Khoáng chất kỹ thuật là các nguyên tố hoặc các hợp chất tự nhiên được hình thành trong quá trình địa chất. Khoáng chất kỹ thuật có thành phần hóa học thay đổi từ dạng các nguyên tố hóa học tinh khiết và các muối đơn giản tới các dạng phức tạp như các silicat với hàng nghìn dạng đã biết. Thuật ngữ "khoáng vật" thường được sử dụng cùng với thuật ngữ khoáng chất kỹ thuật với nghĩa bao hàm cả thành phần hóa học của vật liệu lẫn cấu trúc khoáng vật. Có hơn 5.300 loại khoáng vật được biết đến; hơn 5.070 trong số này đã được sự chấp thuận của Hiệp hội Khoáng vật học quốc tế (IMA).

Nhóm khoáng vật silicat chiếm hơn 90% vỏ Trái đất. Các loại khoáng vật được phân biệt bởi nhiều tính chất vật lý và hóa học. Sự khác biệt về thành phần và cấu trúc tinh thể sẽ tạo ra các loại khoáng vật khác nhau, và các tính chất này đến lượt nó lại bị ảnh hưởng bởi môi trường địa chất mà khoáng vật đó được thành tạo. Những thay đổi về nhiệt độ, áp suất, và thành phần của khối đá có thể là nguyên nhân làm thay đổi đặc điểm khoáng vật học của nó; tuy nhiên, một loại đá có thể duy trì thành phần của nó, nhưng sự thay đổi về lâu dài về nhiệt độ và áp suất thì tính chất khoáng vật học của nó cũng có thể thay đổi theo. Thành phần hóa học và cấu trúc tinh thể hợp lại với nhau để xác định khoáng vật. Trên thực tế, hai hay nhiều khoáng vật có thể có cùng một thành phần hóa học, nhưng khác nhau về cấu trúc kết tinh (chúng được gọi là các chất đa hình). Ví dụ, pyrit và marcasit đều có thành phần hóa học là sulfua sắt, nhưng có cấu trúc tinh thể khác nhau. Tương tự, một vài khoáng vật lại có các thành phần hóa học khác nhau, nhưng có cùng một cấu trúc tinh thể: ví dụ, halit (hình thành từ natri và clo), galen (hình thành từ chì và lưu huỳnh) cùng pericla (hình thành từ magie và oxy) đều có cùng cấu trúc tinh thể dạng lập phương.

Cấu trúc tinh thể (sự sắp xếp trong không gian hình học có trật tự của các nguyên tử trong cấu trúc nội tại của khoáng vật) có ảnh hưởng lớn tới các tính chất vật lý của khoáng vật. Ví dụ, kim cương và than chì (graphit) tuy có cùng thành phần hóa học (đều là carbon tinh khiết) nhưng than chì thì rất mềm còn kim cương thì lại là rắn nhất trong số các khoáng vật đã biết. Sở dĩ có điều này là do các nguyên tử cacbon trong than chì được sắp xếp thành các tấm có thể dễ dàng trượt trên nhau trong khi các nguyên tử cacbon trong kim cương lại tạo ra một cấu trúc không gian ba chiều vô cùng chặt chẽ, rất khó bị phá vỡ. Cách thức phân loại các khoáng vật dễ hay khó tùy thuộc vào loại khoáng vật. Có những loại khoáng vật có thể được nhận biết một cách đơn giản, chỉ bằng một vài tính chất vật lý mà không gây hiểu nhầm. Tuy nhiên, có những loại khoáng vật chỉ có thể được phân loại khi thực hiện các phân tích hóa học phức tạp hay nhiễu xạ tia X. Tuy nhiên, các phương pháp phân tích này thường tốn kém và mất nhiều thời gian.

Các đặc điểm vật lý của khoáng vật bao gồm:

• Một là, cấu tạo tinh thể, kích thước và độ hạt của tinh thể, song tinh, cát khai, ánh, màu bên ngoài của khoáng vật, màu của bột khoáng vật khi mài ra, độ cứng và trọng lượng riêng,…; một số tính chất vật lý cơ bản của khoáng vật hay được sử dụng gồm cấu trúc tinh thể - dạng tinh thể rõ nét hay dạng khối lớn, bột hay khối đặc với các tinh thể chỉ nhìn thấy được ở dạng vi thể; các tinh thể được xếp vào 7 nhóm chính dựa trên chiều dài của 3 trục tinh thể học, bao gồm: lập phương, hệ tinh thể bốn phương, hệ tinh thể trực thoi, sáu phương, ba phương, hệ tinh thể một nghiêng và hệ tinh thể ba nghiêng.
• Hai là độ cứng vật lý của khoáng vật thông thường được đo theo thang độ cứng Mohs.
• Ba là, màu sắc và màu vết vạch biểu hiện về màu của khoáng vật trong ánh sáng phản xạ hay truyền qua (đối với các khoáng vật trong mờ hay trong suốt), có thể nhìn thấy bằng mắt thường; màu vết vạch là màu của bột khoáng vật để lại sau khi được cọ xát vào bề mặt đồ sứ không tráng men hay mảng các sọc và nó không phải luôn luôn giống như màu của khoáng vật nguyên bản.

Thành phần hóa học của khoáng vật: các khoáng vật có thể được phân loại theo thành phần hóa học, thường dựa vào nhóm anion. Theo thành phần hóa học, các khoáng vật tồn tại dưới các dạng nguyên tố, sulfua, ôxit và hydroxit, halua, nitrat, cacbonat và borat, sulfat, cromat, molybdat và tungstat, photphat, asenat và vanadat, silicat.

Tài liệu tham khảo

1. Nickel E. H., The definition of a mineral, The Canadian Mineralogist, 33: 689-690, 1995.
2. Busbey A. B., Coenraads R. E.; Roots D., Willis P., Rocks and Fossils, San Francisco: Fog City Press, 2007.
3. Chesterman C. W., Lowe K.E., Field guide to North American rocks and minerals, Toronto: Random House of Canada, 2008.
4. Dyar M. D., Gunter M.E., Mineralogy and Optical Mineralogy, Chantilly, Virginia: Mineralogical Society of America, 2008.