ในธรณีวิทยาและแร่ธาตุวิทยา แร่หรือชนิดของแร่โดยทั่วไปหมายถึง สาร แข็ง ที่มี องค์ประกอบทางเคมีที่ค่อนข้างชัดเจนและโครงสร้างผลึก เฉพาะ ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปบริสุทธิ์^{[ 1 ] [ 2 ]}

โดยปกติแล้ว นิยาม ทางธรณีวิทยาของแร่จะไม่รวมสารประกอบที่พบเฉพาะในสิ่งมีชีวิตเท่านั้น อย่างไรก็ตาม แร่บางชนิดมักเกิดขึ้นจากกระบวนการทางชีวภาพ (เช่นแคลไซต์ ) หรือเป็นสารประกอบอินทรีย์ ทางเคมี (เช่นเมลไลต์ ) นอกจากนี้ สิ่งมีชีวิตมักสังเคราะห์แร่อนินทรีย์ (เช่นไฮดรอกซีอะพาไทต์ ) ซึ่งพบได้ในหินด้วย

แนวคิดของแร่แตกต่างจากหินซึ่งเป็นวัสดุทางธรณีวิทยาที่เป็นของแข็งจำนวนมากที่มีความสม่ำเสมอในระดับที่ใหญ่พอสมควร หินอาจประกอบด้วยแร่ชนิดเดียวหรืออาจเป็นกลุ่มของแร่สองชนิดขึ้นไปที่แยกออกจากกันในเชิงพื้นที่เป็นเฟสที่แตกต่างกัน^{[ 3 ]}

สารแข็งตามธรรมชาติบางชนิดที่ไม่มีโครงสร้างผลึกที่แน่นอน เช่นโอปอลหรือออบซิเดียน จะถูกเรียกว่า มิเนอรัลลอยด์ได้ถูกต้องกว่า^{[ 4 ]}หากสารประกอบทางเคมีเกิดขึ้นตามธรรมชาติด้วยโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกัน แต่ละโครงสร้างจะถือว่าเป็นแร่ชนิดที่แตกต่างกัน ดังนั้น ตัวอย่างเช่นควอตซ์และสติโชไวต์เป็นแร่สองชนิดที่แตกต่างกันซึ่งประกอบด้วยสารประกอบเดียวกันคือซิลิคอนไดออกไซด์

สมาคมแร่ธาตุระหว่างประเทศ (IMA) เป็นองค์กรมาตรฐานที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปสำหรับการกำหนดและการตั้งชื่อของชนิดแร่ ณ เดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2568 IMA รับรองชนิดแร่ที่เป็นทางการจำนวน 6,145 ชนิด ^{[ 5 ]}

องค์ประกอบทางเคมีของแร่ชนิดที่มีชื่ออาจแตกต่างกันไปบ้างเนื่องจากการรวมสิ่งเจือปนในปริมาณเล็กน้อย แร่ชนิดต่างๆ บางชนิดอาจมีชื่อเรียกตามธรรมเนียมหรือชื่อทางการของตนเอง^{[ 6 ]}ตัวอย่างเช่นอเมทิสต์ เป็น แร่ควอตซ์ชนิดสีม่วง แร่บางชนิดอาจมีสัดส่วนของ ธาตุเคมีสองชนิดขึ้นไปที่อยู่ในตำแหน่งที่เทียบเท่ากันในโครงสร้างของแร่ ตัวอย่างเช่น สูตรของแมคคินาวิตคือ(Fe,Ni)₉เอส₈หมายถึงFe_xนี_{9- x}เอส₈โดยที่xเป็นตัวเลขแปรผันระหว่าง 0 ถึง 9 บางครั้งแร่ที่มีองค์ประกอบแปรผันได้จะถูกแบ่งออกเป็นชนิดต่างๆ อย่างค่อนข้างตามอำเภอใจ ก่อให้เกิดกลุ่มแร่ขึ้น มา นั่นคือกรณีของซิลิเกตCa_xเอ็มจี_yเฟ_{2- x - y}ซิโอ₄กลุ่มโอลิวีน

นอกจากองค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญและโครงสร้างผลึกแล้วคำอธิบายของแร่ชนิดหนึ่งมักจะรวมถึงคุณสมบัติทางกายภาพทั่วไป เช่น ลักษณะความแข็ง ความมันวาวความโปร่งใสสีรอยขีดความ เหนียว การแตกตัวการแตกหักระบบการแบ่งโซน การแยกตัวความหนาแน่นจำเพาะแม่เหล็กการเรืองแสง กัมมันตภาพรังสีรวมถึงรสชาติหรือกลิ่น และปฏิกิริยาต่อกรด^{[ 7 ] [ 8 ]}

แร่ธาตุถูกจัดประเภทตามองค์ประกอบทางเคมีหลัก ระบบหลักสองระบบคือ ระบบการจัดประเภท ของDanaและระบบการจัดประเภทของ Strunz แร่ซิลิเกตประกอบขึ้นเป็นประมาณ 90% ของเปลือกโลก^{[ 9 ] [ 10 ]}กลุ่มแร่ที่สำคัญอื่นๆ ได้แก่ธาตุบริสุทธิ์ (ประกอบด้วยธาตุบริสุทธิ์เพียงชนิดเดียว) และสารประกอบ (การรวมกันของธาตุหลายชนิด) ได้แก่ซัลไฟด์ (เช่นกาลีนาPbS ) ออกไซด์ (เช่นควอตซ์SiO ₂ ) เฮไลด์ (เช่นเกลือหินNaCl ) คาร์บอเนต (เช่นแคลไซต์CaCO ₃ ) ซัลเฟต (เช่นยิปซัมCaSO ₄ ·2H ₂ O ) ซิลิเกต (เช่นออร์โทเคลสKAlSi ₃ O ₈ ) โมลิบเดต (เช่นวูลเฟไนต์PbMoO ₄ ) และฟอสเฟต (เช่นไพโรโมร์ไฟต์Pb ₅ (PO ₄ ) ₃ Cl ) ^{[ 7 ]}

สมาคมแร่ธาตุระหว่างประเทศได้กำหนดข้อกำหนดต่อไปนี้สำหรับสารที่จะถือว่าเป็นแร่ที่แตกต่างกัน: ^{[ 11 ] [ 12 ]}

1. ต้องเป็นสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งเกิดจากกระบวนการทางธรณีวิทยาตามธรรมชาติบนโลกหรือวัตถุอื่นๆ นอกโลก ซึ่งไม่รวมถึงสารประกอบที่ถูกสร้างขึ้นโดยตรงและเฉพาะเจาะจงจากกิจกรรมของมนุษย์ ( แอนโทรโปเจนิก ) หรือในสิ่งมีชีวิต ( ไบโอเจนิก ) เช่นทังสเตนคาร์ไบด์นิ่วในปัสสาวะ ผลึกแคลเซียมออกซาเลต ในเนื้อเยื่อพืช และ เปลือกหอยอย่างไรก็ตาม สารที่มีต้นกำเนิดดังกล่าวอาจมีคุณสมบัติหากกระบวนการทางธรณีวิทยามีส่วนเกี่ยวข้องในการกำเนิด (เช่นอีเวนไคต์ซึ่งได้มาจากวัสดุพืช หรือทารานาไคต์จากมูลค้างคาวหรืออัลเพอร์ไซต์จากกากแร่) ^{[ 12 ]}สารสมมุติฐานก็ถูกยกเว้นเช่นกัน แม้ว่าจะคาดการณ์ว่าจะเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่เข้าถึงไม่ได้ เช่น แกนโลกหรือดาวเคราะห์ดวงอื่น
2. ต้องเป็นสารที่เป็นของแข็งในธรรมชาติ ข้อยกเว้นที่สำคัญของกฎนี้คือปรอท ธรรมชาติ : ยังคงถูกจัดประเภทเป็นแร่โดย IMA แม้ว่าจะตกผลึกได้เฉพาะที่อุณหภูมิต่ำกว่า −39 °C ก็ตาม เพราะถูกรวมไว้ก่อนที่จะมีการกำหนดกฎปัจจุบัน^{[ 13 ]} น้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ไม่ถือว่าเป็นแร่ แม้ว่าจะพบเป็นส่วนประกอบในแร่ชนิดอื่นบ่อยครั้ง แต่น้ำแข็งถือว่าเป็นแร่^{[ 14 ]}
3. จะต้องมีโครงสร้างผลึกที่กำหนดไว้อย่างดีหรือโดยทั่วไปแล้วคือการจัดเรียงอะตอมที่เป็นระเบียบ^{[ 15 ]}คุณสมบัตินี้บ่งบอกถึง คุณสมบัติทางกายภาพ ระดับมหภาค หลายประการ เช่น รูปทรงผลึก ความแข็ง และการแตกตัว^{[ 16 ]}ไม่รวมโอโซเคอไรต์ ลิโมไนต์ ออบซิเดียนและวัสดุอสัณฐาน (ไม่เป็นผลึก) อื่นๆ อีกมากมายที่พบในบริบททางธรณีวิทยา
4. จะต้องมีองค์ประกอบทางเคมีที่กำหนดไว้ค่อนข้างชัดเจนอย่างไรก็ตาม สารผลึกบางชนิดที่มีโครงสร้างคงที่แต่มีองค์ประกอบแปรผันได้ อาจถือได้ว่าเป็นแร่ชนิดเดียว ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไปคือสารละลายของแข็งเช่นแมคคินาไวต์ (Fe, Ni) ₉ S ₈ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเฟอร์รัสซัลไฟด์ที่มีอะตอมเหล็กจำนวนมากถูกแทนที่ด้วยอะตอมนิกเกล^{[ 15 ] [ 17 ]}ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่ ผลึกแบบชั้นที่มีการเรียงซ้อนของชั้นที่แปรผันได้ หรือผลึกที่แตกต่างกันเฉพาะในการจัดเรียงช่องว่างและการแทนที่อย่างสม่ำเสมอ ในทางกลับกัน สารบางชนิดที่มีองค์ประกอบต่อเนื่องกัน อาจถูกแบ่งออกเป็นแร่หลายชนิดโดยพลการ ตัวอย่างทั่วไปคือ กลุ่ม โอลิวีน (Mg, Fe) ₂ SiO ₄ซึ่งสมาชิกปลายที่อุดมด้วยแมกนีเซียมและอุดมด้วยเหล็กถือเป็นแร่ที่แยกจากกัน ( ฟอร์สเตอไรต์และฟาไลต์ )

รายละเอียดของกฎเหล่านี้ค่อนข้างเป็นที่ถกเถียงกัน^{[ 15 ]}ตัวอย่างเช่น มีข้อเสนอเมื่อเร็ว ๆ นี้หลายข้อที่จะจัดประเภทสารอสัณฐานเป็นแร่ธาตุ แต่ IMA ยังไม่ยอมรับ

IMA ยังลังเลที่จะยอมรับแร่ธาตุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปแบบของอนุภาคนาโนที่มีขนาดเพียงไม่กี่ร้อยอะตอม แต่ไม่ได้กำหนดขนาดผลึกขั้นต่ำ^{[ 11 ]}

ผู้เขียนบางคนกำหนดให้วัสดุต้องเป็น ของแข็ง ที่เสถียรหรือกึ่งเสถียรที่อุณหภูมิห้อง (25 °C) ^{[ 15 ]} อย่างไรก็ตาม IMA กำหนดเพียงว่าสารนั้นต้องมีความเสถียรเพียงพอที่จะสามารถกำหนดโครงสร้างและองค์ประกอบได้อย่างดี ตัวอย่างเช่น IMA ยอมรับเมริเดียนิต (ไฮเดรตของแมกนีเซียมซัลเฟต ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ) ว่าเป็นแร่ แม้ว่ามันจะเกิดขึ้นและมีความเสถียรเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2 °C เท่านั้น

ณ เดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2568 แร่ 6,145 ชนิดได้รับการอนุมัติจาก IMA ^{[ 5 ]}โดยทั่วไปแล้วชื่อแร่จะตั้งตามชื่อบุคคลตามด้วยสถานที่ค้นพบ ชื่อที่อิงตามองค์ประกอบทางเคมีหรือคุณสมบัติทางกายภาพเป็นอีกสองกลุ่มหลักของที่มาของชื่อแร่^{[ 18 ] [ 19 ]} ชื่อส่วนใหญ่ลงท้ายด้วย"-ite" ข้อยกเว้นมักจะเป็นชื่อที่ได้รับการยอมรับอย่างดีก่อนการ จัดตั้ง สาขาวิชาแร่วิทยา เช่นกาลีนาและเพชร

ประเด็นถกเถียงในหมู่นักธรณีวิทยาและนักแร่ธาตุวิทยาคือการตัดสินใจของ IMA ที่จะไม่รวมสารผลึกชีวภาพ ตัวอย่างเช่น Lowenstam (1981) ระบุว่า "สิ่งมีชีวิตสามารถสร้างแร่ธาตุได้หลากหลายชนิด ซึ่งบางชนิดไม่สามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่ใช้ออกซิเจนในชีวภาค" ^{[ 20 ]}

สกินเนอร์ (2005) มองว่าของแข็งทั้งหมดเป็นแร่ธาตุที่มีศักยภาพ และรวมไบโอมิเนอรัล ไว้ ในอาณาจักรแร่ ซึ่งก็คือแร่ธาตุที่ถูกสร้างขึ้นจากกิจกรรมเมตาบอลิซึมของสิ่งมีชีวิต สกินเนอร์ได้ขยายคำจำกัดความของแร่ธาตุก่อนหน้านี้เพื่อจัดประเภท "ธาตุหรือสารประกอบ อมอร์ฟัสหรือผลึก ที่เกิดขึ้นจาก กระบวนการ ทางชีวธรณีเคมี " ให้เป็นแร่ธาตุ^{[ 21 ]}

ความก้าวหน้าล่าสุดในด้าน พันธุศาสตร์ความละเอียดสูงและสเปกโทรสโกปีการดูดกลืนรังสีเอกซ์กำลังเปิดเผยความสัมพันธ์ทางชีวธรณีเคมีระหว่างจุลินทรีย์และแร่ธาตุ ซึ่งอาจให้ความกระจ่างใหม่เกี่ยวกับคำถามนี้^{[ 12 ] [ 21 ]}ตัวอย่างเช่น "กลุ่มทำงานด้านแร่ธาตุวิทยาและธรณีเคมีสิ่งแวดล้อม" ที่ได้รับมอบหมายจาก IMA เกี่ยวข้องกับแร่ธาตุในอุทกภาคบรรยากาศและชีวภาค [ ^{22 ] ขอบเขต}ของกลุ่มนี้รวมถึงจุลินทรีย์ที่สร้างแร่ธาตุ ซึ่งมีอยู่บนพื้นผิวหิน ดิน และอนุภาคเกือบทุกแห่งทั่วโลกไปจนถึงระดับความลึกอย่างน้อย 1600 เมตรใต้พื้นทะเลและ 70 กิโลเมตรใน ชั้น สตราโตสเฟียร์ (อาจเข้าสู่ชั้นมีโซสเฟียร์ ) ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}

วัฏจักรทางชีวธรณีเคมีมีส่วนช่วยในการก่อตัวของแร่ธาตุมานานหลายพันล้านปี จุลินทรีย์สามารถตกตะกอนโลหะจากสารละลายซึ่งมีส่วนช่วยในการก่อตัวของ แหล่ง แร่นอกจากนี้ยังสามารถเร่งปฏิกิริยาการละลายของแร่ธาตุ ได้อีกด้วย ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

ก่อนที่สมาคมแร่ธาตุระหว่างประเทศจะขึ้นทะเบียน มีการค้นพบ ตั้งชื่อ และตีพิมพ์แร่ชีวภาพมากกว่า 60 ชนิด^{[ 29 ]}แร่เหล่านี้ (ชุดย่อยที่จัดทำเป็นตารางใน Lowenstam (1981) ^{[ 20 ]} ) ถือเป็นแร่ที่แท้จริงตามคำจำกัดความของ Skinner (2005) ^{[ 21 ]}แร่ชีวภาพเหล่านี้ไม่ได้อยู่ในรายการชื่อแร่ที่เป็นทางการของสมาคมแร่ธาตุระหว่างประเทศ^{[ 30 ]} อย่างไรก็ตาม ตัวแทนแร่ชีวภาพเหล่านี้จำนวนมากกระจายอยู่ในกลุ่มแร่ 78 กลุ่มที่ระบุไว้ในแผนการจำแนกประเภทของ Dana ^{[ 21 ]}

คำจำกัดความของแร่ของ Skinner (2005) คำนึงถึงเรื่องนี้โดยระบุว่าแร่สามารถเป็นผลึกหรืออสัณฐานได้^{[ 21 ]}แม้ว่าแร่ชีวภาพจะไม่ใช่รูปแบบของแร่ที่พบได้บ่อยที่สุด^{[ 31 ]}แต่ก็ช่วยกำหนดขอบเขตของสิ่งที่ประกอบขึ้นเป็นแร่ที่แท้จริง คำจำกัดความอย่างเป็นทางการของ Nickel (1995) กล่าวถึงความเป็นผลึกอย่างชัดเจนว่าเป็นกุญแจสำคัญในการกำหนดสารว่าเป็นแร่ บทความในปี 2011 นิยามไอโคซาเฮไดรต์ ซึ่งเป็นโลหะผสมอะลูมิเนียม-เหล็ก-ทองแดง ว่าเป็นแร่ โดยตั้งชื่อตามสมมาตรไอโคซาเฮดรัล ตามธรรมชาติที่เป็นเอกลักษณ์ มันคือควาซิคริสตัลซึ่งแตกต่างจากผลึกที่แท้จริง ควาซิคริสตัลมีระเบียบแต่ไม่เป็นคาบ^{[ 32 ] [ 33 ]}

Mindat.orgนิยามกลุ่มแร่ว่า "ชุดแร่ใดๆ ในหิน ไม่ว่าจะอยู่ในสมดุล [ทางเคมี]หรือไม่ก็ตาม" ^{[ 34 ]}ในขณะที่Encyclopaedia Britannicaกล่าวว่า "คำว่ากลุ่มแร่ มักถูกนำไปใช้กับแร่ทั้งหมดที่รวมอยู่ในหิน แต่ควรใช้กับแร่ที่อยู่ในสมดุล (และเรียกอย่างเฉพาะเจาะจงว่ากลุ่มแร่สมดุล)" ^{[ 35 ]}

คำนี้มักจะมีคำอื่นนำหน้าเพื่ออธิบายการก่อตัวของมัน^{[ 34 ]}

หินคือกลุ่มของแร่ธาตุหนึ่งชนิดขึ้นไป^{[ 36 ]} หรือแร่ธาตุ กึ่งแร่ หินบางชนิด เช่นหินปูนหรือควอตไซต์ประกอบด้วยแร่ธาตุหลักเพียงชนิดเดียว คือแคลไซต์หรืออาราโกไนต์ในกรณีของหินปูน และควอตซ์ในกรณีหลัง^{[ 37 ] [ 38 ]}หินชนิดอื่นสามารถกำหนดได้จากความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของแร่ธาตุหลัก (สำคัญ) หินแกรนิตถูกกำหนดโดยสัดส่วนของควอตซ์อัลคาไลเฟลด์สปาร์และแพลจิโอเคลสเฟลด์สปาร์ [ ^{39 ] แร่}ธาตุอื่นๆ ในหินเรียกว่าแร่ธาตุเสริมและไม่ส่งผลกระทบต่อองค์ประกอบโดยรวมของหินมากนัก หินยังสามารถประกอบด้วยวัสดุที่ไม่ใช่แร่ธาตุทั้งหมดได้ถ่านหินเป็นหินตะกอนที่ประกอบด้วยคาร์บอนที่ได้จากสารอินทรีย์เป็นหลัก^{[ 36 ] [ 40 ]}

ในหิน แร่บางชนิดและบางกลุ่มมีปริมาณมากกว่าชนิดและกลุ่มอื่นๆ มาก แร่เหล่านี้เรียกว่าแร่ที่ก่อตัวเป็นหิน ตัวอย่างที่สำคัญได้แก่ ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ ไมกา แอมฟิโบลไพรอกซีนโอลิวีนและแคลไซต์ยกเว้นแคลไซต์แร่เหล่านี้ทั้งหมดเป็นซิลิเกต^{[ 41 ]}โดยรวมแล้ว มีแร่ประมาณ 150 ชนิดที่ถือว่ามีความสำคัญเป็นพิเศษ ไม่ว่าจะเป็นในแง่ของปริมาณหรือคุณค่าทางสุนทรียภาพในแง่ของการสะสม^{[ 42 ]}

แร่ธาตุและหินที่มีมูลค่าทางการค้า นอกเหนือจากอัญมณี แร่โลหะ หรือเชื้อเพลิงแร่ จะถูกเรียกว่าแร่ธาตุอุตสาหกรรม^{[ 43 ]}ตัวอย่างเช่นมัสโคไวต์ ซึ่ง เป็นไมกาสีขาว สามารถใช้ทำหน้าต่าง (บางครั้งเรียกว่าไอซิงกลาส) เป็นสารเติมเต็ม หรือเป็นฉนวน^{[ 44 ]}

แร่คือแร่ธาตุที่มีความเข้มข้นสูงของธาตุบางชนิด โดยทั่วไปจะเป็นโลหะ ตัวอย่างเช่นซินนาบาร์ (HgS) ซึ่งเป็นแร่ปรอทสฟาเลอไรต์ (ZnS) ซึ่งเป็นแร่สังกะสี แคสซิเทอไรต์ (SnO2 ₎ซึ่งเป็นแร่ดีบุก และโคลมาไนต์ซึ่ง เป็นแร่โบรอน

อัญมณีคือแร่ธาตุที่มีคุณค่าในการประดับตกแต่ง และแตกต่างจากแร่ที่ไม่ใช่อัญมณีด้วยความสวยงาม ความทนทาน และโดยทั่วไปคือความหายาก มีแร่ประมาณ 20 ชนิดที่จัดเป็นแร่อัญมณี ซึ่งประกอบเป็นอัญมณีที่พบได้ทั่วไปประมาณ 35 ชนิด แร่อัญมณีมักมีอยู่หลายชนิด ดังนั้นแร่ชนิดหนึ่งจึงสามารถเป็นอัญมณีได้หลายชนิด^{ตัวอย่าง}_เช่น^{ทับทิม}และไพลินต่างก็เป็นคอรันดัม Al2O3 ^[ ₄₅ ]

การใช้คำว่า "mineral" ครั้งแรกที่ทราบในภาษาอังกฤษ ( ภาษาอังกฤษยุคกลาง ) คือในศตวรรษที่ 15 คำนี้มาจากภาษาละตินยุคกลาง : mineraleซึ่งมาจากmineraแปลว่า เหมือง แร่^{[ 46 ]}

คำว่า "species" มาจากภาษาละตินspeciesซึ่งหมายถึง "ชนิด ประเภท หรือแบบใดแบบหนึ่งโดยเฉพาะที่มีลักษณะหรือรูปลักษณ์ที่แตกต่างกัน" ^{[ 47 ]}

ความอุดมสมบูรณ์และความหลากหลายของแร่ธาตุถูกควบคุมโดยตรงด้วยองค์ประกอบทางเคมี ซึ่งขึ้นอยู่กับความอุดมสมบูรณ์ของธาตุต่างๆ ในโลก แร่ธาตุส่วนใหญ่ที่พบนั้นมาจากเปลือกโลกธาตุแปดชนิดเป็นองค์ประกอบหลักของแร่ธาตุส่วนใหญ่ เนื่องจากมีความอุดมสมบูรณ์ในเปลือกโลก ธาตุทั้งแปดชนิดนี้รวมกันแล้วมีน้ำหนักมากกว่า 98% ของเปลือกโลก เรียงลำดับตามความอุดมสมบูรณ์จากมากไปน้อย ได้แก่ออกซิเจนซิลิคอนอะลูมิเนียม เหล็ก แมกนีเซียมแคลเซียมโซเดียมและโพแทสเซียมออกซิเจนและซิลิคอนเป็นธาตุที่สำคัญ ที่สุดสอง ชนิดโดยออกซิเจนมีสัดส่วน 47% ของเปลือกโลก และซิลิคอนมีสัดส่วน 28% ^{[ 48 ]}

แร่ธาตุที่เกิดขึ้นคือแร่ธาตุที่มีความเสถียรมากที่สุดที่อุณหภูมิและความดันของการก่อตัว ภายในขอบเขตที่กำหนดโดยองค์ประกอบทางเคมีโดยรวมของวัตถุต้นกำเนิด^{[ 49 ]}ตัวอย่างเช่น ในหินอัคนีส่วนใหญ่ อะลูมิเนียมและโลหะอัลคาไล (โซเดียมและโพแทสเซียม) ที่มีอยู่ส่วนใหญ่จะพบร่วมกับออกซิเจน ซิลิคอน และแคลเซียมในรูปของแร่เฟลด์สปาร์ อย่างไรก็ตาม หากหินมีโลหะอัลคาไลมากผิดปกติ จะมีอะลูมิเนียมไม่เพียงพอที่จะรวมกับโซเดียมทั้งหมดในรูปของเฟลด์สปาร์ และโซเดียมส่วนเกินจะก่อตัวเป็นแอมฟิโบลโซเดียม เช่นรีเบคไคต์หากความอุดมสมบูรณ์ของอะลูมิเนียมสูงผิดปกติ อะลูมิเนียมส่วนเกินจะก่อตัวเป็นมัสโคไวต์หรือแร่ธาตุอื่นๆ ที่อุดมไปด้วยอะลูมิเนียม^{[ 50 ]}หากซิลิคอนขาดแคลน เฟลด์สปาร์บางส่วนจะถูกแทนที่ด้วยแร่เฟลด์สปาธ อยด์ ^{[ 51 ]}การคาดการณ์ที่แม่นยำว่าแร่ธาตุใดจะมีอยู่ในหินที่มีองค์ประกอบเฉพาะที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิและความดันเฉพาะนั้น ต้องใช้การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม อาจทำการประมาณค่าโดยประมาณโดยใช้กฎ ง่ายๆ เช่นมาตรฐาน CIPWซึ่งให้ค่าประมาณที่สมเหตุสมผลสำหรับหินภูเขาไฟที่เกิดจากแมกมาแห้ง^{[ 52 ]}

องค์ประกอบทางเคมีอาจแตกต่างกันไปในแต่ละ ชนิดของ สมาชิกปลายสุดของ ชุด สารละลายของแข็งตัวอย่างเช่นเฟลด์สปาร์แพลจิโอเคลส ประกอบด้วยชุดต่อเนื่องจากอัลไบต์ (NaAlSi ₃ O ₈ ) ซึ่ง เป็นสมาชิกปลายสุดที่อุดมด้วยโซเดียม ไปจนถึง แอนอร์ไทต์ (CaAl ₂ Si ₂ O ₈ ) ซึ่ง อุดมด้วยแคลเซียมโดยมีสี่ชนิดย่อยที่เป็นที่รู้จักในระดับกลางระหว่างกัน (เรียงลำดับจากอุดมด้วยโซเดียมไปจนถึงอุดมด้วยแคลเซียม) ได้แก่โอลิโกเคลสแอนดีซีนลาบราโด ไรต์ และไบโทไนต์ [ ^{53 ] ตัวอย่าง}อื่นๆ ของชุด ได้แก่ ชุดโอลิวีนของฟอร์สเตอไรต์ที่อุดมด้วยแมกนีเซียมและฟาไลต์ที่อุดมด้วยเหล็ก และ ชุด วุลแฟรมไมต์ของฮูบเนอไรต์ที่อุดมด้วยแมงกานีส และ เฟอร์เบอไรต์ที่อุดมด้วยเหล็ก^{[ 54 ]}

การแทนที่ทางเคมีและโพลีเฮดราเชิงการประสานงานอธิบายคุณลักษณะทั่วไปของแร่ธาตุนี้ ในธรรมชาติ แร่ธาตุไม่ใช่สารบริสุทธิ์ และปนเปื้อนด้วยธาตุอื่นๆ ที่มีอยู่ในระบบเคมีที่กำหนด ส่งผลให้ธาตุหนึ่งสามารถถูกแทนที่ด้วยธาตุอื่นได้^{[ 55 ]}การแทนที่ทางเคมีจะเกิดขึ้นระหว่างไอออนที่มีขนาดและประจุใกล้เคียงกัน ตัวอย่างเช่น K ⁺จะไม่สามารถแทนที่ Si4 ⁺ ได้ เนื่องจากความไม่เข้ากันทางเคมีและโครงสร้างที่เกิดจากความแตกต่างอย่างมากในขนาดและประจุ ตัวอย่างทั่วไปของการแทนที่ทางเคมีคือการแทนที่ Si4 ⁺ด้วย Al3 ⁺ซึ่งมีประจุ ขนาด และความอุดมสมบูรณ์ใกล้เคียงกันในเปลือกโลก ในตัวอย่างของแพลจิโอเคลส มีการแทนที่สามกรณี เฟลด์สปาร์ทั้งหมดเป็นซิลิเกตโครงร่าง ซึ่งมีอัตราส่วนซิลิคอนต่อออกซิเจน 2:1 และพื้นที่สำหรับธาตุอื่นๆ ได้มาจากการแทนที่ Si4 ⁺ด้วย Al3 + ^{เพื่อ} ให้ ได้หน่วยพื้นฐานของ_{[ AlSi3O8} ] ⁻หากไม่มีการแทนที่ สูตรจะสมดุลประจุเป็น SiO2 _ซึ่งให้ควอตซ์^{[ 56 ]}ความสำคัญของคุณสมบัติโครงสร้างนี้จะได้รับการอธิบายเพิ่มเติมโดยโพลีเฮดราการประสานงาน การแทนที่ครั้งที่สองเกิดขึ้นระหว่าง Na ⁺และ Ca2 ⁺อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างของประจุจะต้องได้รับการอธิบายโดยการแทนที่ Si4 ⁺ด้วย Al3 + ^{ครั้ง ที่สอง [ 57 ]}

โพลีเฮดราเชิงการประสานงานเป็นรูปทรงเรขาคณิตที่แสดงถึงการล้อมรอบของแคตไอออนกับแอนไอออน ในทางแร่ธาตุวิทยา โพลีเฮดราเชิงการประสานงานมักพิจารณาในแง่ของออกซิเจน เนื่องจากมีปริมาณมากในเปลือกโลก หน่วยพื้นฐานของแร่ซิลิเกตคือเตตระเฮดรอนซิลิกา – Si ⁴⁺ หนึ่ง ตัวล้อมรอบด้วย O ²⁻ สี่ตัว อีกวิธีหนึ่งในการอธิบายการประสานงานของซิลิเกตคือการใช้ตัวเลข: ในกรณีของเตตระเฮดรอนซิลิกา ซิลิคอนจะมีเลขการประสานงานเท่ากับ 4 แคตไอออนต่างๆ มีช่วงของเลขการประสานงานที่เป็นไปได้เฉพาะ สำหรับซิลิคอน เลขการประสานงานมักจะเป็น 4 เสมอ ยกเว้นในแร่ที่มีความดันสูงมาก ซึ่งสารประกอบถูกบีบอัดจนซิลิคอนมีการประสานงานแบบหกเหลี่ยม (ออกตาเฮดรอล) กับออกซิเจน แคตไอออนขนาดใหญ่จะมีเลขการประสานงานที่ใหญ่กว่าเนื่องจากขนาดสัมพัทธ์ที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับออกซิเจน ( วงโคจรย่อย สุดท้าย ของอะตอมที่หนักกว่าก็แตกต่างกันด้วย) การเปลี่ยนแปลงในเลขการประสานงานนำไปสู่ความแตกต่างทางกายภาพและทางแร่ธาตุวิทยา ตัวอย่างเช่น ที่ความดันสูง เช่น ในเนื้อโลกแร่ธาตุหลายชนิด โดยเฉพาะซิลิเกต เช่นโอลิวีนและการ์เนตจะเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างเพอร์รอฟสไกต์ซึ่งซิลิคอนจะอยู่ในตำแหน่งประสานงานแบบแปดเหลี่ยม ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่ อะลูมิโนซิลิเกต ไคยาไนต์แอนดาลูไซต์และซิลลิมาไนต์( โพลี มอร์ _ฟเนื่องจากมีสูตร Al₂SiO₅ ร่วมกัน₎ซึ่งแตกต่างกันที่จำนวนการประสานงานของ Al³⁺ ^แร่ธาตุเหล่านี้จะเปลี่ยนรูปจากชนิดหนึ่งไปเป็นอีกชนิดหนึ่งเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิ^{[ 48 ]}ในกรณีของวัสดุซิลิเกต การแทนที่^Si⁴⁺ด้วย Al³⁺ ^{ทำให้}เกิดแร่ธาตุหลากหลายชนิดเนื่องจากความจำเป็นในการรักษาสมดุลของประจุ^{[ 58 ]}

เนื่องจากธาตุที่พบมากที่สุด 8 ชนิดประกอบขึ้นเป็นเปลือกโลกมากกว่า 98% ธาตุอื่นๆ ที่มีอยู่เพียงเล็กน้อยจึงถูกแทนที่ในแร่ธาตุที่ก่อตัวเป็นหินทั่วไป แร่ธาตุที่โดดเด่นของธาตุส่วนใหญ่ค่อนข้างหายาก พบได้เฉพาะในบริเวณที่ธาตุเหล่านี้มีความเข้มข้นมากขึ้นจากกระบวนการทางธรณีวิทยา เช่นการไหลเวียนของน้ำร้อนจนถึงจุดที่ธาตุเหล่านี้ไม่สามารถเข้าไปอยู่ในแร่ธาตุทั่วไปได้อีกต่อไป^{[ 59 ]}

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความดัน และองค์ประกอบ จะทำให้แร่ธาตุในตัวอย่างหินเปลี่ยนแปลงไป การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบอาจเกิดจากกระบวนการต่างๆ เช่นการผุพังหรือ การเปลี่ยนแปลง ทางเคมี ( การเปลี่ยนแปลงทางความร้อน ) การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดันเกิดขึ้นเมื่อหินต้นกำเนิดมี การเคลื่อนที่ ทางธรณีวิทยาหรือทางแมก มา ไปสู่สภาวะทางกายภาพที่แตกต่างกัน การเปลี่ยนแปลงของ สภาวะ ทางอุณหพลศาสตร์ทำให้กลุ่มแร่สามารถทำปฏิกิริยากันเพื่อสร้างแร่ใหม่ได้ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่หินสองก้อนจะมีองค์ประกอบทางเคมีของหินโดยรวมที่เหมือนกันหรือคล้ายคลึงกันมากโดยไม่จำเป็นต้องมีแร่ธาตุที่คล้ายคลึงกัน กระบวนการเปลี่ยนแปลงทางแร่ธาตุนี้เกี่ยวข้องกับวัฏจักรของหินตัวอย่างของชุดปฏิกิริยาของแร่แสดงไว้ดังต่อไปนี้^{[ 60 ]}

ออร์โทเคลสเฟลด์สปาร์ (KAlSi₃O₈ ₎เป็นแร่ที่พบได้ทั่วไปใน_หินแกรนิตซึ่งเป็น_{หินอัคนี}พุโทนิกเมื่อสัมผัสกับการผุกร่อน มันจะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างเคโอลิไนต์ (Al₂Si₂O₅ ₍ OH) _{₄ ซึ่ง}เป็น แร่ ตะกอนและกรดซิลิซิก )

2 Kอัลซี₃ O ₈ + 5 H ₂ O + 2 H ⁺ → อัล₂ศรี₂ O ₅ (OH) ₄ + 4 H ₂ SiO ₃ + 2 K ⁺

ภายใต้สภาวะการแปรสภาพระดับต่ำ คาโอลิไนต์จะทำปฏิกิริยากับควอตซ์เพื่อสร้างไพโรฟิลไลต์ (Al ₂ Si ₄ O ₁₀ (OH) ₂ ):

อัล₂ศรี₂ O ₅ (OH) ₄ + SiO ₂ → อัล₂ศรี₄ O ₁₀ (OH) ₂ + H ₂ O

เมื่อระดับการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาเพิ่มสูงขึ้น ไพโรฟิลไลต์จะทำปฏิกิริยาเพื่อก่อให้เกิดไคยาไนต์และควอตซ์:

อัล₂ศรี₄ O ₁₀ (OH) ₂ → อัล₂ SiO ₅ + 3 SiO ₂ + H ₂ O

อีกทางหนึ่ง แร่บางชนิดอาจเปลี่ยนโครงสร้างผลึกอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดันโดยไม่เกิดปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น ควอตซ์จะเปลี่ยนเป็นพอลิมอร์ฟ_SiO2 หลายชนิด เช่นไตรไดไมต์และคริสโตบาไลต์ที่อุณหภูมิสูง และโคเอไซต์ที่ความดันสูง^{[ 61 ]}

การจำแนกประเภทแร่มีตั้งแต่แบบง่ายไปจนถึงแบบยาก แร่สามารถระบุได้จากคุณสมบัติทางกายภาพหลายประการ ซึ่งบางคุณสมบัติก็เพียงพอสำหรับการระบุอย่างครบถ้วนโดยไม่มีข้อสงสัย ในบางกรณี แร่สามารถจำแนกประเภทได้ด้วยการ วิเคราะห์ ทางแสง ทาง เคมีหรือ การ เลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ที่ซับซ้อนกว่าเท่านั้น อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้อาจมีค่าใช้จ่ายสูงและใช้เวลานาน คุณสมบัติทางกายภาพที่ใช้ในการจำแนกประเภท ได้แก่ โครงสร้างผลึกและลักษณะ ความแข็ง ความมันวาว ความโปร่งใส สี รอยขีด การแตกตัวและรอยหัก และความหนาแน่นจำเพาะ การทดสอบอื่นๆ ที่ไม่ทั่วไป ได้แก่การเรืองแสง การเปล่งแสงแบบ ฟอสฟอเรสเซนซ์แม่เหล็กกัมมันตภาพรังสีความเหนียว (การตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่างหรือรูปแบบที่เกิดจากกลไก) ความเป็นไฟฟ้าจากแรงกดและปฏิกิริยาต่อกรดเจือจาง^{[ 62 ]}

โครงสร้างผลึกเกิดจากการจัดเรียงเชิงพื้นที่ทางเรขาคณิตที่เป็นระเบียบของอะตอมในโครงสร้างภายในของแร่ โครงสร้างผลึกนี้ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงอะตอมหรือไอออน ภายในที่เป็นระเบียบ ซึ่งมักแสดงออกมาในรูปทรงเรขาคณิตที่ผลึกนั้นมี แม้ว่าเม็ดแร่จะมีขนาดเล็กเกินกว่าจะมองเห็นได้หรือมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ โครงสร้างผลึกพื้นฐานก็ยังคงเป็นแบบคาบและสามารถกำหนดได้โดยการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์^{[ 15 ]}โดยทั่วไปแล้วแร่จะถูกอธิบายโดยเนื้อหาสมมาตร ผลึกถูกจำกัดไว้ที่32 กลุ่มจุดซึ่งแตกต่างกันโดยสมมาตร กลุ่มเหล่านี้ถูกจัดประเภทเป็นหมวดหมู่ที่กว้างขึ้น โดยหมวดหมู่ที่ครอบคลุมมากที่สุดคือตระกูลผลึกทั้งหก^{[ 63 ]}

ครอบครัวเหล่านี้สามารถอธิบายได้ด้วยความยาวสัมพัทธ์ของแกนผลึกวิทยา 3 แกน และมุมระหว่างแกนเหล่านั้น ความสัมพันธ์เหล่านี้สอดคล้องกับการดำเนินการสมมาตรที่กำหนดกลุ่มจุดที่แคบกว่า โดยสรุปไว้ด้านล่าง a, b และ c แทนแกน และ α, β, γ แทนมุมตรงข้ามแกนผลึกวิทยาที่เกี่ยวข้อง (เช่น α คือมุมตรงข้ามแกน a กล่าวคือมุมระหว่างแกน b และ c): ^{[ 63 ]}

ตระกูลผลึกหกเหลี่ยมยังแบ่งออกเป็นสองระบบ ผลึก  ได้แก่ ระบบผลึก สามเหลี่ยมซึ่งมีแกนสมมาตรสามเท่า และระบบผลึกหกเหลี่ยม ซึ่งมีแกนสมมาตรหกเท่า

เคมีและโครงสร้างผลึกร่วมกันกำหนดแร่ธาตุ ภายใต้ข้อจำกัดของกลุ่มจุด 32 กลุ่ม แร่ธาตุที่มีองค์ประกอบทางเคมีต่างกันอาจมีโครงสร้างผลึกที่เหมือนกัน ตัวอย่างเช่นฮาไลต์ (NaCl) กาลีนา (PbS) และเพริคลาเซ (MgO) ล้วนอยู่ในกลุ่มจุดเฮกซาออกตาเฮดรัล (ตระกูลไอโซเมตริก) เนื่องจากมีสัดส่วนทางเคมี ที่คล้ายคลึงกัน ระหว่างองค์ประกอบที่แตกต่างกัน ในทางตรงกันข้ามโพลีมอร์ฟคือกลุ่มของแร่ธาตุที่มีสูตรทางเคมีเดียวกันแต่มีโครงสร้างที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นไพไรต์และมาร์คาไซต์ซึ่งเป็นซัลไฟด์ของเหล็กทั้งคู่ มีสูตร FeS₂ _แต่ไพไรต์มีโครงสร้างไอโซเมตริก ในขณะที่มาร์คาไซต์มีโครงสร้างออร์โธรอมบิก โพลีมอร์ฟิซึมนี้ขยายไปถึงซัลไฟด์อื่นๆ ที่มีสูตร AX₂ ทั่วไป_{กลุ่ม}ทั้งสองนี้เรียกรวมกันว่ากลุ่มไพไรต์และกลุ่มมาร์คาไซต์^{[ 64 ]}

โพลีมอร์ฟิซึมสามารถขยายออกไปนอกเหนือจากเนื้อหาสมมาตรบริสุทธิ์ อะลู มิ โน ซิลิเกตเป็นกลุ่มของแร่ธาตุสามชนิด ได้แก่_{ไคยาไนต์}แอนดาลูไซต์และซิลลิมาไนต์ซึ่ง  มีสูตรทางเคมีร่วมกันคือ Al₂SiO₅ _{ไคยาไนต์}เป็นผลึกแบบไตรคลินิก ในขณะที่แอนดาลูไซต์และซิลลิมาไนต์เป็นผลึกแบบออร์โธรอมบิกและอยู่ในกลุ่มจุดไดพิรามิดัล ความแตกต่างเหล่านี้เกิดขึ้นตามวิธีการที่อะลูมิเนียมประสานงานภายในโครงสร้างผลึก ในแร่ธาตุทั้งหมด ไอออนอะลูมิเนียมหนึ่งตัวจะประสานงานกับออกซิเจนแบบหกเหลี่ยมเสมอ ซิลิคอนโดยทั่วไปจะประสานงานแบบหกเหลี่ยมในแร่ธาตุทั้งหมด ยกเว้นกรณีเช่นสติโชไวต์ (SiO₂ _ซึ่งเป็นพอลิมอร์ฟของควอตซ์ที่มีความดันสูงมากและมีโครงสร้างรูไทล์) ^{[ 65 ]}ในไคยาไนต์ อะลูมิเนียมตัวที่สองจะประสานงานแบบหกเหลี่ยม สูตรทางเคมีของมันสามารถแสดงได้เป็น Al [ ₆ ^] Al ^[6] SiO₅ เพื่อสะท้อนโครงสร้างผลึกของมัน แอนดาลูไซต์มีอะลูมิเนียมตัวที่สองในการประสานงานแบบห้าเท่า (Al ^[6] Al ^[5] SiO ₅ ) และซิลลิมาไนต์มีการประสานงานแบบสี่เท่า (Al ^[6] Al ^[4] SiO ₅ ) ^{[ 66 ]}

ความแตกต่างในโครงสร้างผลึกและเคมีมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ ของแร่ อัลโลโทรปของคาร์บอนอย่างเพชรและกราไฟต์มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันอย่างมาก เพชรเป็นสารธรรมชาติที่แข็งที่สุด มีความมันวาวเหมือนเพชร และอยู่ในตระกูลผลึกไอโซเมตริก ในขณะที่กราไฟต์นั้นอ่อนนุ่มมาก มีความมันวาวเหมือนน้ำมัน และตกผลึกในตระกูลหกเหลี่ยม ความแตกต่างนี้เกิดจากความแตกต่างในพันธะ ในเพชร คาร์บอนอยู่ในออร์บิทัลไฮบริด sp³ ^ซึ่งหมายความว่าพวกมันสร้างโครงร่างที่แต่ละคาร์บอนมีพันธะโควาเลนต์กับเพื่อนบ้านสี่ตัวในลักษณะทรงสี่หน้า ในทางกลับกัน กราไฟต์ประกอบด้วยแผ่นคาร์บอนในออร์บิทัลไฮบริด sp² ^ซึ่งแต่ละคาร์บอนมีพันธะโควาเลนต์กับอีกเพียงสามตัวเท่านั้น แผ่นเหล่านี้ยึดติดกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ ที่อ่อนกว่ามาก และความแตกต่างนี้ส่งผลให้เกิดความแตกต่างในระดับมหภาคอย่างมาก^{[ 67 ]}

การเกิดผลึกแฝด (Twinning)คือการเจริญเติบโตของผลึกสองผลึกขึ้นไปของแร่ชนิดเดียวกัน รูปทรงของผลึกแฝดถูกควบคุมโดยสมมาตรของแร่ ดังนั้นจึงมีผลึกแฝดหลายประเภท ได้แก่ ผลึกแฝดสัมผัส (Contact twins), ผลึกแฝดแบบตาข่าย (Reticulated twins), ผลึกแฝดแบบโค้งงอ (Geniculated twins), ผลึกแฝดแบบแทรกซึม (Penetration twins), ผลึกแฝดแบบวงจร (Cyclic twins) และผลึกแฝดแบบสังเคราะห์หลายผลึก (Polysynthetic twins) ผลึกแฝดสัมผัสหรือผลึกแฝดแบบธรรมดา ประกอบด้วยผลึกสองผลึกที่เชื่อมต่อกันที่ระนาบ ผลึกแฝดประเภทนี้พบได้ทั่วไปในสปิเนล ผลึกแฝดแบบตาข่าย พบได้ทั่วไปในรูไทล์ เป็นผลึกที่เกี่ยวพันกันคล้ายตาข่าย ผลึกแฝดแบบโค้งงอจะมีส่วนโค้งตรงกลางที่เกิดจากการเริ่มต้นของผลึกแฝด ผลึกแฝดแบบแทรกซึมประกอบด้วยผลึกเดี่ยวสองผลึกที่เจริญเติบโตเข้าหากัน ตัวอย่างของผลึกแฝดประเภทนี้ ได้แก่ ผลึก แฝด รูปกากบาทในสเตาโร ไลต์ และผลึกแฝดแบบคาร์ลสแบดในออร์โทเคลส ผลึกแฝดแบบวงจรเกิดจากการเกิดผลึกแฝดซ้ำๆ รอบแกนหมุน การเกิดแฝดประเภทนี้เกิดขึ้นรอบแกนสาม สี่ ห้า หก หรือแปดเท่า และรูปแบบที่สอดคล้องกันเรียกว่า แฝดสาม แฝดสี่แฝดห้าแฝดหก และแฝดแปด โดยแฝดหกพบได้ทั่วไปในอาราโกไนต์ แฝดโพลีซินเทติกคล้ายกับแฝดไซคลิกตรงที่มีการเกิดแฝดซ้ำๆ อย่างไรก็ตาม แทนที่จะเกิดขึ้นรอบแกนหมุน การเกิดแฝดโพลีซินเทติกจะเกิดขึ้นตามระนาบขนาน โดยปกติจะเกิดขึ้นในระดับจุลภาค^{[ 68 ] [ 69 ]}

ลักษณะผลึกหมายถึงรูปร่างโดยรวมของผลึกรวมของแร่ใดๆ มีหลายคำที่ใช้เพื่ออธิบายคุณสมบัตินี้ ลักษณะผลึกทั่วไป ได้แก่แบบเข็มซึ่งอธิบายถึงผลึกรูปเข็ม เช่นในแนโทรไลต์ แบบเดนไดรต์ (รูปแบบต้นไม้) พบได้ทั่วไปในทองแดงหรือทองคำธรรมชาติที่มีเนื้อพื้น (เมทริกซ์)แบบเหลี่ยม ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของแร่การ์เนตแบบปริซึม (ยาวในทิศทางเดียว) เช่นในแร่คุนไซต์หรือสติบไนต์แบบบอทรอยด์ (เหมือนพวงองุ่น) เช่นในแร่แคลเซโดนีแบบเส้นใย ซึ่งมีผลึกรูปเส้นใย เช่นในแร่วอลลาสโตไนต์แบบแผ่น ซึ่งแตกต่างจากแบบใบมีดตรงที่แบบแรกเป็นแผ่น ในขณะที่แบบหลังมีความยาวที่กำหนดไว้ เช่นในแร่มัสโคไวต์และแบบมวล ซึ่งไม่มีรูปร่างที่แน่นอน เช่นในแร่คาร์นัลไลต์^{[ 7 ]}ที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบผลึก คุณภาพของหน้าผลึกเป็นตัวบ่งชี้ของแร่บางชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์แบบเพโทรกราฟิก ผลึกยูเฮดรัลมีรูปร่างภายนอกที่แน่นอน ในขณะที่ผลึกแอนเฮดรัลไม่มีรูปร่างที่แน่นอน รูปแบบระหว่างกลางเหล่านี้เรียกว่าซับเฮดรัล^{[ 70 ] [ 71 ]}

ความแข็งของแร่บ่งบอกถึงความสามารถในการต้านทานการขีดข่วนหรือการกดทับ คุณสมบัติทางกายภาพนี้ถูกควบคุมโดยองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างผลึกของแร่

มาตราวัดที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือ มาตราความแข็งโมห์ส แบบเรียงลำดับซึ่งวัดความต้านทานต่อการขีดข่วน กำหนดโดยตัวบ่งชี้สิบตัว แร่ที่มีดัชนีสูงกว่าจะขีดข่วนแร่ที่มีดัชนีต่ำกว่า มาตรานี้มีช่วงตั้งแต่ทัลก์ ซึ่งเป็นฟิลโลซิลิเคตไปจนถึงเพชร ซึ่งเป็นโพลีมอร์ฟของคาร์บอนที่เป็นวัสดุธรรมชาติที่แข็งที่สุด มาตรานี้แสดงไว้ด้านล่าง: ^{[ 72 ] [ 7 ]}

ความแข็งของแร่เป็นฟังก์ชันของโครงสร้าง ความแข็งไม่จำเป็นต้องคงที่สำหรับทิศทางผลึกศาสตร์ทั้งหมด ความอ่อนแอของผลึกศาสตร์ทำให้บางทิศทางอ่อนกว่าทิศทางอื่น[ 72 ] ตัวอย่างของความแปรผันของความแข็งนี้พบได้ในไคยาไนต์ ซึ่งมีความแข็งโมห์ส 5 1/2 ^{ขนานกับ[} 001 ] แต่ 7 ขนานกับ[100 ^{] [} 73 ^]

มาตราส่วนอื่นๆ ได้แก่^{[ 74 ]}

• การทดสอบความแข็งของ Shoreซึ่งวัดความทนทานของแร่โดยพิจารณาจากรอยบุ๋มของอุปกรณ์สปริง^{[ 75 ]}
• มาตราส่วนร็อคเวลล์
• การทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์ส
• มาตราส่วนบริเนลล์

ความแวววาวบ่งบอกถึงการสะท้อนแสงจากพื้นผิวของแร่ โดยคำนึงถึงคุณภาพและความเข้มของแสง มีคำศัพท์เชิงคุณภาพมากมายที่ใช้ในการอธิบายคุณสมบัตินี้ ซึ่งแบ่งออกเป็นประเภทโลหะและอโลหะ แร่โลหะและแร่กึ่งโลหะมีการสะท้อนแสงสูงเหมือนโลหะ ตัวอย่างของแร่ที่มีความแวววาวประเภทนี้ ได้แก่กาลีนาและไพไรต์ ความแวววาวแบบอโลหะ ได้แก่ ความแวววาวแบบอะดาแมนไทน์ เช่น ในเพชรความแวววาวแบบแก้ว ซึ่งเป็นความแวววาวคล้ายแก้วที่พบได้ทั่วไปในแร่ซิลิเกต ความแวววาวแบบมุก เช่น ในทัลก์และอะโพฟิลไลต์ความแวววาวแบบเรซิน เช่น ในกลุ่มแร่การ์เนต ความแวววาวแบบไหม ซึ่งพบได้ทั่วไปในแร่เส้นใย เช่นคริโซไทล์ แอสเบสติ ฟอร์ม^{[ 76 ]}

ความโปร่งใสของแร่หมายถึงความสามารถของแสงที่จะผ่านเข้าไปได้ แร่โปร่งใสจะไม่ลดความเข้มของแสงที่ผ่านเข้าไป ตัวอย่างของแร่โปร่งใสคือมัสโคไวต์ (โพแทสเซียมไมกา) บางชนิดมีความใสมากพอที่จะใช้ทำหน้าต่างได้ แร่โปร่งแสงยอมให้แสงผ่านเข้าไปได้บ้าง แต่น้อยกว่าแร่โปร่งใสหยกและหยกเนฟไฟรต์ (แร่ หยกชนิดหนึ่ง) เป็นตัวอย่างของแร่ที่มีคุณสมบัตินี้ แร่ที่ไม่ยอมให้แสงผ่านเข้าไปเรียกว่าแร่ทึบแสง^{[ 77 ] [ 78 ]}

ความโปร่งใสของแร่ขึ้นอยู่กับความหนาของตัวอย่าง เมื่อแร่บางพอ (เช่น ในภาคตัดขวางบางๆสำหรับการศึกษาหินวิทยา ) แร่อาจโปร่งใสได้แม้ว่าจะไม่สามารถมองเห็นคุณสมบัตินั้นได้ในตัวอย่างที่ถือด้วยมือ ในทางตรงกันข้าม แร่บางชนิด เช่นฮีมาไทต์หรือไพไรต์ จะทึบแสงแม้ในภาคตัดขวางบางๆ^{[ 78 ]}

โดยทั่วไปแล้วสีไม่ใช่คุณสมบัติที่ใช้ในการวินิจฉัยแร่ธาตุ ภาพที่แสดงคือยูวาโรไวต์ สีเขียว (ซ้าย) และกรอสซูลาร์ สีแดงอมชมพู (ขวา) ซึ่งทั้งสองเป็นแร่การ์เนตคุณสมบัติที่ใช้ในการวินิจฉัยได้แก่ ผลึกทรงสิบสองเหลี่ยม ความมันวาวคล้ายเรซิน และความแข็งประมาณ 7

สีเป็นคุณสมบัติที่เห็นได้ชัดที่สุดของแร่ แต่บ่อยครั้งที่ไม่สามารถระบุลักษณะเฉพาะได้^{[ 79 ]}เกิดจากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอน (ยกเว้นในกรณีของการเรืองแสงซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับแร่) ^{[ 80 ]}มีการกำหนดธาตุสองประเภทใหญ่ๆ (ไอดีโอโครมาติกและอัลโลโครมาติก) โดยพิจารณาจากส่วนประกอบที่ทำให้เกิดสีของแร่: ธาตุไอดีโอโครมาติกเป็นองค์ประกอบสำคัญของแร่ ส่วนประกอบของธาตุเหล่านี้ที่ทำให้เกิดสีของแร่สามารถระบุลักษณะเฉพาะได้^{[ 77 ] [ 81 ]}ตัวอย่างของแร่ดังกล่าว ได้แก่มาลาไคต์ (สีเขียว) และอะซูไรต์ (สีน้ำเงิน) ในทางตรงกันข้าม ธาตุอัลโลโครมาติกในแร่มีอยู่ในปริมาณเล็กน้อยเป็นสิ่งเจือปน ตัวอย่างของแร่ดังกล่าว ได้แก่ทับทิมและไพลิน ซึ่งเป็นแร่ คอรันดัมชนิดหนึ่ง^{[ 81 ]} สีของแร่ซูโดโครมาติกเป็นผลมาจากการรบกวนของคลื่นแสง ตัวอย่างเช่นลาบราโดไร ต์ และบอร์ไนต์

นอกจากสีของเนื้อแร่ธรรมดาแล้ว แร่ธาตุยังสามารถมีคุณสมบัติทางแสงที่โดดเด่นอื่นๆ อีกมากมาย เช่น การเล่นสีปรากฏการณ์แอสเตอริซึมแสงระยิบระยับ การ เปลี่ยนสี และการเปลี่ยน สีตามทิศทางของ แสง คุณสมบัติเหล่านี้หลายอย่างเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของสี การเล่นสี เช่น ในโอปอลทำให้ตัวอย่างสะท้อนสีต่างๆ เมื่อหมุน ในขณะที่การเปลี่ยนสีตามทิศทางของแสงอธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงของสีเมื่อแสงผ่านแร่ในทิศทางที่แตกต่างกัน การเปลี่ยนสีตามทิศทางของแสงเป็นรูปแบบหนึ่งของการเล่นสีที่แสงกระเจิงจากสารเคลือบผิวบนพื้นผิวของผลึก ระนาบการแตก หรือจากชั้นที่มีการไล่ระดับทางเคมีเล็กน้อย^{[ 82 ]}ในทางตรงกันข้าม การเล่นสีในโอปอลเกิดจากการหักเหของแสงจากทรงกลมซิลิกาขนาดเล็กที่เรียงตัวกันภายในโครงสร้างทางกายภาพ^{[ 83 ]}แสงระยิบระยับ ("ตาแมว") คือแถบสีเป็นคลื่นที่สังเกตได้เมื่อหมุนตัวอย่าง แอสเตอริซึม ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของชาโตยันซี ​​ทำให้เกิดลักษณะคล้ายดาวบนเม็ดแร่ คุณสมบัติหลังนี้พบได้ทั่วไปในคอรันดัมคุณภาพอัญมณี^{[ 82 ] [ 83 ]}

สีของผงแร่หมายถึงสีของแร่ในรูปผง ซึ่งอาจเหมือนหรือไม่เหมือนกับสีของเนื้อแร่^{[ 81 ]}วิธีที่พบได้บ่อยที่สุดในการทดสอบคุณสมบัตินี้คือการใช้แผ่นทดสอบสี ซึ่งทำจากพอร์เซเลนและมีสีขาวหรือดำ สีของผงแร่ไม่ขึ้นอยู่กับธาตุเจือปน^{[ 77 ]}หรือพื้นผิวที่ผุกร่อน^{[ 81 ]}ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไปของคุณสมบัตินี้คือแร่ฮีมาไทต์ซึ่งมีสีดำ เงิน หรือแดงเมื่อมองด้วยตาเปล่า แต่มีสีผงเป็นสีแดงเชอร์รี่^{[ 77 ]}ถึงสีน้ำตาลแดง^{[ 81 ] [ 7 ]}หรือแร่ชาลโคไพไรต์ซึ่งมีสีทองเหลืองและมีสีผงเป็นสีดำเมื่อมอง ด้วยตา ^{เปล่า[ 7 ]}สีผงมักจะเด่นชัดกว่าในแร่โลหะ ตรงกันข้ามกับแร่ที่ไม่ใช่โลหะซึ่งสีของเนื้อแร่เกิดจากธาตุอัลโลโครมาติก^{[ 77 ]}การทดสอบรอยขีดถูกจำกัดด้วยความแข็งของแร่ เนื่องจากแร่ที่แข็งกว่า 7 จะทำให้แผ่นทดสอบรอยขีดเสียหายแทน^{[ 81 ]}

ตามคำจำกัดความ แร่ธาตุมีการจัดเรียงอะตอมที่เป็นลักษณะเฉพาะ ความอ่อนแอในโครงสร้างผลึกนี้ทำให้เกิดระนาบที่อ่อนแอ และการแตกหักของแร่ธาตุตามระนาบดังกล่าวเรียกว่า การแตกแยก คุณภาพของการแตกแยกสามารถอธิบายได้จากความสะอาดและความง่ายในการแตกของแร่ธาตุ คำอธิบายทั่วไปเรียงตามลำดับคุณภาพที่ลดลง ได้แก่ "สมบูรณ์" "ดี" "ชัดเจน" และ "แย่" ในแร่ธาตุที่โปร่งใสเป็นพิเศษ หรือในภาคตัดขวางบางๆ การแตกแยกสามารถมองเห็นได้เป็นชุดของเส้นขนานที่ทำเครื่องหมายพื้นผิวระนาบเมื่อมองจากด้านข้าง การแตกแยกไม่ใช่คุณสมบัติสากลในหมู่แร่ธาตุ ตัวอย่างเช่น ควอตซ์ ซึ่งประกอบด้วยซิลิกาเตตระเฮดราที่เชื่อมต่อกันอย่างกว้างขวาง ไม่มีจุดอ่อนทางผลึกศาสตร์ที่จะทำให้มันแตกแยกได้ ในทางตรงกันข้าม ไมกา ซึ่งมีการแตกแยกตามฐานที่สมบูรณ์แบบ ประกอบด้วยแผ่นของซิลิกาเตตระเฮดราที่ยึดติดกันอย่างอ่อนมาก^{[ 84 ] [ 85 ]}

เนื่องจากการแตกตัวเป็นหน้าที่ของผลึกศาสตร์ จึงมีการแตกตัวหลายประเภท การแตกตัวมักเกิดขึ้นในทิศทางเดียว สอง สาม สี่ หรือหกทิศทาง การแตกตัวตามฐานในทิศทางเดียวเป็นคุณสมบัติที่โดดเด่นของไมกาการแตกตัวในสองทิศทางเรียกว่าการแตกตัวแบบปริซึม และเกิดขึ้นในแร่ธาตุเช่นแอมฟิโบลและไพรอกซีน แร่ธาตุเช่นกาเลนาหรือฮาไลต์มีการแตกตัวแบบลูกบาศก์ (หรือไอโซเมตริก) ในสามทิศทางที่ 90° เมื่อมีการแตกตัวในสามทิศทาง แต่ไม่ได้ทำมุม 90° เช่นในแคลไซต์หรือโรโดโครไซต์จะเรียกว่าการแตกตัวแบบรอมโบเฮดรัล การแตกตัวแบบออกตาเฮดรัล (สี่ทิศทาง) พบในฟลูออไรต์และเพชร และสฟาเลอไรต์มีการแตกตัวแบบโดเดคาเฮดรัลหกทิศทาง^{[ 84 ] [ 85 ]}

แร่ที่มีรอยแตกหลายทิศทางอาจไม่แตกได้ดีเท่ากันในทุกทิศทาง ตัวอย่างเช่น แคลไซต์มีรอยแตกที่ดีในสามทิศทาง แต่ยิปซัมมีรอยแตกที่สมบูรณ์แบบในทิศทางเดียว และมีรอยแตกที่ไม่ดีในอีกสองทิศทาง มุมระหว่างระนาบรอยแตกจะแตกต่างกันไปในแต่ละแร่ ตัวอย่างเช่น เนื่องจากแอมฟิโบลเป็นซิลิเกตแบบโซ่คู่ และไพรอกซีนเป็นซิลิเกตแบบโซ่เดี่ยว มุมระหว่างระนาบรอยแตกจึงแตกต่างกัน ไพรอกซีนแตกในสองทิศทางที่มุมประมาณ 90° ในขณะที่แอมฟิโบลแตกอย่างชัดเจนในสองทิศทางที่ห่างกันประมาณ 120° และ 60° สามารถวัดมุมรอยแตกได้ด้วยเครื่องวัดมุมสัมผัส ซึ่งคล้ายกับไม้โปรแทรกเตอร์^{[ 84 ] [ 85 ]}

การแยกตัว (Parting) ซึ่งบางครั้งเรียกว่า "การแยกตัวเทียม" (false cleavage) มีลักษณะคล้ายกับการแยกตัว (cleavage) แต่เกิดจากข้อบกพร่องทางโครงสร้างในแร่ แทนที่จะเป็นความอ่อนแออย่างเป็นระบบ การแยกตัวจะแตกต่างกันไปในแต่ละผลึกของแร่ ในขณะที่ผลึกทั้งหมดของแร่ชนิดเดียวกันจะแยกตัวได้หากโครงสร้างอะตอมเอื้ออำนวยต่อคุณสมบัตินั้น โดยทั่วไป การแยกตัวเกิดจากความเค้นที่กระทำต่อผลึก แหล่งที่มาของความเค้น ได้แก่ การเสียรูป (เช่น การเพิ่มขึ้นของความดัน) การแยกตัว หรือการเกิดแฝด แร่ที่มักแสดงการแยกตัว ได้แก่ ไพรอกซีน เฮมาไทต์ แมกเนไทต์ และคอรันดัม^{[ 84 ] [ 86 ]}

เมื่อแร่แตกในทิศทางที่ไม่สอดคล้องกับระนาบการแตก จะเรียกว่าเกิดการแตกหัก มีการแตกหักแบบไม่สม่ำเสมอหลายประเภท ตัวอย่างคลาสสิกคือการแตกหักแบบโค้งมน เช่นเดียวกับควอตซ์ ซึ่งจะสร้างพื้นผิวโค้งมนที่มีเส้นโค้งเรียบ การแตกหักประเภทนี้เกิดขึ้นเฉพาะในแร่ที่เป็นเนื้อเดียวกันมากเท่านั้น การแตกหักประเภทอื่น ๆ ได้แก่ การแตกหักแบบเส้นใย การแตกหักแบบเสี้ยน และการแตกหักแบบเป็นร่อง การแตกหักแบบเป็นร่องหมายถึงการแตกตามพื้นผิวที่ขรุขระและเป็นร่อง ตัวอย่างของคุณสมบัตินี้พบได้ในทองแดงธรรมชาติ^{[ 87 ]}

ความเหนียวแน่นเกี่ยวข้องกับทั้งการแตกแยกและการแตกหัก ในขณะที่การแตกหักและการแตกแยกอธิบายถึงพื้นผิวที่เกิดขึ้นเมื่อแร่แตก ความเหนียวแน่นอธิบายถึงความต้านทานของแร่ต่อการแตกดังกล่าว แร่สามารถอธิบายได้ว่าเป็นเปราะ เหนียว อ่อนตัว แตกแยกได้ ยืดหยุ่น หรือยืดหยุ่นได้^{[ 88 ]}

ความหนาแน่นสัมพัทธ์อธิบายความหนาแน่นของแร่ธาตุในเชิงตัวเลข มิติของความหนาแน่นคือมวลหารด้วยปริมาตร โดยมีหน่วยเป็น kg/m³ ^หรือ g/cm³ ^ความหนาแน่นสัมพัทธ์ถูกกำหนดให้เป็นความหนาแน่นของแร่ธาตุหารด้วยความหนาแน่นของน้ำที่อุณหภูมิ 4 °C ดังนั้นจึงเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ ซึ่งเหมือนกันในทุกระบบหน่วย^{[ 89 ]}สามารถวัดได้โดยใช้ผลหารของมวลของตัวอย่างและผลต่างระหว่างน้ำหนักของตัวอย่างในอากาศกับน้ำหนักที่สอดคล้องกันในน้ำ ในบรรดาแร่ธาตุส่วนใหญ่ คุณสมบัตินี้ไม่สามารถใช้ในการวินิจฉัยได้ แร่ธาตุที่ก่อตัวเป็นหิน – โดยทั่วไปคือซิลิเกตหรือบางครั้งคือคาร์บอเนต – มีความหนาแน่นสัมพัทธ์ 2.5–3.5 ^{[ 90 ]}

ความหนาแน่นจำเพาะสูงเป็นคุณสมบัติเฉพาะของแร่ การเปลี่ยนแปลงทางเคมี (และด้วยเหตุนี้ ประเภทของแร่) สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นจำเพาะ ในบรรดาแร่ทั่วไป ออกไซด์และซัลไฟด์มักมีความหนาแน่นจำเพาะสูงกว่า เนื่องจากมีธาตุที่มีมวลอะตอมสูงกว่า โดยทั่วไปแล้ว แร่ที่มีความมันวาวแบบโลหะหรือแบบเพชร มักมีความหนาแน่นจำเพาะสูงกว่าแร่ที่มีความมันวาวแบบไม่เป็นโลหะหรือแบบด้าน ตัวอย่างเช่นเฮ_มาไทต์_Fe₂O₃มีความหนาแน่นจำเพาะ 5.26 ^{[ 91 ]}ในขณะที่กาเลนา PbS มีความหนาแน่นจำเพาะ 7.2–7.6 ^{[ 92 ]}ซึ่งเป็นผลมาจากปริมาณเหล็กและตะกั่วที่สูงตามลำดับ ความหนาแน่นจำเพาะที่สูงมากเป็นลักษณะเฉพาะของโลหะธรรมชาติตัวอย่างเช่นคามาไซต์ซึ่งเป็นโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลที่พบได้ทั่วไปในอุกกาบาตเหล็กมีความหนาแน่นจำเพาะ 7.9 ^{[ 93 ]}และทองคำมีความหนาแน่นจำเพาะที่สังเกตได้ระหว่าง 15 ถึง 19.3 ^{[ 90 ] [ 94 ]}

นอกจากนี้ ยังสามารถใช้คุณสมบัติอื่นๆ ในการวินิจฉัยแร่ธาตุได้ คุณสมบัติเหล่านี้ไม่ครอบคลุมทั่วไป และใช้ได้กับแร่ธาตุเฉพาะชนิดเท่านั้น

การหยด กรดเจือจาง (มักจะเป็น HCl 10% ) ลงบนแร่ช่วยในการแยกแยะคาร์บอเนตออกจากแร่ประเภทอื่น กรดจะทำปฏิกิริยากับกลุ่มคาร์บอเนต ([CO ₃ ] ²⁻ ) ซึ่งทำให้บริเวณที่ได้รับผลกระทบเกิดฟองและปล่อย ก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ ออกมา การทดสอบนี้สามารถขยายเพิ่มเติมเพื่อทดสอบแร่ในรูปผลึกดั้งเดิมหรือในรูปผงได้ ตัวอย่างของการทดสอบนี้ทำเมื่อแยกแยะแคลไซต์ออกจากโดโลไมต์โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายในหิน ( หินปูนและโดโลไมต์ตามลำดับ) แคลไซต์จะเกิดฟองทันทีในกรด ในขณะที่ต้องใช้กรดกับโดโลไมต์ที่เป็นผง (มักจะใช้กับพื้นผิวที่ขีดข่วนในหิน) จึงจะเกิดฟอง^{[ 95 ]} แร่ ซีโอไลต์จะไม่เกิดฟองในกรด แต่จะเกิดฝ้าหลังจาก 5-10 นาที และหากทิ้งไว้ในกรดเป็นเวลาหนึ่งวัน แร่จะละลายหรือกลายเป็นซิลิกาเจล^{[ 96 ]}

ความเป็นแม่เหล็กเป็นคุณสมบัติที่โดดเด่นมากของแร่ธาตุบางชนิด ในบรรดาแร่ธาตุทั่วไปแมกเนไทต์แสดงคุณสมบัตินี้อย่างชัดเจน และความเป็นแม่เหล็กก็มีอยู่ในไพร์โรไทต์และอิลเมไนต์ เช่นกัน แม้จะไม่ชัดเจนเท่า [ ^{95 ]}แร่ธาตุบางชนิดแสดงคุณสมบัติทางไฟฟ้า เช่น ควอตซ์เป็นเพียโซอิเล็กทริกแต่คุณสมบัติทางไฟฟ้ามักไม่ค่อยถูกนำมาใช้เป็นเกณฑ์การวินิจฉัยสำหรับแร่ธาตุเนื่องจากข้อมูลไม่ครบถ้วนและความแปรผันตาม^{ธรรมชาติ[ 97 ]}

แร่ธาตุยังสามารถทดสอบรสชาติหรือกลิ่นได้อีกด้วยแฮไลต์ (NaCl) คือเกลือแกง ส่วนซิลไวต์ ซึ่งเป็นคู่กันที่มีโพแทสเซียมเป็นองค์ประกอบ จะมีรสขมอย่างชัดเจน ซัลไฟด์มีกลิ่นเฉพาะตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อตัวอย่างแตกหัก เกิดปฏิกิริยา หรือถูกบดเป็นผง^{[ 95 ]}

กัมมันตภาพรังสีเป็นคุณสมบัติที่หายากที่พบในแร่ธาตุที่มีธาตุกัมมันตรังสี ธาตุกัมมันตรังสีอาจเป็นองค์ประกอบหลัก เช่นยูเรเนียมในยูราไนต์ออทูไนต์และคาร์โนไทต์หรืออาจมีอยู่ในรูปของสิ่งเจือปนในปริมาณเล็กน้อย เช่น ในเซอร์คอนการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีจะทำลายโครงสร้างผลึกของแร่ ทำให้เกิดสภาวะอสัณฐาน เฉพาะที่ ( สภาวะเมตามิกต์ ) ผลลัพธ์ทางแสงที่เรียกว่าฮาโลกัมมันตรังสีหรือฮาโลเพลโอโครอิกสามารถสังเกตได้ด้วยเทคนิคต่างๆ เช่นปิโตรกราฟีภาคตัดบาง^{[ 95 ]}

ในปี 315 ก่อนคริสต์ศักราชธีโอฟราส ตัส ได้นำเสนอการจำแนกประเภทแร่ธาตุในตำราเรื่องหิน ของเขา การจำแนกประเภทของเขาได้รับอิทธิพลจากแนวคิดของอาจารย์ของเขาคือเพลโต และอริสโตเติลธีโอฟราสตัสจำแนกแร่ธาตุออกเป็นหิน ดิน หรือโลหะ^{[ 98 ]}

การจำแนกประเภทแร่ของ Georgius AgricolaในหนังสือDe Natura Fossiliumที่ตีพิมพ์ในปี 1546 แบ่งแร่เป็นสาร 3 ประเภท ได้แก่ แร่เดี่ยว (หิน ดิน โลหะ และน้ำที่แข็งตัว) แร่ผสม (ผสมกันอย่างใกล้ชิด) และแร่ประกอบ (แยกออกจากกันได้) ^{[ 98 ]}

การจำแนกแร่ธาตุในยุคแรกเริ่มนั้นได้มาจากคาร์ล ลินเนียสในหนังสือสำคัญของเขาในปี ค.ศ. 1735 ชื่อSystema Naturaeเขาแบ่งโลกธรรมชาติออกเป็นสามอาณาจักร ได้แก่ พืช สัตว์ และแร่ธาตุ และจำแนกแต่ละอาณาจักรด้วยลำดับชั้นเดียวกัน^{[ 99 ]}โดยเรียงลำดับจากบนลงล่าง ได้แก่ ไฟลัม ชั้น อันดับ วงศ์ เผ่า สกุล และสปีชีส์ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าระบบของเขาจะได้รับการสนับสนุนจาก ทฤษฎีการก่อตัวของสปีชีส์ของ ชาร์ลส์ ดาร์วินและได้รับการยอมรับและขยายความอย่างกว้างขวางโดยนักชีววิทยา ในศตวรรษต่อมา (ซึ่งยังคงใช้ระบบ การตั้งชื่อแบบทวิภาคที่อิงตามภาษากรีกและละตินของเขา) แต่ก็ไม่ประสบความสำเร็จมากนักในหมู่นักแร่วิทยา (แม้ว่าแร่ธาตุแต่ละชนิดจะยังคงถูกเรียกอย่างเป็นทางการว่าเป็นส ปีชี ส์ ของแร่ธาตุก็ตาม )

แร่ธาตุถูกจำแนกตามชนิดย่อย สปีชีส์ อนุกรม และกลุ่ม ตามลำดับความทั่วไปที่เพิ่มขึ้น ระดับพื้นฐานของการจำแนกคือสปีชีส์ของแร่ ซึ่งแต่ละสปีชีส์จะแตกต่างจากสปีชีส์อื่น ๆ ด้วยคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ ตัวอย่างเช่น ควอตซ์ถูกกำหนดโดย_สูตรทางเคมี SiO₂ และโครงสร้างผลึก เฉพาะ ที่แตกต่างจากแร่ชนิดอื่นที่มีสูตรทางเคมีเดียวกัน (เรียกว่าโพลีมอร์ฟ ) เมื่อมีช่วงขององค์ประกอบระหว่างสปีชีส์ของแร่สองชนิด จะมีการกำหนดอนุกรมของแร่ ตัวอย่างเช่น อนุกรม ไบโอไทต์แสดงโดยปริมาณที่แปรผันของสมาชิกปลายสุด ได้แก่ ฟลอโก ไพ ต์ไซเดอโรฟิลไลต์แอนไนต์และอีสโทไนต์ ในทางตรงกันข้าม กลุ่มแร่คือการจัดกลุ่มของส ปีชีส์แร่ที่มีคุณสมบัติทางเคมีร่วมกันบางประการและมีโครงสร้างผลึกร่วมกัน กลุ่ม ไพรอกซีนมีสูตรทั่วไปคือ XY(Si,Al) _₂O₆โดยที่ X และ Y เป็นแคตไอออน โดยทั่วไป X จะ_มีขนาดใหญ่กว่า Y ไพรอกซีนเป็นซิลิเกตสายเดี่ยวที่ตกผลึกในระบบผลึกแบบออร์โธรอมบิกหรือโมโนคลินิก สุดท้าย พันธุ์แร่คือแร่ชนิดเฉพาะที่แตกต่างกันด้วยลักษณะทางกายภาพบางอย่าง เช่น สีหรือลักษณะผลึก ตัวอย่างเช่นอเมทิสต์ซึ่งเป็นควอตซ์ชนิดสีม่วง^{[ 18 ]}

มีการใช้ระบบการจำแนกแร่สองระบบที่ใช้กันทั่วไป คือ ระบบ Dana และระบบ Strunz โดยทั้งสองระบบอาศัยองค์ประกอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนของกลุ่มทางเคมีที่สำคัญ และโครงสร้างเจมส์ ดไวต์ ดานานักธรณีวิทยาชั้นนำในยุคของเขา ได้ตีพิมพ์ระบบการจำแนกแร่ ของเขาเป็นครั้งแรก ในปี 1837 และในปี 1997 ระบบนี้อยู่ในฉบับที่แปดแล้วระบบการจำแนกแร่ของ Danaกำหนดหมายเลขสี่ส่วนให้กับแร่แต่ละชนิด หมายเลขชั้นจะขึ้นอยู่กับกลุ่มองค์ประกอบที่สำคัญ ประเภทจะแสดงอัตราส่วนของแคตไอออนต่อแอนไอออนในแร่ และตัวเลขสองตัวสุดท้ายจะจัดกลุ่มแร่ตามความคล้ายคลึงกันทางโครงสร้างภายในประเภทหรือชั้นที่กำหนดระบบการจำแนกแร่ของ Strunz ซึ่งใช้กันน้อยกว่า ตั้งชื่อตามนักแร่ชาวเยอรมันคาร์ล ฮูโก สตรุนซ์ นั้นอิงตามระบบ Dana แต่รวมเกณฑ์ทั้งทางเคมีและโครงสร้าง โดยเกณฑ์หลังจะพิจารณาจากการกระจายตัวของพันธะเคมี^{[ 100 ]}

เนื่องจากองค์ประกอบของเปลือกโลกส่วนใหญ่ประกอบด้วยซิลิคอนและออกซิเจน ซิลิเกตจึงเป็นแร่ธาตุที่สำคัญที่สุดในแง่ของการก่อตัวของหินและความหลากหลาย อย่างไรก็ตาม แร่ธาตุที่ไม่ใช่ซิลิเกตก็มีความสำคัญทางเศรษฐกิจอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปของแร่^{[ 101 ] [ 102 ]}แร่ธาตุที่ไม่ใช่ซิลิเกตถูกแบ่งย่อยออกเป็นหลายประเภทตามองค์ประกอบทางเคมีหลัก ซึ่งรวมถึงธาตุบริสุทธิ์ ซัลไฟด์ เฮไลด์ ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ คาร์บอเนตและไนเตรต โบเรต ซัลเฟต ฟอสเฟต และสารประกอบอินทรีย์ แร่ธาตุที่ไม่ใช่ซิลิเกตส่วนใหญ่หายาก (คิดเป็น 8% ของเปลือกโลกทั้งหมด) แม้ว่าบางชนิดจะค่อนข้างพบได้ทั่วไป เช่น แคลไซต์ ไพไรต์ แมกเนไทต์และเฮมาไทต์มีโครงสร้างหลักสองแบบที่พบในแร่ธาตุที่ไม่ใช่ซิลิเกต ได้แก่ การเรียงตัวแบบแน่นและการเรียงตัวแบบเตตระเฮดราที่เชื่อมโยงกันคล้ายซิลิเกตโครงสร้างแบบอัดแน่นเป็นวิธีหนึ่งในการจัดเรียงอะตอมให้หนาแน่นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยลดช่องว่างระหว่างอะตอมให้น้อยที่สุด การอัดแน่นแบบหกเหลี่ยมเกี่ยวข้องกับการเรียงซ้อนชั้นโดยที่ชั้นเว้นชั้นจะเหมือนกัน (“ababab”) ในขณะที่การอัดแน่นแบบลูกบาศก์เกี่ยวข้องกับการเรียงซ้อนกลุ่มของสามชั้น (“abcabcabc”) ตัวอย่างที่คล้ายคลึงกับเตตระเฮดราซิลิกาที่เชื่อมต่อกัน ได้แก่SO4⁴⁻ ₄( ซัลเฟต ), PO⁴⁻ ₄( ฟอสเฟต ), AsO⁴⁻ ₄( อาร์เซเนต ) และVO⁴⁻ ₄โครงสร้าง ( วานาเดต ) แร่ที่ไม่ใช่ซิลิเกตมีความสำคัญทางเศรษฐกิจอย่างมาก เนื่องจากมีความเข้มข้นของธาตุมากกว่าแร่ซิลิเกต^{[ 103 ]}

กลุ่มแร่ที่ใหญ่ที่สุดคือซิลิเกต โดย หินส่วนใหญ่ประกอบด้วยแร่ซิลิเกตมากกว่า 95% และเปลือกโลกมากกว่า 90% ประกอบด้วยแร่เหล่านี้^{[ 104 ]}องค์ประกอบหลักสองอย่างของซิลิเกตคือซิลิคอนและออกซิเจน ซึ่งเป็นธาตุที่พบมากที่สุดสองชนิดในเปลือกโลก ธาตุทั่วไปอื่นๆ ในแร่ซิลิเกตจะสอดคล้องกับธาตุทั่วไปอื่นๆ ในเปลือกโลก เช่น อะลูมิเนียม แมกนีเซียม เหล็ก แคลเซียม โซเดียม และโพแทสเซียม[ ^{105 ] ซิ} ลิเกตที่สำคัญในการก่อตัวของ หิน ได้แก่เฟลด์สปาร์ควอตซ์โอลิวีนไพรอกซีนแอมฟิโบลการ์เนตและไมกา

หน่วยพื้นฐานของแร่ซิลิเกตคือรูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่า [SiO ₄ ] ⁴⁻ในกรณีส่วนใหญ่ ซิลิคอนจะอยู่ในตำแหน่งประสานงานแบบสี่เหลี่ยมด้านเท่าหรือแบบเตตระเฮดรัลกับออกซิเจน ในสภาวะความดันสูงมาก ซิลิคอนจะอยู่ในตำแหน่งประสานงานแบบหกเหลี่ยมหรือแบบออกตาเฮดรัล เช่นในโครงสร้างเพอร์รอฟสไกต์หรือผลึกควอตซ์สติโชไวต์ (SiO ₂ ) ในกรณีหลังนี้ แร่จะไม่มีโครงสร้างซิลิเกตอีกต่อไป แต่จะมีโครงสร้างแบบรูไทล์ (TiO ₂ ) และกลุ่มที่เกี่ยวข้อง ซึ่งเป็นออกไซด์อย่างง่าย รูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าซิลิกาเหล่านี้จะเกิดพอลิเมอไรเซชันในระดับหนึ่งเพื่อสร้างโครงสร้างต่างๆ เช่น โซ่หนึ่งมิติ แผ่นสองมิติ และโครงร่างสามมิติ แร่ซิลิเกตพื้นฐานที่ไม่มีการเกิดพอลิเมอไรเซชันของรูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าจำเป็นต้องมีธาตุอื่นๆ เพื่อปรับสมดุลประจุ 4- พื้นฐาน ในโครงสร้างซิลิเกตอื่นๆ จะต้องใช้ธาตุต่างๆ ในปริมาณที่แตกต่างกันเพื่อปรับสมดุลประจุลบที่เกิดขึ้น เป็นเรื่องปกติที่ Si ⁴⁺จะถูกแทนที่ด้วย Al ³⁺เนื่องจากมีความคล้ายคลึงกันในรัศมีไอออนและประจุ ในกรณีเหล่านั้น เตตระเฮดรา [AlO ₄ ] ⁵⁻จะสร้างโครงสร้างเดียวกันกับเตตระเฮดราที่ไม่ถูกแทนที่ แต่ข้อกำหนดการปรับสมดุลประจุจะแตกต่างกัน^{[ 106 ]}

ระดับของพอลิเมอไรเซชันสามารถอธิบายได้ทั้งจากโครงสร้างที่เกิดขึ้นและจำนวนมุมเตตระเฮดรัล (หรือออกซิเจนที่ประสานงาน) ที่ใช้ร่วมกัน (สำหรับอะลูมิเนียมและซิลิคอนในตำแหน่งเตตระเฮดรัล): ^{[ 107 ] [ 108 ]}

ออร์โธซิลิเคต (หรือ เนโซซิลิเคต)

ไม่มีการเชื่อมต่อระหว่างทรงหลายเหลี่ยม ดังนั้นทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าจึงไม่มีมุมร่วมกัน

ไดซิลิเคต (หรือ โซโรซิลิเคต)

มีทรงสี่หน้าสองอันที่ใช้ร่วมกันอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอม

อินโนซิลิเกตเป็นซิลิเกตแบบโซ่

ซิลิเกตแบบสายเดี่ยวจะมีมุมร่วมกันสองมุม ในขณะที่ซิลิเกตแบบสายคู่จะมีมุมร่วมกันสองหรือสามมุม

ฟิลโลซิลิเคต

มีโครงสร้างแบบแผ่นซึ่งต้องใช้ออกซิเจนร่วมกันสามอะตอม ในกรณีของซิลิเกตแบบโซ่คู่ เตตระเฮดราบางส่วนจะต้องใช้มุมร่วมกันสองมุมแทนที่จะเป็นสามมุม มิเช่นนั้นจะเกิดโครงสร้างแบบแผ่นขึ้น

ซิลิเกตโครงสร้าง (หรือเทคโตซิลิเกต)

มีรูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าที่ใช้ร่วมกันทั้งสี่มุม

ซิลิเกตแบบวงแหวน (หรือไซโคลซิลิเกต)

จำเป็นต้องมีเตตระเฮดราเพียง 2 มุมร่วมกันเพื่อสร้างโครงสร้างแบบวงจร^{[ 108 ]}

กลุ่มย่อยของซิลิเกตจะถูกอธิบายไว้ด้านล่าง โดยเรียงลำดับตามระดับการเกิดพอลิเมอร์ที่ลดลง

เทคโตซิลิเกต หรือที่รู้จักกันในชื่อเฟรมเวิร์กซิลิเกต มีระดับการเกิดพอลิเมอร์สูงสุด โดยที่มุมทั้งหมดของเตตระเฮดราถูกใช้ร่วมกัน ทำให้อัตราส่วนของซิลิคอนต่อออกซิเจนเป็น 1:2 ตัวอย่างเช่น ควอตซ์เฟลด์สปาร์ เฟลด์สปาธอยด์และซีโอไลต์เฟรมเวิร์กซิลิเกตมีแนวโน้มที่จะมีความเสถียรทางเคมีเป็นพิเศษอันเป็นผลมาจากพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแรง^{[ 109 ]}

ควอตซ์ (SiO₂ ₎ เป็นแร่ธาตุที่พบมากที่สุด คิดเป็น 12% ของเปลือกโลกมีคุณสมบัติเด่นคือมีความต้านทานทางเคมีและทางกายภาพสูง ควอตซ์มีหลายรูปแบบผลึก ได้แก่ไตรไดไมต์และคริสโตบาไลต์ ที่อุณหภูมิสูง โคเอไซต์ที่ความดันสูงและสติโชไวต์ที่ ความดันสูงมาก แร่สติโชไวต์ สามารถเกิดขึ้นบนโลกได้จากการพุ่งชนของอุกกาบาตเท่านั้น และโครงสร้างของมันถูกบีบอัดมากจนเปลี่ยนจากโครงสร้างซิลิเกตเป็นโครงสร้างรูไทล์ (TiO₂ ₎รูปแบบผลึกซิลิกาที่เสถียรที่สุดบนพื้นผิวโลกคือ α-ควอตซ์ ส่วน β-ควอตซ์นั้นพบได้เฉพาะที่อุณหภูมิและความดันสูงเท่านั้น (เปลี่ยนเป็น α-ควอตซ์ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 573 °C ที่ 1 บาร์) รูปแบบผลึกทั้งสองนี้แตกต่างกันตรงที่พันธะมีการ "บิดงอ" การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างนี้ทำให้ β-ควอตซ์มีสมมาตรมากกว่า α-ควอตซ์ ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าควอตซ์สูง (β) และควอตซ์ต่ำ (α) ^{[ 104 ] [ 110 ]}

เฟลด์สปาร์เป็นกลุ่มแร่ที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก คิดเป็นประมาณ 50% ในเฟลด์สปาร์นั้น Al³⁺ ^จะเข้ามาแทนที่^Si⁴⁺ซึ่งทำให้เกิดความไม่สมดุลของประจุที่ต้องได้รับการชดเชยด้วยการเพิ่มแคตไอออน โครงสร้างพื้นฐานจึงกลายเป็น [AlSi₃O₈ _] ⁻ ^หรือ [Al₂Si₂O₈ _] ²⁻ _{เฟลด์สปาร์} มีทั้งหมด 22 ชนิด แบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก คือ อัลคาไลเฟลด์สปาร์และแพลจิโอเคลสเฟลด์สปาร์ และอีกสองกลุ่มที่พบได้น้อยกว่า คือ^เซล_{เซียนเฟลด์สปาร์}และบานาลไซต์ เฟลด์สปาร์อัลคาไลเฟลด์สปาร์ส่วนใหญ่มักอยู่ในอนุกรมระหว่างออร์โทเคลสที่อุดมด้วยโพแทสเซียมและอัลไบต์ ที่อุดมด้วยโซเดียม ส่วนแพลจิโอเคลส อนุกรมที่พบได้บ่อยที่สุดคือตั้งแต่แอลไบต์ไปจนถึงแอนอ ร์ไทต์ที่อุดมด้วยแคลเซียมการเกิดผลึกแฝดเป็นเรื่องปกติในเฟลด์สปาร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลึกแฝดแบบโพลีซินเทติกในแพลจิโอเคลสและผลึกแฝดแบบคาร์ลสแบดในเฟลด์สปาร์อัลคาไล หากกลุ่มย่อยหลังนี้เย็นตัวลงอย่างช้าๆ จากสถานะหลอมเหลว จะเกิดแผ่นผลึกแยกตัวออกมา เนื่องจากส่วนประกอบทั้งสอง ได้แก่ ออร์โทเคลสและอัลไบต์ ไม่เสถียรในสารละลายของแข็ง การแยกตัวสามารถเกิดขึ้นได้ในระดับตั้งแต่ระดับจุลภาคไปจนถึงระดับที่สังเกตได้ง่ายในตัวอย่างด้วยมือ โครงสร้างแบบเพอร์ไทติกเกิดขึ้นเมื่อเฟลด์สปาร์ที่อุดมด้วยโซเดียมแยกตัวออกมาในตัวกลางที่อุดมด้วยโพแทสเซียม โครงสร้างตรงกันข้าม (แอนติเพอร์ไทติก) ซึ่งเฟลด์สปาร์ที่อุดมด้วยโพแทสเซียมแยกตัวออกมาในตัวกลางที่อุดมด้วยโซเดียมนั้นหายากมาก^{[ 111 ]}

เฟลด์สปาธออยด์มีโครงสร้างคล้ายกับเฟลด์สปาร์ แต่แตกต่างกันตรงที่มันเกิดขึ้นในสภาวะที่ขาด Si ซึ่งช่วยให้เกิดการแทนที่เพิ่มเติมด้วย Al ³⁺ส่งผลให้เฟลด์สปาธออยด์แทบจะไม่พบร่วมกับควอตซ์เลย ตัวอย่างทั่วไปของเฟลด์สปาธออยด์คือเนเฟลีน ((Na, K)AlSiO ₄ ) เมื่อเปรียบเทียบกับเฟลด์สปาร์อัลคาไล เนเฟลีนมีอัตราส่วน Al ₂ O ₃ :SiO ₂เท่ากับ 1:2 ในขณะที่เฟลด์สปาร์อัลคาไลมีอัตราส่วน 1:6 ^{[ 112 ]}ซีโอไลต์มักมีลักษณะผลึกที่โดดเด่น โดยเกิดขึ้นในรูปเข็ม แผ่น หรือมวลเป็นก้อน พวกมันเกิดขึ้นในที่ที่มีน้ำที่อุณหภูมิและความดันต่ำ และมีช่องและโพรงในโครงสร้าง ซีโอไลต์มีการใช้งานทางอุตสาหกรรมหลายอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการบำบัดน้ำเสีย^{[ 113 ]}

ฟิลโลซิลิเคตประกอบด้วยแผ่นของเตตระเฮดราที่เกิดจากการพอลิเมอไรเซชัน โดยยึดติดกันที่ตำแหน่งออกซิเจนสามตำแหน่ง ทำให้มีอัตราส่วนซิลิคอนต่อออกซิเจนที่เป็นลักษณะเฉพาะคือ 2:5 ตัวอย่างที่สำคัญ ได้แก่ไมกาคลอไรต์และกลุ่มเคโอลิไนต์ - เซอร์ เพนไทน์ นอกจากเตตระเฮดราแล้ว ฟิลโลซิลิเคตยังมีแผ่นของออกตาเฮดรา (ธาตุที่มีการประสานงานกับออกซิเจนแบบหกเหลี่ยม) ที่สมดุลกับเตตระเฮดราพื้นฐานซึ่งมีประจุลบ (เช่น [Si ₄ O ₁₀ ] ⁴⁻ ) แผ่นเตตระเฮดรา (T) และออกตาเฮดรา (O) เหล่านี้เรียงซ้อนกันในรูปแบบต่างๆ เพื่อสร้างชั้นฟิลโลซิลิเคต ภายในแผ่นออกตาเฮดราจะมีตำแหน่งออกตาเฮดราสามตำแหน่งในโครงสร้างหน่วย อย่างไรก็ตาม อาจไม่ใช่ทุกตำแหน่งที่ถูกครอบครอง ในกรณีนั้น แร่จะเรียกว่าไดออกตาเฮดรา ในขณะที่ในกรณีอื่นๆ จะเรียกว่าไตรออกตาเฮดรา^{[ 114 ]}ชั้นต่างๆ ยึดติดกันอย่างอ่อนๆ ด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์พันธะไฮโดรเจนหรือพันธะไอออนิก ที่เบาบาง ซึ่งทำให้เกิดความอ่อนแอทางผลึกศาสตร์ ส่งผลให้เกิดการแตกตัวตามฐานที่เด่นชัดในหมู่ฟิลโลซิลิเกต^{[ 115 ]}

กลุ่มคาโอลิไนต์-เซอร์เพนไทน์ประกอบด้วยกอง TO (แร่ดินเหนียว 1:1) ความแข็งอยู่ในช่วง 2 ถึง 4 เนื่องจากแผ่นถูกยึดไว้ด้วยพันธะไฮโดรเจน แร่ดินเหนียว 2:1 (ไพโรฟิลไลต์-ทัลก์) ประกอบด้วยกอง TOT แต่มีความอ่อนกว่า (ความแข็งตั้งแต่ 1 ถึง 2) เนื่องจากถูกยึดไว้ด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์แทน แร่ทั้งสองกลุ่มนี้ถูกแบ่งย่อยตามการครอบครองทรงแปดเหลี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คาโอลิไนต์และไพโรฟิลไลต์เป็นทรงแปดเหลี่ยมคู่ ในขณะที่เซอร์เพนไทน์และทัลก์เป็นทรงแปดเหลี่ยมสามอัน^{[ 116 ]}

ไมกาเป็นฟิลโลซิลิเกตแบบเรียงซ้อน TOT เช่นกัน แต่แตกต่างจากสมาชิกย่อย TOT และ TO อื่นๆ ตรงที่พวกมันรวมอะลูมิเนียมเข้าไปในแผ่นเตตระเฮดรัล (แร่ดินเหนียวมี Al ³⁺ในตำแหน่งออกตาเฮดรัล) ตัวอย่างทั่วไปของไมกา ได้แก่มัสโคไวต์และ อนุกรม ไบโอไทต์ชั้น TOT ของไมกาถูกยึดเข้าด้วยกันโดยไอออนโลหะ ทำให้มีความแข็งมากกว่าแร่ฟิลโลซิลิเกตอื่นๆ แม้ว่าจะยังคงมีการแตกตัวตามฐานอย่างสมบูรณ์^{[ 117 ]}กลุ่มคลอไรต์มีความเกี่ยวข้องกับกลุ่มไมกา แต่มี ชั้นคล้าย บรูไซต์ (Mg(OH) ₂ ) อยู่ระหว่างชั้น TOT ^{[ 118 ]}

เนื่องจากโครงสร้างทางเคมี ฟิลโลซิลิเคตมักจะมีชั้นที่ยืดหยุ่น โปร่งใส เป็นฉนวนไฟฟ้า และสามารถแยกออกเป็นเกล็ดบางมากได้ ไมกาใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นฉนวน ในงานก่อสร้าง เป็นสารเติมแต่งทางแสง หรือแม้แต่ในเครื่องสำอาง คริโซไทล์ ซึ่งเป็นเซอร์เพนไทน์ชนิดหนึ่ง เป็นแร่ชนิดที่พบได้บ่อยที่สุดในแอสเบสตอสอุตสาหกรรม เนื่องจากมีอันตรายต่อสุขภาพน้อยกว่าแอสเบสตอสแอมฟิโบล^{[ 119 ]}

อินโนซิลิเคตประกอบด้วยเตตระเฮดราที่เชื่อมต่อกันเป็นโซ่ซ้ำๆ โซ่เหล่านี้อาจเป็นโซ่เดี่ยว โดยที่เตตระเฮดราหนึ่งตัวเชื่อมต่อกับอีกสองตัวเพื่อสร้างโซ่ต่อเนื่อง หรืออาจรวมโซ่สองโซ่เข้าด้วยกันเพื่อสร้างซิลิเคตแบบโซ่คู่ ซิลิเคตแบบโซ่เดี่ยวมีอัตราส่วนซิลิคอนต่อออกซิเจนเท่ากับ 1:3 (เช่น [Si ₂ O ₆ ] ⁴⁻ ) ในขณะที่แบบโซ่คู่มีอัตราส่วน 4:11 เช่น [Si ₈ O ₂₂ ] ¹²⁻อินโนซิลิเคตประกอบด้วยกลุ่มแร่ที่สำคัญสองกลุ่มที่ก่อตัวเป็นหิน ซิลิเคตแบบโซ่เดี่ยวส่วนใหญ่มักเป็นไพรอกซีนในขณะที่ซิลิเคตแบบโซ่คู่มักเป็นแอมฟิโบล^{[ 120 ]}โซ่ลำดับสูงกว่าก็มีอยู่ (เช่น โซ่สามสมาชิก สี่สมาชิก ห้าสมาชิก เป็นต้น) แต่พบได้น้อย^{[ 121 ]}

กลุ่มไพรอกซีนประกอบด้วยแร่ 21 ชนิด^{[ 122 ]}ไพรอกซีนมีสูตรโครงสร้างทั่วไปคือ XY(Si ₂ O ₆ ) โดยที่ X คือตำแหน่งทรงแปดเหลี่ยม ในขณะที่ Y สามารถแปรผันได้ตามจำนวนการประสานงานตั้งแต่หกถึงแปด ไพรอกซีนส่วนใหญ่ประกอบด้วยการเรียงสับเปลี่ยนของ Ca ²⁺ , Fe ²⁺และ Mg ²⁺เพื่อปรับสมดุลประจุลบบนโครงสร้างหลัก ไพรอกซีนพบได้ทั่วไปในเปลือกโลก (ประมาณ 10%) และเป็นองค์ประกอบสำคัญของหินอัคนีมาฟิก^{[ 123 ]}

แอมฟิโบลมีความแปรผันทางเคมีอย่างมาก โดยถูกอธิบายในหลายแง่มุมว่าเป็น "ถังขยะทางแร่" หรือ "ฉลามทางแร่ที่ว่ายอยู่ในทะเลแห่งธาตุ" โครงสร้างหลักของแอมฟิโบลคือ [Si ₈ O ₂₂ ] ¹²⁻ซึ่งสมดุลด้วยแคตไอออนในสามตำแหน่งที่เป็นไปได้ แม้ว่าตำแหน่งที่สามจะไม่ถูกใช้เสมอไป และธาตุหนึ่งสามารถครอบครองทั้งสองตำแหน่งที่เหลือได้ สุดท้าย แอมฟิโบลมักจะมีน้ำเป็นองค์ประกอบ กล่าวคือ มีหมู่ไฮดรอกซิล ([OH] ⁻ ) แม้ว่าจะสามารถถูกแทนที่ด้วยไอออนฟลูออไรด์ คลอไรด์ หรือออกไซด์ได้^{[ 124 ]}เนื่องจากเคมีที่แปรผันได้ จึงมีแอมฟิโบลมากกว่า 80 ชนิด แม้ว่าความแปรผัน เช่น ในไพรอกซีน มักเกี่ยวข้องกับส่วนผสมของ Ca ²⁺ , Fe ²⁺และ Mg ^{2+ [ 122} ] แร่แอมฟิโบลหลายชนิดสามารถมีลักษณะผลึกแบบแอสเบสติฟอร์ม^ได้แร่แอสเบสตอสเหล่านี้ก่อตัวเป็นเส้นใยยาว บาง ยืดหยุ่น และแข็งแรง ซึ่งเป็นฉนวนไฟฟ้า เฉื่อยทางเคมี และทนความร้อน ดังนั้นจึงมีการใช้งานหลายอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวัสดุก่อสร้าง อย่างไรก็ตาม แอสเบสตอสเป็นสารก่อมะเร็งที่รู้จักกันดี และก่อให้เกิดโรคต่างๆ เช่นโรคปอดจากแอสเบสตอส แอสเบสตอสแอมฟิโบล ( แอนโทฟิลไลต์เทรโมไลต์แอคติโนไลต์ กรุนเนอไรต์และรีเบคไคต์ ) ถือว่าอันตรายกว่าแอสเบสตอสเซอร์เพนไทน์ ไครโซไทล์ ^{[ 125 ]}

ไซโคลซิลิเกต หรือซิลิเกตแบบวงแหวน มีอัตราส่วนของซิลิคอนต่อออกซิเจนเท่ากับ 1:3 วงแหวนหกเหลี่ยมเป็นโครงสร้างที่พบได้บ่อยที่สุด โดยมีโครงสร้างพื้นฐานเป็น [Si ₆ O ₁₈ ] ¹²⁻ตัวอย่างเช่น กลุ่ม ทัวร์มาลีนและเบริลโครงสร้างวงแหวนอื่นๆ ก็มีอยู่เช่นกัน โดยมีการอธิบายโครงสร้างแบบ 3, 4, 8, 9, 12 ^{[ 126 ]} ไซโคลซิลิเกตมักมีความแข็งแรง โดยมีผลึกที่ยาวและมีลายเส้น^{[ 127 ]}

ทัวร์มาลีนมีเคมีที่ซับซ้อนมากซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยสูตรทั่วไป XY ₃ Z ₆ (BO ₃ ) ₃ T ₆ O ₁₈ V ₃ W โดยที่ T ₆ O ₁₈เป็นโครงสร้างวงแหวนพื้นฐาน ซึ่ง T มักจะเป็น Si ⁴⁺แต่สามารถแทนที่ด้วย Al ₃₊หรือ B ³⁺ได้ ทัวร์มาลีนสามารถแบ่งกลุ่มย่อยได้ตามการครอบครองของไซต์ X และจากนั้นแบ่งย่อยต่อไปตามเคมีของไซต์ W ไซต์ Y และ Z สามารถรองรับแคตไอออนได้หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งโลหะทรานซิชันต่างๆ ความแปรผันในปริมาณโลหะทรานซิชันในโครงสร้างนี้ทำให้กลุ่มทัวร์มาลีนมีความแปรผันของสีมากขึ้น ไซโคลซิลิเกตอื่นๆ ได้แก่ เบริล Al ₂ Be ₃ Si ₆ O ₁₈ซึ่งมีหลากหลายชนิด ได้แก่ อัญมณีมรกต (สีเขียว) และอะความารีน (สีฟ้า) คอร์เดียไรต์มีโครงสร้างคล้ายกับเบริล และเป็นแร่แปรสภาพที่พบได้ทั่วไป^{[ 128 ]}

ซิลิเคตโซโรซิลิเคต หรือที่เรียกว่า ไดซิลิเคต มีพันธะเตตระเฮดรอน-เตตระเฮดรอนที่ออกซิเจนหนึ่งอะตอม ส่งผลให้มีอัตราส่วนของซิลิคอนต่อออกซิเจนเป็น 2:7 องค์ประกอบโครงสร้างทั่วไปที่ได้คือกลุ่ม [Si ₂ O ₇ ] ⁶⁻ไดซิลิเคตที่พบได้บ่อยที่สุดคือสมาชิกใน กลุ่ม เอพิโดตเอพิโดตพบได้ในสภาพทางธรณีวิทยาที่หลากหลาย ตั้งแต่สันกลางมหาสมุทรไปจนถึงหินแกรนิต และหินเมตา เพไลต์เอพิโดตสร้างขึ้นจากโครงสร้าง [(SiO ₄ )(Si ₂ O ₇ )] ¹⁰⁻ตัวอย่างเช่น แร่เอพิโดตมีแคลเซียม อะลูมิเนียม และเหล็กเฟอร์ริกเพื่อรักษาสมดุลประจุ: Ca ₂ Al ₂ (Fe ³⁺ , Al)(SiO ₄ ) (Si ₂ O ₇ )O(OH) การมีอยู่ของเหล็กในรูป Fe ³⁺และ Fe ^{2+ ช่วยในการปรับสมดุล} ความดันออกซิเจนซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการกำเนิดหิน^{[ 129 ]}

ตัวอย่างอื่นๆ ของโซโรซิลิเคต ได้แก่ลอว์โซไนต์ ซึ่ง เป็นแร่แปรสภาพที่เกิดขึ้นใน เฟส บลูสคิสต์ (สภาพแวดล้อมของเขตการมุดตัวที่มีอุณหภูมิต่ำและความดันสูง) และเวสุเวียไนต์ซึ่งมีแคลเซียมจำนวนมากในโครงสร้างทางเคมี^{[ 129 ] [ 130 ]}

ออร์โธซิลิเคตประกอบด้วยเตตระเฮดราที่แยกตัวออกจากกันซึ่งมีประจุสมดุลโดยแคตไอออนอื่นๆ^{[ 131 ]}เรียกอีกอย่างว่าเนโซซิลิเคต ซิลิเคตประเภทนี้มีอัตราส่วนซิลิคอนต่อออกซิเจนเท่ากับ 1:4 (เช่น SiO ₄ ) ออร์โธซิลิเคตทั่วไปมักจะก่อตัวเป็นผลึกเหลี่ยมมุมฉาก และค่อนข้างแข็ง^{[ 132 ]}แร่ที่ก่อตัวเป็นหินหลายชนิดเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มย่อยนี้ เช่น อะลูมิโนซิลิเคต กลุ่มโอลิวีน และกลุ่มการ์เนต

อะลูมิโน ซิลิ_เคต ได้แก่ ไคยาไนต์ แอนดาลูไซต์ และซิลลิมาไนต์ ซึ่งทั้งหมดมีสูตรโครงสร้างเป็น Al₂SiO₅ _{ประกอบด้วย}เตตระเฮดรอน [SiO₄]⁴⁻ หนึ่ง_อันและ^Al³⁺หนึ่งตัว^ในโครงสร้างแบบออกตาเฮดรอน ส่วน Al³⁺ ที่เหลือ^อาจอยู่ในโครงสร้างแบบหกเหลี่ยม (ไคยาไนต์) ห้าเหลี่ยม (แอนดาลูไซต์) หรือสี่เหลี่ยม (ซิลลิมาไนต์) ซึ่งการเกิดแร่ชนิดใดในสภาพแวดล้อมที่กำหนดนั้นขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิ ในโครงสร้างของโอลิวีน ชุดโอลิวีนหลักของ (Mg, Fe) _₂SiO₄ ประกอบด้วยฟอร์สเตอไรต์ที่อุดมด้วยแมกนีเซียมและฟาไลต์ที่อุดมด้วยเหล็ก ทั้งเหล็กและแมกนีเซียมอยู่ในโครงสร้างแบบออกตาเฮดรอนโดย มี ออกซิเจน _เป็น ตัวประสาน นอกจากนี้ ยัง_มี แร่ชนิดอื่นที่มี โครงสร้างแบบนี้ เช่นเทฟรอย_ต์ Mn₂SiO₄ ^{[ 133 ]}กลุ่มการ์เนตมีสูตรทั่วไปคือ X ₃ Y ₂ (SiO ₄ ) ₃โดยที่ X เป็นแคตไอออนที่มีการประสานงานแปดเท่าขนาดใหญ่ และ Y เป็นแคตไอออนที่มีการประสานงานหกเท่าขนาดเล็กกว่า มีสมาชิกปลายอุดมคติของการ์เนตหกชนิด แบ่งออกเป็นสองกลุ่ม การ์เนตไพรัลสไปต์มี Al ³⁺ในตำแหน่ง Y ได้แก่ไพโรป (Mg ₃ Al ₂ (SiO ₄ ) ₃ ), อัลแมนดีน (Fe ₃ Al ₂ (SiO ₄ ) ₃ ) และสเปสซาร์ทีน (Mn ₃ Al ₂ (SiO ₄ ) ₃ ) การ์เนตอูแกรนไดต์มี Ca ²⁺ในตำแหน่ง X ได้แก่อูวาโรไวต์ (Ca ₃ Cr ₂ (SiO ₄ ) ₃ ), กรอสซูลาร์ (Ca ₃ Al ₂ (SiO ₄ ) ₃ ) และแอนดราไดต์ (Ca ₃ Fe ₂ (SiO ₄ ) ₃ ) แม้ว่าจะมีการ์เนตสองกลุ่มย่อย แต่ก็มีสารละลายของแข็งอยู่ระหว่างสมาชิกปลายทั้งหก^{[ 131 ]}

ออร์โธซิลิเกตอื่นๆ ได้แก่เซอร์คอนสเตาโรไลต์และโทพาซ เซอร์คอน (ZrSiO ₄ ) มีประโยชน์ในธรณีวิทยาเนื่องจาก U ⁶⁺สามารถใช้แทน Zr ⁴⁺ได้ นอกจากนี้ เนื่องจากโครงสร้างที่ทนทานมาก จึงยากที่จะตั้งใหม่เป็นนาฬิกาเวลา สเตาโรไลต์เป็นแร่ดัชนีระดับกลางของการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาที่พบได้ทั่วไป มีโครงสร้างผลึกที่ซับซ้อนเป็นพิเศษซึ่งเพิ่งได้รับการอธิบายอย่างสมบูรณ์ในปี 1986 โทพาซ (Al ₂ SiO ₄ (F, OH) ₂มักพบในเพกมาไทต์แกรนิติกที่เกี่ยวข้องกับทัวร์มาลีนเป็นแร่พลอยที่พบได้ทั่วไป^{[ 134 ]}

ธาตุธรรมชาติคือ ธาตุที่ไม่เกิดพันธะทางเคมีกับธาตุอื่น กลุ่มแร่กลุ่มนี้ประกอบด้วยโลหะธรรมชาติโลหะกึ่งตัวนำ และอโลหะ ตลอดจนโลหะผสมและสารละลายของแข็งต่างๆ โลหะจะยึดติดกันด้วยพันธะโลหะ ซึ่งทำให้มีคุณสมบัติทางกายภาพที่โดดเด่น เช่น ความมันวาวของโลหะ ความยืดหยุ่น ความอ่อนตัว และการนำไฟฟ้า ธาตุธรรมชาติจะถูกแบ่งย่อยออกเป็นกลุ่มตามโครงสร้างหรือคุณสมบัติทางเคมี

กลุ่มทองคำ ซึ่งมีโครงสร้างแบบลูกบาศก์อัดแน่น ประกอบด้วยโลหะต่างๆ เช่น ทองคำ เงิน และทองแดง กลุ่มแพลทินัมมีโครงสร้างคล้ายกับกลุ่มทองคำ กลุ่มเหล็ก-นิกเกิลมีลักษณะเฉพาะด้วยโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลหลายชนิด ตัวอย่างเช่นคามาไซต์และทาอีไนต์ซึ่งพบในอุกกาบาตเหล็ก โลหะผสมเหล่านี้แตกต่างกันที่ปริมาณ Ni ในโลหะผสม คามาไซต์มีนิกเกิลน้อยกว่า 5–7% และเป็นเหล็กบริสุทธิ์ ชนิดหนึ่ง ในขณะที่ทาอีไนต์มีปริมาณนิกเกิลตั้งแต่ 7–37% แร่ในกลุ่มอาร์เซนิกประกอบด้วยกึ่งโลหะ ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นโลหะเพียงบางส่วนเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ขาดความอ่อนตัวของโลหะ คาร์บอนบริสุทธิ์พบในสองรูปแบบ คือ กราไฟต์และเพชร เพชรเกิดขึ้นที่ความดันสูงมากในเนื้อโลก ทำให้มีโครงสร้างที่แข็งแรงกว่ากราไฟต์มาก^{[ 135 ]}

แร่ซัลไฟด์เป็นสารประกอบทางเคมีของโลหะหรือกึ่งโลหะอย่างน้อยหนึ่งชนิดกับแคลโคเจนหรือพนิคโตเจนซึ่งซัลเฟอร์เป็นธาตุที่พบได้มากที่สุด เทลลูเรียม อาร์เซนิก หรือซีลีเนียมสามารถใช้แทนซัลเฟอร์ได้ ซัลไฟด์มักเป็นแร่ที่อ่อนนุ่ม เปราะ และมีความหนาแน่นจำเพาะสูง ซัลไฟด์ที่เป็นผงหลายชนิด เช่น ไพไรต์ มีกลิ่นกำมะถันเมื่อบดเป็นผง ซัลไฟด์ไวต่อการผุกร่อน และหลายชนิดละลายในน้ำได้ง่าย แร่ที่ละลายเหล่านี้สามารถตกตะกอนใหม่ได้ในภายหลัง ซึ่งทำให้เกิดแหล่งแร่ทุติยภูมิที่อุดมสมบูรณ์^{[ 136 ]}ซัลไฟด์ถูกจัดประเภทตามอัตราส่วนของโลหะหรือกึ่งโลหะต่อซัลเฟอร์ เช่น M:S เท่ากับ 2:1 หรือ 1:1 ^{[ 137 ]}แร่ซัลไฟด์หลายชนิดมีความสำคัญทางเศรษฐกิจในฐานะแร่โลหะตัวอย่างได้แก่สฟาเลอไรต์ (ZnS) ซึ่งเป็นแร่สังกะสีกาลีนา (PbS) ซึ่งเป็นแร่ตะกั่วซินนาบาร์ (HgS) ซึ่งเป็นแร่ปรอท และโมลิบดีไนต์ (MoS2 ₎ซึ่งเป็นแร่โมลิบเดนัม^{[ 138 ]}ไพไรต์ (FeS2 ₎เป็นซัลไฟด์ที่พบได้บ่อยที่สุด และสามารถพบได้ในสภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยาเกือบทุกแห่ง อย่างไรก็ตาม ไพไรต์ไม่ใช่แร่เหล็ก แต่สามารถถูกออกซิไดซ์เพื่อผลิตกรดซัลฟิวริกได้^{[ 139 ]}ซัลโฟซอลต์เป็นแร่ที่หายากซึ่งเกี่ยวข้องกับซัลไฟด์โดยที่ธาตุโลหะจะจับตัวกับกำมะถันและกึ่งโลหะ เช่นแอนติโมนีอาร์เซนิกหรือบิสมัท เช่นเดียวกับซัลไฟด์ ซั ลโฟซอลต์มักเป็นแร่ที่อ่อนนุ่ม หนัก และเปราะ^{[ 140 ]}

แร่กลุ่มออกไซด์แบ่งออกเป็นสามประเภท ได้แก่ ออกไซด์แบบง่าย ไฮดรอกไซด์ และออกไซด์แบบผสม ออกไซด์แบบง่ายมีลักษณะเฉพาะคือ O²⁻ ^เป็นแอนไอออนหลักและมีการยึดเหนี่ยวแบบไอออนิกเป็นหลัก สามารถแบ่งย่อยได้อีกตามอัตราส่วนของออกซิเจนต่อแคตไอออน กลุ่ม เพริคลาซประกอบด้วยแร่ที่มีอัตราส่วน 1:1 ออกไซด์ที่มีอัตราส่วน 2:1 ได้แก่คิวไพรต์ (Cu₂O ₎และน้ำแข็ง กลุ่มแร่คอรันดัมมีอัตราส่วน 2:3 และรวมถึงแร่ต่างๆ เช่นคอรันดัม( Al₂O₃ ₎และ เฮ มาไทต์ (Fe₂O₃ ₎กลุ่มแร่รูไทล์มีอัตราส่วน 1:2 แร่รูไทล์ (TiO₂) ซึ่งเป็นชื่อเดียว_กับกลุ่มแร่หลัก เป็นแร่ไทเทเนียมตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่แคสซิเทอไรต์_{( SnO₂} ; _{แร่ดีบุก} ) และไพโรลูไซต์( MnO₂ _;แร่แมงกานีส ) ^{[ 141 ] [ 142 ]} ในไฮดรอกไซด์ ไอออนที่เด่นคือไอออนไฮดรอกซิล OH − ^บ็อกไซต์เป็นแร่หลักของอะลูมิเนียม และเป็นส่วนผสมที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันของแร่ไฮดรอกไซด์ ได แอสปอร์กิบไซต์และโบห์ไมต์พวกมันก่อตัวขึ้นในพื้นที่ที่มีอัตราการผุพังทางเคมีสูงมาก (ส่วนใหญ่เป็นสภาพเขตร้อน) ^{[ 143 ]} สุดท้าย ออกไซด์หลายชนิดเป็นสารประกอบของโลหะสองชนิดกับออกซิเจน กลุ่มหลักในกลุ่มนี้คือสปิเนลซึ่งมีสูตรทั่วไปคือ X ²⁺ Y ³⁺ ₂ O ₄ตัวอย่างของสปีชีส์ ได้แก่สปิเนล (MgAl ₂ O ₄ ) โครไมต์ (FeCr ₂ O ₄ ) และแมกเนไทต์ (Fe ₃ O ₄ ) สารชนิดหลังสามารถแยกแยะได้ง่ายด้วยคุณสมบัติแม่เหล็กที่แข็งแกร่ง ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากมีเหล็กในสถานะออกซิเดชัน สองสถานะ (Fe ²⁺ Fe ³⁺ ₂ O ₄ ) ทำให้เป็นออกไซด์หลายชนิดแทนที่จะเป็นออกไซด์ชนิดเดียว^{[ 144 ]}

แร่เฮไลด์เป็นสารประกอบที่มีฮาโลเจน (ฟลูออรีน คลอรีน ไอโอดีน หรือโบรมีน) เป็นแอนไอออนหลัก แร่เหล่านี้มักจะอ่อนนุ่ม เปราะ และละลายน้ำได้ ตัวอย่างทั่วไปของเฮไลด์ ได้แก่ เฮไลต์ (NaCl เกลือแกง) ซิลไวต์ (KCl) และฟลูออไรต์ (CaF2 ₎เฮไลต์และซิลไวต์มักเกิดขึ้นเป็นแร่ระเหยและอาจเป็นแร่หลักในหินตะกอนเคมีไครโอไลต์ Na3AlF6 เป็นแร่สำคัญในการสกัดอะลูมิเนียมจากบอกไซต์อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแหล่งที่สำคัญเพียงแห่งเดียวที่Ivittuut _{ประเทศ}กรีนแลนด์ใน เพ ก มาไทต์แกรนิติกหมดไปแล้ว ไครโอไลต์สังเคราะห์ _จึงสามารถทำได้จากฟลูออไรต์^{[ 145 ]}

แร่คาร์บอเนตคือแร่ที่มีกลุ่มแอนไอออนหลักเป็นคาร์บอเนต [CO ₃ ] ²⁻คาร์บอเนตมักเปราะ หลายชนิดมีรอยแตกแบบรอมโบฮีดรัล และทั้งหมดทำปฏิกิริยากับกรด^{[ 146 ]}เนื่องจากลักษณะสุดท้ายนี้ นักธรณีวิทยาภาคสนามมักพกกรดไฮโดรคลอริกเจือจางเพื่อแยกแยะคาร์บอเนตออกจากแร่ที่ไม่ใช่คาร์บอเนต ปฏิกิริยาของกรดกับคาร์บอเนต ซึ่งพบได้บ่อยที่สุดในรูปผลึกแคลไซต์และอาราโกไนต์ (CaCO ₃ ) เกี่ยวข้องกับการละลายและการตกตะกอนของแร่ ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการก่อตัวของถ้ำหินปูน ลักษณะภายในถ้ำ เช่น หินงอกและหินย้อย และ ภูมิประเทศแบบคา ร์ส ต์ คาร์บอเนตมักก่อตัวเป็นตะกอนชีวภาพหรือเคมีในสภาพแวดล้อมทางทะเล กลุ่มคาร์บอเนตมีโครงสร้างเป็นรูปสามเหลี่ยม โดยมีแคตไอออน C ⁴⁺ ตรงกลาง ล้อมรอบด้วยแอนไอออน O ²⁻ สาม ตัว กลุ่มแร่ที่แตกต่างกันก่อตัวขึ้นจากการจัดเรียงที่แตกต่างกันของรูปสามเหลี่ยมเหล่านี้^{[ 147 ]}แร่คาร์บอเนตที่พบได้บ่อยที่สุดคือแคลไซต์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของหินปูนตะกอนและหินอ่อนแปรสภาพ แคลไซต์ CaCO ₃สามารถมีแมกนีเซียมเข้ามาแทนที่แคลเซียมได้ในปริมาณมาก ภายใต้สภาวะที่มีแมกนีเซียมสูง อะราโกไนต์ซึ่งเป็นพอลิมอร์ฟของแคลไซต์จะก่อตัวขึ้นแทน ธรณีเคมีทางทะเลในแง่นี้สามารถอธิบายได้ว่าเป็น ทะเล อะราโกไนต์หรือทะเลแคลไซต์ขึ้นอยู่กับว่าแร่ชนิดใดก่อตัวขึ้นก่อนโดโลไมต์เป็นคาร์บอเนตคู่ มีสูตรทางเคมี CaMg(CO ₃ ) ₂การเกิดโดโลไมต์ทุติยภูมิของหินปูนเป็นเรื่องปกติ ซึ่งแคลไซต์หรืออะราโกไนต์จะถูกเปลี่ยนเป็นโดโลไมต์ ปฏิกิริยานี้จะเพิ่มพื้นที่รูพรุน (ปริมาตรของเซลล์หน่วยของโดโลไมต์คิดเป็น 88% ของแคลไซต์) ซึ่งสามารถสร้างแหล่งกักเก็บน้ำมันและก๊าซได้ แร่ทั้งสองชนิดนี้เป็นสมาชิกของกลุ่มแร่ที่มีชื่อเดียวกัน ได้แก่ กลุ่มแคลไซต์ซึ่งประกอบด้วยคาร์บอเนตที่มีสูตรทั่วไป XCO ³_และกลุ่มโดโลไมต์ซึ่งประกอบด้วยแร่ที่มีสูตรทั่วไป XY(CO ₃ ) ₂ ^{[ 148} ]

แร่ซัลเฟตทั้งหมดประกอบด้วยแอนไอออนซัลเฟต [SO ₄ ] ²⁻ แร่ เหล่านี้มักโปร่งใสถึงโปร่งแสง อ่อนนุ่ม และหลายชนิดเปราะบาง^{[ 149 ]}แร่ซัลเฟตมักก่อตัวเป็นแร่ระเหยโดยตกตะกอนจากน้ำเค็มที่ระเหย นอกจากนี้ยังพบซัลเฟตในระบบเส้นแร่ไฮโดรเทอร์มอลที่เกี่ยวข้องกับซัลไฟด์^{[ 150 ]}หรือเป็นผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของซัลไฟด์^{[ 151 ]}ซัลเฟตสามารถแบ่งออกเป็นแร่ที่ไม่มีน้ำและแร่ที่มีน้ำ ซัลเฟตที่มีน้ำที่พบได้ทั่วไปมากที่สุดคือยิปซัม CaSO ₄ ⋅2H ₂ O มันก่อตัวเป็นแร่ระเหย และเกี่ยวข้องกับแร่ระเหยอื่นๆ เช่น แคลไซต์และฮาไลต์ หากมันรวมเม็ดทรายเข้าไปในขณะที่ตกผลึก ยิปซัมสามารถก่อตัวเป็นดอกกุหลาบทะเลทรายได้ ยิปซัมมีค่าการนำความร้อนต่ำมากและรักษาอุณหภูมิต่ำเมื่อได้รับความร้อนเนื่องจากสูญเสียความร้อนนั้นไปโดยการคายน้ำ ดังนั้นยิปซัมจึงถูกใช้เป็นฉนวนในวัสดุต่างๆ เช่น ปูนปลาสเตอร์และแผ่นยิปซัม แอนไฮไดรต์คือสารเทียบเท่าของยิปซัมที่ปราศจากน้ำซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้โดยตรงจากน้ำทะเลในสภาวะแห้งแล้งจัด กลุ่มแบไรต์มีสูตรทั่วไปคือ XSO₄ _โดยที่ X คือแคตไอออนขนาดใหญ่ที่มีการประสานงาน 12 ตำแหน่ง ตัวอย่างเช่นแบไรต์ (BaSO₄ ₎ , เซเลส ไทน์ (SrSO₄ ₎และแองเกิลไซต์ (PbSO₄ ₎แอนไฮไดรต์ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มแบไรต์ เนื่องจาก Ca²⁺ ที่มีขนาดเล็กกว่า^มีการประสานงานเพียง 8 ตำแหน่งเท่านั้น^{[ 152 ]}

แร่ฟอสเฟตมีลักษณะเฉพาะคือหน่วยเตตระเฮดรัล [PO ₄ ] ³⁻แม้ว่าโครงสร้างจะสามารถสรุปได้โดยทั่วไป และฟอสฟอรัสอาจถูกแทนที่ด้วยแอนติโมนี อาร์เซนิก หรือวานาเดียม ฟอสเฟตที่พบได้บ่อยที่สุดคือ กลุ่ม อะพาไทต์ชนิดที่พบได้ทั่วไปในกลุ่มนี้ ได้แก่ ฟลูออราพาไทต์ (Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ F) คลอราพาไทต์ (Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ Cl) และไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ (OH)) แร่ในกลุ่มนี้เป็นส่วนประกอบผลึกหลักของฟันและกระดูกในสัตว์ มีกระดูกสันหลัง กลุ่ม โมนาไซต์ ที่มีปริมาณค่อนข้างมาก มีโครงสร้างทั่วไปเป็น ATO ₄โดยที่ T คือฟอสฟอรัสหรืออาร์เซนิก และ A มักจะเป็นธาตุหายาก (REE) โมนาไซต์มีความสำคัญในสองด้าน ประการแรก ในฐานะ "แหล่งกักเก็บ" REE มันสามารถสะสมธาตุเหล่านี้ได้มากพอที่จะกลายเป็นแร่ ประการที่สอง ธาตุกลุ่มโมนาไซต์สามารถรวมยูเรเนียมและทอเรียมในปริมาณมากพอสมควร ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการหาอายุของหินโมนาไซต์โดยอาศัยการสลายตัวของ U และ Th เป็นตะกั่ว^{[ 153 ]}

การจำแนกประเภทของ Strunz ประกอบด้วยชั้นของแร่อินทรีย์สารประกอบหายากเหล่านี้มีคาร์บอนอินทรีย์แต่สามารถเกิดขึ้นได้จากกระบวนการทางธรณีวิทยา ตัวอย่างเช่นเวเวลไลต์_{CaC₂O₄⋅H₂O เป็น}ออกซาเลต ที่สามารถตกตะกอนในสายแร่ไฮโดรเทอร์มอ ล ในขณะที่แคลเซียมออกซาเลตไฮ _เดรตสามารถพบได้ในชั้นถ่านหินและแหล่งสะสมตะกอนอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับสารอินทรีย์ แต่การเกิดไฮโดรเทอร์มอลไม่ถือว่าเกี่ยวข้องกับกิจกรรมทางชีวภาพ^{[ 102 ]}

แผนการจำแนกประเภทแร่และคำจำกัดความกำลังพัฒนาเพื่อให้สอดคล้องกับความก้าวหน้าล่าสุดในวิทยาศาสตร์แร่ การเปลี่ยนแปลงล่าสุดรวมถึงการเพิ่มชั้นอินทรีย์ในแผนการจำแนกประเภท Dana และ Strunz ใหม่ ^{[ 154 ] [ 155 ]}ชั้นอินทรีย์ประกอบด้วยกลุ่มแร่ที่หายากมากที่มีไฮโดรคาร์บอนคณะกรรมการ IMA ว่าด้วยแร่ใหม่และชื่อแร่ได้นำแผนการแบบลำดับชั้นสำหรับการตั้งชื่อและการจำแนกประเภทกลุ่มแร่และชื่อกลุ่มมาใช้ในปี 2552 และจัดตั้งคณะกรรมการเจ็ดชุดและกลุ่มทำงานสี่กลุ่มเพื่อตรวจสอบและจำแนกประเภทแร่ลงในรายการชื่อที่ตีพิมพ์อย่างเป็นทางการ^{[ 156 ] [ 157 ]} ตามกฎใหม่เหล่านี้ "ชนิดของแร่สามารถจัดกลุ่มได้หลายวิธี โดยพิจารณาจากองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้างผลึก การเกิดขึ้น การเชื่อมโยง ประวัติทางพันธุกรรม หรือทรัพยากร เป็นต้น ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการจำแนกประเภท" ^{[ 156 ]}

มีการเสนอแนะว่าแร่ชีวภาพอาจเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตนอกโลกและด้วยเหตุนี้จึงอาจมีบทบาทสำคัญในการค้นหาสิ่งมีชีวิตในอดีตหรือปัจจุบันบนดาวอังคารยิ่งไปกว่านั้น เชื่อกันว่า ส่วนประกอบอินทรีย์ ( ลายเซ็นชีวภาพ ) ที่มักเกี่ยวข้องกับแร่ชีวภาพมีบทบาทสำคัญทั้งในปฏิกิริยาก่อนชีวภาพและปฏิกิริยาชีวภาพ^{[ 158 ]}

ในเดือนมกราคม 2014 นาซารายงานว่าการศึกษาโดยยานสำรวจคิวริโอซิตีและออปพอร์ทูนิตีบนดาวอังคารจะค้นหาหลักฐานของสิ่งมีชีวิตโบราณ รวมถึงชีวภาคที่ประกอบด้วยจุลินทรีย์ออโตโทรฟิก เค โมโทรฟิกและ/หรือเคโมลิโทออโตโทรฟิก ตลอดจนน้ำโบราณ รวมถึงสภาพแวดล้อมแบบฟลูวิโอ-ลาคัสทรีน ( ที่ราบ ที่เกี่ยวข้องกับ แม่น้ำหรือทะเลสาบโบราณ) ที่อาจเคยมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ได้ [ ^{159 ] [ 160 ] [ 161 ] [ 162 ] การ}ค้นหาหลักฐานของความสามารถในการอยู่อาศัยแทโฟโนมี (ที่เกี่ยวข้องกับฟอสซิล ) และคาร์บอนอินทรีย์บนดาวอังคาร กลายเป็น เป้าหมายหลักของนาซา^{[ 159 ] [ 160 ]}

• บัสบีย์, AB; โคเอนราดส์ RE; รูต ด.; วิลลิส, พี. (2007) หินและฟอสซิล . ซานฟรานซิสโก: สำนักพิมพ์หมอกซิตี้ไอเอสบีเอ็น 978-1-74089-632-0.
• เชสเตอร์แมน, ซี.ดับบลิว.; โลว์, เค.อี. (2008). คู่มือภาคสนามเกี่ยวกับหินและแร่ธาตุในทวีปอเมริกาเหนือ . โทรอนโต: แรนดอมเฮาส์ออฟแคนาดา. ISBN 978-0-394-50269-4.
• Dyar, MD; Gunter, ME (2008). แร่ธาตุวิทยาและแร่ธาตุวิทยาเชิงแสง . Chantilly, VA: สมาคมแร่ธาตุวิทยาแห่งอเมริกา . ISBN 978-0-939950-81-2.
• Nesse, William D. (2000). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับแร่ธาตุวิทยา . นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด. ISBN 978-0-19-510691-6.

• Hazen, RM; Grew, Edward S.; Origlieri, Marcus J.; Downs, Robert T. (มีนาคม 2017). "เกี่ยวกับแร่ธาตุวิทยาของ 'ยุคแอนโทรโปซีน'"(PDF) . American Mineralogist . 102 (3): 595. Bibcode : 2017AmMin.102..595H . doi : 10.2138/am-2017-5875 . S2CID  111388809 . สืบค้นเมื่อ14 สิงหาคม 2017 .เกี่ยวกับการสร้างแร่ธาตุใหม่โดยกิจกรรมของมนุษย์

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับแร่ธาตุต่างๆ

วิกิบุ๊คเรื่องธรณีวิทยาประวัติศาสตร์มีหน้าหนึ่งที่กล่าวถึงหัวข้อ: แร่ธาตุ

เว็บไซต์ Wikibook High School Earth Scienceมีหน้าเว็บเกี่ยวกับหัวข้อ: แร่ธาตุต่างๆ บนโลก

• ฐานข้อมูลแร่ธาตุ Mindatฐานข้อมูลแร่ธาตุที่ใหญ่ที่สุดบนอินเทอร์เน็ต
• "ฐานข้อมูลแร่ธาตุ"โดย เดวิด บาร์เทลมี (2009)
• "คู่มือการระบุแร่ธาตุ เล่ม 2"สมาคมแร่ธาตุวิทยาแห่งอเมริกา
• ฐานข้อมูลโครงสร้างผลึกของนักแร่ธาตุวิทยาชาวอเมริกัน
• แร่ธาตุและต้นกำเนิดของชีวิต ( โรเบิร์ต เฮเซน , นาซา ) (วิดีโอ, 60 นาที, เมษายน 2557)
• ชีวิตส่วนตัวของแร่ธาตุ: ข้อมูลเชิงลึกจากแร่ธาตุวิทยาเชิงข้อมูลขนาดใหญ่ (โรเบิร์ต เฮเซน, 15 กุมภาพันธ์ 2017)