Trái đất nên lớp khoáng vật silicat (chủ yếu chứa silic và oxy) chiếm tới hơn 90% vỏ Trái đất. Một số khoáng vật như thạch anh, mica hay feldspar là phổ biến, trong khi các khoáng vật khác chỉ tìm thấy ở một vài khu vực nhất định. Phần lớn các loại đá của vỏ Trái đất được cấu thành từ thạch anh, feldspar, mica, chlorit, kaolinit, calcit, epidot, olivin, augit, hornblend, magnetit, hematit, limonit và một vài khoáng vật khác.

Tài liệu tham khảo

1. Encyclopedia Britanica, Britanica.com (Online version).
2. Martin R. F. (ed.), The Nomenclature of Minerals: A Compilation of IMA Reports, Mineralogical Association of Canada, 1998.
3. Nickel E. H., MINERALS/Definition and Classification, Encyclopedia of Geology, 3: 498-503, 2005.