วิทยาแร่ (Mineralogy)

PHYSICAL PROPERTIES  GEOCHEMISTRY  OPTICAL PROPERTIES  ROCK-FORMING MINERALS

MINERALOGY

สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแก่น

พมิ พค์ ร้งั ท่ี 1 พฤษภาคม 2564



วิทยาแร่
(Mineralogy)

ดร. วมิ ลทพิ ย์ สิงห์เถอื่ น

สาขาวชิ าเทคโนโลยธี รณี
คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแก่น

พ.ศ. ๒๕๖๔

สงวนลขิ สทิ ธิ์

ลขิ สทิ ธเิ์ ปน็ ของสาขาวิชาเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน่

ข้อมูลลงรายการบรรณานุกรมในส่งิ พิมพ์
วิมลทพิ ย์ สิงห์เถื่อน. (2564). วทิ ยาแร่. พิมพ์ครั้งที่ 1. ขอนแก่น: มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่ .

ISBN (e-book) 978-616-438-584-9

จดั พมิ พโ์ ดย
สาขาวิชาเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

คำนำ

เอกสารคำสอนเล่มนี้ ผู้เขียนใช้ความรู้และประสบการณ์ที่ได้สอนจริงในช่วงการทำงานเป็น
อาจารย์ปีแรก ณ สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก่น โดยเริ่มเรียบ
เรียงและปรบั ปรุงมาตง้ั แตป่ ีการศึกษา 2563 เพ่อื ใหม้ ีเนื้อหาครบถ้วนและกระชับมากย่ิงข้ึน พร้อม
การจัดเรียงหัวข้อให้สอดคล้องกับจุดประสงค์การเรียนรู้ของกระบวนวิชาวิทยาแร่ (Mineralogy)
รหัสประจำวิชา TE-042-102 เป็นรายวิชาบังคับพื้นฐานทางธรณีวิทยาของหลักสูตรวิทยาศาสตร
บณั ฑิต ระดบั ปริญญาตรี ปี 2561 สาขาวชิ าเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก่น
โดยมีน้ำหนกั ภาคบรรยาย 3 หนว่ ยกติ และปฏบิ ตั ิการ 1 หนว่ ยกิต รวมทั้งสนิ้ 4 หน่วยกิต รายวิชา
นี้มีเนื้อหาครอบคลุมนิยามของแร่ สมบัติของแร่ทั้งทางกายภาพ ทางเคมี และทางแสง มีการ
เชื่อมโยงความรู้พื้นฐานทางผลึกศาสตร์ให้สัมพันธ์กับทฤษฎีสมบัติทางแสงเพื่อบ่งชี้การศึกษาศิลา
วรรณนาของแร่และหินประเภทตา่ งต่าง อกี ทัง้ ยังมีการอธิบายเชิงลกึ ในมิตขิ องการจำแนกกลุ่มแร่ซิ
ลิเกต ซึ่งเป็นแร่ประกอบหินที่สำคัญและแร่อื่นที่เกี่ยวข้องทั้งลักษณะทางกายภาพ เคมี และ
คณุ สมบตั ทิ างแสงสำหรับการศกึ ษาภายใตก้ ล้องจุลทรรศน์แบบโพลาไรซ์

การศึกษาวิทยาแร่ภายใตก้ ล้องจุลทรรศนน์ ับเป็นการศึกษาขั้นพืน้ ฐานเชิงลึกที่สามารถบอก
ลักษณะการเกิด รูปร่างผลึก ลำดับการตกผลึก คุณสมบัติทางแสง นิสัยของแร่ ความสัมพันธ์ของ
เพื่อนแร่ และยังสามารถบ่งชี้ชนิดแร่อย่างจำเพาะได้ดี อีกทั้งยังเป็นสว่ นหนึ่งที่ทำให้การศกึ ษาศิลา
วรรณนาและศลิ าวิทยาสมบูรณม์ ากยงิ่ ขึ้น

ภาคบรรยายและปฏิบัติการของวิชาวิทยาแร่จะมีเนื้อหาสอดคล้องไปในทางเดียวกันเพื่อให้
เกดิ ประโยชน์สูงสุดในการเรียนการสอน และเพ่อื ให้นักศึกษาสามารถจำแนกแร่และอธบิ ายการเกิด
แร่ได้อยา่ งมปี ระสิทธภิ าพ

กิตตกิ รรมประกาศ

ผู้เขียนขอขอบคุณสาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก่น ที่ให้
การสนับสนุนอุปกรณ์และเครือ่ งมือปฏิบัติการจนทำให้ผู้เขียนมีขอ้ มูลและภาพประกอบเอกสารคำ
สอนเลม่ นีไ้ ด้อยา่ งครบถว้ น รวมทั้งโอกาสในการเป็นผสู้ อนวชิ าวิทยาแรอ่ ย่างสมบรู ณแ์ บบ

ขอขอบพระคุณและแสดงความเคารพ ผู้ชว่ ยศาสตราจารย์ ดร. บูรพา แพจยุ้ อาจารย์ของ
ผู้เขียนที่ได้ประสทิ ธปิ ระสาทวิชาวทิ ยาแร่ ผลกึ ศาสตร์ และธรณเี คมี อีกทั้งคำแนะนำในเรื่องยากจน
ผเู้ ขยี นเขา้ ใจได้ง่ายถึงแกน่ แท้ ตลอดจนการสอนการเขียน การใช้ภาษาไทย และหลักวิธีการสอนใน
ระดับอุดมศึกษา จนทำใหผ้ ู้เขยี นมีความรู้มากพอทจี่ ะสามารถเขียนเอกสารคำสอนเลม่ น้ีได้สมบูรณ์
ขอขอบคุณนักวิชาการและนักธรณีวิทยาทุกท่านที่ได้นำเสนอผลงานที่ผู้เขียนสามารถนำมาใช้
อา้ งองิ ในเอกสารคำสอนเลม่ นไี้ ด้

ขอขอบพระคุณ คุณจำลอง สิงห์เถื่อน คุณอนันท์ สิงห์เถื่อน และคุณภัทรพล สิงห์เถื่อน
สมาชิกในครอบครัวของข้าพเจ้าที่ให้กำลังใจและแรงกระตุ้นเพื่อให้ ผู้เขียนทำงานได้อย่างมี
ประสทิ ธิภาพ ก่อเกิดประโยชนต์ ่อนกั ศึกษาและส่วนรวม

สุดท้ายผู้เขียนขอบคุณนักศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี
มหาวิทยาลัยขอนแก่น รุ่นที่ 42 43 และ 44 ที่มีส่วนทำให้ผู้เขียนบรรลุวัตถุประสงค์ในการสอน
และมกี ำลังใจมากพอจนสามารถเรียบเรยี งเอกสารคำสอนเลม่ นีไ้ ดเ้ สร็จสมบูรณ์

พฤษภาคม 2564

สารบญั หนา้

บทที่ 1 ลกั ษณะทางกายภาพของแร่ 3

1.1 บทนำ 3
1.2 นิยามแร่ 3
1.3 ลกั ษณะทางกายภาพของแร่ 5
1.4 ผลกึ ศาสตร์ 8
คำถามทา้ ยบทที่ 1 12

บทท่ี 2 ธรณีเคมีของแร่ 15
15
2.1 การตกผลึกของแร่ 18
2.2 การจดั จำแนกแร่ 20
2.3 แร่ซิลิเกต 26
คำถามท้ายบทท่ี 2
30
บทที่ 3 บทนำคณุ สมบัตทิ างแสง
30
3.1 กล้องจุลทรรศน์แบบโพลาไรซ์ 33
3.2 การเตรียมตวั อย่างสำหรับการศึกษาศลิ าวรรณนา 34
3.3 แสงและคุณสมบัติทางแสง 38
คำถามท้ายบทที่ 3
41
บทท่ี 4 คณุ สมบตั ทิ างแสงของผลกึ ไอโซทรอปิก
41
4.1 การจัดกลุ่มแร่ตามคุณสมบตั ทิ างแสง 42
4.2 เส้นเบคกี 43
4.3 รีลฟี 44
4.4 สขี องแร่ภายใตก้ ลอ้ งจลุ ทรรศนแ์ บบโพลาไรซ์ 45
4.5 ลักษณะผลกึ แรภ่ ายใต้กลอ้ งจลุ ทรรศน์แบบโพลาไรซ์ 45
4.6 แนวแตกเรียบของแร่ภายใต้กลอ้ งจลุ ทรรศน์แบบโพลาไรซ์ 46
คำถามท้ายบทที่ 4
49
บทท่ี 5 คณุ สมบตั ทิ างแสงของผลกึ แอนไอโซทรอปกิ
49
5.1 คา่ ดชั นหี ักเหของแร่แอนไอโซทรอปิก 53
5.2 สแี ทรกสอด

สารบัญ (ตอ่ ) หน้า

5.3 แผนภูมมิ เิ ชล-ลีวี 55
5.4 สีแทรกสอดผดิ ปกติ 57
5.5 สแี ละการเปลย่ี นสี 57
5.6 ตำแหน่งมดื และมมุ มืด 59
5.7 การแฝด 60
5.8 สญั ลกั ษณต์ ามแนวยาวของผลกึ 61
5.9 ปฏิกริ ยิ าทางแสงเมือ่ โฟกัสที่ระยะอนนั ต์ 63
5.10 เครอ่ื งแสดงลักษณะทางแสง 70
คำถามทา้ ยบทท่ี 5 74

บทท่ี 6 แรน่ โี ซซลิ ิเกต 79

6.1 กล่มุ โอลิวีน 80
6.2 กลมุ่ การเ์ นต 82
6.3 กลมุ่ อะลูมิโนซิลิเกต 84
6.4 สตอโรไลต์ 88
6.5 ไททาไนต์ 89
6.6 โทแพซ 90
6.7 เซอรค์ อน 92
คำถามท้ายบทที่ 6 94

บทท่ี 7 แร่โซโรซลิ ิเกต 97

7.1 กลุ่มเอพโิ ดต 97
7.2 พมั เพลลไี อต์ 101
คำถามท้ายบทท่ี 7 102

บทที่ 8 แรไ่ ซโคลซิลิเกต 106

8.1 เบรลิ 106
8.2 คอรเ์ ดียไรต์ 108
8.3 ทวั รม์ าลีน 109
คำถามทา้ ยบทท่ี 8 110

สารบญั (ต่อ) หนา้
114
บทที่ 9 แร่ไอโนซลิ ิเกต
116
9.1 กล่มุ ไพรอกซนี 120
9.2 โซเดียมไพรอกซีน 124
9.3 ไพรอกซีนอยด์ 125
9.4 แอมฟลิโบล 132
คำถามท้ายบทท่ี 9
136
บทที่ 10 แร่ฟลิ โลซลิ เิ กต
138
10.1 กลุ่มเซอรเ์ พนทนี 139
10.2 กลมุ่ แร่ดิน 142
10.3 กลมุ่ ไมกา 145
10.4 กลุ่มคลอไรต์ 146
คำถามท้ายบทที่ 10
150
บทท่ี 11 แร่เทคโทซิลิเกต
151
11.1 กลุ่มโพแทสเซียมเฟลด์สปาร์ 154
11.2 กลมุ่ แรแ่ พลจโิ อเคลส 156
11.3 กล่มุ ซิลกิ า 160
11.4 กลุ่มแร่เฟลดส์ ปาทอยด์ 161
11.5 กลุ่มซีโอไลต์ 162
11.6 กล่มุ สแคโพไลต์ 164
คำถามทา้ ยบทท่ี 11
168
บทท่ี 12 แร่ประกอบหนิ ที่ไมใ่ ช่ซิลิเกต
169
12.1 คาร์บอเนต 172
12.2 ออกไซด์ 174
12.3 ซัลไฟด์ 175
12.4 ซลั เฟต 177
12.5 ฟอสเฟต 178
คำถามท้ายบทที่ 12



เอกสารคำสอนวิชาวิทยาแร่ 1

“

บทที่ 1 ลักษณะทางกายภาพของแร่

Chapter 1 Physical Properties of Minerals

| ดร.วมิ ลทิพย์ สิงห์เถื่อน | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน่

2 เอกสารคำสอนวิชาวิทยาแร่

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สงิ ห์เถื่อน | สาขาวิชาเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่ 3

บทท่ี 1 ลกั ษณะทางกายภาพของแร่

1.1 บทนำ (Introduction)
สสารทางธรณีวทิ ยาคอื สสารทางกายภาพทุกชนิดที่เป็นองค์ประกอบท้ังหมดที่ประกอบกัน

เป็นโลก ทั้งบนผิวโลกและใต้ผิวโลก โดยที่สสารเหล่านี้เกิดแบบอนินทรีย์ตามธรรมชาติ มีทั้ง
ของแข็ง ของเหลว และแกส๊ (รูปท่ี 1.1)

ของแขง็ ทเ่ี กดิ ขน้ึ ตามธรรมชาติ ได้แก่ หิน แร่ และของแข็งอัญรปู
ของเหลว ได้แก่ หินหนดื น้ำมันดบิ และน้ำบาดาล
แก๊ส ได้แก่ แกส๊ ธรรมชาติ แกส๊ จากภเู ขาไฟระเบดิ หรอื นำ้ พุรอ้ น

รปู ท่ี 1.1 หนิ งอกและหินย้อยในถ้ำหินปนู (ซา้ ย) น้ำพรุ ้อนสันกำแพง (ขวา) จงั หวัดเชยี งใหม่
1.2 นิยามแร่ (Mineral Definition)

แรค่ ือของแข็งอนนิ ทรยี ์เน้ือเดียวท่ีเกดิ ขึ้นตามธรรมชาติและมีการจัดเรยี งตวั ของโครงสร้าง
ภายใน โดยมีส่วนประกอบทางเคมีที่แน่นอนหรือเปลี่ยนแปลงได้ในวงจำกัด (Dyar and Gunter,
2008) เรียงตัวอย่างเป็นระเบียบโดยพันธะเคมีแบบใดแบบหนึ่ง เช่น ควอตซ์ เพชร แกรไฟต์ เป็น
ต้น ส่วนของแข็งอัญรูปไม่มีการจัดเรียงตัวของส่วนประกอบ เช่น แก้วภูเขาไฟ อัมพัน เป็นต้น
ของแข็งที่มีการจัดเรียงตัวของส่วนประกอบทางเคมีบ้าง แต่ไม่ต่อเนื่องเรียกว่าของแข็งคล้ายแร่
(mineraloids) เช่น โอปอล์

1.2.1 แรเ่ ปน็ ของแข็งเนอ้ื เดียว
o ของแข็งเป็นสสารที่ไม่สามารถเปลี่ยนรูปได้ เนื่องจากส่วนประกอบระดับอนุภาคมี

พลงั งานจลย์ตำ่ และมแี รงดึงดดู ระหวา่ งโมลกลุ หรืออิออนสูง อนภุ าคอยชู่ ดิ ตดิ กัน อัดกัน
แนน่ จึงโดยทั่วไปจะมคี วามหนาแนน่ มากกว่าของเหลว

| ดร.วิมลทิพย์ สิงห์เถ่อื น | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแกน่

4 เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่

o ของแข็งทมี่ กี ารจัดเรยี งตวั ของอนุภาคภายในเรียกว่าผลึก เช่น ผลึกแรค่ วอตซ์
o ของแข็งที่ไม่มีการจัดเรียงตัวของอนุภาคภายในเรียกว่าสารอัญรูป (amorphous) เช่น

แก้วภเู ขาไฟ อาทิ ออบสเิ ดียน (obsidian)
o แร่เป็นของแข็งเนื้อเดียวท่ีไม่มีความแตกต่างกันของคุณสมบัติในทุกส่วนและไม่สามารถ

แบ่งแยกออกไปเป็นของแข็งอืน่ อีกได้
1.2.2 แร่เกิดขึน้ เองตามธรรมชาติ
o แร่เกิดขึ้นโดยกระบวนการทางเคมีตามธรรมชาติ เช่น การเกิดของแร่ประกอบหินต่าง ๆ

อาทิ หินแกรนิตมีแร่ควอตซ์และแร่เฟลด์สปาร์ หินปูนมีแร่แคลไซต์ เกลือหินมีแร่เฮไลต์
หรอื แร่ทางเศรษฐกิจอนื่ เชน่ สายแรท่ องคำ สายแร่ตะกว่ั ในรปู แร่กาลนี า

“ผลกึ ทีม่ นุษย์สร้างขึ้นในห้องปฏิบตั กิ ารไมจ่ ดั เป็นแร่”

1.2.3 แร่เปน็ สารอนินทรยี ์
o แร่เป็นของแข็งที่เป็นสารอนินทรีย์ (inorganic solid) ส่วนประกอบทางเคมี ไม่มี

สารอินทรยี ์ (organic matter)
o สารอินทรยี ์เป็นธาตุที่เป็นส่วนประกอบหลักของสิ่งมีชวี ติ (C-H-O-N) เป็นสารชีวโมเลกุล

เป็นสารในตระกูลคาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน วิตามิน และกรดนิวคลิอิก ซ่ึงเม่ือ
วิเคราะห์แลว้ จะพบว่า สารอนิ ทรีย์นั้นมอี ะตอมคารบ์ อนจับคู่กบั อะตอมไฮโดรเจน

“ดังนัน้ ถ่านหนิ จึงไมจ่ ดั เป็นแร่เพราะเปน็ ของแข็งเกิดตามธรรมชาติท่ีมี C-H เปน็ ส่วนระกอบหลัก”

1.2.4 แรม่ ีสว่ นประกอบทางเคมีคงที่
o แร่ประกอบด้วยส่วนประกอบทางเคมี อาจเป็นธาตเุ ดย่ี ว หรือโมเลกลุ
o คุณสมบัติของแร่จะเหมือนเดิม ก็ต่อเมื่อส่วนประกอบทางเคมีเหมือนเดิม เช่น แร่แคล

ไซต์ ต้องมสี ว่ นประกอบทางเคมเี ป็น CaCO3 (รูปที่ 1.2)
o ส่วนประกอบทางเคมีในแร่อาจมีการเปลี่ยนแปลงได้บ้างอย่างจำกัด เนื่องจากการแทน

ของธาตุท่ีมคี ุณสมบตั ิทางเคมใี กล้เคยี งกัน
“แคลไซต์ (CaCO3) แยกส่วนประกอบเป็น Ca2+ กับ (CO3)2- ในตำแหน่งของ Ca2+ อาจแทนท่ี
ดว้ ย Fe2+ หรอื Mg2+ ได้บ้าง ในปรมิ าณน้อย ๆ กรณนี ี้ อาจเขียนสตู รเคมแี ร่ได้เป็น (Ca,Fe)CO3”

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สิงห์เถอื่ น | สาขาวชิ าเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวิชาวิทยาแร่ 5

รูปท่ี 1.2 โครงสร้างของอะตอมภายในแร่แคลไซต์และผลึกของแร่คลไซต์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
(ดดั แปลงจาก www.en.wikipedia.org/wiki/Carbonate)

1.2.5 แร่มกี ารจดั เรยี งตวั ของส่วนประกอบทางเคมี
o แร่ประกอบด้วยส่วนประกอบทางเคมี และส่วนประกอบทางเคมีเหล่านั้นต้องจัดเรียง

ตัวอยา่ งเป็นระเบยี บ
o การจัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบ คือการมีแบบแผนระยะห่างของธาตุ หรือโมเลกุล

เดียวกัน เหมือนเดิมในทุกทิศทาง หรือมีการซ้ำของสิ่งที่เหมือนกันทุกระยะทางเดิม
เรยี กของแขง็ แบบน้วี ่าผลึก ถา้ ไม่มแี บบแผนการเรยี งตวั เปน็ ของแข็งแบบอัญรปู

“แร่สามารถเกิดได้จากหลายกระบวนการทางธรณีวิทยา ไม่ว่าจะเป็นแร่ที่เป็นของแข็งเกิดตาม
ธรรมชาติ แร่ประกอบหิน (rock-forming minerals) สินแร่ (ore) สายแร่ (veins) แร่แปรเปลี่ยน
(alteration) หรอื การควบแนน่ จากไอแก๊ส (volatile)”
1.3 ลกั ษณะทางกายภาพของแร่ (Physical Properties)

คุณสมบัติทางกายภาพเป็นคุณสมบัติที่เป็นคุณสมบัติเบื้องต้นในการตรวจสอบแร่
โดยเฉพาะแร่สามัญ ซงึ่ คุณสมบัติทางกายภาพเหล่านี้เปน็ คุณสมบัติที่ตรวจสอบไดด้ ว้ ยสัมผัสต่าง ๆ
ของมนุษย์ เช่น การมองเห็น การจับถือ หรืออาจเป็นคุณสมบัติที่ใช้เครื่องมือเบื้องต้นในการ
ตรวจสอบ โดยลักษณะทางกายภาพของแร่ประกอบด้วย 18 ลักษณะ ได้แก่ สี สีผง การเล่นสี
ประกาย ความโปร่งและสมบัติอื่น ๆ ที่มีต่อแสง ความแข็ง รูปร่างลักษณะผลึก ลายเส้น แนวแยก
แนวแตก การแตก สัมผัส กลิ่น รส ปฏิกิริยาต่อแม่เหล็ก และสมบัติทางไฟฟ้า ความแกร่ง ความ
ถ่วงจำเพาะ และการหลอม (Dyar and Gunter, 2008)

o สี (color) เป็นคณุ สมบัตกิ ารดดู กลนื และการสะท้อนแสงของแร่ การดสู ที แ่ี ทจ้ รงิ ตอ้ ง
ทุบดูเนื้อสด จะดี สีตามรังสีหลัก ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง (สีรุ้ง) แร่
บางชนดิ มหี ลายสี เนือ่ งจากมธี าตเุ ข้าแทนที่ในโครงสรา้ งผลกึ ไดห้ ลายธาตุ (impurity)

| ดร.วิมลทพิ ย์ สิงห์เถ่อื น | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแกน่

6 เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่

o สีผง (streak) ทำให้ตัวอย่างเป็นผง ด้วยการขีดบนกระเบื้อง แร่ที่มีพันธะไอออนิก
และโควาเลนต์ จะมีสีผงจาง สว่ นแร่ที่มพี นั ธะโลหะสีผงจะเข้ม

o การเล่นสี (play of color) แร่มีสีเปลี่ยนไปเมื่อทิศทางแสงตกกระทบเปลี่ยน หมุน
ผลึกไปมาแล้วสีเปลี่ยน พบในแร่เฟลด์สปาร์ แลบราดอไลต์ (labradorescence) โอลิ
โกเคลส และโอปอล์ (opalescence)

o ประกาย (luster) ความวาวจากการสะท้อนแสง เหมือนโลหะ เหมือนเพชร เหมือน
แกว้ เหมือนยางสน เหมือนมุก เหมอื นนำ้ มนั เหมือนไหม (เปน็ เสน้ ) เหมอื นดิน (ดา้ น)

o ความโปรง่ (diaphaneity) และสมบัตอิ ื่นท่มี ีต่อแสง
− ความโปร่งจากการผ่านได้ของแสง ได้แก่ โปร่งใส (transparent) เช่น เพชร โท
แพส โปร่งแสง (translucent) เช่น ควอตซ์ ทบึ แสง (opaque) เชน่ แรโ่ ลหะ
− การเรืองแสง (luminescence) เป็นคุณสมบัติของบางแร่ ที่ถูกกระตุ้นด้วยคล่ืน
แม่เหล็กไฟฟ้า อิเลก็ ตรอนถกู กระตุ้นพลงั งาน ข้ึนไปอยใู่ นระดบั สูงขนึ้ และเม่ือลด
ระดบั ลงมา จะคายพลังงานออกในรปู สเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้

o ความแข็ง (hardness) ความคงทนต่อการขูดขีดของแร่จากสิ่งที่แข็ง นิยามตามโมห์
(Moh’s scale) ซึ่งอธบิ ายระดับความแข็งไว้ 10 ระดบั (Mohs, 1820) ดงั รูปท่ี 1.3

รปู ที่ 1.3 ลำดบั แร่ในมาตราส่วนความแข็งของโมห์ตั้งแต่ 1 ถงึ 9 เทยี บกับวสั ดุทที่ ราบความแข็ง
(ดัดแปลงจาก www.911metallurgist.com/blog/mohs-hardness-test-kit)

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สงิ ห์เถื่อน | สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่ 7

o รูปร่างลักษณะผลึก (crystal habit) เป็นรูปทรงทั่ว ๆ ไปของผลึกที่เกิดตามธรรมชาติ
ท้ังผลกึ เดี่ยว (รปู ที่ 1.4) และการเกิดร่วมกันเป็นกลุ่ม

รูปท่ี 1.4 รปู ร่างลกั ษณะผลกึ ของแร่
o ลายเส้น (striation) แนวลายเส้นบริเวณผิวผลึกเป็นรูปแบบการเจริญเติบโต พบได้ใน

บางแร่ เช่น ไพไรต์ ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ ทัวรม์ าลนี
o แนวแยก (parting) แนวแยกในแร่ชนิดเดียวกันไมเ่ กิดทุกเมด็ แร่ มกั เกดิ ในแนวการแฝด

หรือแนวที่โครงสร้างของผลึกแร่ที่ไม่แข็งแรง เวลาเอาค้อนทุบแร่มันจะไม่แตกเหมือน
แนวแตก
o แนวแตก (cleavage) เปน็ ผลมาจากโครงสร้าง แรจ่ ะแตกให้หนา้ เรยี บ และแตกต่างกัน
ไปในแต่ละแร่ แต่แรเ่ ดิมจะแตกเหมือนเดิมทุกคร้ัง การแตกในแตล่ ะแร่จะเห็นได้ง่ายหรือ
อาจไม่เห็นเป็นคุณสมบัติของแต่ละแร่ เช่น แร่ไบโอไทต์มีแนวแตก 1 ทิศทาง แร่
เฟลดส์ ปารม์ แี นวแตก 2 ทศิ ทางแบบตง้ั ฉาก แรไ่ พรอกซนี มีแนวแตก 2 ทศิ ทางทำมุม 87
และ 93 องศา แร่เฮไลต์มีแนวแตก 3 ทิศทางแบบตั้งฉาก แร่แคลไซต์มีแนวแตก 3
ทิศทางแบบไมต่ งั้ ฉากกัน เป็นตน้
o การแตก (fracture) เป็นลักษณะการหลุดของเนื้อแร่เมื่อมีแรงมากระทำ เช่น โดนทุบ
รอยของการแตกอาจจะแตกต่างกันไปในแต่ละแร่ เช่น การแตกเรียบ หรือไม่เรียบ การ
แตกขรุขระ การแตกแบบฝาหอย การแตกเปน็ เสย้ี น หรอื การแตกรว่ น
o สัมผัส (touch) ผิวแร่ที่แตกต่างกันจะทำให้การคลำแร่เกิดความรู้สึกแตกต่างกันได้ แร่
บางชนดิ ลน่ื บางชนิดสาก บางชนิดเรยี บ บางชนิดดดู น้ำ เมอ่ื สัมผัสด้วยลิ้นจะติดลนิ้

| ดร.วิมลทิพย์ สิงห์เถ่ือน | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน่

8 เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่

o กลิ่น (smell) ถึงแม้ว่าแร่ส่วนใหญ่จะไม่มีกลิ่น แต่แร่บางชนิดก็มีกลิ่น และก็สามารถ
นำมาช่วยบอกชนิดแร่ได้ เช่น กล่ินโคลนและกลิ่นยางมะตอยของแร่ดิน กลิ่นไข่เน่าของ
แรก่ ลุ่มซัลไฟด์ กลนิ่ ฉนุ ของแรอ่ าร์เซนกิ เปน็ ตน้

o รส (flavor) เชน่ เดยี วกบั การสัมผัสและการดม เมื่อชิมแร่หรือเม่ือแร่ถูกน้ำลายมันจะให้
รสได้ เชน่ รสเปรย้ี วของแร่โซเดยี มซลั เฟต รสฝาดของแรไ่ ฮดรอกไซด์ของอลั คาไลน์เอิร์ท
รสเฝือ่ นเหมอื นสารสม้ ของแร่อะลูไนต์ รสขมของแร่เอปซอมไมต์ รสเค็มเหมอื นเกลือของ
แร่เฮไลต์ เปน็ ต้น

o ปฏิกิริยาตอ่ แม่เหล็ก (magnetism and electrical properties) เช่น แร่แมกนีไทต์
ดดู แมเ่ หล็ก แร่โครไมต์ดูดแมเ่ หล็กอย่างอ่อน แร่เซอรค์ อนผลักแม่เหล็ก (ไม่แรง) แร่โลหะ
จำพวกเงิน ทอง และทองแดงเปน็ ตัวนำไฟฟา้ แร่แอสเบสทอสเปน็ ฉนวนไฟฟฟา้

o ความแกร่ง (ductility and malleability) เป็นความทนทานต่อแรงที่มากระทำ
ได้แก่แรงทุบ บด บีบ ดึง ดัน ซึ่งแร่มีความแกร่งต่างกัน เช่น เพชรมีลักษณะเปราะทุบ
แล้วแตก แร่ยิปซั่มมีลักษณะอ่อนสามารถตัดได้ด้วยมีด ทองและเงินสามารถแผเ่ ป็นแผน่
ได้เม่อื ทุบด้วยคอ้ น ทองแดงยืดเปน็ เสน้ ลวดได้ แร่ไมกาสามารถโค้งงอได้ เป็นตน้

o ความถ่วงจำเพาะ (specific gravity) คืออัตราส่วนระหวา่ งน้ำหนักตอ่ ปรมิ าตรของแร่
การหาความถ่วงจำเพาะน้นั สามารถหาได้หลายวธิ ี แตใ่ นการตรวจสอบแร่ข้ันต้นน้ี ความ
ถ่วงจำเพาะคือการคะเนดูน้ำหนักของแร่ เมื่อเปรียบเทียบกับขนาด ซึ่งเป็นความรู้สึกว่า
แรน่ ห้ี นักหรอื เบา เช่น แรแ่ บไรต์ท่ีมคี วามถว่ งจำเพาะสูง สมั ผสั แล้วรู้สกึ หนัก

o การหลอมละลาย (melting) คือความสามารถในการทนความร้อน เมื่อแร่ได้รับความ
ร้อนจะหลอมที่อุณหภูมิใด อุณหภูมิหนึ่ง ที่ไม่เท่ากันในแต่ละแร่ เช่น โอลิวีน 1,800
องศาเซียล ควอตซ์ 1,650 องศาเซยี ลเซียส เปน็ ต้น (Bowen, 1928)

1.4 ผลึกศาสตร์ (Crystallography)

การจัดเรียงตัวของส่วนประกอบทางเคมีเป็นโครงสร้างในผลึกมีการเรียงซ้ำของสิ่งที่
เหมือนกัน สิง่ เดียวหรือเป็นชุด (อะตอม หรอื ชุดของโมเลกุล) โดยการอธิบายรูปแบบการจดั เรียงตัว
จะเรียกสิ่งที่เหมือนกันนั้นว่า โมทีฟ (motif) ซึ่งสามารถทำให้ง่ายด้วยการเปลี่ยนโมทีฟเป็นจุด
(point) ซึ่งจุดจะแทนสิ่งที่เหมือนกันในผลึก เรียงตัวซ้ำกันในสามมิติ กว้าง ยาว สูง และระยะทาง
ระหวา่ งจุดของแต่ละชนิดผลกึ จะต้องตา่ งกัน ถ้าลากเสน้ ต่อระหว่างจดุ จะไดต้ าราง (lattice)

| ดร.วมิ ลทิพย์ สิงหเ์ ถ่อื น | สาขาวิชาเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่ 9

o มองสองมิติ (plane lattice) ตารางจะตัดกันที่จุด และจะมีช่องที่เล็กที่สุดระหว่างจุด 4
จดุ เปน็ ตัวแทนของรปู ร่างชอ่ งตาราง เรยี กหนว่ ยเซลล์ (unit cell)

o ความแตกต่างของตารางการจัดเรียง ขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างจุดในแนว กย (a,b) และ
มมุ ระหวา่ งแนวเส้นทั้งสอง () ของชอ่ งตาราง

o มองสามมิติ ตารางจะตัดกัน แนว กยส ตามตำแหน่งของจุด (space lattice) และจะมี
ช่องท่เี ล็กท่สี ุดระหว่างจดุ 8 จุด เป็นตัวแทนรูปรา่ งกลอ่ งในตาราง (unit cell)

o ความแตกต่างของตารางการจัดเรียง ขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างจุดในแนว กยส (a,b,c)
และมุมระหว่างแนวเส้นท้ังสาม (, , ) ของหน่วยเซลล์
การแสดงหนว่ ยเซลล์แบบ 3 มติ ิ เป็นตารางการเรยี งตัวของจดุ โดยกล่องตารางแบบพื้นฐาน

มจี ุด 8 จุดอยู่ท่มี ุมและมจี ดุ ที่ไม่ไดอ้ ยู่ท่มี ุม แตเ่ ปน็ จดุ ทีอ่ ยู่ในกล่องดังรูปท่ี 1.5 (Ashcroft, 1976)
1) จดุ อยู่กลางกลอ่ ง (body center unit cell, I)
2) จุดอยกู่ ลางฝาบนและฝาล่าง (base center unit cell, C)
3) จดุ อยู่กลางหนา้ ทุกหน้า (face center unit cell, F)

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

การเรียงตัวของจุดในสามมิติมีรูปแบบของตาราง 7 รูปแบบ และมีแบบของกล่องแยกใน
แต่ละแบบ รวมแล้ว รูปแบบการจัดเรียงตัวของจุด สามารถเป็นไปได้ในทางคณิตศาสตร์ 14 แบบ
หรือทเ่ี รยี กว่า 14 Bravais lattice (Bravais, 1850)

โครงสร้างภายในของผลึก แนวที่จุดเรียงตัวกันตามขอบ unit cell ที่เรียงตัวกัน สะท้อน
ออกมาที่รูปผลึกที่ตามองเห็น จึงแบ่งผลึกออกเป็น 6 ระบบ (รูปท่ี 1.6 และ 1.7) ตามรูปทรงท่ี
สะท้อนมาจากโครงสร้าง จำแนกด้วยความต่างกันของแกนผลึก ซึ่งเป็นแกนอ้างอิงผ่านจุด
ศูนย์กลางผลึก ปกติมี 3 แกน a, b, c วางตัวขนานกับแนวแลตทิสและมีสัดส่วนระหว่างแกน
สดั สว่ น a, b, c ในแลตทิส (Brown et al., 1978)

| ดร.วมิ ลทิพย์ สงิ ห์เถอ่ื น | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน่

10 เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่

รูปที่ 1.6 ลักษณะเฉพาะและแกนสมมาตรของแตล่ ะระบบผลกึ ศาสตรท์ ัง้ 6 ระบบ

รูปท่ี 1.7 รูปแบบการเรียงแลตทิส ลักษณะเฉพาะ และตัวอย่างแร่ของทั้ง 6 ระบบผลึกศาสตร์
(ดัดแปลงจาก McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Physics. (2002). Retrieved August
1 2020 from www.encyclopedia2.thefreedictionary.com)

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สงิ ห์เถอ่ื น | สาขาวชิ าเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่ 11

1.4.1 ระบบสามแกนเท่า (Isometric system) มีแกนผลึก a = b = c; a1, a2, a3 และ
ทั้ง 3 แกนต้งั ฉากกนั ( =  =  = 90o) ผลึกท่เี กดิ ในระบบนี้มีรูปผลึกพื้นฐานเป็น
รปู ทรง ลกู บาศก์ ทรงแปดหน้า ทรงสิบสองหนา้ เชน่ การเ์ นต ไพไรต์

1.4.2 ระบบสองแกนราบ (Tetragonal system) มีแกนผลึก a = b  c; c, a1, a2 และ
ทั้ง 3 แกนตัง้ ฉากกนั ( =  =  = 90o) ผลึกทเ่ี กดิ ในระบบน้ีมีรปู ผลึกพ้ืนฐานเป็น
รปู ปรซิ ึม/ปริ ามิด/ปิรามิดคู่ ฐานส่เี หล่ียมจัตุรสั เชน่ เซอรค์ อน

1.4.3 ระบบสามแกนตา่ ง (Orthorhombic system) มีแกนผลึก a  b  c และ ท้ัง 3
แกนตั้งฉากกัน ( =  =  = 90o) ผลึกที่เกิดในระบบนี้มีรูปผลึกพื้นฐานเป็นรูป
ปริซึม/ปิรามิด/ปิรามดิ คู่ ฐานสเี่ หล่ยี มขนมเปียกปนู เชน่ โอลวิ ีน โทแพส แอนไฮไดรต์

1.4.4 หนึ่งแกนเอียง (Monoclinic system) มีแกนผลึก a  b  c และแกน a ไม่ตั้ง
ฉากกับ c (== 90 o  ) ผลึกที่เกิดในระบบนี้มีรูปผลึกพื้นฐานเป็นรูปปริซึม
ฐานสเ่ี หลี่ยมขนมเปียกปูน เชน่ ไพรอกซีน ออรโ์ ทเคลส ไมกา

1.4.5 ระบบสามแกนเอยี ง (Triclinic system) มีแกนผลึก a  b  c และท้ัง 3 แกนไม่
ตั้งฉากกัน (      90o) ผลึกที่เกิดในระบบน้ี ได้แก่ แพลจิโอเคลส ไมโคร
ไคลน์ ไซยาไนต์

1.4.6 ระบบสามแกนราบ (Hexagonal system) มีแกนผลึก 4 แกน a1 = a2 = a3  c
และ แกนในแนวราบทำมุมกัน 120o และ  = 90o ผลึกที่เกิดในระบบนี้มีรูปผลึก
พื้นฐานเป็นรูปปริซึม/ปิรามิด/ปิรามิดคู่ ฐานหกเหลี่ยมหรือสามเหลี่ยมด้านเท่า เช่น
ควอตซ์ แคลไซต์ ทัวรม์ าลีน และเบอรลิ

รูปผลึกสมบูรณ์ที่มองเห็นหน้าเหลี่ยมของผลึก จะประกอบด้วยหน้าเรียบของผลึกที่มี
รูปร่างแบบต่าง ๆ โดยหน้าผลึกที่มีรูปร่างเหมือนกันจะเป็นหน้าผลึกชุดเดียวกัน และประกอบกัน
เปน็ รูปทรงเรขาคณิต ซง่ึ จะใชส้ ำหรบั เรยี กชอื่ รปู ทรงผลกึ หรอื อาจจะเรียกตามจำนวนหน้า เช่น ปรึ
ซมึ หน้าตดั ส่เี หลี่ยมขนมเปียกปูน (rhombic prism) ปริ ามดิ ฐานหกเหลี่ยม (Hexagonal pyramid)
ปริ ามิดค่ฐู านสามเหลย่ี ม (trigonal dipyramid) รปู ทรงแปดหน้า (octahedron) เป็นตน้

หน้าผลึกชุดเดียวกันประกอบกันแล้วอาจมีรูปร่างเป็นแบบทรงปิด (closed form)
หรือไม่ปดิ (open form) เชน่ ปิรามดิ ค่เู ป็นทรงปดิ ปิรามิดเปน็ ทรงเปดิ

ผลกึ แร่แต่ละชนิดจะมีรูปรา่ งหนา้ ผลึกและรปู ทรงผลึกเหมือนเดมิ แต่ขนาดอาจจะเล็กใหญ่
แตกตา่ งกัน มุมระหว่างหนา้ ผลกึ ค่ใู ด ๆ ของแรเ่ ดิมจะมีคา่ เท่าเดมิ เสมอ

หน้าผลึกคือจุดสุดท้ายของการเจริญเติบโตของผลึก สิ่งที่เราเห็น หน้าผลึกเป็นจุด ที่เรียง
ตัวกนั การวางตวั ของหนา้ ผลึกต่อแกนผลึก จงึ สามารถนำมาหาอตั ราส่วนแกนผลกึ a:b:c ได้

“ปจั จบุ ันการใช้รงั สเี อกซส์ ะท้อนระนาบโครงสร้างในผลกึ สามารถจำแนกชนดิ ผลกึ ได้”

| ดร.วิมลทพิ ย์ สงิ หเ์ ถอ่ื น | สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

12 เอกสารคำสอนวชิ าวทิ ยาแร่

คำถามทา้ ยบท

1. จงบอกความสำคญั ของวชิ าวทิ ยาแร่ตอ่ การเรียนเทคโนโลยีธรณี
2. จงใช้ทฤษฎนี ิยามแร่พิจารณาว่าอำพนั หยก และโอปอล์ ใช่แรห่ รือไม่ เพราะเหตุใด
3. จงอธบิ ายคุณสมบตั ิทางกายภาพของแรท่ ่สี ำคัญ พร้อมทง้ั ยกตวั อยา่ งประกอบ
4. จงอธิบายว่าวิทยาแร่ใช้หลักเกณฑ์ใดในการจำแนกความแข็งของแร่ และจะเปรียบเทียบ

ความแขง็ ของแร่ท่ใี ช้เลบ็ ขดู ไม่เขา้ แต่ใช้มดี ขีดเขา้ ไดอ้ ย่างไร
5. จงอธิบายความแตกต่างระหว่างแนวแตกกับการแตกของแร่มาโดยละเอียด พร้อมท้ัง

ยกตัวอยา่ งประกอบ
6. จงอธิบายหลักการทีส่ ำคญั ในการศกึ ษาผลึกศาสตรว์ ่ามีองค์ประกอบใดบา้ ง
7. ผลึกศาสตร์แบ่งแร่ทางธรณีวิทยาได้เป็นกี่ระบบ จงอธิบายรายละเอียด พร้อมทั้ง

ยกตวั อย่างประกอบ

| ดร.วิมลทพิ ย์ สิงหเ์ ถอ่ื น | สาขาวิชาเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่ 13

“

บทที่ 2 ธรณีเคมขี องแร่

Chapter 2 Mineral Geochemistry

| ดร.วิมลทิพย์ สิงห์เถือ่ น | สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน่

14 เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่

| ดร.วิมลทพิ ย์ สิงห์เถ่ือน | สาขาวิชาเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวทิ ยาแร่ 15

บทท่ี 2 ธรณเี คมขี องแร่

2.1 การตกผลึกของแร่ (Mineral Crystallization)
กระบวนการเกิดพนั ธะเคมีและขยายตัวอยา่ งต่อเนื่องทางดา้ นข้างเรยี กว่าการตกผลึก ผลึก

สามารถมีขนาดโตขน้ึ เร่ือย ๆ ในสภาวะทีเ่ หมาะสม ผลึกทเ่ี จริญเตบิ โตแลว้ อาจเห็นหน้าเหลี่ยมผลึก
ชดั เจนเต็มผลึก (euhedral) ผลึกอาจเจริญเตบิ โตโดยไมเ่ หน็ หนา้ เหล่ียมผลกึ (anhedral) และผลึก
ท่ีโตขน้ึ มาแล้วอาจเหน็ หนา้ เหล่ยี มผลกึ เป็นบางหน้า (subhedral) ดังแสดงในรปู ท่ี 2.1ก

ผลึกแร่บางชนิดมีการเกิดผลึกอื่นฝังอยู่ในตัวหรือเกิดปรากฏอยู่ร่วมกัน (inclusion) ดัง
แสดงในรูปที่ 2.1ข ซง่ึ สามารถพิจารณาความสัมพันธไ์ ด้หลายแบบ ผลึกเปน็ ของแขง็ ดงั น้ันผลึกที่อยู่
ข้างในคือผลึกท่ีเกิดก่อนผลึกข้างนอก แต่ในบางกรณีผลึกคู่นี้อาจเกิดพร้อมกัน ถ้าผลึกข้างใน
เจริญเติบโตช้ากว่าผลึกที่ครอบอยู่ ในบางครั้งผลึกที่อยู่ข้างในเกิดทีหลังเนื่องจากการแปรเปลี่ยน
ของแร่เดิม (alteration) หรือแร่ที่อยู่ด้านนอก (overgrowth หรือ corona/reaction rim) อาจ
เกิดทีหลงั จากการทำปฏิกริ ิยาบรเิ วณขอบนอกของผลึกที่เกดิ ข้ึนก่อน (corona/reaction rim)

ก) ข)
รูปที่ 2.1 (ก) ภาพรูปผลึกที่เห็นเหลี่ยมหน้าผลึกแบบเต็มรปู ไม่เห็นหน้าเหลี่ยมผลึก หรือเห็นเป็น
บางหนา้ (ข) ภาพจำลองผลึกแร่ 2 ชนดิ (A และ B) ท่เี กิดร่วมกัน

2.1.1 ธาตแุ ละอะตอม
ธาตุเป็นสารบริสุทธ์ิที่ไม่สามารถแยกออกได้อีก มีองค์ประกอบพื้นฐานเป็นอะตอม มี
จำนวน 118 ธาตุ ตามตารางธาตุท่ีจดั หมวดหมู่ของธาตุที่มีคุณลักษณะเดียวกันไวด้ ้วยกัน ธาตุต่าง
ชนดิ สามารถรวมตวั กนั ผกู พนั ด้วยพันธะเคมกี ลายเป็นสารประกอบ

| ดร.วิมลทิพย์ สงิ ห์เถื่อน | สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแกน่

16 เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่

อะตอมมนี ิวเคลียสเปน็ โปรตอน (ประจบุ วก) กบั นิวตรอน (กลาง) และมีอิเล็กตรอน (ประจุ
ลบ) โคจรรอบนิวเคลียสเป็นชั้น ๆ มีหลายชั้น อิเล็กตรอนวงนอกสุดเรียกเวเลนส์อิเล็กตรอน
(valence electron) โดยทั่วไปอะตอมจะมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า แต่หากอะตอมสูญเสียหรือ
ได้รับอิเล็กตรอนจะไมเ่ ป็นกลางทางไฟฟา้ จะกลายเป็นไอออน

ไอออนบวก (cation) สูญเสยี อเิ ลก็ ตรอน >>> ธาตุโลหะ (metal)
ไอออนลบ (anion) ได้รับอเิ ล็กตรอน >>> ธาตอุ โลหะ (non-metal)
แร่มีส่วนประกอบทางเคมีที่อาจเป็นธาตุเดียวหรือสารประกอบ การอยู่ร่วมกันต้องมีการ
จดั เรียงตัวของส่วนประกอบเหลา่ นนั้ อย่างเป็นระเบยี บในระดับของอะตอม อิออน หรือโมเลกุล แร่
ส่วนใหญ่เป็นสารประกอบและมีส่วนประกอบเป็นไอออนบวก (cation) สร้างพันธะเคมีกับไอออน
ลบ (anion) ในโครงสร้างผลกึ (Hook and Hall, 2010)
การเรยี งตวั ของโครงสร้างภายในผลกึ แรจ่ ะเรียงตวั สลับกันระหวา่ งไอออนบวก และไอออน
ลบ เมื่อพิจารณาเฉพาะจุดในโครงสร้างผลึก ไอออนบวกมีขนาดเล็กกว่าไอออนลบ จึงเสมือนว่า
ไอออนบวกถูกล้อมด้วยไอออนลบจำนวนหนึ่ง จำนวนไอออนลบที่ล้อมรอบไอออนบวก (C.N.,
coordination number) ขึ้นอยู่กับรัศมีของไอออนบวก (Rx) ต่อรัศมีของไอออนลบ (RO) น้ัน
(RX:RO) จำนวนของไอออนลบที่ล้อมรอบไอออนลบทำให้กลุ่มไอออนบวก-ไอออนลบมีรูปร่าง
แตกต่างกันไป

รูปที่ 2.2 รูปร่างของกลุ่ม ไอออนบวก-ไอออนลบ ที่มีขนาดของรัศมีแตกต่างกัน ในสัดส่วนต่าง ๆ
(ดัดแปลงจาก www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/table-122-
coordination-numbers-geometries-various-cation-anion-radius-ratios-rclra-cn-rc-r-
q26551057)

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สิงหเ์ ถ่อื น | สาขาวชิ าเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวทิ ยาแร่ 17

การพิจารณาโครงสร้างแบบน้ีทำให้ไอออนบวกตำแหนง่ ต่าง ๆ สามารถแทนที่ไดด้ ว้ ย
ไอออนบวกอน่ื ท่ีมขี นาดเท่ากัน และสามารถสรา้ งพันธะเคมไี ด้คล้ายกัน (substitution) ดังน้ันผลึก
จงึ มสี ว่ นประกอบทางเคมีทีเ่ ปลย่ี นแปลงได้ แตเ่ ปน็ ไปอย่างจำกัด

แร่ที่มีการแทนที่ของธาตุได้และคงอยู่ตลอดไปเรียกว่าเกิดการแทนที่อย่างสมบูรณ์
(complete solid solution) ถ้าแทนที่ได้บางช่วงอุณหภูมิจะเป็นการแทนที่ไม่สมบูรณ์
(incomplete solid solution) การแทนท่ีกันทางเคมใี นผลึกแร่มี 4 แบบ ได้แก่

o แทนแบบงา่ ย (simple substitution) เป็นไอออนบวกใดใดที่สามารถแทนท่ีกันได้ใน
โครงสร้างผลกึ เชน่ แรโ่ อลวิ ีน (Mg,Fe)2SiO4 >>> Mg <-> Fe

o แทนแบบเป็นคู่ (coupled substitution) เป็นการแทนที่แบบที่ต้องไอออนบวกมา
เป็นคู่เพื่อให้สมดุลย์กับประจุไฟฟ้า เช่น แพลจิโอเคลส (Ca,Na)(Al1-2Si2-3O8) >>>
Ca2+ + Al3+ <-> Na+ + Si4+

o แทนแล้วทำให้เกิดช่องว่าง (omission substitution) เป็นการแทนที่กันของไอออน
บวกที่ประจุไม่เท่ากัน ทำให้ใช้จำนวนไอออนที่มาแทนไม่เท่ากัน แล้วทำให้ตำแหน่ง
ไอออนบวก ในโครงสรา้ งเกดิ ช่องว่าง เช่น แรพ่ โิ รไทต์ 3Fe2+ <-> 2Fe3+ +

o แทนในช่องว่าง (interstitial substitution) แร่บางชนิดมีช่องว่างในโครงสร้าง
สามารถมีไอออนบวกเข้ามาบรรจุในช่องว่างนั้นได้ แร่ในกลุ่มไซโคลซิลิเกต ที่มี
โครงสร้างคล้ายท่อกลวง จะมีไอออนบวกประจุ +1 เข้ามาอยู่ได้ แต่ต้องไอออนบวก
อื่นเขา้ มาสมดลุ ประจุไฟฟ้า เชน่ + Si4+ = K+ + Al3+

“แร่ที่มีโครงสร้างเอื้อต่อการแทนที่ของธาตุต่างชนิดกัน เมื่อเกิดการแทนที่ของธาตุในโครงสร้างใน
ผลึกแรเ่ ดยี วกัน ทำให้เกิดเปน็ แถบของสว่ นประกอบทางเคมที ่ีตา่ งกัน (chemical zoning) เป็นผล
มาจากสภาวะในการตกผลึกต่างกัน (Nesse, 2000) ทำให้ในแต่ละส่วนของผลึกมีสมบัติทางเคมี
กายภาพ และแสงแตกต่างกนั ”

2.1.2 พนั ธะเคมี

พันธะเคมีเป็นสภาวะของส่วนประกอบทางเคมีที่มาอยู่ด้วยกันในผลึก เป็นแรงดึงดูด
ผูกพัน ยึดเหนี่ยว เอาไว้พันธะนี้ในผลึกแร่จะทำให้ส่วนประกอบทางเคมีอยู่ด้วยกัน ถ้าจะให้แยก
ออกจากกันจำเป็นต้องใช้พลังงานสลายพันธะ พันธะเคมีมีหลายแบบขึ้นอยู่กับธาตุที่มาอยู่ด้วยกัน
ความแตกต่างขนึ้ อย่กู บั การทำหน้าทขี่ องอิเลก็ ตรอน ไดแ้ ก่

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สงิ หเ์ ถ่อื น | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน่

18 เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่

o พันธะไอออนิก (ionic bond) เป็นการยดึ เหน่ียวกันระหวา่ งธาตุที่เปล่ียนเป็นไอออนบวก
(cation) และไอออนลบ (anion) ธาตุโลหะจำหน่ายอิเล็กตรอนให้ธาตุอโลหะ ทำให้เกิด
แรงดึงดูดทางไฟฟา้
ตัวอย่างแร่: หมู่แร่เฮไลด์ (halide) เช่น เฮไลต์ (halite: NaCl), ซิลไวต์ (sylvite: KCl)
และฟลูออไรต์ (Fluorite: CaF2)
คุณลักษณะ: ความแข็งและความหนาแน่นปานกลาง เปราะ สมมาตรสูง จุดหลอมเหลว
ปานกลาง-สูง นำความร้อน-ไฟฟา้ ไมด่ มี าก ละลายน้ำหรือตัวทำละลายที่มขี วั้ ได้ดี

o พนั ธะโควาเลนต์ (covalent bond) เป็นการยึดเหนีย่ วกันระหว่างธาตุที่ไม่ให้อิเล็กตรอน
ใช้อิเลก็ ตรอนวงนอกร่วมกัน เหมอื นกนั CO2
ตวั อย่างแร่: เพชร-แกรไฟต์ (diamond-graphite: C) สฟาเลอไรต์ (sphalerite: ZnS)
คุณลักษณะ: แข็งมาก แต่เปราะ มีสมมาตรต่ำ จุดหลอมเหลว/เดือดสูง นำความร้อน-
ไฟฟ้าไมด่ มี าก ไม่ละลายน้ำหรือตวั ทำละลายท่มี ีข้วั

“ผลึกแร่มกั มีพันธะผสม”

o พนั ธะโลหะ (metallic bond) เปน็ การยึดเหน่ยี วกันระหวา่ งธาตุทีใ่ ห้อิเล็กตรอน อะตอม
มสี ภาะไฟฟา้ เป็นบวก อิเลก็ ตรอนเคลื่อนท่ีไปได้เร่อื ย ๆ ในผลึก
ตวั อยา่ งแร่: แรโ่ ลหะ ธาตุเดียวในธรรมชาติ เช่น ทองคำ ทองแดง พลาตินัม
คณุ ลกั ษณะ: เนอ้ื ผลกึ เหนยี ว ดงึ เปน็ เสน้ ได้ นำไฟฟ้า-ความร้อนไดด้ ี

o แรงยึดเหนี่ยวอย่างอ่อน หรือ แรงแวนเดอร์วาลส์ (Van der Waals force) ระหว่าง
อะตอม โมเลกุล ที่มสี ภาวะทางไฟฟา้ เป็นบวกล ไม่เท่ากันในอะตอม หรือโมลกลุ เกดิ แรง
ดึงดูดจากขั้วไฟฟ้านั้น เป็นแรงอย่างอ่อน เมื่อเทียบกับแรงทางพันธะเคมีอื่น สามารถดึง
ใหส้ ่วนประกอบทางเคมอี ยูด่ ว้ ยกันได้
ตัวอยา่ งแร่: แกรไฟต์ แร่ดิน (clay minerals) แรไ่ มกา และแรท่ ลั ก์
คณุ ลักษณะ: ความแข็งต่ำ ลอกเปน็ แผ่นไดง้ า่ ย

2.2 การจดั จำแนกแร่ (Mineral Classification)

แร่มีการจัดแบ่งออกเป็นกลุ่มหลายรูปแบบ เช่นการแบ่งตามคุณสมบัติทางเคมี การแบ่ง
ตามการใชง้ าน การแบง่ ตามกำเนดิ หรอื การแบ่งตามความถว่ งจำเพาะ

การแบ่งอย่างเป็นระบบจะเป็นการแบ่งตามส่วนประกอบทางเคมี โดยการจัดแบ่งกลุ่มแร่
ตามส่วนประกอบทางเคมีตามไอออนลบ หรอื กลมุ่ ของไอออนลบได้ 12 หมแู่ ร่ (class) ดงั นี้

| ดร.วิมลทพิ ย์ สิงห์เถือ่ น | สาขาวชิ าเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่ 19

1) ธาตุเดีย่ ว (natives) ประกอบด้วยธาตเุ ดียวทีเ่ ป็นได้ทั้งกลุ่มธาตุโลหะ (Au, Ag, Cu,
Pt, Pd และ Fe) กง่ึ โลหะ (As, Sb, Bi, Se, และ Te) และอโลหะ (S และ C)

2) ซัลไฟด์ (sulfides; (S2-) รวมถึงซัลฟ์อาร์เซไนด์ (sulfarsenides, AsS4-) อาร์เซไนด์
(arsenides, As2-) และเทลลูไรด์ (tellurides, Te2-) รวมกับไอออนบวกกลุ่มธาตุ
โลหะ ธาตุกึ่งโลหะ เช่น อาร์เซนิก ในกลุ่มนี้ทำหน้าที่เป็นไอออนลบแทนที่ซัลเฟอร์
เชน่ ไพไรต์ คารโ์ คไพไรต์ กาลีนา บอรไ์ นต์ สฟาเลอไรต์ สติบไนต์

3) ซัลโฟซอลต์ (sulfosalts; AmBnSp) เป็นกลมุ่ แรซ่ ัลไฟด์ซบั ซ้อน ที่ประกอบด้วยธาตุ
โลหะ และก่ึงโลหะ เปน็ ไออนบวก (A และ B ตามลำดับ ) สรา้ งพนั ธะเคมกี ับซัลเฟอร์
ที่ทำหน้าที่เป็นไอออนลบ ต่างจากแร่กลุ่มซัลไฟด์ที่มีธาตุกลุ่มกึ่งโลหะทำหน้าที่แทน
ซลั เฟอรใ์ นโครงสร้างผลกึ เช่น คาบอลไตต์

4) ออกไซด์ (oxides) แยกออกเป็น 2 กลุ่มย่อย กลุ่มออกไซด์ (O2-) แบบง่าย (1 cat-
ion) และแบบซำ้ ซ้อน (metals) เชน่ ฮีมาไทต์ แมกนีไทต์ คอรันดัม และไฮดรอกไซด์
(hydroxides; OH-, H2O) เช่น บอกไซต์ ลโิ มไนต์

5) เฮไลด์ (halides; Cl-, Br-, F- และ I-) เป็นกลุ่มแร่ท่มี ธี าตุฮาโลเจนที่มีประจุ -1 และ
มีความเป็นขั้วอย่างรุนแรงสร้างพันธะเคมีแบบไอออนิกกับธาตุกลุ่มอัลคาไลน์ เช่น
ฟลอู อไรต์ เฮไรต์

6) คาร์บอเนต (carbonates (CO3)2-) เป็นแร่กลุ่มที่มีกลุ่มไอออนลบเป็นคาร์บอนจับ
กับออกซิเจน 3 อะตอม ในรูปแบบ 3-โคออร์ดิเนชัน เป็นทรงสามเหลี่ยม C เป็น
ไอออนบวกประจุ +4 ทำให้ออกซิเจนใช้ประจสุ ร้างพันธะไปเฉลี่ย 1+1/3 ทำให้ความ
เป็นขัว้ แข็งแรง ท่ีเหลือจึงไปสร้างพนั ธะกับไอออนบวกอนื่ ทำให้พนั ธะไม่แข็งแรงมาก
เช่น แคลไซต์ ซเิ ดอไรต์ แมกนีไซต์ อซูไรต์ มาลาไคต์

7) ไนเตรต (nitrates (NO3)-) เป็นกลุ่มแร่ที่มีกลุ่มไอออนลบเป็นไนโตรเจนจับกับ
ออกซิเจน 3 อะตอม ในรูปแบบ 3-โคออร์ดิเนชัน เป็นทรงสามเหลี่ยม มีลักษณะของ
พันธะคลา้ ยแร่กลุม่ คาร์บอเนต แต่ N มีประจุ +5 ทำใหอ้ อกซิเจนใช้ประจุสำหรับการ
สรา้ งพันธะเป็น 1+2/3 ทีเ่ หลือจงึ ไปสร้างพนั ธะกบั ไอออนบวกตวั อ่นื ทำให้ความเป็น
ข้ัวชดั เจน พันธะไม่แข็งแรงมาก และมโี ครงสร้างผลึกคลา้ ยแร่ในกล่มุ คาร์บอเนต

8) บอเรต (borates (BO3)3-) เป็นกลุ่มแร่ที่มีไอออนลบเป็นโบรอนจับกับออกซิเจน 3
อะตอม ในรปู แบบ 3-โคออรด์ ิเนชนั เปน็ ทรงสามเหลย่ี ม ของ B3+ ออกซิเจนจะเหลือ
ประจุสำหรับการสร้างพันธะกับไอออนบวกอื่นเต็ม 1 และทำให้มีการแชร์ออกซิเจน
เชื่อมต่อกันในแต่ละ BO3 เป็นโพลิเมอร์ที่ใหญ่ขึ้น ทั้งแบบสาย และแบบแผ่น และมี
นำ้ (H2O) อยูร่ ่วมในโครงสรา้ งผลกึ แร่ ทำใหโ้ ครงสรา้ งมลี ักษณะคล้ายซลิ เิ กต

9) ฟอสเฟต ((PO4)3-) อาร์เซเนต ((AsO4)3-) และ วานาเดต ((VO4)3-) เป็นกลุ่มแรท่ ี่
มีกลุ่มไอออนลบเปน็ ฟอสฟอรสั อาร์เซนิก หรอื วานาเดต จับออกซเิ จน 4 อะตอม ใน

| ดร.วมิ ลทิพย์ สิงหเ์ ถอ่ื น | สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

20 เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่

รูปของ 4-โคออร์ดิเนชัน เป็นรูปร่างแบบทรงสี่หน้า แคทไออนมีประจุ +5 ทำให้ได้
ประจุรวมเป็น -3 และออกซิเจนใช้ประจุสำหรับการสร้างพันธะไป 1 + 1/4 ที่เหลือ
ไปสร้างพันธะกบั ไอออนบวกอน่ื เชน่ อะพาไทต์
10) ซัลเฟต (sulfates (SO4)2-) เป็นกลุม่ แร่ที่มซี ัลเฟอร์กบั ออกซเิ จน 4 อะตอม S ที่มีอิ
เลกตรอนวงนอก 6 เป็นไอออนลบในกลุ่มแร่ซัลไฟด์ที่เปลี่ยนกลับมาเป็นไอออนบวก
ขนาดเล็ก เมื่ออยู่กับออกซิเจนในโครงสร้างผลึกอิออน S จะจับกับออกซิเจน 4
อะตอม ในรูปของ 4-โคออร์ดิเนชัน เป็นรูปร่างแบบทรงสี่หน้า และทำให้ประจุรวม
เปน็ -2 ออกซเิ จนใชป้ ระจุสรา้ งพนั ธะไป 1+1/2 ทเี่ หลอื ไปสรา้ งพนั ธะกบั SO4 - เทท
ระฮดี รอน จะอย่แู บบเด่ยี วในโครงสร้างผลกึ เช่น ยิปซั่ม แอนไฮไดรต์ แบไรต์
11) ทังเสตต (tungstates (WO4)2) และ โมลิบดีเนต (molybdenate (MO4)) เป็น
กลุ่มแร่ทม่ี ีกลุ่มไอออนลบเป็นทังสเตนทีจ่ บั กับออกซเิ จน 4 อะตอม W และ M มีรัศมี
ไอออนที่ใหญ่ แม้จะเกิดร่วมกับออกซิเจน 4 ตัว แต่ไม่เกิดทรงสี่เหลี่ยมและมีรูปทรง
แบนเป็นแบบสี่เหลี่ยมจัตุรสั มีการแทนที่กันของ W และ M ไม่พบแร่กลุ่มนี้เกิดแบบ
แรป่ ฐมภูมิ เช่น โมลบิ ดีไนต์ วลุ เฟรมไมต์ ชีไลต์
12) ซิลิเกต (silicates (SiO4)4-) เป็นกลุ่มแร่ที่มีกลุ่มไอออนลบเป็นซิลิกอนที่จับกับ
ออกซเิ จน 4 อะตอม ในรปู ของ 4-โคออร์ดิเนชัน เปน็ รปู ร่างแบบทรงสี่หนา้ และทำให้
ประจุรวมเป็น -4 ออกซิเจนใช้ประจุสร้างพันธะเต็ม 1 เหลืออีกหน่ึง ที่ใช้ในการสร้าง
พันธะกับไอออนบวกตัวอื่น ทำให้พันธะที่เหลือของออกซิเจนกับแคทไออนตัวอื่นมี
ความแขง็ แรงมาก
2.3 แร่ซลิ ิเกต (Silicates)

หมวดแร่ซิลิเกต (silicate class) คือ หมวดแร่ที่มี แร่ซิลิกา (SiO4) เป็นองค์ประกอบหลัก
ซง่ึ ถอื เป็นหมวดแร่ประกอบหนิ ทีม่ ีความสำคญั เนือ่ งจากประมาณ 95% ของแร่ที่มีอยใู่ นโลกเป็นแร่
ซิลิกา (Dyar and Gunter, 2008) แร่กลุ่มซิลิเกตเป็นแร่ที่มีส่วนประกอบเป็นกลุ่มไอออนลบแบบ
ทรงสีห่ นา้ ของ Si-O4 สร้างพันธะร่วมกับไอออนบวกตวั อ่ืน ไอออนบวกตัวหลัก (major elements)
ในกลมุ่ แรซ่ ิลิเกตประกอบด้วย Si4+ Ti4+ Al3+ Fe3+ Fe2+ Mn2+ Mg2+ Ca2+ Na+ K+ Ba2+ และ Rb+
ไอออนบวกจะมีไอออนลบเป็นออกซิเจน จำนวนไอออนลบที่ล้อมไอออนบวก (coordination
number, C.N.) ขึ้นอยู่กับรัศมขี องไอออนบวกและออกซิเจน ดังตารางที่ 2.1 โดยแร่ซลิ กิ าเกิดจาก
ธาตุซิลิกอนจำนวน 1 ตัว และธาตุออกซิเจนจำนวน 4 ตัว รวมตัวกันในรูปแบบสามเหลี่ยมของ
ซิลกิ อนไอออนลบ ทีม่ ีประจุรวมของในแตล่ ะสามเหล่ียมเป็น -4 หรอื แบบทรงส่หี น้า (รูปท่ี 2.3) ซ่ึง
สามเหลี่ยมของซิลิกอนไอออนลบจะเป็นพื้นฐานในการเชื่อมต่อกับธาตุไอออนอื่น เช่น เหล็ก
แมกนีเซยี ม โปแตสเซียม เปน็ ต้น เพ่ือก่อตัวเป็นแรซ่ ลิ ิกาทมี่ ลี ักษณะเฉพาะแตกตา่ งกนั ไป

| ดร.วมิ ลทิพย์ สิงห์เถ่อื น | สาขาวิชาเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่ 21

ตารางที่ 2.1 จำนวนและรปู ร่างของออกซิเจนทีส่ ร้างพนั ธะกับไอออนบวก

ไอออนบวก รัศมีไอออน Rx:Ro จำนวนออกซเิ จน รูปทรง
รวมกลุม่
Si4+ (Ǻ)
Al3+ 0.42 0.300 4 ทรงส่ีหนา้
Al3+ 0.51
Fe3+ 0.51 0.364 4 ทรงส่ีหนา้
Mg2+ 0.64
Ti4+ 0.66 0.364 6 ทรงแปดหนา้
Fe2+ 0.68
Mn2+ 0.74 0.457 6 ทรงแปดหน้า
Na+ 0.80
Ca2+ 0.97 0.471 6 ทรงแปดหนา้
K+ 0.99
Ba2+ 1.33 0.486 6 ทรงแปดหนา้
Rb+ 1.34
1.47 0.529 6 ทรงแปดหน้า

0.571 6 ทรงแปดหน้า

0.693 8 ลกู บาศก์

0.707 8 ลูกบาศก์

0..950 8-12 ลูกบาศก-์ ทรงหกเหล่ียม

0.957 8-12 ลกู บาศก-์ ทรงหกเหลี่ยม

1.050 8-12 ลกู บาศก-์ ทรงหกเหลย่ี ม

รูปที่ 2.3 การจับตัวกันของธาตุซิลิกอนและออกซิเจนเป็นแร่ซิลิกาที่มีลักษณะแบบทรงสี่หน้า
(ดดั แปลงจาก www.geologylearn.blogspot.com/2016/02/mineral-classication.html)

โดยนักวิทยาศาสตร์จำแนกหมวดแร่ซิลิเกตออกเป็น 6 กลุ่มแร่ (mineral group) ตาม
รปู แบบการเชื่อมต่อกันของทรงสี่หน้า Si-O4 ทมี่ ีการใชอ้ อกซิเจนรว่ มกัน ดังแสดงในรปู ท่ี 2.4

o นีโซซิลิเกต (nesosilicates) มี Si-O4 ที่แยกกันอยู่ ไม่ได้มีการใช้ออกซิเจนร่วมกัน
อัตราสว่ นของ Si:O เป็น 1:4 ทำใหป้ ระจรุ วมมีคา่ เปน็ 4- เช่น โอลิวนี

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สงิ หเ์ ถอื่ น | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแกน่

22 เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่

รูปที่ 2.4 รูปแบบการจับตัวกันของแร่ซิลิกาที่ใช้จำแนกหมวดหมู่แร่ซิลเิ กต (ดัดแปลงจาก
www.geologylearn.blogspot.com/2016/02/mineral-classication.html)
o โซโรซิลเิ กต (sorosilicates) มีคขู่ อง Si-O4 ทีใ่ ชอ้ อกซิเจนร่วมกัน 1 ตัว ทำให้มีรูปร่าง

เปน็ คู่และมอี ตั ราสว่ นของ Si:O เปน็ 2:7 มีประจุรวมเปน็ 6- แรใ่ นกลุ่มนี้ เช่น เอพโิ ดต
o ไซโคลซิลิเกต (cyclosilicates) มี Si-O4 ที่ใช้ออกซิเจนร่วมกัน 2 ตัวที่ฐานและต่อกัน

เป็นโครงสร้างหลักรูปร่างวงกลม มีอัตราส่วนของ Si:O เป็น 1:3 ประจุรวมเป็น 12-
เชน่ ทัวร์มาลีน
o ไอโนซิลิเกต (inosilicates) มี Si-O4 ที่ใช้ออกซิเจนร่วมกัน 2-3 ตัวที่ฐาน และจับตัว
ต่อกันเป็นสาย ทำให้โครงสร้างหลักมีสายของ Si-O4 มีสองแบบคือ 1) แบบสายเดี่ยว
(single chain) ใช้ออกซิเจนร่วมกัน 2 ตัว และมีอัตราส่วนของ Si:O เป็น 1:3 ประจุ
รวมเปน็ 4- เช่น ไพรอกซีน และ 2) แบบสายคู่ (double chain) ใชอ้ อกซิเจนร่วมกัน
เชื่อมระหว่างสาย เกิดเป็นสาย Si-O4 ติดกันสองสาย เช่น แอมฟโิ บล และมีอัตราส่วน
ของ Si:O เปน็ 4:11 ประจุรวมเปน็ -6
o ฟิลโลซลิ เิ กต (phyllosilicates) มี Si-O4 ทใ่ี ช้ออกซเิ จนร่วมกนั 3 ตัวท่ีฐาน และจับตัว
ต่อกันเป็นแผ่น เหลือออกซิเจนที่ไม่ได้ใช้ร่วมกันอยู่ที่ยอด 1 ตัว ทำให้โครงสร้างหลัก
เป็นแผ่นของ Si-O4 และมีอัตราส่วนของ Si:O เป็น 2:5 ประจุรวมเป็น 6- เช่น ไมกา
(ไบโอไทต์ และมสั โคไวต)์ และกลมุ่ แร่ดิน

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สิงหเ์ ถอ่ื น | สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่ 23

o เทกโทซิลิเกต (tectosilicates) มี Si-O4 ที่ใช้ออกซิเจนรว่ มกันทั้ง 4 ตัว และจับตัวตอ่
กนั อยา่ งต่อเน่อื ง อัตราสว่ นของ Si:O เป็น 1:2 เชน่ ควอตซ์ และถา้ Si4+ ใน Si-O4 ถูก
แทนที่ในบางตำแหน่งอย่างสม่ำเสมอ โดย Al3+ จะมีประจุบวกลดลง 1 ประจุ และ
ถ้าแทนที่ 2 ตำแหน่งใน 1 หน่วยเซลล์ จะทำให้ต้องมีไอออนบวกประจุ 1+ (Na, K)
หรือ 2+ (Ca) เข้ามาอยู่ในโครงสร้างดว้ ย เช่น กล่มุ เฟลดส์ ปาร์ เฟลดส์ ปาทอยด์

แร่มีส่วนประกอบทางเคมีที่ชัดเจนทั้งชนิดและปริมาณสัดส่วน หรือเปลี่ยนแปลงได้แบบ
จำกัด จากการแทนที่ของธาตุในสภาวะไอออน ที่มีขนาดของไอออนและคุณสมบัติทางไฟฟ้า
ใกลเ้ คยี งกนั ในโครงสร้างผลกึ

สัดส่วนเทียบเป็นอัตราส่วนอะตอม (atomic ratio) เป็นตามในสตู รเคมี ตวั อยา่ งเช่น
ฟอรส์ เตอไรต์ (Mg2SiO4) ประกอบดว้ ย 2 Mg, 1 Si และ 4 O
แคลไซต์ (CaCO3) ประกอบด้วย 1 Ca, 1 C และ 3 O

สว่ นประกอบทเี่ ปน็ นำ้ หนักธาตุ

ธาตุที่อยู่ในแร่ คิดเป็นสัดส่วนร้อยละโดยน้ำหนัก (weight %) จากการเปรียบเทียบมวล
อะตอมของธาตุท่ีอยูใ่ นแรก่ บั มวลโมเลกลุ ของแร่ เชน่

ฟอร์สเตอไรต์ (Mg2SiO4) ประกอบด้วย Mg (หนัก 24.305), Si (หนัก 28.085) และ O
(หนัก 15.999) ดังนั้นจึงมีมวลโมเลกุล 140.69 เปรียบเทียบสดั ส่วนอะตอมโดยน้ำหนกั เป็นร้อยละ
ของ Mg, Si และ O ไดเ้ ปน็ 34.55, 19.96 และ 45.49 ร้อยละโดยน้ำหนกั ตามลำดบั

แคลไซต์ (CaCO3) ประกอบด้วย Ca (หนัก 40.078), C (หนัก 12.011) และ O (หนัก
15.999) ดังนั้นจึงมีมวลโมเลกุล 100.09 เปรียบเทียบสัดส่วนอะตอมโดยน้ำหนักเป็นร้อยละของ
Ca, C และ O ได้เปน็ 40.04, 12.00 และ 47.95 ร้อยละโดยน้ำหนัก ตามลำดบั

ส่วนประกอบที่เป็นสารประกอบออกไซด์

ธาตุในแร่สามารถเทียบกับออกซิเจนที่อยู่ในสูตรแร่ และคิดเป็นสัดส่วนของสารประกอบ
ออกไซด์ของ ส่วนประกอบเป็นรอ้ ยละโดยนำ้ หนกั ของสารประกอบออกไซด์ เทียบโดยน้ำหนกั ของ
สารประกอบออกไซด์กบั มวลโมเลกุลของแร่ เชน่

ฟอร์สเตอไรต์ (Mg2SiO4) ประกอบด้วย 2MgO และ 1SiO2 คิดเป็นสัดส่วนของ
สารประกอบออกไซด์ MgO และ SiO2 ได้ 57.3 และ 42.7 ร้อยละโดยนำ้ หนกั ตามลำดับ

| ดร.วมิ ลทิพย์ สิงหเ์ ถอ่ื น | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแกน่

24 เอกสารคำสอนวชิ าวทิ ยาแร่

แคลไซต์ (CaCO3) ประกอบด้วย 1 CaO และ 1 CO2 คิดเป็นสัดส่วนของสารประกอบ
ออกไซด์ CaO และ CO2 ได้เป็น 56.03 และ 43.97 ร้อยละโดยน้ำหนกั ตามลำดับ

“แร่จึงมีสว่ นประกอบเป็นสารประกอบออกไซดโ์ ดยน้ำหนัก อยูใ่ นกรอบที่ควรจะเป็นของแรน่ ้ัน”

แร่ที่มีการแทนที่กันอย่างสมบูรณ์ของไอออนบวกในโครงสร้างผลึก (complete solid-
solution) จะมีส่วนประกอบผสมกันของไอออนที่มาแทนที่กัน ถ้ามีเฉพาะส่วนประกอบตัวใดตัว
หนงึ่ จะเป็นประกอบสุดทา้ ย (End-member) แรท่ ่ีมีการแทนทกี่ ันของไอออนในสว่ นประกอบทาง
เคมี จะมชี อ่ื เรียกแยกยอ่ ยตามสัดสว่ นของ End-member

แรโ่ อลวิ ีน (olivine) มีการแทนทก่ี ันของ Mg-Fe ในโครงสรา้ ง ไดเ้ ป็น (Mg,Fe)2SiO4 จะมี
End-member เป็นฟอร์สเตอไรต์ (Mg2SiO4) และฟายาไลต์ (Fe2SiO4) โอลิวีนจึงมีส่วนประกอบ
ทางเคมีเปน็ สดั ส่วนตา่ ง ๆ ของฟอรส์ เตอไรตต์ อ่ ฟายาไลต์

Olivine: forsterite (Fo)-content : fayalite (Fa)-content  Fo-content : Fa-content
Fo-content = Fo/(Fo+Fa) * 100
Fo-content = Mg/(Mg+Fe) * 100

ตวั อยา่ งเชน่ โอลิวนี ท่มี สี ่วนประกอบเป็น Mg1.5Fe0.5SiO4 จะมี 1.5 Mg2SiO4 : 0.5 Fe2SiO4
Fo-content = 1.5/(1.5+0.5) * 100 = 75

โอลวิ ีนน้ีจะมี Fo-content = 75 เขียนได้เปน็ Fo75

ออร์โธไพรอกซีน (orthopyroxene, opx) มีการแทนที่กันของ Mg-Fe ในโครงสร้าง มี
สว่ นประกอบรวมเป็น (Mg,Fe)2Si2O6 มี End-member เป็นเอนสตาไทต์ (Mg2Si2O6) และเฟอร์โร
ซิไลต์ (Fe2Si2O6) ออร์โธไพรอกซีนจะมีส่วนประกอบทางเคมีเป็นสัดส่วนของเอนสตาไทต์ต่อ
เฟอรโ์ รซไิ ลต์

opx: enstatite (En)-content : ferrosilite (Fs)-content  En-content : Fs-content
En-content = En/(En+Fs) * 100
En-content = Mg/(Mg+Fe) * 100

ตัวอย่างเช่น ออร์โธไพรอกซีนที่มีส่วนประกอบเป็น Mg1.25Fe0.75Si2O6 จะมี 1.25 Mg2Si2O6 :

0.75 Fe2Si2O6

En-content = 1.25/(1.25+0.75) * 100 = 62.5

ออร์โธไพรอกซนี นี้จะมี En-content = 62.5 เขียนไดเ้ ปน็ En62.5

| ดร.วมิ ลทิพย์ สิงหเ์ ถอื่ น | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่ 25

ไคลโนไพรอกซีน (clinopyroxene, cpx) มีการแทนที่กันของ Ca-Mg-Fe ในโครงสร้าง มี
สว่ นประกอบรวมเป็น (Ca,Mg,Fe)2Si2O6 มี End-member เปน็ เอนสตาไทต์ (Mg2Si2O6) เฟอร์โร
ซิไลต์ (Fe2Si2O6) และ วอลลาสโทไนต์ (Ca2Si2O6) ไคลไพรอกซีนจะมีส่วนประกอบทางเคมีเป็น
สดั สว่ นของเอนสตาไทต์ตอ่ เฟอร์โรซไิ ลต์ตอ่ วอลลาสโทไนต์

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

ตัวอย่างเช่น ไคลโนไพรอกซีนที่มีส่วนประกอบเป็น 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

ไคลโนไพรอกซีนน้ีจะมสี ่วนประกอบตาม End-member เป็น En12.5 Fs37.5Wo50

ไคลโนไพรอกซีนแบ่งตามส่วนประกอบทางเคมีได้เป็นชื่อแร่ย่อยต่าง ๆ เป็นพิกจีโอไนต์
ออร์ไจต์ ไดออปไซด์-เฮดเดนเบอรไ์ จต์

แพลจโิ อเคลส Ca2Al2Si2O8-NaAlSi3O8

แร่แพลจิโอเคลส (plagioclase) มีการแทนที่กันของ Ca-Na ในโครงสร้าง ได้เป็น
(Ca,Na)Al2-1Si2-3O8 มี End-member เป็นอะนอร์ไทต์ (CaAl2Si2O8) และแอลไบต์ (NaAlSi3O8)
แพลจิโอเคลสจึงมีส่วนประกอบทางเคมเี ปน็ สัดสว่ นต่างๆของอะนอร์ไทต์ต่อแอลไบต์

Plagioclase: anorthite (An)-content : Albite (Ab)-content  An-content : Ab-content
An-content = An/(An+Ab) * 100
An-content = Ca/(Ca+Na) * 100

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สงิ หเ์ ถือ่ น | สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน่

26 เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่

ตวั อยา่ งเชน่ แพลจโิ อเคลสทีม่ ีส่วนประกอบเป็น 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 เขียนได้เป็น An65
แพลจิโอเคลส แบ่งตามส่วนประกอบ An-content ออกไดเ้ ปน็ 6 ชนิด
อะนอรไ์ ทต์ An-contnet 90-100
ไบทาวไนต์ An-contnet 70-90
แลบราโดไลต์ An-contnet 50-70
แอนดีซีน An-contnet 30-50
โอลโิ กเคลส An-contnet 10-30
แอลไบต์ An-contnet 0-10

คำถามท้ายบท

1. จงอธิบายการเกิดของแรจ่ ากการปรากฏของผลกึ สปิเนลทส่ี มบรู ณ์อยู่ในผลกึ โอลิวีน
2. จงอธิบายพันธะทางเคมที ม่ี คี วามสำคัญต่อการเกิดแรใ่ นธรรมชาติ
3. จงอธิบายการจำแนกแร่ด้วยคุณสมบตั ทิ างเคมี พร้อมทง้ั ยกตัวอย่างประกอบ
4. จงอธบิ ายวา่ เพราะเหตใุ ดแรซ่ ลิ ิเกตจงึ มมี ากที่สดุ บนผิวโลก
5. จงแสดงสตู รเคมขี องโอลวิ นี ทีม่ ี Fo-content = 45
6. จงแสดงสตู รเคมีของออร์โธไพรอกซีนที่มี En-content = 80
7. จงแสดงสูตรเคมขี องไคลโนไพรอกซนี ที่มสี ัดสว่ น En-Fs-Wo เทา่ กับ 15:35:50
8. จงแสดงสูตรเคมีของแพลจิโอเคลสที่มี Ab-content = 20 พร้อมทั้งระบุประเภทของแร่

แพลจิโอเคลสท่กี ำหนดให้

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สิงหเ์ ถือ่ น | สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวทิ ยาแร่ 27

“

บทที่ 3 บทนำคุณสมบัติทางแสง

Chapter 3 Optical Properties of Minerals

| ดร.วมิ ลทิพย์ สิงหเ์ ถื่อน | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแกน่

28 เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่

| ดร.วิมลทพิ ย์ สิงห์เถ่ือน | สาขาวิชาเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวิชาวิทยาแร่ 29

บทท่ี 3 บทนำคณุ สมบัตทิ างแสง

3.1 กล้องจลุ ทรรศน์แบบโพลาไรซ์ (Polarized Light Microscope)
ผลกึ และวตั ถอุ ญั รูปสามารถแสดงคุณสมบตั ิทางแสงทแี่ ตกต่างกนั ใหเ้ หน็ ได้ โดยใช้แสงส่อง

ผ่านแร่และสงั เกตผา่ นกล้องจลุ ทรรศนโ์ พลาไรซงิ โดยท่วั ไปจะมอี ยู่ 3 แบบ ไดแ้ ก่ แบบตาเดียวหรือ
เลนสต์ าเพียงหนึ่งอัน (monocular) แบบสองตาหรือเลนสต์ าสองอัน (binocular) และแบบสามตา
หรอื เลนส์ตาสามอนั (Trinocular) สำหรับตอ่ พว่ งกบั อุปกรณ์ฉายภาพอืน่ ดา้ นบน (รูปท่ี 3.1)

รูปที่ 3.1 กล้องจุลทรรศน์แสงโพลาไรซ์แบบสามตาและแบบจำลองการบังคับการสั่นสะเทือนของ
คลื่นแสงจากแหล่งกำเนิดด้วยแผ่นโพลารอยด์ภายในกล้องจุลทรรศน์ (ดัดแปลงจาก
www.microscopyu.com/techniques/polarized-light/polarized-light-microscopy)

กล้องนี้ศึกษาตัวอย่างที่แสงส่องผ่านได้นั้น จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว่ากล้องแบบแสงส่องผ่าน
(transmitted light microscope) หลักการทำงานของกล้องนี้มีคุณสมบัติต่างจากกล้อง
จุลทรรศน์ทั่วไป เพราะมีอุปกรณ์ในการบังคับให้แสงเป็นแสงแบบโพลาไรซ์ (polarized light)
จำนวน 2 แผ่น อุปกรณ์ดังกลา่ วเรยี กว่าแผ่นโพลารอยด์ (polaroid) แผ่นแรกอยู่กอ่ นท่ีแสงจะผ่าน
เข้าไปในแร่ สว่ นอีกแผ่นหน่ึงจะอยู่หลงั จากที่แสงผ่านแร่ข้ึนมาแล้ว โดยทำหนา้ ท่ีบังแสงให้เป็นแสง
โพลาไรซ์ ซึ่งมีการสั่นสะเทือนตั้งฉากกับทิศทางที่แสงเคลื่อนที่ไปเพียง 1 ทิศทาง (รูปที่ 3.1)
สว่ นประกอบและหน้าทก่ี ารทำงานของกล้องจุลทรรศน์โพลาไรซงิ มีดังนี้

| ดร.วมิ ลทิพย์ สิงห์เถือ่ น | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน่

30 เอกสารคำสอนวชิ าวทิ ยาแร่

ส่วนฐานที่เป็นทีต่ ั้งของกล้องเป็นส่วนสำคัญท่ีสุด ซึ่งเป็นส่วนที่ให้แสงในการศึกษา หลอด
ไฟฟ้าฮาโลเจน (halogen lamp) เป็นแหล่งกำเนิดแสงแสงที่ผลิตได้เป็นแสงเหลือง หลอดติดอยู่ท่ี
ฐานส่วนหลังของกล้อง แล้วปล่อยแสงผ่านกระจก สะท้อนเข้าสู่เส้นทางเดินแสงตามศูนย์กลาง
กล้อง ที่ฐานมีปุ่มปรับความสว่างของหลอดไฟในระดับต่าง ๆ (รูปที่ 3.2) เนื่องจากแสงที่ออกมา
จากหลอดไฟเป็นแสงเหลือง ความต้องการแสงในการศึกษาเป็นแสงขาว จงึ มีฟลิ เตอร์ท่ีปรับให้แสง
เปน็ แสงขาวปดิ อยทู่ ช่ี อ่ งแสงออก (blue sky filter) กล้องบางรนุ่ อาจมแี ผน่ กรองแสงที่กำหนดชนิด
สีแสงได้ตามความต้องการหรืออาจเป็นฟิลเตอร์สีอื่น และบริเวณปล่องที่ปล่อยแสงออกจะมี
ไดอะแฟรม (diaphragm) ซึง่ เปน็ รรู ับแสงทสี่ ามารถหรแี่ สงลงได้

รูปที่ 3.2 แผนผังส่วนประกอบของกล้องจุลทรรศน์แบบโพลาไรซิง (ดัดแปลงจาก Oldenbourg
and Shribak, 2010 )

โพลาไรเซอร์ (polarizer) เป็นอุปกรณ์ชิ้นแรกที่แสงเดินทางผ่านวางอยู่ที่ฐานกล้อง ทำ
หนา้ ทบ่ี ังคับให้แสงสน่ั สะเทือนทิศทางเดียว ทศิ ทางการส่ันสะเทือนของคลืน่ แสงมักถกู กำหนดให้อยู่
ในแนวตะวันออก-ตะวันตก ซึ่งตั้งฉากกับทิศทางการบังคับแสงของแผ่นโพลารอยด์แผ่นบน การ
ติดตั้งเปน็ แบบหมุนเปล่ียนทศิ ทางได้ การตรวจสอบทิศทางการวางตวั วา่ ตั้งฉากกบั โพลารอยด์แผน่
บน ทำได้โดยการเสียบแอนนาไลเซอร์โดยไมม่ ีวัตถคุ ั่นกลาง แล้วจะปรากฏเป็นความมืดนั่นคือแสง
จะไมส่ ามารถผา่ นออกมาได้

ไดอะแฟรม (aperture diaphragm) เปน็ รรู บั แสงทีส่ ามารถหร่แี สงก่อนที่จะเข้าสู่ตัวอย่าง
ท่ศี ึกษา ในบางกรณกี ารศึกษาตองการความคมชัดของขอบภาพก็จำเป็นจะต้องหรีแ่ สงลง

เลนส์รวมแสง (condenser lens) ทำหน้าที่ปรับความเข้มของแสงที่ผ่านมาจาก
แหล่งกำเนิดให้มีความเข้มมากขึ้น และปรับทิศทางเดินของแสงให้เป็นเส้นตรงที่ขนานกันให้มาก
ที่สุด เพื่อทำการศึกษาวัตถุแบบโฟกัสที่วัตถุ (orthoscopic viewing) การศึกษาในขั้นตอนนี้เมื่อ
ปรบั โฟกัสจะเหน็ ภาพของวตั ถทุ ศี่ กึ ษา

| ดร.วิมลทพิ ย์ สิงหเ์ ถ่อื น | สาขาวชิ าเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวิชาวิทยาแร่ 31

เลนส์รวมแสงชน้ิ ท่ี 2 (auxiliary condenser lens) สามารถปรบั เขา้ หรือออกจากทางเดิน
ของแสงได้ เลนส์นี้ทำหน้าที่รวมแสงให้เข้มและปรบั ให้ทางเดนิ ของแสงก่อนเข้าสู่วัตถุเป็นรปู กรวย
อุปกรณ์ส่วนใช้สำหรับการศึกษาวัตถุแบบโฟกัสที่ระยะอนันต์ (conoscopic viewing) การศึกษา
ขน้ั ตอนนีจ้ ะมองไม่เหน็ วตั ถุ แตจ่ ะเห็นปฏิกิริยาของแสงทผี่ ่านวตั ถขุ ้นึ มา

แท่นวางวัตถุ (stage) เป็นแผน่ โลหะรปู วงกลมทมี่ ีรูตรงกลางตดิ ตงั้ แบบหมุนได้ เพื่อให้แสง
ผ่านขึ้นมาถึงวัตถุที่ศึกษาได้ มีขีดบอกองศารอบวงกลม 360o และมีเวอร์เนีย (vernia) สำหรับวัด
มุมที่หมุนไป อีกทั้งยังมีปุ่มล็อคเพื่อไม่ให้หมุน แท่นวางวัตถุนี้จะวางอยูใ่ ต้เลนสว์ ตั ถุ การปรับโฟกสั
ของภาพใช้การเคลื่อนที่ขึ้นลงของวัตถุ โดยใช้ปุ่มที่แขนของกล้อง สำหรับปรับการเคลื่อนที่ขึ้นลง
ซึ่งมีทั้งปุ่มปรับหยาบ (coarse focus adjust knob) และปุ่มปรับละเอียด (fine focus adjust
knob) แท่นวางวัตถุจะมีรูสำหรับติดตั้งอุปกรณ์ในการจับวัตถุ (clip) หรืออุปกรณ์ศึกษาอื่น อาทิ
เช่น เครอื่ งนบั เม็ดแรอ่ ตั โนมัติ (automatic counting machine)

เลนส์วัตถุ (objective lens) มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกติดอยู่ที่แท่นจับเลนส์ ทำหน้าที่รับ
ภาพทแี่ สงส่องผา่ นวตั ถุมาและขยายภาพท่ีได้รบั เลนส์วัตถมุ ีกำลงั ขยายหลายขนาด ได้แก่

o กำลงั ขยายต่ำ (low power, 4x-5x) มสี ีคาดสแี ดง
o กำลังขยายปานกลาง (medium power, 10x-20x) มีสีคาดสีเหลืองและเขียว

ตามลำดับ
o กำลงั ขยายสงู (high power, 40x) มสี คี าดสฟี ้า
o กำลังขยายสูงมาก (very high power, 100x) มีสคี าดสขี าว

เลนส์วัตถุกำลังขยายยิ่งสูงจะยิ่งเคลื่อนเข้าใกลต้ ัวอย่างเมื่อปรับโฟกัส เลนส์กำลังขยายสูง
มากต้องให้ตัวกลางระหว่างตัวอย่างและเลนส์เป็นน้ำมัน ดังปรากฎเป็นตัวหนังสือที่กระบอกเลนส์
ว่า oil เมื่อใช้งานเลนส์วัตถุจะต้องให้ศูนย์กลางเลนส์ตรงกลับศูนย์กลางกล้อง (centering)
กระบอกเลนส์ที่ติดอยู่กับแท่นจับเลนส์อาจเอียงออกจากศูนย์กลางกล้อง จึงมีเครื่องมือแก้ให้
ศูนย์กลางเลนส์กลับมาตรงกับศูนย์กลางกล้อง โดยใช้ไขควง (screw) หมุนที่ช่องปรับศูนย์กลาง
บริเวณแท่นจบั เลนส์รว่ มกับการหมนุ แท่นวางวตั ถุ

อุปกรณ์เพิ่มหรือหน่วงความเร็วคลื่นแสง (accessory plate) ติดตังอยู่ด้านบนของเลนส์
วตั ถุ ทำมาจากแผ่นแร่ ติดอยบู่ นแผ่นทสี่ อดเข้าทางเดินของแสงได้ (slot) แร่ทน่ี ำมาตดิ ตงั้ มี 3 แบบ
แร่มัสโคไวต์ (mica plate) แร่ยิปซัม (gypsum plate) หรือแร่ควอตซ์ (quartz wedge) อุปกรณ์

| ดร.วิมลทิพย์ สงิ ห์เถื่อน | สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแกน่

32 เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่

นี้ทำหน้าที่ปรับคุณสมบัติของแสง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงก่อนที่จะเดินทางถึงแอนาไลเซอร์
อปุ กรณน์ ี้เปน็ อุปกรณท์ างเลอื ก สามารถสอดเข้าทางเดินของแสง หรือไมใ่ ช้ก็ได้

แอนาไลเซอร์ (analyzer) เป็นแผ่นโพลารอยด์แผ่นบน เป็นอุปกรณ์ที่สอดหรือถอดออก
จากทางเดินแสงได้ ทำหน้าที่กรองแสงที่ผา่ นวัตถทุ ี่ศึกษาขึ้นมา จะมีแสงบางคลื่นแสงผ่านแอนาไล
เซอร์ข้ึนมาได้ บางคล่ืนแสงผ่านมาไม่ได้ ทำใหผ้ ูศ้ กึ ษาเหน็ สีของแร่ที่ศึกษาได้ แสงสีท่ีปรากฎให้เห็น
หลงั จากผา่ นแอนาไลเซอร์ขน้ึ มาเรียกวา่ สแี ทรกสอด

เบอรท์ รานด์เลนส์ (bertrand lens) เปน็ เลนสท์ ี่ทำให้แสงไม่โฟกัสทีว่ ัตถุ ไปโฟกัสที่ระยะ
อนันต์ (conoscopic viewing) ติดตั้งด้านบนของแอนาไลเซอร์ ก่อนที่แสงจะเข้าสู่สายตาผู้ศึกษา
การศึกษาโดยใช้เบอร์ทรานด์เลนส์ ใช้ร่วมกับการใส่เลนส์รวมแสงและใช้เลนส์วัตถุกำลังขยายสูง
สญั ลกั ษณ์ของเบอรท์ รานด์เลนส์ใช้อกั ษร B

เลนส์ตา (eyes pieces) ในกล้องปัจจุบัน มีสองข้าง เป็นแบบสเตริโอ กระบอกเลนส์ตา 2
กระบอกสามารถปรับให้แคบ-ห่างได้ ตามระยะห่างของตาผู้ศึกษา ในเลนส์ตาข้างขวามีกากบาท
เส้นผม (cross hair) และไมโครสเกล (micro scale) เลนส์ตาสามารถปรับระยะชัดได้ในระยะ
จำกดั เพอื่ ปรบั ให้เข้ากับสายตาผมู้ องท่ีสนั้ ยาวไม่เทา่ กนั ในตา 2 ข้าง วธิ ีการใช้งานคือปรับเลนส์ตา
ให้สายตาข้างขวามองเห็นกากบาทเส้นผมชัดเจน ก่อนปรับโฟกัสให้เห็นภาพที่ศึกษา หลังจากน้ัน
ปรบั ทเี่ ลนสต์ าข้างซ้ายให้มองเหน็ ภาพคมชัด การใชง้ านเลนส์ตาอาจมีคราบไขมันติดอยู่ที่เลนส์ ทำ
ใหก้ ารเห็นภาพไมช่ ัดเจน ควรทำความสะอาดเลนสต์ าดว้ ยกระดาษเชด็ เลนสก์ อ่ นการใช้ทกุ ครั้ง

3.2 การเตรยี มตัวอยา่ งสำหรับการศึกษาศลิ าวรรณนา (Thin Section Preparation)

ตวั อยา่ งสำหรบั การศึกษาภายใต้กล้องจลุ ทรรศน์แบบโพลาไรซิงเป็นตวั อย่างแผ่นสไลด์ ซ่ึง
มีอยู่หลายขนาด โดยแผ่นสไลด์ในห้องปฏิบัติการเป็นแบบยาว การเตรียมตัวอย่างมี 2 แบบ แบบ
ผงตวั อยา่ ง (grain mount) และตัวอยา่ งแผน่ หินบาง (thin section)

สไลด์แบบผงตัวอย่างทำได้ด้วยการตำหรือบดตัวอย่าง ซึ่งอาจเป็นของแข็งชนิดเดียวหรือ
หลายแล้วร่อนให้มีขนาดประมาณ 100-120 เมช นำผงตวั อย่างท่ีจะศึกษาโรยลงบนแผน่ กระจก ใส่
ตัวกลาง (medium) แบบชั่วคราวหรือถาวร แล้วปิดด้วยกระจกปิดสไลด์เพื่อนำไปศึกษาภายใต้
กล่องจุลทรรศน์แบบโพลาไรซ์ แผ่นหินบางมาตรฐาน (standard thin section) เป็นการเตรียม
ตัวอย่างสไลด์โดยการขัดหินที่มีขนาดเท่าสไลด์ให้เรียบด้วยเครื่องขัดที่มีใบขัดขนาดต่าง ๆ หรือผง
ขัดที่ทำมาจากซิลิกอนคาร์ไบด์ (silicao carbide) เบอร์ต่าง ๆ (ขนาดของเม็ดผงขัด) นำหินที่ขัด
เรียบมาติดกับกระจกด้วยกาวที่มคี ่าดัชนีหักเห 1.54 (รูปที่ 3.3) นำเอาแผ่นกระจกท่ีมีหินติดอยู่มา

| ดร.วิมลทพิ ย์ สงิ หเ์ ถ่อื น | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน่

เอกสารคำสอนวิชาวิทยาแร่ 33

ตัดหินออกด้วยเครื่องตัดแผ่นหินบาง (thin section cut off machine) และทำให้บางลงด้วย
เครื่องฝนแผ่นหินบาง (thin section grinding machine) หลังจากนั้นนำด้านที่เป็นหินไปขัดต่อ
ดว้ ยผงขดั เบอรต์ ่าง ๆ จนเรยี บและเนื้อหินบาง 0.03 มิลลิเมตร เมอ่ื ตวั อยา่ งทเ่ี ตรียมไว้แห้งสนิทให้
ปิดกระจกปิดสไลด์ด้วยกาวและทิ้งไว้จนกาวแห้ง หลังจากนั้นทำความสะอาดแผ่นหินบาง โดยการ
ขดู กาวทีต่ ิดกระจกสไลดอ์ อกดว้ ยแผ่นมีดบางและเช็ดแผ่นสไลดด์ ้วยอะซโี ตนหรือแอลกอฮอล์

รูปท่ี 3.3 แสดงการนำหินขัดเรียบมาติดบนแผ่นกระจกสไลด์ด้วยกาวที่ทราบค่าดัชนีหักเห
(ดดั แปลงจาก www.kemet.co.uk/blog/petrography/rock-thin-sections)
3.3 แสงและคุณสมบตั ทิ างแสง (Light and Light Properties)

3.3.1 สเปกตรมั ของแสง (Spectrum)
สเปกตรัมในการแผ่รังสีของแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อพิจารณาในรูปของคลื่น เรียงจากความยาว
คลน่ื สนั้ ไปยาว ประกอบดว้ ย รงั สคี อสมกิ ส์ (cosmic rays) รงั สแี กรมมา (gamma rays) รังสีเอกซ์
(X-rays) รังสีเหนือมว่ ง (ultraviolet rays) แสงขาว (visible light) อินฟราเรด (infrared) คลืน่ สน้ั
(microwaves) คลื่นวิทยุ (radio waves) และคลื่นยาว (long electric waves) ดังแสดงในรูปท่ี
3.4 การศึกษาวิทยาแรภ่ ายใตก้ ล้องจลุ ทรรศนจ์ ะศึกษาโดยอาศัยคุณสมบตั ิและทฤษฎีของแสงขาว

รูปที่ 3.4 ช่วงความยาวและความถี่คลื่นแต่ละประเภทในสเปกตรัมการแผ่รังสีของแม่เหล็กไฟฟ้า
(ดัดแปลงจาก www.miniphysics.com/uy1-electromagnetic-spectrum-sinusoidal-em-
plane-waves.html)

| ดร.วมิ ลทิพย์ สิงหเ์ ถื่อน | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแกน่

34 เอกสารคำสอนวิชาวิทยาแร่

3.3.2 แสงขาว (White Light)
แสงขาวหรือแสงที่ตามนุษย์มองเห็นได้ เป็นคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นอยู่ในช่วงประมาณ
400 ถึง 700 นาโนเมตร (nm) แสงขาวประกอบดว้ ยแสงสีที่แตกตา่ งกนั ซึ่งสามารถเรียงจากความ
ยาวคลื่นสั้นไปยาวได้คือม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง ถ้าแสงมีความยาวคลื่นค่าเดียว
เรยี กว่าแสงสีเดยี ว (monochromatic light) ถา้ มีความยาวคล่ืนหลายคล่ืนแสงเรยี กว่าแสงหลายสี
(polychromatic light) ถ้าคลื่นแสงสีทุกสีเดินทางเข้าสู่สายตาพร้อมกันทั้งหมด (Buser and
Imbert, 1992; Laufer, 1996; Pal and Pal, 2001) การรบกวนกันของคลื่นแสงจะทำให้เรามอง
ไมเ่ ห็นสี (ใส) ตาเราจะมองเหน็ สีเหล่านี้เม่ือคล่ืนแสงบางคล่ืนแสง หรือแสงขาวบางสว่ นเข้าสู่สายตา
เช่น สขี องร้งุ กนิ น้ำ โดยอาจมีการผสมเฟสของคลนื่ ทำใหส้ ีอ่อน สีแก่ หรอื สีเปล่ยี นไปจากเจ็ดสีหลัก
ถ้าคลนื่ แสงมาครบแต่อุปกรณ์รบั ภาพในตาเสยี จะเหน็ สไี มเ่ หมอื นทค่ี นท่ัวไปเหน็ เรียกว่าตาบอดสี
3.3.3 คล่นื แสง (Light Wave)
แสงในคุณสมบัติของความเป็นคลื่นตามขวาง มีลักษณะเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มี
คุณสมบัติเป็นเวกเตอร์ มีขนาดและทิศทาง ขนาดของเวกเตอร์ยังคงมีอยู่เมื่อวัดในทิศทางอื่น เมื่อ
วดั ทำมุมกับทิศทางของเวกเตอร์
คลื่นแสงที่เคลื่อนที่ไปขา้ งหน้า เป็นแนวรังสี (ray) ประกอบด้วยลูกคลื่นที่มีความยาวคลื่น
() และแอมปลิจูด (A) เมื่อเคลื่อนท่ีไปจะมีหน้าคลื่น (wave front) และ แนวตั้งฉากกับหนา้ คลื่น
(wave normal) ในวัตถุแบบไอโซทรอปิก (รูปที่ 3.5) คลื่นแสงมีคุณสมบัติเป็นเวคเตอร์แบบหน่ึง
ดังนั้นค่าความเข้มแสงจะมีขนาดที่ลดลงเมื่อวัดในทิศทางที่บิดออกไปจากแนวการสั่นสะเทือนของ
คลนื่ แสง

รูปที่ 3.5 ส่วนประกอบของคลื่นแสงและปฏิกิริยาแสงในวัตถุไอโซทรอปิกและแอนไอโซทรอปิก
(ดดั แปลงจาก www.brocku.ca/earthsciences/people/gfinn/optical/wavefron.htm)

| ดร.วมิ ลทิพย์ สิงหเ์ ถอื่ น | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแกน่

เอกสารคำสอนวิชาวิทยาแร่ 35

การเคลื่อนทขี่ องคลนื่ เปน็ ไปตามกฎการเคลื่อนที่ทางฟิสกิ ส์
การเดินทางของแสงในรปู แบบของคลนื่ มีการเคลื่อนท่แี ละมีความเรว็
เม่ือวดั ระยะทางทค่ี ล่ืนเคล่ือนทไ่ี ปได้เทยี บกบั เวลา จะได้ความเร็วคลน่ื (v = s/t)
ระยะทางสามารถบอกเป็นจำนวนลูกคลน่ื (n) คณู ความยาวคลน่ื (s = n)
จำนวนลกู คล่ืนต่อเวลาท่ีคล่นื เคลื่อนทีไ่ ปได้ เรยี กว่าความถี่ (f), (f = n/t)
ดังนน้ั ความเรว็ ของคลืน่ จึงสมั พันธก์ ับความถแ่ี ละความยาวคลน่ื (v = f)

3.3.4 ค่าดัชนหี ักเห (Refractive Index, n)

คลื่นแสงที่เคลื่อนที่มามีความเร็ว ไม่เท่ากันเมื่อผ่านตัวกลางต่างกัน แสงที่เดินทางไปใน
สุญญากาศ (vacuum) เป็นบริเวณที่ไม่มีสสารใด (Vv) จะมีความเร็ว 3 x 108 m/s เมื่อแสง
เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางอื่นที่มีสสาร (matter) จะมีความเร็วลดลง (Vm) และถ้าแสงเคลื่อนที่ผ่าน
ตัวกลางแล้วมีความเร็วต่างกัน (Gibbs, 1997) การเปรียบเทียบค่าความเร็วของแสงในตัวกลางใด
ๆ กับความเรว็ แสงในสุญญากาศ จะไดเ้ ปน็ ค่าดัชนหี กั เห (refractive index, n)

nm = Vv/Vm

จากความสัมพันธ์ วัตถุจะมีค่าดัชนีหักเหมากกว่า 1 เสมอ แร่ส่วนใหญ่มีค่าดัชนีหักเห
ระหวา่ ง 1.5-2 และแร่ท่มี กี ารจดั เรียงโครงสรา้ งต่างกนั จะมีค่าดชั นีหักเหในแตล่ ะทิศทางตา่ งกัน ค่า
ดชั นีหักเหของวัตถุแตล่ ะชนิดขึ้นอยู่กับโครงสร้าง ถา้ วัตถชุ นิดเดิมมโี ครงสรา้ งเปลีย่ นแปลง สัมพันธ์
กับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป ค่าดัชนีหักเหก็เปลี่ยนแปลงไปด้วย ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้น วัตถุขยายตัว
ความเร็วแสงจะเพิ่มขึ้น ค่าดัชนีหักเหแปรผกผันกับความเร็วแสง ดังนั้นค่าดัชนีหักเหจึงแปรผกผนั
กับอุณหภูมิด้วย nm  1/T ซึ่งวัตถุทั่วไปมีการกำหนดค่าดัชนีหักเหที่ 25 oc และเมื่อมีอุณหภูมิ
เปลี่ยนแปลง จะกำหนดค่าการเปลี่ยนแปลงของค่าดัชนีหักเหต่ออุณหภูมิที่เปลี่ยนไป เรียกว่าค่า
สมั ประสิทธิ์การเปลีย่ นแปลงตามอุณหภมู ิ (temperature coefficient, .../ oc)

3.3.5 การหักเห และการสะทอ้ น (refraction and reflection)

การเดินทางของคลนื่ แสงผา่ นตวั กลางที่ต่างกนั จะมีความเรว็ แตกต่างกนั (Vm) และทศิ ทาง
รงั สีแสงจะเกิดการหกั เหในกรณีที่แสงเดินทางผ่านตัวกลางสองชนดิ แล้วทิศทางรงั สีมมี มุ ตกกระทบ
ไม่ขนานกับเส้นปกติ (normal line) ความสัมพันธ์ของมุมตกกระทบ (1) กับมุมหักเห (2) ที่วัด
จากแนวเสน้ ปกติ ความสัมพันธ์กันตาม Snell's law (Sabra, 1981)

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สงิ หเ์ ถ่อื น | สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ขอนแกน่

36 เอกสารคำสอนวชิ าวิทยาแร่

Sin 1 / Sin 2 = n2 / n1
มุมตกกระทบที่ทำให้การหักเหของรังสีแสงไปตามแนวสัมผัสของตัวกลางทั้งสองชนิด
เรยี กว่ามุมวกิ ฤติ (critical angle) ดงั แสดงในรปู ท่ี 3.6

รูปที่ 3.6 ความสัมพนั ธข์ องมุมตกกระทบกับมุมหักเหทวี่ ัดจากแนวเส้นปกติตาม Snell's law
3.3.6 การกระจายของแสง (Dispersion)
ความเร็วของคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ที่ผ่านไปในวัตถุต่าง ๆ จะมีความเร็ว

ต่างกัน วัตถชุ นดิ เดียวจึงมคี ่า n สำหรบั แสงสีต่าง ๆ ตา่ งกนั แสงหลายสที ผี่ า่ นเขา้ สู่วัตถุจึงมีการหัก
เห (2) ไม่เท่ากัน เรียกการแยกสีออกจากกันน้ีว่าการกระจาย (dispersion) เช่น ปรากฏการณ์รุ้ง
กนิ น้ำ หรือแสงขาวท่ผี ่านปรซิ ึมหน้าตัดสามเหลยี่ มด้านเท่า (triangular prism)

แสงขาวมีความยาวของคลื่นสมี ่วงส้ันกว่าความยาวของคลื่นสีแดง แสงสีม่วงจึงมคี วามเรว็
ต่ำกว่าแสงสีแดงในตวั กลางเดียวกัน จาก n  1/v และ (v = f) ดังนั้น n  1/ เปรียบเทยี บ
ได้ว่าแสงสีม่วงมีค่า n สูงกว่าแสงสีแดงในวัตถุเดียวกัน ดังนั้นเมื่อแสงขาวตกกระทบกับปริซึมหนา้
ตดั สามเหลยี่ มแสงสีมว่ งจึงหักเหมากกว่าแสงสแี ดง (รปู ท่ี 3.7)

รูปท่ี 3.7 ปรากฏการณแ์ สงขาวท่ผี า่ นปริซมึ หน้าตัดสามเหลย่ี มดา้ นเทา่ (triangular prism)

| ดร.วมิ ลทพิ ย์ สิงหเ์ ถ่ือน | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวทิ ยาแร่ 37

คำถามท้ายบท

1. จงอธิบายส่วนประกอบของกล้องจุลทรรศน์แบบโพลาไรซแ์ ละหลักการทำงานท่ีสำคัญของ
กล้องฯเมื่อใชศ้ ึกษาแร่วิทยา พรอ้ มทงั้ วาดภาพประกอบให้ชัดเจน

2. จงอธบิ ายการทำแผ่นหนิ บางเพอื่ ศึกษาแรภ่ ายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบโพลาไรซ์โดยสงั เขป
3. จงอธบิ ายลกั ษณะและส่วนประกอบของแสงท่ีใช้ศึกษาแรภ่ ายใต้กล้องจุลทรรศน์
4. แสงมีคุณสมบัติหลายประการท่ีแตกต่างกัน คุณสมบัติใดบ้างที่มคี วามสำคัญตอ่ การศึกษา

แร่วิทยาและมีความสำคัญอยา่ งไร
5. การที่เราเห็นการ์เน็ตเป็นสีแดงสดนั้นเกิดจากคุณสมบัติทางแสงชนิดใด จงอธิบายพร้อม

เหตุผลประกอบที่ชดั เจน

| ดร.วิมลทิพย์ สิงหเ์ ถ่ือน | สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

38 เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่

| ดร.วิมลทพิ ย์ สิงห์เถ่ือน | สาขาวิชาเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่

เอกสารคำสอนวชิ าวทิ ยาแร่ 39

“

บทท่ี 4 คณุ สมบตั ิทางแสงของผลกึ ไอโซทรอปกิ

Chapter 4 Optical Properties of Isotropic Crystal

| ดร.วิมลทิพย์ สงิ ห์เถอื่ น | สาขาวชิ าเทคโนโลยีธรณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน่

40 เอกสารคำสอนวิชาวทิ ยาแร่

| ดร.วิมลทพิ ย์ สิงห์เถ่ือน | สาขาวิชาเทคโนโลยธี รณี คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยขอนแกน่