比重と密度

重量に基づく鉱物同定
比重は鉱物同定において最も診断的で信頼できる性質の一つです。鉱物が水と比較してどれほど密度が高いかを測定し、原子質量と結晶充填を直接反映します。練習により、比重は手で推定でき、即座の野外同定に使用できます。
岩石同定 📖 13分の読書 🟡 中級
「密度は決して嘘をつきません - それは原子の基本質量と充填を反映します。」
— リサ・チャン博士、地球化学者
⚖️ 比重の理解
比重（SG）は鉱物の密度を4°Cでの水の密度と比較します。無次元で高度に診断的です：

📐 定義

SG = 鉱物の密度 ÷ 水の密度。水は定義により SG = 1.0 です。

🧮 計算

SG = 空気中の重量 ÷ （空気中の重量 - 水中の重量）。アルキメデスの原理の実践。

🎯 意義

原子質量と結晶構造充填効率を反映。同定において高度に診断的。

📊 比重範囲
鉱物は組成に基づいて明確な比重範囲に分類されます：

🪶 軽い鉱物（SG 2.0-3.0）

例： 石英（2.65）、カリ長石（2.56）、方解石（2.71）。低原子質量元素（Si、Al、Ca、Mg）が四面体配位で支配。骨格珪酸塩は開放構造空洞と低配位数により低密度を示す。

⚖️ 中程度の鉱物（SG 3.0-4.5）

例： カンラン石（3.27-4.37）、アルマンディンガーネット（4.32）、コランダム（4.02）。八面体位にFe²⁺、Mg²⁺を取り込む遷移帯。原子質量増加とより密な充填幾何学を持つ鎖・島状珪酸塩。

🏋️ 重い鉱物（SG 4.5-7.0）

例： 黄鉄鉱（5.02）、磁鉄鉱（5.18）、赤鉄鉱（5.26）。最小空隙空間を持つ密充填構造の鉄支配相。遷移金属配位幾何学はd軌道相互作用を通じて原子充填効率を最適化。

🏆 非常に重い鉱物（SG 7.0+）

例： 方鉛鉱（7.5）、金（19.3）、白金（21.5）。間違いなく密で、しばしば金属質。

✋ 手による推定方法
専門地質学者は手による比重推定能力を発達させます：
🤏 手取り技術
  1. 利き手で標本を持ち上げる
  2. 視覚的にサイズ/体積を推定
  3. 実際の重量vs予想重量を記録
  4. 既知の基準標本と比較
  5. 練習が密度の正確な「感覚」を構築

📏 サイズ考慮

比較に類似サイズの標本を使用。大きな破片は密度に関係なく重く感じる。

🎯 基準標準

野外比較用の既知標本を携帯：石英（2.65）、黄鉄鉱（5.0）、方鉛鉱（7.5）。

🧠 精神的較正

反復練習を通じて異なるSG値がどのように「感じられる」かの精神的データベースを構築。

🔬 実験室測定
精密な比重決定には実験室技術が必要です：

⚖️ 静水力学バランス

アルキメデスの原理を使用する古典的方法。空気中と水中で標本を秤量。大きな標本に最も正確。

🧪 比重瓶法

校正された体積フラスコを使用。粉末または小さな標本に良い。注意深い技術が必要。

💧 重液

ブロモホルム（SG 2.89）、ヨウ化メチレン（SG 3.32）。標本が浮くか沈む。毒性 - 注意して使用。

⚡ 電子的方法

デジタル密度計が迅速で正確な結果を提供。高価だが日常作業に優秀。

🧪 重液分離
重液は密度によって鉱物を分離します - 強力な同定と濃縮技術：
⚠️ 安全警告
重液は毒性があり、適切な安全装置、換気、廃棄手順が必要です。専門的監督が不可欠。

🧪 ブロモホルム（CHBr₃）

SG 2.89。石英/長石をより重い鉱物から分離。発癌性 - 極度の注意が必要。

💜 ヨウ化メチレン（CH₂I₂）

SG 3.32。軽い鉱物と重い鉱物を分離。非常に高価で高毒性。

🔄 クレリシ溶液

マロン酸-ギ酸タリウム。調整可能密度1.0-4.3。有機物より毒性は低いが依然として危険。

⚛️ 比重に影響する要因
いくつかの要因が鉱物の比重を制御します：

🏗️ 原子質量

重い原子 = 高いSG。鉛鉱物（方鉛鉱）はアルミニウム鉱物（長石）より遥かに密。

📦 充填効率

原子がどれほど密に充填されるか。ダイヤモンド vs 黒鉛 - 同じ原子、異なる充填。

🔗 結合タイプ

金属結合はイオンまたは共有結合より密接な充填を可能にする。

🕳️ 多孔性

泡状または多孔質鉱物は低い見かけSGを持つ。軽石は水に浮くことができる。

🎯 診断的応用
比重は強力な診断的弁別を提供します：

🥇 金 vs 黄鉄鉱

金： SG 15.5-19.3、非常に重い。黄鉄鉱： SG 5.0、遥かに軽い。決定的試験。

💎 ダイヤモンド vs ガラス

ダイヤモンド： SG 3.5、驚くほど重い。ガラス： SG 2.4-2.8、軽い感触。

🔴 赤鉄鉱 vs 磁鉄鉱

赤鉄鉱： SG 5.3。磁鉄鉱： SG 5.2。非常に近い - 磁性を使用して区別。

🟢 翡翠の変種

ヒスイ輝石： SG 3.3-3.5。ネフライト： SG 2.9-3.1。真の翡翠タイプの区別に役立つ。

💎 宝石応用
比重は宝石同定と評価に重要です：

💍 ダイヤモンド試験

ダイヤモンドのSG（3.52）はほとんどの模造石から区別。CZはSG 5.6-6.0。

🔴 ルビー vs ガーネット

ルビー： SG 4.0。ガーネット： SG 3.5-4.3。重複は他の試験を要求。

🟦 サファイアの変種

すべてのコランダム変種はSG約4.0。すべての色で一貫。

🏭 工業的応用
密度差は重要な工業プロセスを可能にします：

⚒️ 鉱石濃縮

重媒体分離が脈石から鉱石鉱物を濃縮。鉱物処理の基礎。

🏖️ 海浜砂鉱

波の作用が海浜砂中の重鉱物（金、ダイヤモンド、チタン鉱物）を濃縮。

🏗️ 骨材試験

コンクリート骨材密度は強度と重量に影響。構造用途に重要。

🌊 野外推定技巧
迅速密度評価のための専門野外技術：
🏞️ 野外方法
📊 比重変化
一部の鉱物は顕著な比重変化を示します：

🔄 固溶体

カンラン石系列： フォルステライト（3.2）からファイアライト（4.4）。鉄置換が密度を増加。

🏔️ ガーネットグループ

パイロープ（3.6）からアルマンディン（4.3）。異なる陽イオンが密度範囲を作る。

🔗 斜長石系列

アルバイト（2.6）からアノーサイト（2.8）。ナトリウム vs カルシウム置換。

プロのヒント： 比重は温度依存性ですが、ほとんどの鉱物でその効果は小さいです。室温測定は同定目的に十分正確です。
🔬 高度な技術
精密密度決定のための洗練された方法：

📏 X線結晶学

結晶構造と単位格子パラメータから理論密度を計算。

🌊 超音波方法

音速測定が非破壊的に密度を推定可能。

⚛️ ガンマ線吸収

密度測定の核的方法。坑井検層と散在材料で使用。

🎓 推定技能の構築
正確な手による推定の発達には体系的練習が必要です：
📈 訓練プログラム
  1. 既知の基準標本で開始
  2. 類似サイズの試料で練習
  3. 異なるSG値の「感覚」の精神的データベースを構築
  4. 未知試料で定期的に自己試験
  5. 測定値に対して較正