The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search
Published by Geo Sustainability Club, 2022-04-03 12:04:48

Handbook of Mineralogy 2022

Lecture and Lab

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

เอกสารคำสอน
วิทยาแร/ (Mineralogy)

ดร. วิมลทพิ ย, สงิ ห,เถอ่ื น

สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี
คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแก9น

พ.ศ. ๒๕๖๕

สงวนลิขสทิ ธิ์

ลิขสิทธิ์เปน+ ของสาขาวชิ าเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแก>น

ขอ# มลู ลงรายการบรรณานกุ รมในสง่ิ พมิ พ6
วมิ ลทพิ ย@ สิงหเ@ ถื่อน. (2565). เอกสารคำสอนวชิ าวทิ ยาแร>. พมิ พ@คร้งั ท่ี 2. ขอนแกน> : มหาวทิ ยาลัยขอนแกน> .
265 หนLา.

จัดพิมพโ6 ดย
สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแก>น

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

คำนำ

เอกสารคำสอนเล>มนี้ ผูLเขียนใชLความรูLและประสบการณ@ที่ไดLสอนจริงในช>วงการทำงานเป+นอาจารย@ปT
แรก ณ สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก>น โดยเริ่มเรียบเรียงและปรับปรุงมา
ตั้งแต>ปTการศึกษา 2563 เพื่อใหLมีเนื้อหาครบถLวนและกระชับมากยิ่งขึ้น พรLอมการจัดเรียงหัวขLอใหLสอดคลLอง
กับจุดประสงค@การเรียนรูLของกระบวนวิชาวิทยาแร> (Mineralogy) รหัสประจำวิชา TE-042-102 เป+น
รายวิชาบังคับพื้นฐานทางธรณีวิทยาของหลักสูตรวิทยาศาสตรบัณฑิต ระดับปริญญาตรี ปT 2561 สาขาวิชา
เทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก>น โดยมีน้ำหนักภาคบรรยาย 3 หน>วยกิต และ
ปฏิบัติการ 1 หน>วยกิต รวมทั้งสิ้น 4 หน>วยกิต รายวิชานี้มีเนื้อหาครอบคลุมนิยามของแร> สมบัติของแร>ท้ัง
ทางกายภาพ ทางเคมี และทางแสง มีการเชื่อมโยงความรูLพื้นฐานทางผลึกศาสตร@ใหLสัมพันธ@กับทฤษฎีสมบัติ
ทางแสงเพื่อบ>งชี้การศึกษาศิลาวรรณนาของแร>และหินประเภทต>างต>าง อีกทั้งยังมีการอธิบายเชิงลึกในมิติ
ของการจำแนกกลุ>มแร>ซิลิเกต ซึ่งเป+นแร>ประกอบหินที่สำคัญและมีปริมาณมากที่สุดบนผิวโลก รวมทั้งแร>
เศรษฐกิจและแร>อื่นที่เกี่ยวขLองทั้งลักษณะทางกายภาพ เคมี และการศึกษาภายใตLกลLองจุลทรรศน@แบบ
โพลาไรซ@

การศึกษาวิทยาแร>ภายใตLกลLองจุลทรรศน@นับเป+นการศึกษาขั้นพื้นฐานเชิงลึกที่สามารถบอกลักษณะ
การเกิด รูปร>างผลึก ลำดับการตกผลึก คุณสมบัติทางแสง นิสัยของแร> ความสัมพันธ@ของเพื่อนแร> และยัง
สามารถบ>งชี้ชนิดแร>อย>างจำเพาะไดLดี อีกทั้งยังเป+นส>วนหนึ่งที่ทำใหLการศึกษาศิลาวรรณนาและศิลาวิทยา
สมบูรณม@ ากยง่ิ ขึน้

ภาคบรรยายและปฏิบัติการของวิชาวิทยาแร>จะมีเนื้อหาสอดคลLองไปในทางเดียวกันเพื่อใหLเกิด
ประโยชน@สูงสุดในการเรียนการสอน และเพื่อใหLนักศึกษาสามารถจำแนกแร>และอธิบายการเกิดแร>ไดLอย>างมี
ประสิทธภิ าพ

กติ ตกิ รรมประกาศ

ผูLเขียนขอขอบคุณสาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก>น ที่ใหLการ
สนับสนุนอุปกรณ@และเครื่องมือปฏิบัติการจนทำใหLผูLเขียนมีขLอมูลและภาพประกอบเอกสารคำสอนเล>มนี้ไดL
อยา> งครบถLวน รวมทัง้ โอกาสในการเป+นผสูL อนวชิ าวทิ ยาแรอ> ยา> งสมบรู ณแ@ บบ

ขอขอบพระคุณและแสดงความเคารพ ผูLช>วยศาสตราจารย@ ดร. บูรพา แพจุLย อาจารย@ของผูLเขียนท่ี
ไดLประสิทธิประสาทวิชาวิทยาแร> ผลึกศาสตร@ และธรณีเคมี อีกทั้งคำแนะนำในเรื่องยากจนผูLเขียนเขLาใจไดL
ง>ายถึงแก>นแทL ตลอดจนการสอนการเขียน การใชLภาษาไทย และหลักวิธีการสอนในระดับอุดมศึกษา จนทำ
ใหLผูLเขียนมีความรูLมากพอที่จะสามารถเขียนเอกสารคำสอนเล>มนี้ไดLสมบูรณ@ ขอขอบคุณนักวิชาการและนัก
ธรณีวทิ ยาทกุ ทา> นท่ไี ดนL ำเสนอผลงานท่ีผLูเขียนสามารถนำมาใชLอาL งอิงในเอกสารคำสอนเล>มน้ไี ดL

ขอขอบพระคุณคุณพ>อคุณแม>และพี่ชาย สมาชิกในครอบครัวของขLาพเจLาที่ใหLกำลังใจและแรง
กระตนLุ เพ่ือใหผL เLู ขยี นทำงานไดอL ยา> งมปี ระสทิ ธิภาพ กอ> เกิดประโยชนต@ อ> นักศกึ ษาและสว> นรวม

สุดทLายผูLเขียนขอบคุณนักศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี
มหาวิทยาลัยขอนแก>น รุ>นที่ 42 43 44 และ 45 ที่มีส>วนทำใหLผูLเขียนบรรลุวัตถุประสงค@ในการสอนและมี
กำลงั ใจมากพอจนสามารถเรยี บเรยี งเอกสารคำสอนเล>มนไ้ี ดLเสร็จสมบรู ณ@

เมษายน 2565

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

สารบัญ หนาC

บทท่ี 1 ลักษณะทางกายภาพของแร9 3
3
1.1 บทนำ 5
1.2 นยิ ามแร> 8
1.3 ลักษณะทางกายภาพของแร> 11
1.4 ผลึกศาสตร@
คำถามทLายบทที่ 1 15
18
บทที่ 2 ธรณเี คมีของแร9 20
25
2.1 การตกผลกึ ของแร>
2.2 การจัดจำแนกแร> 29
2.3 แร>ซลิ ิเกต 32
คำถามทาL ยบทท่ี 2 32
36
บทท่ี 3 บทนำคุณสมบัตทิ างแสง
40
3.1 กลอL งจลุ ทรรศน@แบบโพลาไรซ@ 41
3.2 การเตรียมตวั อย>างสำหรับการศึกษาศลิ าวรรณนา 42
3.3 แสงและคุณสมบัตทิ างแสง 43
คำถามทLายบทที่ 3 43
44
บทท่ี 4 คณุ สมบตั ทิ างแสงของผลกึ ไอโซทรอปTก
47
4.1 การจดั กลุม> แร>ตามคุณสมบตั ทิ างแสง 50
4.2 เสLนเบคกี 53
4.3 รีลฟี 54
4.4 สีของแรภ> ายใตกL ลLองจุลทรรศน@แบบโพลาไรซ@ 54
4.5 ลักษณะผลึกแร>ภายใตกL ลอL งจุลทรรศนแ@ บบโพลาไรซ@ 56
คำถามทาL ยบทที่ 4

บทท่ี 5 คณุ สมบัติทางแสงของผลกึ แอนไอโซทรอปTก

5.1 คา> ดชั นหี ักเหของแรแ> อนไอโซทรอปwก
5.2 สีแทรกสอด
5.3 แผนภูมิมิเชล-ลีวี
5.4 สีแทรกสอดผิดปกติ
5.5 สีและการเปลี่ยนสี
5.6 ตำแหนง> มืดและมุมมดื

สารบัญ (ต3อ)

หนาC

5.7 การแฝด 56
5.8 สญั ลกั ษณ@ตามแนวยาวของผลึก 58
5.9 ปฏิกริ ิยาทางแสงเมอื่ โฟกัสทร่ี ะยะอนนั ต@ 59
5.10 เคร่ืองแสดงลักษณะทางแสง 66
คำถามทาL ยบทที่ 5 69

บทที่ 6 แร9นโี ซซลิ ิเกต 76
77
6.1 กลมุ> โอลวิ นี 79
6.2 กลมุ> การ@เนต 83
6.3 กลุ>มอะลูมโิ นซิลเิ กต 83
6.4 สตอโรไลต@ 84
6.5 ไททาไนต@ 86
6.6 โทแพซ 87
6.7 เซอรค@ อน
คำถามทาL ยบทที่ 6 91
94
บทที่ 7 แรโ9 ซโรซลิ ิเกต 95

7.1 กลม>ุ เอพิโดต 98
7.2 พมั เพลลไี อต@ 99
คำถามทาL ยบทที่ 7 100
102
บทท่ี 8 แรไ9 ซโคลซิลเิ กต
106
8.1 เบรลิ 110
8.2 คอร@เดียไรต@ 113
8.3 ทัวร@มาลีน 114
คำถามทาL ยบทที่ 8 120

บทท่ี 9 แร9ไอโนซิลเิ กต

9.1 กลมุ> ไพรอกซีน
9.2 โซเดียมไพรอกซนี
9.3 ไพรอกซนี อยด@
9.4 แอมฟลิโบล
คำถามทLายบทท่ี 9

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

สารบัญ (ตอ3 ) หนาC

บทที่ 10 แรฟ9 Tลโลซิลิเกต 124
125
10.1 กลุ>มเซอร@เพนทนี 128
10.2 กลุ>มแรด> นิ 130
10.3 กล>ุมไมกา 131
10.4 กลม>ุ คลอไรต@
คำถามทLายบทท่ี 10 136
138
บทท่ี 11 แร9เทคโทซิลิเกต 140
143
11.1 กลุ>มโพแทสเซียมเฟลด@สปาร@ 145
11.2 กลม>ุ แรแ> พลจโิ อเคลส 145
11.3 กลม>ุ ซลิ ิกา 146
11.4 กลุม> แร>เฟลดส@ ปาทอยด@
11.5 กลม>ุ ซโี อไลต@ 149
11.6 กลม>ุ สแคโพไลต@ 153
คำถามทาL ยบทท่ี 11 155
157
บทท่ี 12 แรป9 ระกอบหินที่ไมใ9 ชซ9 ลิ ิเกต 158
159
12.1 คาร@บอเนต
12.2 ออกไซด@
12.3 ซัลไฟด@
12.4 ซลั เฟต
12.5 ฟอสเฟต
คำถามทาL ยบทท่ี 12

สารบญั (ตอ3 ) หนาC

ปฏิบัติการท่ี 1 คณุ สมบตั ทิ างกายภาพของแร>ประกอบหนิ 163
ปฏิบตั กิ ารที่ 2 ธรณีเคมขี องแรป> ระเภทสารละลายของแขง็ 167
ปฏบิ ัตกิ ารท่ี 3 สว> นประกอบและหนาL ท่ีของกลอL งจุลทรรศน@แบบแสงโพลาไรซ@ 171
ปฏบิ ตั ิการที่ 4 การเตรยี มตวั อย>างแผน> หินบาง 175
ปฏบิ ตั ิการที่ 5 การวดั ขนาดและนับปริมาตรภายใตกL ลLองจลุ ทรรศน@แบบแสงโพลาไรซ@ 177
ปฏิบตั ิการท่ี 6 การศกึ ษาแรภ> ายใตLกลอL งจลุ ทรรศน@แบบแสงธรรมดา 182
ปฏิบตั กิ ารที่ 7 การศึกษาแร>ภายใตLกลLองจลุ ทรรศนแ@ บบแสงโพลาไรซ@ 185
ปฏิบัตกิ ารที่ 8 การศึกษาสีแทรกสอดและภาพแทรกสอด 189
ปฏบิ ัติการท่ี 9 การศกึ ษาศิลาวรรณนาแรน> โี ซซิลิเกต 195
ปฏบิ ัตกิ ารท่ี 10 การศกึ ษาศิลาวรรณนาแร>ไซโคลซิลเิ กตและโซโรซิลิเกต 201
ปฏิบัตกิ ารท่ี 11 การศึกษาศลิ าวรรณนาแรไ> อโนซิลเิ กตชนิดสายเด่ยี ว 207
ปฏิบตั กิ ารท่ี 12 การศึกษาศลิ าวรรณนาแรไ> อโนซิลิเกตชนิดสายค>ู 213
ปฏบิ ัติการที่ 13 การศกึ ษาศลิ าวรรณนาแร>ฟลw โลซิลิเกต 217
ปฏบิ ัติการท่ี 14 การศกึ ษาศิลาวรรณนาแร>เทคโทซิลเิ กต 223
ปฏิบัตกิ ารที่ 15 การศกึ ษาศิลาวรรณนาแร>ประกอบหินทีไ่ มใ> ช>ซิลิเกต 227
สารบรรณ ตัวอย>างแผน> หนิ บางในหอL งปฏบิ ตั กิ าร 233

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

บทที่ 1 ลกั ษณะทางกายภาพของแร6

Chapter 1 Physical Properties of Minerals

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

บทท่ี 1 ลักษณะทางกายภาพของแร6

1.1 บทนำ (Introduction)

สสารทางธรณีวิทยาคือสสารทางกายภาพทุกชนิดท่ีเป+นองค@ประกอบทั้งหมดของโลก ทั้งบนผิวโลก
และใตLผิวโลก โดยที่สสารเหล>านี้เกิดแบบอนินทรีย@ตามธรรมชาติ มีทั้งของแข็ง ของเหลว และแกzส (รูปท่ี
1.1) ของแข็งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ไดLแก> หิน แร> และของแข็งอัญรูป ส>วนของเหลว ไดLแก> หินหนืด
น้ำมนั ดิบ และนำ้ บาดาล หมวดของแกสz ประกอบดวL ยแกzสธรรมชาติ แกzสจากภูเขาไฟระเบดิ หรอื นำ้ พุรอL น

รูปที่ 1.1 หินงอกและหนิ ย,อยในถำ้ หินปูน (ซ,าย) น้ำพรุ อ, นสนั กำแพง (ขวา) จงั หวดั เชยี งใหมD

1.2 นิยามแรY (Mineral Definition)

แร>คือของแข็งอนินทรีย@เนื้อเดียวท่ีเกิดขึ้นตามธรรมชาติและมีการจัดเรียงตัวของโครงสรLางภายใน
โดยมีส>วนประกอบทางเคมีที่แน>นอนหรือเปลี่ยนแปลงไดLในวงจำกัด (Dyar and Gunter, 2008) เรียง
ตัวอย>างเป+นระเบียบโดยพันธะเคมีแบบใดแบบหนึ่ง เช>น ควอตซ@ เพชร แกรไฟต@ เป+นตLน ส>วนของแข็งอัญรูป
ไม>มีการจัดเรียงตัวของส>วนประกอบ เช>น แกLวภูเขาไฟ อำพัน เป+นตLน ของแข็งที่มีการจัดเรียงตัวของ
สว> นประกอบทางเคมบี าL ง แตไ> มต> อ> เนื่องเรยี กว>าของแข็งคลาL ยแร> (mineraloids) เช>น โอปอล@

1.2.1 แรYเปaนของแข็งเนอื้ เดยี ว

o ของแข็งเป+นสสารที่ไม>สามารถเปลี่ยนรูปไดL เนื่องจากส>วนประกอบระดับอนุภาคมีพลังงานจลย@ต่ำ
และมีแรงดึงดูดระหว>างโมเลกุลหรืออิออนสูง อนุภาคอยู>ชิดติดกัน อัดกันแน>น จึงโดยทั่วไปจะมี
ความหนาแน>นมากกวา> ของเหลว

o ของแขง็ ที่มีการจดั เรยี งตวั ของอนภุ าคภายในเรียกวา> ผลึก เชน> ผลึกแร>ควอตซ@
o ของแข็งที่ไม>มีการจัดเรียงตัวของอนุภาคภายในเรียกว>าสารอัญรูป (amorphous) เช>น แกLวภูเขา

ไฟ อาทิ ออบสเิ ดียน (obsidian)
o แร>เป+นของแข็งเนื้อเดียวที่ไม>มีความแตกต>างกันของคุณสมบัติในทุกส>วนและไม>สามารถแบ>งแยก

ออกไปเปน+ ของแข็งอนื่ อกี ไดL

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 3c

1.2.2 แรYเกดิ ขน้ึ เองตามธรรมชาติ
o แร>เกิดขึ้นโดยกระบวนการทางเคมีตามธรรมชาติ เช>น การเกิดของแร>ประกอบหินต>าง ๆ อาทิ

หินแกรนิตมีแร>ควอตซ@และแร>เฟลด@สปาร@ หินปูนมีแร>แคลไซต@ เกลือหินมีแร>เฮไลต@ หรือแร>ทาง
เศรษฐกจิ อ่นื เชน> สายแรท> องคำ สายแรต> ะกั่วในรปู แร>กาลนี า

“ผลกึ ท่ีมนุษยสK รา, งข้นึ ในห,องปฏบิ ัติการไมDจดั เปนP แร”D
1.2.3 แรเY ปaนสารอนินทรีย6
o แร>เป+นของแข็งที่เป+นสารอนินทรีย@ (inorganic solid) ส>วนประกอบทางเคมี ไม>มีสารอินทรีย@

(organic matter)
o สารอินทรีย@เป+นธาตุที่เป+นส>วนประกอบหลักของสิ่งมีชีวิต (C-H-O-N) เป+นสารชีวโมเลกุล เป+นสาร

ในตระกูลคาร@โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน วิตามิน และกรดนิวคลิอิก ซึ่งเมื่อวิเคราะห@แลLวจะพบว>า
สารอนิ ทรีย@นนั้ มีอะตอมคาร@บอนจบั คู>กับอะตอมไฮโดรเจน

“ดังนนั้ ถDานหินจงึ ไมDจดั เปนP แรเD พราะเปนP ของแขง็ เกิดตามธรรมชาติทีม่ ี C-H เปนP สDวนระกอบหลกั ”
1.2.4 แรมY ีสวY นประกอบทางเคมคี งท่ี
o แรป> ระกอบดวL ยสว> นประกอบทางเคมี อาจเป+นธาตเุ ด่ียว หรือโมเลกลุ
o คุณสมบัติของแร>จะเหมือนเดิม ก็ต>อเมื่อส>วนประกอบทางเคมีเหมือนเดิม เช>น แร>แคลไซต@ ตLองมี

ส>วนประกอบทางเคมเี ปน+ CaCO3 (รปู ท่ี 1.2)
o ส>วนประกอบทางเคมีในแร>อาจมีการเปลี่ยนแปลงไดLบLางอย>างจำกัด เนื่องจากการแทนของธาตุที่มี

คุณสมบตั ิทางเคมใี กลเL คยี งกัน
“แคลไซตK (CaCO3) แยกสDวนประกอบเปPน Ca2+ กับ (CO3)2- ในตำแหนDงของ Ca2+ อาจแทนที่ด,วย Fe2+
หรอื Mg2+ ไดบ, า, ง ในปรมิ าณน,อย ๆ กรณีนี้ อาจเขยี นสตู รเคมแี รไD ดเ, ปPน (Ca,Fe)CO3”

รูปท่ี 1.2 โครงสร,างของอะตอมภายในแรDแคลไซตKและผลึกของแรDแคลไซตKที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ (ดัดแปลง
จาก www.en.wikipedia.org/wiki/Carbonate)

4 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

1.2.5 แรYมกี ารจดั เรียงตวั ของสYวนประกอบทางเคมี

o แร>ประกอบดLวยส>วนประกอบทางเคมี และส>วนประกอบทางเคมีเหล>านั้นตLองจัดเรียงตัวอย>างเป+น
ระเบียบ

o การจัดเรียงตัวอย>างเป+นระเบียบ คือการมีแบบแผนระยะห>างของธาตุ หรือโมเลกุลเดียวกัน
เหมือนเดิมในทุกทิศทาง หรือมีการซ้ำของสิ่งที่เหมือนกันทุกระยะทางเดิม เรียกของแข็งแบบนี้ว>า
ผลกึ ถLาไมม> ีแบบแผนการเรยี งตวั เปน+ ของแขง็ แบบอัญรูป

“แรDสามารถเกิดได,จากหลายกระบวนการทางธรณีวิทยา ไมDวDาจะเปPนแรDที่เปPนของแข็งเกิดตามธรรมชาติ แรD
ประกอบหิน (rock-forming minerals) สินแรD (ore) สายแรD (veins) แรDแปรเปลี่ยน (alteration) หรือการ
ควบแนDนจากไอแกสv (volatile)”

1.3 ลักษณะทางกายภาพของแรY (Physical Properties)

คุณสมบัติทางกายภาพเป+นคุณสมบัติที่เป+นคุณสมบัติเบื้องตLนในการตรวจสอบแร> โดยเฉพาะแร>
สามัญ ซึ่งคุณสมบัติทางกายภาพเหล>านี้เป+นคุณสมบัติที่ตรวจสอบไดLดLวยสัมผัสต>าง ๆ ของมนุษย@ เช>น การ
มองเห็น การจับถือ หรืออาจเป+นคณุ สมบัติทใ่ี ชเL คร่ืองมอื เบ้อื งตLนในการตรวจสอบ โดยลกั ษณะทางกายภาพ
ของแร>ประกอบดLวย 18 ลักษณะ ไดLแก> สี สีผง การเล>นสี ประกาย ความโปร>งและสมบัติอื่น ๆ ที่มีต>อแสง
ความแข็ง รูปร>างลักษณะผลึก ลายเสLน แนวแยก แนวแตก การแตก สัมผัส กลิ่น รส ปฏิกิริยาต>อแม>เหล็ก
และสมบตั ิทางไฟฟ•า ความแกรง> ความถ>วงจำเพาะ และการหลอม (Dyar and Gunter, 2008)

o สี (color) เป+นคุณสมบัติการดูดกลืน และการสะทLอนแสงของแร> การดูสีที่แทLจริง ตLองทุบดูเน้ือ
สด จะดี สีตามรังสีหลัก ม>วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง (สีรุLง) แร>บางชนิดมีหลายสี
เนื่องจากมีธาตุเขLาแทนที่ในโครงสราL งผลกึ ไดหL ลายธาตุ (impurity)

o สีผง (streak) ทำใหLตัวอย>างเป+นผง ดLวยการขีดบนกระเบื้อง แร>ที่มีพันธะไอออนิก และโควา
เลนต@ จะมสี ีผงจาง สว> นแรท> ีม่ พี ันธะโลหะสีผงจะเขมL

o การเลYนสี (play of color) แร>มีสีเปลี่ยนไปเมื่อทิศทางแสงตกกระทบเปลี่ยน หมุนผลึกไป
มาแลLวสีเปลี่ยน พบในแร>เฟลด@สปาร@ แลบราดอไลต@ (labradorescence) โอลิโกเคลส และโอ
ปอล@ (opalescence)

o ประกาย (luster) ความวาวจากการสะทอL นแสง เหมือนโลหะ เหมือนเพชร เหมอื นแกLว เหมอื น
ยางสน เหมือนมกุ เหมือนน้ำมนั เหมอื นไหม (เป+นเสนL ) เหมือนดนิ (ดาL น)

o ความโปรYง (diaphaneity) และสมบัติอ่นื ทม่ี ีต>อแสง

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 5

- ความโปร>งจากการผ>านไดLของแสง ไดLแก> โปร>งใส (transparent) เช>น เพชร โทแพส โปร>ง
แสง (translucent) เชน> ควอตซ@ ทบึ แสง (opaque) เช>น แรโ> ลหะ

- การเรืองแสง (luminescence) เป+นคุณสมบัติของบางแร> ที่ถูกกระตุLนดLวยคลื่น
แม>เหล็กไฟฟ•า อิเล็กตรอนถูกกระตุLนพลังงาน ขึ้นไปอยู>ในระดับสูงขึ้น และเมื่อลดระดับลง
มา จะคายพลังงานออกในรปู สเปกตรัมของแสงทีม่ องเหน็ ไดL

o ความแข็ง (hardness) ความคงทนต>อการขูดขีดของแร>จากสิ่งที่แข็ง นิยามตามโมห@ (Moh’s
scale) ซึ่งอธบิ ายระดับความแข็งไวL 10 ระดับ (Mohs, 1820) ดงั รูปที่ 1.3

รปู ที่ 1.3 ลำดบั แรใD นมาตราสวD นความแข็งของโมหKตงั้ แตD 1 ถึง 9 เทยี บกบั วสั ดุทที่ ราบความแขง็ (ดดั แปลง
จาก www.911metallurgist.com/blog/mohs-hardness-test-kit)

o รูปรYางลักษณะผลึก (crystal habit) เป+นรูปทรงทั่ว ๆ ไปของผลึกที่เกิดตามธรรมชาติทั้งผลึก
เด่ียว (รูปที่ 1.4) และการเกดิ รว> มกนั เป+นกล>ุม

รปู ที่ 1.4 รปู ราD งลักษณะผลกึ ของแรD

6 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

o ลายเส#น (striation) แนวลายเสLนบริเวณผิวผลึกเป+นรูปแบบการเจริญเติบโต พบไดLในบางแร>
เชน> ไพไรต@ ควอตซ@ เฟลด@สปาร@ ทวั ร@มาลีน

o แนวแยก (parting) แนวแยกในแร>ชนิดเดียวกันไม>เกิดทุกเม็ดแร> มักเกิดในแนวการแฝดหรือแนว
ทโี่ ครงสราL งของผลึกแรท> ีไ่ มแ> ข็งแรง เวลาเอาคอL นทบุ แร>มนั จะไม>แตกเหมือนแนวแตก

o แนวแตก (cleavage) เป+นผลมาจากโครงสรLาง แร>จะแตกใหLหนLาเรียบ และแตกต>างกันไปในแต>
ละแร> แต>แร>เดิมจะแตกเหมือนเดิมทุกครั้ง การแตกในแต>ละแร>จะเห็นไดLง>ายหรืออาจไม>เห็นเป+น
คุณสมบัติของแต>ละแร> เช>น แร>ไบโอไทต@มีแนวแตก 1 ทิศทาง แร>เฟลด@สปาร@มีแนวแตก 2 ทิศทาง
แบบตั้งฉาก แร>ไพรอกซีนมีแนวแตก 2 ทิศทางทำมุม 87 และ 93 องศา แร>เฮไลต@มีแนวแตก 3
ทศิ ทางแบบตง้ั ฉาก แร>แคลไซต@มีแนวแตก 3 ทศิ ทางแบบไมต> ั้งฉากกัน เปน+ ตLน

o การแตก (fracture) เป+นลักษณะการหลุดของเนื้อแร>เมื่อมีแรงมากระทำ เช>น โดนทุบ รอยของ
การแตกอาจจะแตกต>างกันไปในแต>ละแร> เช>น การแตกเรียบ หรือไม>เรียบ การแตกขรุขระ การ
แตกแบบฝาหอย การแตกเป+นเสี้ยน หรอื การแตกรว> น

o สัมผัส (touch) ผิวแร>ที่แตกต>างกันจะทำใหLการคลำแร>เกิดความรูLสึกแตกต>างกันไดL แร>บางชนิด
ลืน่ บางชนิดสาก บางชนดิ เรียบ บางชนดิ ดดู นำ้ เมอ่ื สมั ผัสดLวยลิน้ จะติดลนิ้

o กลิ่น (smell) ถึงแมLว>าแร>ส>วนใหญ>จะไม>มีกลิ่น แต>แร>บางชนิดก็มีกลิ่น และก็สามารถนำมาช>วย
บอกชนิดแร>ไดL เช>น กลิ่นโคลนและกลิ่นยางมะตอยของแร>ดิน กลิ่นไข>เน>าของแร>กลุ>มซัลไฟด@ กลิ่น
ฉนุ ของแรอ> าร@เซนกิ เปน+ ตLน

o รส (flavor) เช>นเดียวกับการสมั ผัสและการดม เมอื่ ชมิ แร>หรือเม่ือแรถ> ูกน้ำลายมนั จะใหรL สไดL เชน>
รสเปรี้ยวของแร>โซเดียมซัลเฟต รสฝาดของแร>ไฮดรอกไซด@ของอัลคาไลน@เอิร@ท รสเฝ’“อนเหมือน
สารสมL ของแร>อะลูไนต@ รสขมของแร>เอปซอมไมต@ รสเค็มเหมือนเกลือของแรเ> ฮไลต@ เป+นตนL

o ปฏิกิริยาตYอแมYเหล็ก (magnetism and electrical properties) เช>น แร>แมกนีไทต@ดูด
แม>เหล็ก แร>โครไมต@ดูดแม>เหล็กอย>างอ>อน แร>เซอร@คอนผลักแม>เหล็ก (ไม>แรง) แร>โลหะจำพวกเงิน
ทอง และทองแดงเปน+ ตวั นำไฟฟ•า แร>แอสเบสทอสเป+นฉนวนไฟฟฟ•า

o ความแกรYง (ductility and malleability) เป+นความทนทานต>อแรงที่มากระทำ ไดLแก>แรงทุบ
บด บีบ ดึง ดัน ซึ่งแร>มีความแกร>งต>างกัน เช>น เพชรมีลักษณะเปราะทุบแลLวแตก แร>ยิปซั่มมี
ลักษณะอ>อนสามารถตัดไดLดLวยมีด ทองและเงินสามารถแผ>เป+นแผ>นไดLเมื่อทุบดLวยคLอน ทองแดง
ยดื เปน+ เสLนลวดไดL แร>ไมกาสามารถโคLงงอไดL เป+นตนL

o ความถYวงจำเพาะ (specific gravity) คืออัตราส>วนระหว>างน้ำหนักต>อปริมาตรของแร> การหา
ความถ>วงจำเพาะนั้นสามารถหาไดLหลายวิธี แต>ในการตรวจสอบแร>ขั้นตLนนี้ ความถ>วงจำเพาะคือ

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 7

การคะเนดูน้ำหนักของแร> เมื่อเปรียบเทียบกับขนาด ซึ่งเป+นความรูLสึกว>าแร>นี้หนักหรือเบา เช>น แร>
แบไรตท@ มี่ คี วามถว> งจำเพาะสงู สมั ผสั แลLวรLูสกึ หนัก
o การหลอมละลาย (melting) คือความสามารถในการทนความรLอน เมื่อแร>ไดLรับความรLอนจะ
หลอมที่อุณหภูมิใด อุณหภูมิหนึ่ง ที่ไม>เท>ากันในแต>ละแร> เช>น โอลิวีน 1,800 องศาเซียล ควอตซ@
1,650 องศาเซลเซียส เป+นตนL (Bowen, 1928)

1.4 ผลกึ ศาสตร6 (Crystallography)
การจัดเรียงตัวของส>วนประกอบทางเคมีเป+นโครงสรLางในผลึกมีการเรียงซ้ำของสิ่งที่เหมือนกัน ส่ิง

เดียวหรือเป+นชุด (อะตอม หรือชุดของโมเลกุล) โดยการอธิบายรูปแบบการจัดเรียงตัวจะเรียกสิ่งที่เหมือนกัน
นั้นว>า โมทีฟ (motif) ซึ่งสามารถทำใหLง>ายดLวยการเปลี่ยนโมทีฟเป+นจุด (point) ซึ่งจุดจะแทนสิ่งที่เหมือนกัน
ในผลึก เรียงตัวซ้ำกันในสามมิติ กวLาง ยาว สูง และระยะทางระหว>างจุดของแต>ละชนิดผลึกจะตLองต>างกัน
ถาL ลากเสLนตอ> ระหว>างจดุ จะไดLตาราง (lattice)

o มองสองมิติ (plane lattice) ตารางจะตัดกันที่จุด และจะมีช>องที่เล็กที่สุดระหว>างจุด 4 จุด เป+น
ตวั แทนของรูปรา> งชอ> งตาราง เรียกหน>วยเซลล@ (unit cell)

o ความแตกต>างของตารางการจัดเรียง ขึ้นอยู>กับระยะทางระหว>างจุดในแนว กย (a,b) และมุม
ระหว>างแนวเสนL ท้งั สอง (g) ของช>องตาราง

o มองสามมิติ ตารางจะตัดกัน แนว กยส ตามตำแหน>งของจุด (space lattice) และจะมีช>องที่เล็ก
ทส่ี ุดระหวา> งจดุ 8 จดุ เปน+ ตวั แทนรูปร>างกลอ> งในตาราง (unit cell)

o ความแตกต>างของตารางการจัดเรียง ขึ้นอยู>กับระยะทางระหว>างจุดในแนว กยส (a,b,c) และมุม
ระหวา> งแนวเสLนทงั้ สาม (g, a, b) ของหนว> ยเซลล@
การแสดงหน>วยเซลล@แบบ 3 มิติ เป+นตารางการเรียงตัวของจุด โดยกล>องตารางแบบพื้นฐานมีจุด 8

จุดอย>ูทม่ี ุมและมีจุดท่ไี ม>ไดอL ยูท> มี่ มุ แตเ> ป+นจดุ ท่ีอย>ใู นกลอ> งดงั รูปที่ 1.5 (Ashcroft, 1976)
1) จุดอยูก> ลางกล>อง (body center unit cell, I)
2) จดุ อยก>ู ลางฝาบนและฝาล>าง (base center unit cell, C)
3) จดุ อย>กู ลางหนาL ทกุ หนLา (face center unit cell, F)

รูปท่ี 1.5 หนDวยเซลลK แบบ 3 มิติ (ดัดแปลงจาก www.opentextbc.ca/chemistry/chapter/10-6-
lattice-structures-in-crystalline-solids)

8 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

การเรียงตัวของจุดในสามมิติมีรูปแบบของตาราง 7 รูปแบบ และมีแบบของกล>องแยกในแต>ละแบบ
รวมแลLว รูปแบบการจัดเรียงตัวของจุด สามารถเป+นไปไดLในทางคณิตศาสตร@ 14 แบบ หรือที่เรียกว>า 14
Bravais lattice (Bravais, 1850)

โครงสรLางภายในของผลึก แนวที่จุดเรียงตัวกันตามขอบ unit cell ที่เรียงตัวกัน สะทLอนออกมาท่ี
รูปผลึกที่ตามองเห็น จึงแบ>งผลึกออกเป+น 6 ระบบ (รูปท่ี 1.6 และ 1.7) ตามรูปทรงที่สะทLอนมาจาก
โครงสรLาง จำแนกดLวยความต>างกันของแกนผลึก ซึ่งเป+นแกนอLางอิงผ>านจุดศูนย@กลางผลึก ปกติมี 3 แกน a,
b, c วางตัวขนานกับแนวแลตทิสและมีสัดส>วนระหว>างแกนสัดส>วน a, b, c ในแลตทิส (Brown et al.,
1978)

1.4.1 ระบบสามแกนเท>า (Isometric system) มีแกนผลึก a = b = c; a1, a2, a3 และ ทั้ง 3 แกนตั้ง
ฉากกัน (g = a = b = 90o) ผลึกที่เกิดในระบบนี้มีรูปผลึกพื้นฐานเป+นรูปทรง ลูกบาศก@ ทรง
แปดหนLา ทรงสบิ สองหนาL เชน> การเ@ น็ต ไพไรต@

1.4.2 ระบบสองแกนราบ (Tetragonal system) มีแกนผลึก a = b ¹ c; c, a1, a2 และ ทั้ง 3 แกน
ตั้งฉากกัน (g = a = b = 90o) ผลึกที่เกิดในระบบนี้มีรูปผลึกพื้นฐานเป+นรูปปริซึม/ปwรามิด/ปw
รามิดค>ู ฐานสเ่ี หล่ยี มจัตรุ สั เช>น เซอรค@ อน

1.4.3 ระบบสามแกนต>าง (Orthorhombic system) มีแกนผลึก a ¹ b ¹ c และ ทั้ง 3 แกนตั้งฉาก
กัน (g = a = b = 90o) ผลึกที่เกิดในระบบนี้มีรูปผลึกพื้นฐานเป+นรูปปริซึม/ปwรามิด/ปwรามิด
คู> ฐานสีเ่ หล่ยี มขนมเปยT กปนู เช>น โอลิวีน โทแพส แอนไฮไดร@ต

1.4.4 หนึ่งแกนเอียง (Monoclinic system) มีแกนผลึก a ¹ b ¹ c และแกน a ไม>ตั้งฉากกับ c
(g=a= 90 o ¹ b) ผลกึ ทเ่ี กดิ ในระบบนีม้ รี ปู ผลกึ พื้นฐานเป+นรปู ปริซึม ฐานสี่เหลี่ยมขนมเปยT ก
ปนู เช>น ไพรอกซนี ออรโ@ ทเคลส ไมกา

1.4.5 ระบบสามแกนเอียง (Triclinic system) มีแกนผลึก a ¹ b ¹ c และทั้ง 3 แกนไม>ตั้งฉากกัน
(g ¹ a ¹ b ¹ 90o) ผลกึ ท่ีเกิดในระบบน้ี ไดแL ก> แพลจโิ อเคลส ไมโครไคลน@ ไซยาไนต@

1.4.6 ระบบสามแกนราบ (Hexagonal system) มีแกนผลึก 4 แกน a1 = a2 = a3 ¹ c และ แกนใน
แนวราบทำมุมกัน 120o และ b = 90o ผลึกที่เกิดในระบบนี้มีรูปผลึกพื้นฐานเป+นรูปปริซึม/ปw
รามิด/ปwรามิดคู> ฐานหกเหลี่ยมหรือสามเหลี่ยมดLานเท>า เช>น ควอตซ@ แคลไซต@ ทัวร@มาลีน และ
เบรลิ

รูปผลึกสมบูรณ@ที่มองเห็นหนLาเหลี่ยมของผลึก จะประกอบดLวยหนLาเรียบของผลึกที่มีรูปร>างแบบ
ต>าง ๆ โดยหนLาผลึกที่มีรูปร>างเหมือนกันจะเป+นหนLาผลึกชุดเดียวกัน และประกอบกันเป+นรูปทรงเรขาคณิต
ซึ่งจะใชLสำหรับเรียกชื่อรูปทรงผลึก หรืออาจจะเรียกตามจำนวนหนLา เช>น ปรึซึมหนLาตัดสี่เหลี่ยมขนมเปTยก
ปูน (rhombic prism) ปwรามิดฐานหกเหลี่ยม (Hexagonal pyramid) ปwรามิดคู>ฐานสามเหลี่ยม (trigonal
dipyramid) รูปทรงแปดหนLา (octahedron) เป+นตLน

หนLาผลึกชุดเดียวกันประกอบกันแลLวอาจมีรูปร>างเป+นแบบทรงปwด (closed form) หรือไม>ปwด
(open form) เชน> ปรw ามดิ คู>เปน+ ทรงปดw ปรw ามดิ เป+นทรงเปดw

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 9

รูปที่ 1.6 ลักษณะเฉพาะและแกนสมมาตรของแตDละระบบผลกึ ศาสตรKทง้ั 6 ระบบ

รูปที่ 1.7 รูปแบบการเรียงแลตทิส ลักษณะเฉพาะ และตัวอย>างแร>ของทั้ง 6 ระบบผลึกศาสตร@ (ดัดแปลงจาก
McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Physics. (2002). Retrieved August 1 2020 from
www.encyclopedia2.thefreedictionary.com)

10 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

ผลึกแร>แต>ละชนิดจะมีรูปร>างหนLาผลึกและรูปทรงผลึกเหมือนเดิม แต>ขนาดอาจจะเล็กใหญ>แตกต>าง
กัน มมุ ระหวา> งหนLาผลกึ ค>ูใด ๆ ของแรเ> ดมิ จะมีคา> เทา> เดมิ เสมอ

หนLาผลึกคือจุดสุดทLายของการเจริญเติบโตของผลึก สิ่งที่เราเห็น หนLาผลึกเป+นจุด ที่เรียงตัวกัน การ
วางตัวของหนLาผลกึ ตอ> แกนผลกึ จึงสามารถนำมาหาอัตราสว> นแกนผลกึ a:b:c ไดL

“ปจ‚ จุบันการใช,รังสเี อกซสK ะท,อนระนาบโครงสร,างในผลึก สามารถจำแนกชนดิ ผลึกได,”

คำถามท(ายบท

1. จงบอกความสำคัญของวชิ าวทิ ยาแรต> >อการเรยี นเทคโนโลยีธรณี
2. จงใชทL ฤษฎนี ยิ ามแร>พิจารณาวา> อำพัน หยก และโอปอล@ ใชแ> ร>หรือไม> เพราะเหตใุ ด
3. จงอธบิ ายคณุ สมบัตทิ างกายภาพของแรท> ี่สำคญั พรอL มท้ังยกตวั อย>างประกอบ
4. จงอธิบายว>าวิทยาแร>ใชLหลักเกณฑ@ใดในการจำแนกความแข็งของแร> และจะเปรียบเทียบความแข็ง

ของแรท> ่ใี ชเL ล็บขดู ไมเ> ขLาแต>ใชLมดี ขดี เขาL ไดLอย>างไร
5. จงอธิบายความแตกต>างระหว>างแนวแตกกับการแตกของแร>มาโดยละเอียด พรLอมทั้งยกตัวอย>าง

ประกอบ
6. จงอธิบายหลักการท่สี ำคัญในการศกึ ษาผลกึ ศาสตรว@ า> มีองค@ประกอบใดบLาง
7. ผลึกศาสตร@แบ>งแร>ทางธรณีวิทยาไดLเป+นกี่ระบบ จงอธิบายรายละเอียด พรLอมทั้งยกตัวอย>าง

ประกอบ

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 11

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

บทที่ 2 ธรณีเคมีของแร6
Chapter 2 Mineral Geochemistry

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

บทท่ี 2 ธรณเี คมขี องแร6

2.1 การตกผลกึ ของแรY (Mineral Crystallization)

กระบวนการเกิดพันธะเคมีและขยายตัวอย>างต>อเนื่องทางดLานขLางเรียกว>าการตกผลึก ผลึกสามารถ
มีขนาดโตขึ้นเรื่อย ๆ ในสภาวะที่เหมาะสม ผลึกที่เจริญเติบโตแลLวอาจเห็นหนLาเหลี่ยมผลึกชัดเจนเต็มผลึก
(euhedral) ผลึกอาจเจริญเติบโตโดยไม>เห็นหนLาเหลี่ยมผลึก (anhedral) และผลึกที่โตขึ้นมาแลLวอาจเห็น
หนLาเหลยี่ มผลกึ เป+นบางหนาL (subhedral) ดงั แสดงในรูปท่ี 2.1ก

ผลึกแร>บางชนิดมีการเกิดผลึกอื่นฝ¢งอยู>ในตัวหรือเกิดปรากฏอยู>ร>วมกัน (inclusion) ดังแสดงในรูปที่
2.1ข ซึ่งสามารถพิจารณาความสัมพันธ@ไดLหลายแบบ ผลึกเป+นของแข็งดังนั้นผลึกที่อยู>ขLางในคือผลึกท่ีเกิด
ก>อนผลึกขLางนอก แต>ในบางกรณีผลึกคู>นี้อาจเกิดพรLอมกัน ถLาผลึกขLางในเจริญเติบโตชLากว>าผลึกที่ครอบอยู>
ในบางครั้งผลึกที่อยู>ขLางในเกิดทีหลังเนื่องจากการแปรเปลี่ยนของแร>เดิม (alteration) หรือแร>ที่อยู>ดLานนอก
(overgrowth หรือ corona/reaction rim) อาจเกิดทีหลังจากการทำปฏิกิริยาบริเวณขอบนอกของผลึกท่ี
เกิดข้นึ ก>อน (corona/reaction rim)

ก) ข)

รูปที่ 2.1 (ก) ภาพรูปผลึกที่เห็นเหลี่ยมหน,าผลึกแบบเต็มรูป ไมDเห็นหน,าเหลี่ยมผลึก หรือเห็นเปPนบางหน,า
(ข) ภาพจำลองผลึกแรD 2 ชนิด (A และ B) ที่เกิดรวD มกัน

2.1.1 ธาตุและอะตอม

ธาตุเป+นสารบริสุทธิ์ที่ไม>สามารถแยกออกไดLอีก มีองค@ประกอบพื้นฐานเป+นอะตอม มีจำนวน 118
ธาตุ ตามตารางธาตุที่จัดหมวดหมู>ของธาตุที่มีคุณลักษณะเดียวกันไวLดLวยกัน ธาตุต>างชนิดสามารถรวมตัวกัน
ผูกพนั ดวL ยพันธะเคมกี ลายเปน+ สารประกอบ

อะตอมมีนิวเคลียสเป+นโปรตอน (ประจุบวก) กับนิวตรอน (กลาง) และมีอิเล็กตรอน (ประจุลบ)
โคจรรอบนิวเคลียสเป+นชั้น ๆ มีหลายชั้น อิเล็กตรอนวงนอกสุดเรียกเวเลนส@อิเล็กตรอน (valence
electron) โดยทั่วไปอะตอมจะมีความเป+นกลางทางไฟฟ•า แต>หากอะตอมสูญเสียหรือไดLรับอิเล็กตรอนจะไม>
เป+นกลางทางไฟฟา• จะกลายเป+นไอออน

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 15

ไอออนบวก (cation) สูญเสียอเิ ล็กตรอน >>> ธาตุโลหะ (metal)

ไอออนลบ (anion) ไดรL บั อิเลก็ ตรอน >>> ธาตอุ โลหะ (non-metal)

แร>มีส>วนประกอบทางเคมีที่อาจเป+นธาตุเดียวหรือสารประกอบ การอยู>ร>วมกันตLองมีการจัดเรียงตัว
ของส>วนประกอบเหล>านั้นอย>างเป+นระเบียบในระดับของอะตอม อิออน หรือโมเลกุล แร>ส>วนใหญ>เป+น
สารประกอบและมีส>วนประกอบเป+นไอออนบวก (cation) สรLางพันธะเคมีกับไอออนลบ (anion) ใน
โครงสรLางผลึก (Hook and Hall, 2010)

การเรียงตัวของโครงสรLางภายในผลึกแร>จะเรียงตัวสลับกันระหว>างไอออนบวก และไอออนลบ เมื่อ
พิจารณาเฉพาะจุดในโครงสรLางผลึก ไอออนบวกมีขนาดเล็กกว>าไอออนลบ จึงเสมือนว>าไอออนบวกถูกลLอม
ดLวยไอออนลบจำนวนหนึ่ง จำนวนไอออนลบที่ลLอมรอบไอออนบวก (C.N., coordination number) ขึ้นอย>ู
กับรัศมีของไอออนบวก (Rx) ต>อรัศมีของไอออนลบ (RO) นั้น (RX:RO) จำนวนของไอออนลบที่ลLอมรอบ
ไอออนลบทำใหLกลุ>มไอออนบวก-ไอออนลบมรี ปู รา> งแตกตา> งกนั ไป

รูปที่ 2.2 รูปรDางของกลุDม ไอออนบวก-ไอออนลบ ที่มีขนาดของรัศมีแตกตDางกัน ในสัดสDวนตDาง ๆ (ดัดแปลง
จ า ก www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/table-1 2 2 - coordination-
numbers-geometries-various-cation-anion-radius-ratios-rclra-cn-rc-r-q26551057)

การพิจารณาโครงสราL งแบบนีท้ ำใหไL อออนบวกตำแหน>งตา> ง ๆ สามารถแทนท่ไี ดดL Lวยไอออนบวก
อื่นทมี่ ขี นาดเทา> กนั และสามารถสรLางพันธะเคมีไดLคลLายกนั (substitution) ดงั นั้นผลึกจึงมีส>วนประกอบ
ทางเคมที ่ีเปล่ยี นแปลงไดL แตเ> ปน+ ไปอยา> งจำกดั

แร>ที่มีการแทนที่ของธาตุไดLและคงอยู>ตลอดไปเรียกว>าเกิดการแทนที่อย>างสมบูรณ@ (complete
solid solution) ถLาแทนที่ไดLบางช>วงอุณหภูมิจะเป+นการแทนที่ไม>สมบูรณ@ (incomplete solid solution)
การแทนท่ีกนั ทางเคมีในผลกึ แรม> ี 4 แบบ ไดแL ก>

o แทนแบบง>าย (simple substitution) เปน+ ไอออนบวกใดใดทส่ี ามารถแทนทก่ี นั ไดLในโครงสรLาง
ผลกึ เช>น แรโ> อลวิ นี (Mg,Fe)2SiO4 >>> Mg <-> Fe

16 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

o แทนแบบเป+นคู> (coupled substitution) เป+นการแทนที่แบบที่ตLองไอออนบวกมาเป+นคู>
เพื่อใหLสมดุลกับประจุไฟฟ•า เช>น แพลจิโอเคลส (Ca,Na)(Al1-2Si2-3O8) >>> Ca2+ + Al3+ <-
> Na+ + Si4+

o แทนแลLวทำใหLเกิดช>องว>าง (omission substitution) เป+นการแทนที่กันของไอออนบวกท่ี
ประจุไม>เท>ากัน ทำใหLใชLจำนวนไอออนที่มาแทนไม>เท>ากัน แลLวทำใหLตำแหน>งไอออนบวก ใน
โครงสรLางเกดิ ชอ> งว>าง เชน> แร>พโิ รไทต@ 3Fe2+ <-> 2Fe3+ +

o แทนในช>องว>าง (interstitial substitution) แร>บางชนิดมีช>องว>างในโครงสรLาง สามารถมี
ไอออนบวกเขLามาบรรจุในช>องว>างนั้นไดL แร>ในกลุ>มไซโคลซิลิเกต ที่มีโครงสรLางคลLายท>อกลวง
จะมีไอออนบวกประจุ +1 เขLามาอยู>ไดL แต>ตLองไอออนบวกอื่นเขLามาสมดุลประจุไฟฟ•า เช>น
+ Si4+ = K+ + Al3+

“แรDที่มีโครงสร,างเอื้อตDอการแทนที่ของธาตุตDางชนิดกัน เมื่อเกิดการแทนที่ของธาตุในโครงสร,างผลึกแรจD ะทำ
ให,เกิดเปPนแถบของสDวนประกอบทางเคมีที่ตDางกัน (chemical zoning) เปPนผลมาจากสภาวะในการตกผลึก
ตDางกัน (Nesse, 2000) ทำใหใ, นแตDละสDวนของผลึกมีสมบตั ทิ างเคมี กายภาพ และแสงแตกตDางกัน”

2.1.2 พันธะเคมี

พันธะเคมีเป+นสภาวะของส>วนประกอบทางเคมีที่มาอยู>ดLวยกันในผลึก เป+นแรงดึงดูด ผูกพัน ยึด
เหนี่ยว เอาไวLพันธะนี้ในผลึกแร>จะทำใหLส>วนประกอบทางเคมีอยู>ดLวยกัน ถLาจะใหLแยกออกจากกันจำเป+นตLอง
ใชLพลังงานสลายพันธะ พันธะเคมีมีหลายแบบขึ้นอยู>กับธาตุที่มาอยู>ดLวยกัน ความแตกต>างขึ้นอยู>กับการทำ
หนLาทขี่ องอเิ ล็กตรอน ไดแL ก>

o พันธะไอออนกิ (ionic bond) เปน+ การยึดเหนี่ยวกนั ระหว>างธาตุท่เี ปลี่ยนเปน+ ไอออนบวก (cation)
และไอออนลบ (anion) ธาตุโลหะจำหน>ายอเิ ล็กตรอนใหธL าตุอโลหะ ทำใหLเกิดแรงดึงดดู ทางไฟฟา•
ตัวอยDางแรD: หมู>แร>เฮไลด@ (halide) เช>น เฮไลต@ (halite: NaCl), ซิลไวต@ (sylvite: KCl) และ
ฟลูออไรต@ (Fluorite: CaF2)
คณุ ลกั ษณะ: ความแข็งและความหนาแนน> ปานกลาง เปราะ สมมาตรสูง จุดหลอมเหลวปานกลาง-
สงู นำความรLอน-ไฟฟ•าไมด> มี าก ละลายนำ้ หรอื ตวั ทำละลายท่มี ขี ้วั ไดLดี

o พันธะโควาเลนต@ (covalent bond) เป+นการยึดเหนี่ยวกันระหว>างธาตุที่ไม>ใหLอิเล็กตรอน ใชL
อเิ ล็กตรอนวงนอกร>วมกนั เหมอื นกนั CO2
ตวั อยDางแรD: เพชร-แกรไฟต@ (diamond-graphite: C) สฟาเลอไรต@ (sphalerite: ZnS)
คุณลักษณะ: แข็งมาก แต>เปราะ มีสมมาตรต่ำ จุดหลอมเหลว/เดือดสูง นำความรLอน-ไฟฟ•าไม>ดี
มาก ไม>ละลายนำ้ หรือตวั ทำละลายทมี่ ขี ัว้

“ผลึกแรมD ักมพี นั ธะผสม”

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 17

o พันธะโลหะ (metallic bond) เป+นการยึดเหนี่ยวกันระหว>างธาตุที่ใหLอิเล็กตรอน อะตอมมีสภาะ
ไฟฟ•าเปน+ บวก อิเลก็ ตรอนเคลอ่ื นทีไ่ ปไดเL รอื่ ย ๆ ในผลกึ
ตัวอยDางแรD: แรโ> ลหะ ธาตเุ ดียวในธรรมชาติ เชน> ทองคำ ทองแดง พลาตนิ ัม
คณุ ลกั ษณะ: เนอื้ ผลกึ เหนียว ดึงเปน+ เสLนไดL นำไฟฟา• -ความรอL นไดดL ี

o แรงยึดเหนี่ยวอย>างอ>อน หรือ แรงแวนเดอร@วาลส@ (Van der Waals force) ระหว>างอะตอม
โมเลกลุ ทม่ี สี ภาวะทางไฟฟา• เปน+ บวก ไมเ> ทา> กนั ในอะตอม หรอื โมเลกุล เกิดแรงดึงดูดจากขั้วไฟฟ•า
นั้น เป+นแรงอย>างอ>อน เมื่อเทียบกับแรงทางพันธะเคมีอื่น สามารถดึงใหLส>วนประกอบทางเคมีอยู>
ดLวยกนั ไดL
ตัวอยาD งแรD: แกรไฟต@ แรด> ิน (clay minerals) แรไ> มกา และแร>ทลั ก@
คุณลักษณะ: ความแข็งตำ่ ลอกเปน+ แผ>นไดLง>าย

2.2 การจัดจำแนกแรY (Mineral Classification)

แร>มีการจัดแบ>งออกเป+นกลุ>มหลายรูปแบบ เช>นการแบ>งตามคุณสมบัติทางเคมี การแบ>งตามการใชL
งาน การแบ>งตามกำเนดิ หรอื การแบง> ตามความถ>วงจำเพาะ

การแบ>งอย>างเป+นระบบจะเป+นการแบ>งตามส>วนประกอบทางเคมี โดยการจัดแบ>งกลุ>มแร>ตาม
ส>วนประกอบทางเคมตี ามไอออนลบ หรอื กลุม> ของไอออนลบไดL 12 หมแ>ู ร> (class) ดงั น้ี

1) ธาตุเดี่ยว (natives) ประกอบดLวยธาตุเดียวที่เป+นไดLทั้งกลุ>มธาตุโลหะ (Au, Ag, Cu, Pt, Pd
และ Fe) ก่งึ โลหะ (As, Sb, Bi, Se, และ Te) และอโลหะ (S และ C)

2) ซัลไฟด6 (sulfides; (S2-) รวมถึงซัลฟ-อาร@เซไนด@ (sulfarsenides, AsS4-) อาร@เซไนด@
(arsenides, As2-) และเทลลูไรด@ (tellurides, Te2-) รวมกับไอออนบวกกลุ>มธาตุโลหะ ธาตุก่ึง
โลหะ เช>น อาร@เซนิก ในกลุ>มนี้ทำหนLาที่เป+นไอออนลบแทนที่ซัลเฟอร@ เช>น ไพไรต@ คาร@โคไพ
ไรต@ กาลนี า บอรไ@ นต@ สฟาเลอไรต@ สตบิ ไนต@

3) ซัลโฟซอลต6 (sulfosalts; AmBnSp) เป+นกลุ>มแร>ซัลไฟด@ซับซLอน ที่ประกอบดLวยธาตุโลหะ
และกึ่งโลหะ เป+นไอออนบวก (A และ B ตามลำดับ ) สรLางพันธะเคมีกับซัลเฟอร@ ที่ทำหนLาท่ี
เป+นไอออนลบ ต>างจากแร>กลุ>มซัลไฟด@ที่มีธาตุกลุ>มกึ่งโลหะทำหนLาที่แทนซัลเฟอร@ในโครงสรLาง
ผลกึ เชน> คาบอลไตต@

4) ออกไซด6 (oxides) แยกออกเป+น 2 กลุ>มย>อย กลุ>มออกไซด@ (O2-) แบบง>าย (1 cat-ion) และ
แบบซ้ำซLอน (metals) เช>น ฮีมาไทต@ แมกนีไทต@ คอรันดัม และไฮดรอกไซด@ (hydroxides;
OH-, H2O) เช>น บอกไซต@ ลิโมไนต@

5) เฮไลด6 (halides; Cl-, Br-, F- และ I-) เป+นกลุ>มแร>ที่มีธาตุฮาโลเจนที่มีประจุ -1 และมีความ
เป+นข้วั อยา> งรุนแรงสราL งพันธะเคมแี บบไอออนกิ กับธาตุกล>ุมอัลคาไลน@ เช>น ฟลูออไรต@ เฮไรต@

6) คาร6บอเนต (carbonates (CO3)2-) เป+นแร>กลุ>มที่มีกลุ>มไอออนลบเป+นคาร@บอนจับกับ
ออกซิเจน 3 อะตอม ในรูปแบบ 3-โคออร@ดิเนชัน เป+นทรงสามเหลี่ยม C เป+นไอออนบวกประจุ

18 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

+4 ทำใหLออกซิเจนใชLประจุสรLางพันธะไปเฉลี่ย 1+1/3 ทำใหLความเป+นขั้วแข็งแรง ที่เหลือจึง
ไปสรLางพนั ธะกบั ไอออนบวกอื่น ทำใหLพันธะไม>แข็งแรงมาก เช>น แคลไซต@ ซิเดอไรต@ แมกนีไซต@
อซไู รต@ มาลาไคต@
7) ไนเตรต (nitrates (NO3)-) เป+นกลุ>มแร>ที่มีกลุ>มไอออนลบเป+นไนโตรเจนจับกับออกซิเจน 3
อะตอม ในรูปแบบ 3-โคออร@ดิเนชัน เป+นทรงสามเหลี่ยม มีลักษณะของพันธะคลLายแร>กล>ุม
คาร@บอเนต แต> N มีประจุ +5 ทำใหLออกซิเจนใชLประจุสำหรับการสรLางพันธะเป+น 1+2/3 ที่
เหลือจึงไปสรLางพันธะกับไอออนบวกตัวอื่น ทำใหLความเป+นขั้วชัดเจน พันธะไม>แข็งแรงมาก
และมีโครงสรLางผลกึ คลLายแร>ในกล>มุ คาร@บอเนต
8) บอเรต (borates (BO3)3-) เป+นกลุ>มแร>ที่มีไอออนลบเป+นโบรอนจับกับออกซิเจน 3 อะตอม
ในรูปแบบ 3-โคออร@ดิเนชัน เป+นทรงสามเหลี่ยม ของ B3+ ออกซิเจนจะเหลือประจุสำหรับการ
สรLางพันธะกับไอออนบวกอื่นเต็ม 1 และทำใหLมีการแชร@ออกซิเจนเชื่อมต>อกันในแต>ละ BO3
เป+นโพลิเมอร@ที่ใหญ>ขึ้น ทั้งแบบสาย และแบบแผ>น และมีน้ำ (H2O) อยู>ร>วมในโครงสรLางผลึก
แร> ทำใหLโครงสราL งมลี กั ษณะคลาL ยซลิ ิเกต
9) ฟอสเฟต ((PO4)3-) อาร6เซเนต ((AsO4)3-) และ วานาเดต ((VO4)3-) เป+นกลุ>มแร>ที่มีกล>ุม
ไอออนลบเป+นฟอสฟอรัส อาร@เซนิก หรือ วานาเดต จับออกซิเจน 4 อะตอม ในรูปของ 4-โค
ออร@ดิเนชัน เป+นรูปร>างแบบทรงสี่หนLา แคทไอออนมีประจุ +5 ทำใหLไดLประจุรวมเป+น -3 และ
ออกซิเจนใชLประจุสำหรับการสรLางพันธะไป 1 + 1/4 ที่เหลือไปสรLางพันธะกับไอออนบวกอื่น
เช>น อะพาไทต@
10) ซัลเฟต (sulfates (SO4)2-) เป+นกลุ>มแร>ที่มีซัลเฟอร@กับออกซิเจน 4 อะตอม S ที่มีอิเลกตรอน
วงนอก 6 เปน+ ไอออนลบในกลุ>มแรซ> ลั ไฟดท@ เ่ี ปล่ยี นกลับมาเป+นไอออนบวกขนาดเล็ก เมื่ออยกู> บั
ออกซิเจนในโครงสรLางผลึกอิออน S จะจับกับออกซิเจน 4 อะตอม ในรูปของ 4-โคออร@ดิเนชัน
เป+นรูปร>างแบบทรงสี่หนLา และทำใหLประจุรวมเป+น -2 ออกซิเจนใชLประจุสรLางพันธะไป 1+1/2
ที่เหลือไปสรLางพันธะกับ SO4 - เททระฮีดรอน จะอยู>แบบเดี่ยวในโครงสรLางผลึก เช>น ยิปซั่ม
แอนไฮไดรต@ แบไรต@
11) ทังเสตต (tungstates (WO4)2) และ โมลิบดีเนต (molybdenate (MO4)) เป+นกลุ>มแร>ที่มี
กลุ>มไอออนลบเป+นทังสเตนที่จับกับออกซิเจน 4 อะตอม W และ M มีรัศมีไอออนที่ใหญ> แมLจะ
เกิดร>วมกับออกซิเจน 4 ตัว แต>ไม>เกิดทรงสี่เหลี่ยมและมีรูปทรงแบนเป+นแบบสี่เหลี่ยมจัตุรัส มี
การแทนที่กันของ W และ M ไม>พบแร>กลุ>มนี้เกิดแบบแร>ปฐมภูมิ เช>น โมลิบดีไนต@ วุลเฟรมไมต@
ชีไลต@
12) ซิลิเกต (silicates (SiO4)4-) เป+นกลุ>มแร>ที่มีกลุ>มไอออนลบเป+นซิลิกอนที่จับกับออกซิเจน 4
อะตอม ในรูปของ 4-โคออร@ดิเนชัน เป+นรูปร>างแบบทรงสี่หนLา และทำใหLประจุรวมเป+น -4
ออกซิเจนใชLประจุสรLางพันธะเต็ม 1 เหลืออีกหนึ่ง ที่ใชLในการสรLางพันธะกับไอออนบวกตัวอ่ืน
ทำใหพL นั ธะท่ีเหลือของออกซิเจนกับแคทไอออนตวั อื่นมีความแขง็ แรงมาก

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 19

2.3 แรYซิลิเกต (Silicates)

หมวดแร>ซิลิเกต (silicate class) คือ หมวดแร>ที่มี แร>ซิลิกา (SiO4) เป+นองค@ประกอบหลัก ซึ่งถือเป+น
หมวดแร>ประกอบหินที่มีความสำคัญ เนื่องจากประมาณ 95% ของแร>ที่มีอยู>ในโลกเป+นแร>ซิลิกา (Dyar and
Gunter, 2008) แร>กลุ>มซิลิเกตเป+นแร>ที่มีส>วนประกอบเป+นกลุ>มไอออนลบแบบทรงสี่หนLาของ Si-O4 สรLาง
พันธะร>วมกับไอออนบวกตัวอื่น ไอออนบวกตัวหลัก (major elements) ในกลุ>มแร>ซิลิเกตประกอบดLวย Si4+
Ti4+ Al3+ Fe3+ Fe2+ Mn2+ Mg2+ Ca2+ Na+ K+ Ba2+ และ Rb+ ไอออนบวกจะมีไอออนลบเป+นออกซิเจน
จำนวนไอออนลบที่ลLอมไอออนบวก (coordination number, C.N.) ขึ้นอยู>กับรัศมีของไอออนบวกและ
ออกซิเจน ดังตารางที่ 2.1 โดยแร>ซิลิกาเกิดจากธาตุซิลิกอนจำนวน 1 ตัว และธาตุออกซิเจนจำนวน 4 ตัว
รวมตัวกันในรูปแบบสามเหลี่ยมของซิลิกอนไอออนลบ ที่มีประจุรวมของในแต>ละสามเหลี่ยมเป+น -4 หรือ
แบบทรงสี่หนLา (รูปที่ 2.3) ซึ่งสามเหลี่ยมของซิลิกอนไอออนลบจะเป+นพื้นฐานในการเชื่อมต>อกับธาตุไอออน
อนื่ เช>น เหลก็ แมกนเี ซยี ม โปแทสเซยี ม เปน+ ตLน เพื่อก>อตวั เปน+ แรซ> ิลกิ าท่ีมีลกั ษณะเฉพาะแตกต>างกันไป

ตารางท่ี 2.1 จำนวนและรปู รDางของออกซเิ จนท่สี ร,างพันธะกับไอออนบวก

ไอออนบวก รัศมีไอออน (Ǻ) Rx:Ro จำนวนออกซเิ จน รูปทรง
รวมกลุ>ม
ทรงสีห่ นาL
Si4+ 0.42 0.300 4 ทรงสี่หนLา
ทรงแปดหนLา
Al3+ 0.51 0.364 4 ทรงแปดหนLา
ทรงแปดหนLา
Al3+ 0.51 0.364 6 ทรงแปดหนาL
ทรงแปดหนาL
Fe3+ 0.64 0.457 6 ทรงแปดหนาL
ลกู บาศก@
Mg2+ 0.66 0.471 6 ลกู บาศก@
ลกู บาศก[email protected] ทรงหกเหล่ยี ม
Ti4+ 0.68 0.486 6 ลกู บาศก[email protected] ทรงหกเหลีย่ ม
ลูกบาศก[email protected] ทรงหกเหลย่ี ม
Fe2+ 0.74 0.529 6

Mn2+ 0.80 0.571 6

Na+ 0.97 0.693 8

Ca2+ 0.99 0.707 8

K+ 1.33 0..950 8-12

Ba2+ 1.34 0.957 8-12

Rb+ 1.47 1.050 8-12

20 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

รูปที่ 2.3 การจับตัวกันของธาตุซิลิกอนและออกซิเจนเปPนแรDซิลิกาที่มีลักษณะแบบทรงสี่หน,า (ดัดแปลงจาก
www.geologylearn.blogspot.com/2016/02/mineral-classication.html)

โดยนักวิทยาศาสตร@จำแนกหมวดแร>ซิลิเกตออกเป+น 6 กลุ>มแร> (mineral group) ตามรูปแบบการ
เชื่อมตอ> กนั ของทรงสห่ี นาL Si-O4 ทม่ี ีการใชLออกซเิ จนรว> มกนั ดังแสดงในรูปท่ี 2.4

o นีโซซิลิเกต (nesosilicates) มี Si-O4 ที่แยกกันอยู> ไม>ไดLมีการใชLออกซิเจนร>วมกัน อัตราส>วน
ของ Si:O เปน+ 1:4 ทำใหLประจรุ วมมคี >าเปน+ 4- เช>น โอลิวนี

รูปที่ 2.4 รูปแบบการจับตัวกันของแรDซิลิกาที่ใช,จำแนกหมวดหมูDแรDซิลิเกต (ดัดแปลงจาก
www.geologylearn.blogspot.com/2016/02/mineral-classication.html)

o โซโรซลิ เิ กต (sorosilicates) มีคู>ของ Si-O4 ท่ใี ชLออกซเิ จนรว> มกนั 1 ตัว ทำใหLมีรูปร>างเป+นคู>และ
มอี ัตราสว> นของ Si:O เป+น 2:7 มปี ระจรุ วมเป+น 6- แรใ> นกล>ุมน้ี เช>น เอพิโดต

o ไซโคลซิลิเกต (cyclosilicates) มี Si-O4 ที่ใชLออกซิเจนร>วมกัน 2 ตัวที่ฐานและต>อกันเป+น
โครงสราL งหลักรปู ร>างวงกลม มอี ัตราสว> นของ Si:O เปน+ 1:3 ประจรุ วมเปน+ 12- เชน> ทัวรม@ าลีน

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 21

o ไอโนซิลิเกต (inosilicates) มี Si-O4 ที่ใชLออกซิเจนร>วมกัน 2-3 ตัวที่ฐาน และจับตัวต>อกันเป+น
สาย ทำใหLโครงสรLางหลักมีสายของ Si-O4 มีสองแบบคือ 1) แบบสายเดี่ยว (single chain) ใชL
ออกซิเจนร>วมกัน 2 ตัว และมีอัตราส>วนของ Si:O เป+น 1:3 ประจุรวมเป+น 4- เช>น ไพรอกซีน
และ 2) แบบสายคู> (double chain) ใชLออกซิเจนร>วมกันเชื่อมระหว>างสาย เกิดเป+นสาย Si-O4
ตดิ กันสองสาย เชน> แอมฟwโบล และมีอตั ราส>วนของ Si:O เปน+ 4:11 ประจรุ วมเป+น -6

o ฟwลโลซิลิเกต (phyllosilicates) มี Si-O4 ที่ใชLออกซิเจนร>วมกัน 3 ตัวที่ฐาน และจับตัวต>อกัน
เป+นแผ>น เหลือออกซิเจนที่ไม>ไดLใชLร>วมกันอยู>ที่ยอด 1 ตัว ทำใหLโครงสรLางหลักเป+นแผ>นของ Si-
O4 และมีอัตราส>วนของ Si:O เป+น 2:5 ประจุรวมเป+น 6- เช>น ไมกา (ไบโอไทต@ และมัสโคไวต@)
และกลม>ุ แร>ดนิ

o เทกโทซิลิเกต (tectosilicates) มี Si-O4 ที่ใชLออกซิเจนร>วมกันทั้ง 4 ตัว และจับตัวต>อกันอย>าง
ต>อเนื่อง อัตราส>วนของ Si:O เป+น 1:2 เช>น ควอตซ@ และถLา Si4+ ใน Si-O4 ถูกแทนที่ในบาง
ตำแหน>งอย>างสม่ำเสมอ โดย Al3+ จะมีประจุบวกลดลง 1 ประจุ และถLาแทนที่ 2 ตำแหน>งใน
1 หน>วยเซลล@ จะทำใหตL Lองมไี อออนบวกประจุ 1+ (Na, K) หรอื 2+ (Ca) เขาL มาอยใ>ู นโครงสราL ง
ดLวย เช>น กลุม> เฟลด@สปาร@ เฟลด@สปาทอยด@

แร>มีส>วนประกอบทางเคมีที่ชัดเจนทั้งชนิดและปริมาณสัดส>วน หรือเปลี่ยนแปลงไดLแบบจำกัด จาก
การแทนที่ของธาตุในสภาวะไอออน ที่มีขนาดของไอออนและคุณสมบัติทางไฟฟ•าใกลLเคียงกัน ในโครงสรLาง
ผลกึ

สัดส>วนเทยี บเปน+ อตั ราส>วนอะตอม (atomic ratio) เปน+ ตามในสตู รเคมี ตัวอยา> งเช>น
ฟอรส@ เตอไรต@ (Mg2SiO4) ประกอบดวL ย 2 Mg, 1 Si และ 4 O
แคลไซต@ (CaCO3) ประกอบดLวย 1 Ca, 1 C และ 3 O

สYวนประกอบที่เปนa น้ำหนักธาตุ

ธาตุที่อยู>ในแร> คิดเป+นสัดส>วนรLอยละโดยน้ำหนัก (weight %) จากการเปรียบเทียบมวลอะตอมของ
ธาตุทอ่ี ย>ใู นแร>กับมวลโมเลกลุ ของแร> เชน>

ฟอร@สเตอไรต@ (Mg2SiO4) ประกอบดLวย Mg (หนัก 24.305), Si (หนัก 28.085) และ O (หนัก
15.999) ดังนนั้ จงึ มีมวลโมเลกลุ 140.69 เปรยี บเทียบสดั ส>วนอะตอมโดยน้ำหนักเป+นรLอยละของ Mg, Si และ
O ไดเL ป+น 34.55, 19.96 และ 45.49 รLอยละโดยน้ำหนกั ตามลำดับ

แคลไซต@ (CaCO3) ประกอบดLวย Ca (หนัก 40.078), C (หนัก 12.011) และ O (หนัก 15.999)
ดังนั้นจึงมีมวลโมเลกุล 100.09 เปรียบเทียบสัดส>วนอะตอมโดยน้ำหนักเป+นรLอยละของ Ca, C และ O ไดL
เป+น 40.04, 12.00 และ 47.95 รLอยละโดยน้ำหนกั ตามลำดบั

22 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

สวY นประกอบทเี่ ปaนสารประกอบออกไซด6

ธาตุในแร>สามารถเทียบกับออกซิเจนที่อยู>ในสูตรแร> และคิดเป+นสัดส>วนของสารประกอบออกไซด@
ของ ส>วนประกอบเป+นรLอยละโดยน้ำหนักของสารประกอบออกไซด@ เทียบโดยน้ำหนักของสารประกอบ
ออกไซดก@ ับมวลโมเลกลุ ของแร> เช>น

ฟอร@สเตอไรต@ (Mg2SiO4) ประกอบดLวย 2MgO และ 1SiO2 คิดเป+นสัดส>วนของสารประกอบ
ออกไซด@ MgO และ SiO2 ไดL 57.3 และ 42.7 รLอยละโดยนำ้ หนกั ตามลำดับ

แคลไซต@ (CaCO3) ประกอบดLวย 1 CaO และ 1 CO2 คิดเป+นสัดส>วนของสารประกอบออกไซด@
CaO และ CO2 ไดLเปน+ 56.03 และ 43.97 รLอยละโดยนำ้ หนกั ตามลำดบั

“แรจD งึ มสี วD นประกอบเปPนสารประกอบออกไซดKโดยนำ้ หนัก อยูใD นกรอบท่ีควรจะเปนP ของแรนD ้ัน”

แร>ที่มีการแทนที่กันอย>างสมบูรณ@ของไอออนบวกในโครงสรLางผลึก (complete solid-solution)
จะมีส>วนประกอบผสมกันของไอออนที่มาแทนที่กัน ถLามีเฉพาะส>วนประกอบตัวใดตัวหนึ่งจะเป+นประกอบ
สดุ ทLาย (End-member) แรท> ่มี กี ารแทนที่กนั ของไอออนในส>วนประกอบทางเคมี จะมีช่ือเรยี กแยกยอ> ยตาม
สดั ส>วนของ End-member

แรYโอลิวีน (olivine) มีการแทนที่กันของ Mg-Fe ในโครงสรLาง ไดLเป+น (Mg,Fe)2SiO4 จะมี End-
member เป+นฟอร@สเตอไรต@ (Mg2SiO4) และฟายาไลต@ (Fe2SiO4) โอลิวีนจึงมีส>วนประกอบทางเคมีเป+น
สดั สว> นตา> ง ๆ ของฟอรส@ เตอไรตต@ อ> ฟายาไลต@
Olivine: forsterite (Fo)-content: fayalite (Fa)-content Þ Fo-content: Fa-content

Fo-content = Fo/(Fo+Fa) * 100
Fo-content = Mg/(Mg+Fe) * 100

ตวั อยาD งเชDน โอลวิ นี ทีม่ สี ว> นประกอบเป+น Mg1.5Fe0.5SiO4 จะมี 1.5 Mg2SiO4 : 0.5 Fe2SiO4
Fo-content = 1.5/(1.5+0.5) * 100 = 75

โอลิวนี น้ีจะมี Fo-content = 75 เขียนไดเL ป+น Fo75

ออร6โธไพรอกซีน (orthopyroxene, opx) มีการแทนที่กันของ Mg-Fe ในโครงสรLาง มี
ส>วนประกอบรวมเป+น (Mg,Fe)2Si2O6 มี End-member เป+นเอนสตาไทต@ (Mg2Si2O6) และเฟอร@โรซิไลต@
(Fe2Si2O6) ออร@โธไพรอกซนี จะมสี ว> นประกอบทางเคมเี ปน+ สดั สว> นของเอนสตาไทตต@ อ> เฟอร@โรซไิ ลต@
opx: enstatite (En)-content: ferrosilite (Fs)-content Þ En-content: Fs-content

En-content = En/(En+Fs) * 100
En-content = Mg/(Mg+Fe) * 100

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 23

ตัวอยDางเชDน ออร@โธไพรอกซีนที่มีส>วนประกอบเป+น Mg1.25Fe0.75Si2O6 จะมี 1.25 Mg2Si2O6 : 0.75
Fe2Si2O6

En-content = 1.25/ (1.25+0.75) * 100 = 62.5
ออร@โธไพรอกซีนน้จี ะมี En-content = 62.5 เขยี นไดLเป+น En62.5

ไคลโนไพรอกซีน (clinopyroxene, cpx) มีการแทนที่กันของ Ca-Mg-Fe ในโครงสรLาง มี
ส>วนประกอบรวมเป+น (Ca,Mg,Fe)2Si2O6 มี End-member เป+นเอนสตาไทต@ (Mg2Si2O6) เฟอร@โรซิไลต@
(Fe2Si2O6) และ วอลลาสโทไนต@ (Ca2Si2O6) ไคลไพรอกซีนจะมีส>วนประกอบทางเคมีเป+นสัดส>วนของเอนส
ตาไทตต@ >อเฟอร@โรซิไลต@ตอ> วอลลาสโทไนต@

cpx: enstatite (En)-content: ferrosilite (Fs)-content wollastonite (Wo-content)
Þ En-content: Fs-content: Wo-contnet

En-content = En/(En+Fs+Wo) * 100 = Mg/(Mg+Fe+Ca) * 100
Fs-content = Fs/(En+Fs+Wo) * 100 = Fe/(Mg+Fe+Ca) * 100
Wo-content = Wo/(En+Fs+Wo) * 100 = Ca/(Mg+Fe+Ca) * 100

ตัวอยDางเชDน ไคลโนไพรอกซีนที่มีส>วนประกอบเป+น CaMg0.25Fe0.75Si2O6 จะมี 0.25 Mg2Si2O6 : 0.75
Fe2Si2O6 : 1 Ca2Si2O6

En-content = Mg/(Mg+Fe+Ca) * 100
= 0.25/(0.25+0.75+1) * 100 = 12.5 = En12.5

Fs-content = Fs/(Mg+Fe+Ca) * 100
= 0.75/(0.25+0.75+1) * 100 = 37.5 = Fs37.5

Wo-content = Ca/(Mg+Fe+Ca) * 100
= 1/(0.25+0.75+1) * 100 = 50 = Wo50

ไคลโนไพรอกซนี นจี้ ะมีส>วนประกอบตาม End-member เป+น En12.5 Fs37.5Wo50

ไคลโนไพรอกซีนแบ>งตามส>วนประกอบทางเคมีไดLเป+นชื่อแร>ย>อยต>าง ๆ เป+นพิกจีโอไนต@ ออร@ไจต@ ได
ออปไซด[email protected] เฮดเดนเบอรไ@ จต@

แพลจิโอเคลส Ca2Al2Si2O8-NaAlSi3O8

แร>แพลจิโอเคลส (plagioclase) มีการแทนที่กันของ Ca-Na ในโครงสรLาง ไดLเป+น (Ca,Na)Al2-1Si2-
3O8 มี End-member เป+นอะนอร@ไทต@ (CaAl2Si2O8) และแอลไบต@ (NaAlSi3O8) แพลจิโอเคลสจึงมี
ส>วนประกอบทางเคมีเป+นสดั ส>วนตา> งๆของอะนอร@ไทตต@ >อแอลไบต@

Plagioclase: anorthite (An)-content: Albite (Ab)-content Þ An-content: Ab-content

24 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

An-content = An/(An+Ab) * 100
An-content = Ca/(Ca+Na) * 100

ตัวอยDางเชDน แพลจิโอเคลสที่มีส>วนประกอบเป+น Ca0.65Na0.35Al1.65Si2.35O4 จะมี 0.65 CaAl2Si2O8 : 0.35

NaAlSi3O8

An-content = 0.65/ (0.65+0.35) * 100 = 65

แพลจโิ อเคลสจะมี An-content = 65 เขยี นไดLเปน+ An65

แพลจโิ อเคลส แบง> ตามสว> นประกอบ An-content ออกไดเL ปน+ 6 ชนดิ
อะนอร@ไทต@ An-content 90-100
ไบทาวไนต@ An-content 70-90
แลบราโดไลต@ An-content 50-70
แอนดีซีน An-content 30-50
โอลิโกเคลส An-content 10-30
แอลไบต@ An-content 0-10

คำถามทา( ยบท

1. จงอธิบายการเกิดของแร>จากการปรากฏของผลกึ สปwเนลที่สมบรู ณอ@ ยใ>ู นผลกึ โอลิวนี
2. จงอธบิ ายพนั ธะทางเคมีท่มี คี วามสำคญั ตอ> การเกิดแรใ> นธรรมชาติ
3. จงอธบิ ายการจำแนกแร>ดวL ยคณุ สมบัตทิ างเคมี พรอL มท้งั ยกตวั อยา> งประกอบ
4. จงอธิบายวา> เพราะเหตใุ ดแร>ซิลเิ กตจึงมีมากท่ีสุดบนผวิ โลก
5. จงแสดงสูตรเคมีของโอลวิ ีนทม่ี ี Fo-content = 45
6. จงแสดงสูตรเคมขี องออรโ@ ธไพรอกซนี ทม่ี ี En-content = 80
7. จงแสดงสูตรเคมขี องไคลโนไพรอกซนี ที่มสี ดั สว> น En-Fs-Wo เท>ากบั 15:35:50
8. จงแสดงสูตรเคมีของแพลจิโอเคลสที่มี Ab-content = 20 พรLอมทั้งระบุประเภทของแร>แพลจิโอ

เคลสทกี่ ำหนดใหL

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 25

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

บทที่ 3 บทนำคณุ สมบตั ิทางแสง

Chapter 3 Optical Properties of Minerals

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

บทที่ 3 บทนำคุณสมบัติทางแสง

3.1 กล#องจุลทรรศน6แบบโพลาไรซ6 (Polarized Light Microscope)

ผลึกและวัตถุอัญรูปสามารถแสดงคุณสมบัติทางแสงที่แตกต>างกันใหLเห็นไดL โดยใชLแสงส>องผ>านแร>
และสังเกตผ>านกลLองจุลทรรศน@โพลาไรซิง โดยทั่วไปจะมีอยู> 3 แบบ ไดLแก> แบบตาเดียวหรือเลนส@ตาเพียง
หนึ่งอัน (monocular) แบบสองตาหรือเลนส@ตาสองอัน (binocular) และแบบสามตาหรือเลนส@ตาสามอัน
(Trinocular) สำหรบั ตอ> พว> งกบั อุปกรณ@ฉายภาพอนื่ ดLานบน (รปู ที่ 3.1)

รูปที่ 3.1 กลอ, งจลุ ทรรศนแK สงโพลาไรซแK บบสามตาและแบบจำลองการบังคบั การสั่นสะเทอื นของคลนื่ แสง
จากแหลงD กำเนดิ ด,วยแผDนโพลารอยดภK ายในกลอ, งจลุ ทรรศนK
(ดดั แปลงจาก www.microscopyu.com/techniques/polarized-light/polarized-light-microscopy)

กลLองนี้ศึกษาตัวอย>างที่แสงส>องผ>านไดLนั้น จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว>ากลLองแบบแสงส>องผ>าน
(transmitted light microscope) หลักการทำงานของกลLองนี้มีคุณสมบัติต>างจากกลLองจุลทรรศน@ทั่วไป
เพราะมีอุปกรณ@ในการบังคับใหLแสงเป+นแสงแบบโพลาไรซ@ (polarized light) จำนวน 2 แผ>น อุปกรณ@
ดังกล>าวเรียกว>าแผ>นโพลารอยด@ (polaroid) แผ>นแรกอยู>ก>อนที่แสงจะผ>านเขLาไปในแร> ส>วนอีกแผ>นหนึ่งจะ
อยู>หลังจากที่แสงผ>านแร>ขึ้นมาแลLว โดยทำหนLาที่บังแสงใหLเป+นแสงโพลาไรซ@ ซึ่งมีการสั่นสะเทือนตั้งฉากกับ
ทิศทางที่แสงเคลื่อนที่ไปเพียง 1 ทิศทาง (รูปที่ 3.1) ส>วนประกอบและหนLาที่การทำงานของกลLองจุลทรรศน@
โพลาไรซงิ มดี ังนี้

ส>วนฐานที่เป+นที่ตั้งของกลLองเป+นส>วนสำคัญที่สุด ซึ่งเป+นส>วนที่ใหLแสงในการศึกษา หลอดไฟฟ•าฮาโล
เจน (halogen lamp) เป+นแหล>งกำเนิดแสงแสงที่ผลิตไดLเป+นแสงเหลือง หลอดติดอยู>ที่ฐานส>วนหลังของ
กลLอง แลLวปล>อยแสงผ>านกระจก สะทLอนเขLาสู>เสLนทางเดินแสงตามศูนย@กลางกลLอง ที่ฐานมีปุ²มปรับความ

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 29

สว>างของหลอดไฟในระดับต>าง ๆ (รูปที่ 3.2) เนื่องจากแสงที่ออกมาจากหลอดไฟเป+นแสงเหลือง ความ
ตLองการแสงในการศึกษาเป+นแสงขาว จึงมีฟwลเตอร@ที่ปรับใหLแสงเป+นแสงขาวปwดอยู>ที่ช>องแสงออก (blue sky
filter) กลLองบางรุ>นอาจมีแผ>นกรองแสงที่กำหนดชนิดสีแสงไดLตามความตLองการหรืออาจเป+นฟwลเตอร@สีอื่น
และบริเวณปล>องทป่ี ล>อยแสงออกจะมีไดอะแฟรม (diaphragm) ซึง่ เปน+ รูรับแสงทสี่ ามารถหร่แี สงลงไดL

รูปที่ 3.2 แผนผังสDวนประกอบของกล,องจุลทรรศนKแบบโพลาไรซิง (ดัดแปลงจาก Oldenbourg and
Shribak, 2010 )

โพลาไรเซอร6 (polarizer) เป+นอุปกรณ@ชิ้นแรกที่แสงเดินทางผ>านวางอยู>ที่ฐานกลLอง ทำหนLาท่ี
บังคับใหLแสงสั่นสะเทือนทิศทางเดียว ทิศทางการสั่นสะเทือนของคลื่นแสงมักถูกกำหนดใหLอยู>ในแนว
ตะวันออก-ตะวันตก ซึ่งตั้งฉากกับทิศทางการบังคับแสงของแผ>นโพลารอยด@แผ>นบน การติดตั้งเป+นแบบหมุน
เปลี่ยนทิศทางไดL การตรวจสอบทิศทางการวางตัวว>าตั้งฉากกับโพลารอยด@แผ>นบน ทำไดLโดยการเสียบแอ
นาไลเซอรโ@ ดยไมม> วี ัตถุค่ันกลาง แลวL จะปรากฏเปน+ ความมดื นัน่ คือแสงจะไม>สามารถผ>านออกมาไดL

ไดอะแฟรม (aperture diaphragm) เป+นรูรับแสงที่สามารถหรี่แสงก>อนที่จะเขLาสู>ตัวอย>างที่
ศกึ ษา ในบางกรณีการศึกษาตLองการความคมชดั ของขอบภาพกจ็ ำเป+นจะตอL งหรีแ่ สงลง

เลนส6รวมแสง (condenser lens) ทำหนLาที่ปรับความเขLมของแสงที่ผ>านมาจากแหล>งกำเนิดใหLมี
ความเขLมมากขึ้น และปรับทิศทางเดินของแสงใหLเป+นเสLนตรงที่ขนานกันใหLมากที่สุด เพื่อทำการศึกษาวัตถุ
แบบโฟกสั ที่วตั ถุ (orthoscopic viewing) การศกึ ษาในข้นั ตอนนี้เมือ่ ปรับโฟกัสจะเห็นภาพของวตั ถทุ ศ่ี กึ ษา

เลนส6รวมแสงชิ้นที่ 2 (auxiliary condenser lens) สามารถปรับเขLาหรือออกจากทางเดินของ
แสงไดL เลนส@นี้ทำหนLาที่รวมแสงใหLเขLมและปรับใหLทางเดินของแสงก>อนเขLาสู>วัตถุเป+นรูปกรวย อุปกรณ@ส>วน
ใชLสำหรับการศึกษาวัตถุแบบโฟกัสที่ระยะอนันต@ (conoscopic viewing) การศึกษาขั้นตอนนี้จะมองไม>เห็น
วัตถุ แตจ> ะเหน็ ปฏิกริ ยิ าของแสงที่ผา> นวตั ถขุ ึ้นมา

แทYนวางวัตถุ (stage) เป+นแผ>นโลหะรูปวงกลมที่มีรูตรงกลางติดตั้งแบบหมุนไดL เพื่อใหLแสงผ>านขึ้น
มาถึงวัตถุที่ศึกษาไดL มีขีดบอกองศารอบวงกลม 360o และมีเวอร@เนีย (vernia) สำหรับวัดมุมที่หมุนไป อีกทั้ง
ยังมีปุ²มล็อคเพื่อไม>ใหLหมุน แท>นวางวัตถุนี้จะวางอยู>ใตLเลนส@วัตถุ การปรับโฟกัสของภาพใชLการเคลื่อนที่ขึ้นลง

30 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

ของวัตถุ โดยใชLปุ²มที่แขนของกลLอง สำหรับปรับการเคลื่อนที่ขึ้นลง ซึ่งมีทั้งปุ²มปรับหยาบ (coarse focus
adjust knob) และปุ²มปรับละเอียด (fine focus adjust knob) แท>นวางวัตถุจะมีรูสำหรับติดตั้งอุปกรณ@ใน
การจับวัตถุ (clip) หรืออุปกรณ@ศึกษาอื่น อาทิเช>น เครื่องนับเม็ดแร>อัตโนมัติ (automatic counting
machine)

เลนส6วัตถุ (objective lens) มีรูปร>างเป+นทรงกระบอกติดอยู>ที่แท>นจับเลนส@ ทำหนLาที่รับภาพที่
แสงส>องผา> นวัตถุมาและขยายภาพท่ไี ดLรับ เลนสว@ ตั ถมุ ีกำลงั ขยายหลายขนาด ไดแL ก>

o กำลงั ขยายตำ่ (low power, 4x-5x) มีสีคาดสีแดง
o กำลังขยายปานกลาง (medium power, 10x-20x) มสี คี าดสเี หลืองและเขียว
o กำลังขยายสูง (high power, 40x) มีสคี าดสฟี •า
o กำลงั ขยายสงู มาก (very high power, 100x) มสี คี าดสขี าว

เลนส@วัตถุกำลังขยายยิ่งสูงจะยิ่งเคลื่อนเขLาใกลLตัวอย>างเมื่อปรับโฟกัส เลนส@กำลังขยายสูงมากตLอง
ใหLตัวกลางระหว>างตัวอย>างและเลนส@เป+นน้ำมัน ดังปรากฎเป+นตัวหนังสือที่กระบอกเลนส@ว>า oil เมื่อใชLงาน
เลนส@วัตถุจะตLองใหLศูนย@กลางเลนส@ตรงกลับศูนย@กลางกลLอง (centering) กระบอกเลนส@ที่ติดอยู>กับแท>นจับ
เลนส@อาจเอียงออกจากศูนย@กลางกลLอง จึงมีเครื่องมือแกLใหLศูนย@กลางเลนส@กลับมาตรงกับศูนย@กลางกลLอง
โดยใชLไขควง (screw) หมุนที่ช>องปรบั ศูนยก@ ลาง บรเิ วณแทน> จบั เลนสร@ >วมกบั การหมนุ แท>นวางวัตถุ

อุปกรณ6เพิ่มหรือหนYวงความเร็วคลื่นแสง (accessory plate) ติดตั้งอยู>ดLานบนของเลนส@วัตถุ ทำ
มาจากแผ>นแร> ติดอยู>บนแผ>นที่สอดเขLาทางเดินของแสงไดL (slot) แร>ที่นำมาติดตั้งมี 3 แบบ แร>มัสโคไวต@
(mica plate) แร>ยิปซัม (gypsum plate) หรือแร>ควอตซ@ (quartz wedge) อุปกรณ@นี้ทำหนLาที่ปรับ
คุณสมบัติของแสง ทำใหLเกิดการเปลี่ยนแปลงก>อนที่จะเดินทางถึงแอนาไลเซอร@ อุปกรณ@นี้เป+นอุปกรณ@
ทางเลือก สามารถสอดเขLาทางเดนิ ของแสง หรือไม>ใชLกไ็ ดL

แอนาไลเซอร6 (analyzer) เป+นแผ>นโพลารอยด@แผ>นบน เป+นอุปกรณ@ที่สอดหรือถอดออกจาก
ทางเดินแสงไดL ทำหนLาที่กรองแสงที่ผ>านวัตถุที่ศึกษาขึ้นมา จะมีแสงบางคลื่นแสงผ>านแอนาไลเซอร@ขึ้นมาไดL
บางคลื่นแสงผ>านมาไม>ไดL ทำใหLผูLศึกษาเห็นสีของแร>ที่ศึกษาไดL แสงสีที่ปรากฎใหLเห็นหลังจากผ>านแอนาไล
เซอรข@ ึ้นมาเรียกว>าสแี ทรกสอด

เบอร6ทรานด6เลนส6 (bertrand lens) เป+นเลนส@ที่ทำใหLแสงไม>โฟกัสที่วัตถุ ไปโฟกัสที่ระยะอนันต@
(conoscopic viewing) ติดตั้งดLานบนของแอนาไลเซอร@ ก>อนที่แสงจะเขLาสู>สายตาผูLศึกษา การศึกษาโดยใชL
เบอร@ทรานด@เลนส@ ใชLร>วมกับการใส>เลนส@รวมแสงและใชLเลนส@วัตถุกำลังขยายสูง สัญลักษณ@ของเบอร@ทรานด@
เลนส@ใชอL ักษร B

เลนส6ตา (eyes pieces) ในกลLองป¢จจุบัน มีสองขLาง เป+นแบบสเตริโอ กระบอกเลนส@ตา 2
กระบอกสามารถปรับใหLแคบ-ห>างไดL ตามระยะห>างของตาผูLศึกษา ในเลนส@ตาขLางขวามีกากบาทเสLนผม

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 31

(cross hair) และไมโครสเกล (micro scale) เลนส@ตาสามารถปรับระยะชัดไดLในระยะจำกัด เพื่อปรับใหLเขLา
กับสายตาผูLมองที่สั้นยาวไม>เท>ากัน ในตา 2 ขLาง วิธีการใชLงานคือปรับเลนส@ตาใหLสายตาขLางขวามองเห็น
กากบาทเสLนผมชัดเจน ก>อนปรับโฟกัสใหLเห็นภาพที่ศึกษา หลังจากนั้นปรับที่เลนส@ตาขLางซLายใหLมองเห็น
ภาพคมชัด การใชLงานเลนส@ตาอาจมีคราบไขมันติดอยู>ที่เลนส@ ทำใหLการเห็นภาพไม>ชัดเจน ควรทำความ
สะอาดเลนสต@ าดLวยกระดาษเช็ดเลนส@ก>อนการใชLทุกครง้ั

3.2 การเตรียมตวั อยYางสำหรับการศึกษาศิลาวรรณนา (Thin Section Preparation)

ตัวอย>างสำหรับการศึกษาภายใตLกลLองจุลทรรศน@แบบโพลาไรซิงเป+นตัวอย>างแผ>นสไลด@ ซึ่งมีอย>ู
หลายขนาด โดยแผ>นสไลด@ในหLองปฏิบัติการเป+นแบบยาว การเตรียมตัวอย>างมี 2 แบบ แบบผงตัวอย>าง
(grain mount) และตวั อยา> งแผน> หินบาง (thin section)

สไลด@แบบผงตัวอย>างทำไดLดLวยการตำหรือบดตัวอย>าง ซึ่งอาจเป+นของแข็งชนิดเดียวหรือหลายแลLว
ร>อนใหLมีขนาดประมาณ 100-120 เมช นำผงตัวอย>างที่จะศึกษาโรยลงบนแผ>นกระจก ใส>ตัวกลาง
(medium) แบบชั่วคราวหรือถาวร แลLวปwดดLวยกระจกปwดสไลด@เพื่อนำไปศึกษาภายใตLกล>องจุลทรรศน@แบบ
โพลาไรซ@ แผ>นหินบางมาตรฐาน (standard thin section) เป+นการเตรียมตัวอย>างสไลด@โดยการขัดหินที่มี
ขนาดเท>าสไลด@ใหLเรียบดLวยเครื่องขัดที่มีใบขัดขนาดต>าง ๆ หรือผงขัดที่ทำมาจากซิลิกอนคาร@ไบด@ (silicon
carbide) เบอร@ต>าง ๆ (ขนาดของเม็ดผงขัด) นำหินที่ขัดเรียบมาติดกับกระจกดLวยกาวที่มีค>าดัชนีหักเห 1.54
(รูปที่ 3.3) นำเอาแผ>นกระจกที่มีหินติดอยู>มาตัดหินออกดLวยเครื่องตัดแผ>นหินบาง (thin section cut off
machine) และทำใหLบางลงดLวยเครื่องฝนแผ>นหินบาง (thin section grinding machine) หลังจากนั้นนำ
ดLานที่เป+นหินไปขัดต>อดLวยผงขัดเบอร@ต>าง ๆ จนเรียบและเนื้อหินบาง 0.03 มิลลิเมตร เมื่อตัวอย>างที่เตรียม
ไวLแหLงสนิทใหLปwดกระจกปwดสไลด@ดLวยกาวและทิ้งไวLจนกาวแหLง หลังจากนั้นทำความสะอาดแผ>นหินบาง โดย
การขดู กาวท่ีตดิ กระจกสไลด@ออกดLวยแผ>นมดี บางและเช็ดแผ>นสไลด@ดLวยอะซีโตนหรือแอลกอฮอล@

รปู ที่ 3.3 แสดงการนำหินขัดเรียบมาติดบนแผนD กระจกสไลดKดว, ยกาวทที่ ราบคาD ดัชนหี กั เห

3.3 แสงและคณุ สมบัติทางแสง (Light and Light Properties)

3.3.1 สเปกตรัมของแสง (Spectrum)

สเปกตรัมในการแผ>รังสีของแม>เหล็กไฟฟ•าเมื่อพิจารณาในรูปของคลื่น เรียงจากความยาวคลื่นสั้นไป
ยาว ประกอบดLวย รังสีคอสมิกส@ (cosmic rays) รังสีแกรมมา (gamma rays) รังสีเอกซ@ (X-rays) รังสีเหนือ
ม>วง (ultraviolet rays) แสงขาว (visible light) อินฟราเรด (infrared) คลื่นสั้น (microwaves) คลื่นวิทยุ

32 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

(radio waves) และคลื่นยาว (long electric waves) ดังแสดงในรูปที่ 3.4 การศึกษาวิทยาแร>ภายใตLกลLอง
จลุ ทรรศน@จะศึกษาโดยอาศัยคณุ สมบัติและทฤษฎขี องแสงขาว

รูปที่ 3.4 ชDวงความยาวและความถ่ีคลื่นแตDละประเภทในสเปกตรัมการแผDรังสีของแมDเหล็กไฟฟŽา (ดัดแปลง
จาก www.miniphysics.com)

3.3.2 แสงขาว (White Light)

แสงขาวหรือแสงที่ตามนุษย@มองเห็นไดL เป+นคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นอยู>ในช>วงประมาณ 400 ถึง
700 นาโนเมตร (nm) แสงขาวประกอบดLวยแสงสีที่แตกต>างกัน ซึ่งสามารถเรียงจากความยาวคลื่นสั้นไปยาว
ไดLคือม>วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง ถLาแสงมีความยาวคลื่นค>าเดียวเรียกว>าแสงสีเดียว
(monochromatic light) ถLามีความยาวคลื่นหลายคลื่นแสงเรียกว>าแสงหลายสี (polychromatic light) ถLา
คลื่นแสงสีทุกสีเดินทางเขLาสู>สายตาพรLอมกันทั้งหมด (Buser and Imbert, 1992; Laufer, 1996; Pal and
Pal, 2001) การรบกวนกันของคลื่นแสงจะทำใหLเรามองไม>เห็นสี (ใส) ตาเราจะมองเห็นสีเหล>านี้เมื่อคลื่นแสง
บางคลื่นแสง หรือแสงขาวบางส>วนเขLาสู>สายตา เช>น สีของรุLงกินน้ำ โดยอาจมีการผสมเฟสของคลื่นทำใหLสี
อ>อน สีแก> หรือสีเปลี่ยนไปจากเจ็ดสีหลัก ถLาคลื่นแสงมาครบแต>อุปกรณ@รับภาพในตาเสีย จะเห็นสีไม>เหมือน
ทคี่ นทว่ั ไปเห็น เรียกวา> ตาบอดสี

3.3.3 คลนื่ แสง (Light Wave)

แสงในคุณสมบัติของความเป+นคลื่นตามขวาง มีลักษณะเป+นคลื่นแม>เหล็กไฟฟ•า มีคุณสมบัติเป+น
เวกเตอร@ มีขนาดและทิศทาง ขนาดของเวกเตอร@ยังคงมีอยู>เมื่อวัดในทิศทางอื่น เมื่อวัดทำมุมกับทิศทางของ
เวกเตอร@

คลื่นแสงที่เคลื่อนที่ไปขLางหนLา เป+นแนวรังสี (ray) ประกอบดLวยลูกคลื่นที่มีความยาวคลื่น (l) และ
แอมปลิจูด (A) เมื่อเคลื่อนที่ไปจะมีหนLาคลื่น (wave front) และ แนวตั้งฉากกับหนLาคลื่น (wave normal)
ในวัตถุแบบไอโซทรอปwก (รูปที่ 3.5) คลื่นแสงมีคุณสมบัติเป+นเวกเตอร@แบบหนึ่ง ดังนั้นค>าความเขLมแสงจะมี
ขนาดทล่ี ดลงเมือ่ วดั ในทศิ ทางที่บดิ ออกไปจากแนวการสั่นสะเทอื นของคล่นื แสง

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 33

รูปที่ 3.5 สDวนประกอบของคลื่นแสงและปฏิกิริยาแสงในวัตถุไอโซทรอป•กและแอนไอโซทรอป•ก (ดัดแปลง
จาก www.brocku.ca/earthsciences/people/gfinn/optical/wavefron.htm)

การเคลื่อนที่ของคลนื่ เปนP ไปตามกฎการเคลอ่ื นท่ีทางฟส• ิกสK
การเดนิ ทางของแสงในรูปแบบของคลน่ื มกี ารเคลื่อนทแี่ ละมีความเรว็
เม่ือวดั ระยะทางท่ีคลื่นเคลื่อนทีไ่ ปไดเ, ทยี บกบั เวลา จะไดค, วามเร็วคล่นื (v = s/t)
ระยะทางสามารถบอกเปPนจำนวนลูกคล่นื (n) คณู ความยาวคลน่ื (s = nl)
จำนวนลูกคลนื่ ตอD เวลาท่คี ลน่ื เคลอื่ นทไ่ี ปได, เรียกวาD ความถี่ (f), (f = n/t)
ดงั น้นั ความเรว็ ของคลน่ื จงึ สัมพันธKกบั ความถี่และความยาวคลน่ื (v = fl)

3.3.4 คYาดัชนีหกั เห (Refractive Index, n)

คลื่นแสงที่เคลื่อนที่มามีความเร็ว ไม>เท>ากันเมื่อผ>านตัวกลางต>างกัน แสงที่เดินทางไปในสุญญากาศ
(vacuum) เป+นบริเวณที่ไม>มีสสารใด (Vv) จะมีความเร็ว 3 x 108 m/s เมื่อแสงเคลื่อนที่ผ>านตัวกลางอื่นที่มี
สสาร (matter) จะมีความเร็วลดลง (Vm) และถLาแสงเคลื่อนที่ผ>านตัวกลางแลLวมีความเร็วต>างกัน (Gibbs,
1997) การเปรียบเทียบค>าความเร็วของแสงในตัวกลางใด ๆ กับความเร็วแสงในสุญญากาศ จะไดLเป+นค>าดัชนี
หักเห (refractive index, n)

nm = Vv/Vm

จากความสัมพันธ@ วัตถุจะมีค>าดัชนีหักเหมากกว>า 1 เสมอ แร>ส>วนใหญ>มีค>าดัชนีหักเหระหว>าง 1.5-2
และแร>ที่มีการจัดเรียงโครงสรLางต>างกันจะมีค>าดัชนีหักเหในแต>ละทิศทางต>างกัน ค>าดัชนีหักเหของวัตถุแต>ละ
ชนิดขึ้นอยู>กับโครงสรLาง ถLาวัตถุชนิดเดิมมีโครงสรLางเปลี่ยนแปลง สัมพันธ@กับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป ค>า
ดัชนีหักเหก็เปลี่ยนแปลงไปดLวย ถLาอุณหภูมิสูงขึ้น วัตถุขยายตัว ความเร็วแสงจะเพิ่มขึ้น ค>าดัชนีหักเห
แปรผกผันกับความเร็วแสง ดังนั้นค>าดัชนีหักเหจึงแปรผกผันกับอุณหภูมิดLวย nm µ 1/T ซึ่งวัตถุทั่วไปมีการ
กำหนดค>าดัชนีหักเหที่ 25 oc และเมื่อมีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง จะกำหนดค>าการเปลี่ยนแปลงของค>าดัชนีหัก
เหตอ> อณุ หภูมิทีเ่ ปล่ียนไป เรียกว>าคา> สมั ประสิทธ์ิการเปลยี่ นแปลงตามอณุ หภมู ิ (temperature coefficient,
.../ oc)

34 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

3.3.5 การหกั เห และการสะทอ# น (refraction and reflection)

การเดินทางของคลื่นแสงผ>านตัวกลางที่ต>างกันจะมีความเร็วแตกต>างกัน (Vm) และทิศทางรังสีแสง
จะเกิดการหักเหในกรณีที่แสงเดินทางผ>านตัวกลางสองชนิด แลLวทิศทางรังสีมีมุมตกกระทบไม>ขนานกับเสLน
ปกติ (normal line) ความสัมพันธ@ของมุมตกกระทบ (q1) กับมุมหักเห (q2) ที่วัดจากแนวเสLนปกติ
ความสมั พันธ@กนั ตาม Snell's law (Sabra, 1981)

Sin q1 / Sin q2 = n2 / n1

มุมตกกระทบที่ทำใหLการหักเหของรังสีแสงไปตามแนวสัมผัสของตัวกลางทั้งสองชนิด เรียกว>ามุม
วิกฤติ (critical angle) ดงั แสดงในรูปท่ี 3.6

3.3.6 การกระจายของแสง (Dispersion)

ความเร็วของคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นต>างกัน ที่ผ>านไปในวัตถุต>าง ๆ จะมีความเร็วต>างกัน วัตถุ
ชนิดเดียวจงึ มคี >า n สำหรบั แสงสีตา> ง ๆ ต>างกัน แสงหลายสที ่ผี >านเขLาสวู> ัตถุจึงมีการหัก

รูปที่ 3.6 ความสมั พนั ธKของมุมตกกระทบกบั มมุ หกั เหท่ีวัดจากแนวเส,นปกตติ าม Snell's law

เห (q2) ไม>เท>ากัน เรียกการแยกสีออกจากกันนี้ว>าการกระจาย (dispersion) เช>น ปรากฏการณ@รุLงกินน้ำ
หรือแสงขาวท่ีผ>านปริซึมหนLาตดั สามเหลย่ี มดาL นเท>า (triangular prism)

แสงขาวมีความยาวของคลื่นสีม>วงสั้นกว>าความยาวของคลื่นสีแดง แสงสีม>วงจึงมีความเร็วต่ำกว>า
แสงสีแดงในตัวกลางเดียวกัน จาก n µ 1/v และ (v = fl) ดังนั้น n µ 1/l เปรียบเทียบไดLว>าแสงสีม>วงมี
ค>า n สูงกว>าแสงสีแดงในวัตถุเดียวกัน ดังนั้นเมื่อแสงขาวตกกระทบกับปริซึมหนาL ตัดสามเหลี่ยมแสงสีม>วงจึง
หกั เหมากกว>าแสงสแี ดง (รูปที่ 3.7)

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 35

รปู ท่ี 3.7 ปรากฏการณKแสงขาวทผี่ Dานปรซิ มึ หนา, ตดั สามเหลีย่ มด,านเทาD (triangular prism)

คำถามท(ายบท

1. จงอธิบายส>วนประกอบของกลLองจุลทรรศน@แบบโพลาไรซ@และหลักการทำงานที่สำคัญของกลLองฯ
เมือ่ ใชศL ึกษาแร>วิทยา พรLอมทง้ั วาดภาพประกอบใหLชัดเจน

2. จงอธบิ ายการทำแผน> หินบางเพอ่ื ศึกษาแรภ> ายใตLกลอL งจุลทรรศน@แบบโพลาไรซโ@ ดยสงั เขป
3. จงอธบิ ายลกั ษณะและสว> นประกอบของแสงท่ใี ชศL ึกษาแรภ> ายใตLกลLองจุลทรรศน@
4. แสงมีคุณสมบัติหลายประการที่แตกต>างกัน คุณสมบัติใดบLางที่มีความสำคัญต>อการศึกษาแร>วิทยา

และมคี วามสำคญั อยา> งไร
5. การที่เราเห็นการ@เน็ตเป+นสีแดงสดนั้นเกิดจากคุณสมบัติทางแสงชนิดใด จงอธิบายพรLอมเหตุผล

ประกอบทีช่ ดั เจน

36 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

บทท่ี 4 คุณสมบตั ิทางแสงของผลกึ ไอโซทรอปก=

Chapter 4 Optical Properties of Isotropic Crystal

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU

บทที่ 4 คุณสมบัตทิ างแสงของผลกึ ไอโซทรอปกQ

4.1 การจดั กลมุY แรตY ามคณุ สมบัตทิ างแสง (Optical Grouping)

แนวโพลารอยด@ที่แสงขาวผ>านผลึกมาในแต>ละแนว มีโครงสรLางไม>เหมือนกัน คลื่นแสงขาวอาจไม>ไดL
ผ>านผลึกมาทุกช>วงคลื่นแสง อาจการดูดกลืนแสงบางช>วงคลื่นแสง ทำใหLเราเห็นแสงสีที่เหลือผ>านผลึกมา ทำ
ใหLผลึกมีสีต>าง ๆ ไดLโครงสรLางผลึกแร>มีความแตกต>างกันใน 2 กลุ>ม กลุ>มไอโซทรอปwกและแอนไอโซทรอปwก
ซ่งึ แบ>งเป+นผลกึ แกนแสงเด่ยี วและผลกึ แกนแสงค>ู (รูปท่ี 4.1)

รูปที่ 4.1 ตัวอยDางการจัดกลุDมแรDตามคุณสมบัติทางแสงกลุDมไอโซทรอป•กและกลุDมแอนไอโซทรอป•ก ทั้งแบบ
ผลึกแกนแสงเดีย่ วและผลกึ แกนแสงคูD

กลุ>มไอโซทรอปwก (isotropic) เป+นวัตถุของแข็งแบบไม>มีโครสรLางหรือเป+นวัตถุที่มีโครงสรLาง
เหมือนกันทุกประการ วัตถุเหล>านี้ไดLแก> สารอัญรูป เช>น แกLวภูเขาไฟ หรือแร>ที่ตกผลึกในระบบไอโซเมทริก
เช>น การ@เน็ต (garnet) ฟลูออไรต@ (fluorite) สปwเนล (spinel) เพชร (diamond) โซดาไลต@ (sodalite) เป+น
ตLน ไม>มีความแตกต>างของโครงสรLาง แสงที่ผ>านผลึกมาจะผ>านโครงสรLางแบบเดียวกัน ถLามีการดูดกลืนแสง
จะเหมอื นกันทุกทิศทาง นั่นคือแรใ> นระบบสามแกนเท>า (Isometric system) เช>น การเ@ นต็ สปเw นล

การมีโครงสรLางภายในเหมือนกันทุกทิศๆทาง หรือไม>มีโครงสรLาง ทำใหLมีปฏิกิริยาต>อแสงเหมือนกัน
ในทุกทิศทางที่แสงเดินทางผ>านผลึก และมีคุณสมบัติไม>ทำใหLแสงเปลี่ยนแปลง ถLาแสงแบบโพลาไรซ@จาก
กลLองเดินทางผ>านตัวอย>างแบบไอโซทรอปwก จะยังคงเป+นแสงแบบโพลาไรซ@เหมือนเดิม เม่ือแสงเดินทางผ>าน
ตวั อยา> งออกมา และถาL ใส>แอนาไลเซอร@แสงจะไม>ผา> นข้นึ มา ทำใหเL รามองเห็นตัวอยา> งมืด

Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 39

กลุ>มแอนไอโซทรอปwก (anisotropic) เป+นผลึกที่ตกผลึกในระบบนอกจากไอโซเมทริก เป+นผลึกที่มี
การจัดเรียงตัวโครงสรLางภายในต>างกัน มีทั้งต>างกัน 2 ทิศทาง (ผลึกระบบเทระโกนอล และระบบเฮกซะ
โกนอล) และ 3 ทิศทาง (ผลกึ ระบบออร@โทรอมบิก ระบบโมโนคลนิ กิ และระบบไทรคลินิก)

o ผลึกแกนแสงเดี่ยว (uniaxial) มีแกนแสงหนึ่งแกน แต>มีโครงสรLางต>างกัน 2 ทิศทาง การดูดกลืน
แสง อาจมีความแตกต>างกันไดL 2 ทิศทาง เช>น เซอร@คอน ในระบบสองแกนราบ (Tetragonal
system) และ ควอตซ@ ในระบบสามแกนราบ (Hexagonal system)

o ผลึกแกนแสงค>ู (biaxial) มีแกนแสงสองแกน แต>มีโครงสรLางต>างกัน 3 ทิศทาง การดูดกลืนแสง
อาจมีความแตกต>างกันไดL 3 ทิศทาง เช>น โอลิวีน ในระบบสามแกนต>าง (Orthorhombic
system) ไบโอไทต@ ออร@โธเคลส ในระบบหนึ่งแกนเอียง (Monoclinic system) ไมโครไคลน@
แพลจโิ อเคลส ในระบบสามแกนเอียง (Triclinic system)

4.2 เส#นเบกคี (Becke Line)
การหกั เหของแสงมารวมตัวกันบรเิ วณขอบของวตั ถุ จะทำความเขLมของแสงเพม่ิ ขน้ึ และเกิดข้ึนรอบ

วัตถุ วงแสงรอบขอบวัตถุน้ีเรียกว>าเสLนเบกคี (becke line) จะเห็นไดLเมื่อวัตถุมีค>า n ต>างจากตัวกลาง โดยวง
แสงจะหกั เหไปทางวัตถุทมี่ ีคา> n มากกว>า (รูปท่ี 4.2) การเกิดวงแสงเสLนเบกคีเกิดไดLสองแบบ กรณีที่ 1 ค>า n
ของตัวกลางมากกวา> ของวตั ถุ (nm > ns) และกรณที ่ี 2 คา> n ของวตั ถตุ วั มากกวา> ของตวั กลาง (ns > nm)

รูปที่ 4.2 ลกั ษณะการหักเหของแสงในผลกึ ท่ีมคี าD n แตกตDางกัน
กรณีที่ 1 ค>า n ของตัวกลางมากกว>าของวัตถุ เมื่อพิจารณาตัวอย>างแผ>นสไลด@ของผงตัวอย>าง และ
เม็ดวัตถุที่แช>อยู>ในตัวกลางเป+นวัตถุรูปเลนส@ หรือวัตถุที่มีส>วนขอบบางกว>าส>วนกลาง พิจารณาแสงเป+นเสLน
รังสี เมื่อแสงที่เดินทางจากดLานล>าง ผ>านตัวกลางแลLวผ>านเขLาวัตถุ จะมีการหักเหออกจากเสLนปกติ และเมื่อ
แสงเดินทางต>อออกจากวัตถุกลับเขLาสู>ตัวกลาง แสงจะหักเหเขLาเสLนปกติ เมื่อมองภาพดLานขLาง จะเห็นว>ารังสี
แสงที่เดินทางมีการหักเหออกบานออกจากวัตถุ ทำใหLแสงไปเพิ่มความเขLมใหLมากขึ้นบริเวณขอบนอก และ
เมื่อมองภาพจากดLานบนก็จะเห็นการรวมตัวของแสงรอบเม็ดตัวอย>าง เกิดเป+นวงแสงเสLนเบกคีที่เกิดจากรังสี
แสงที่ออกจากวัตถุในรูปกรวยบาน กรณีนี้ถLาเคลื่อนที่แผ>นสไลด@ลง (down stage) จะทำใหLวงแสงที่เห็น
ขยายตวั ออก (move out) จะเห็นวงแสงจะเคล่ือนที่จากดLานเมด็ วัตถอุ อกไปหาตวั กลาง

40 Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU


Click to View FlipBook Version
Previous Book
Nâu Lịch sử Giáo dục Bản thuyết trình (7)
Next Book
LATIH-TUBI-BI-TAHUN-5-M6