miniatura|Cristall de quars ametista. miniatura|El diamant és un mineral fet de carboni pur. Un mineral és un sòlid homogeni format per elements de la mateixa naturalesa que es presenta de manera natural i que ha estat format com a resultat de la interacció de processos geològics tant de tipus físic com químic. Els minerals es caracteritzen per formar una estructura cristal·lina és a dir una estructura interna molt ordenada i una composició química i unes propietats físiques determinades i constants.
El terme "mineral" té en compte no només la composició química del material sinó també la seva estructura, per això una mateixa composició química es pot presentar en dos materials completament diferents. La manera com es disposen a l'espai els àtoms i molècules determinarà les seves propietats. Un exemple seria el grafit i el diamant, ja que tots dos són formats exclusivament per àtoms de carboni. Les roques, en canvi, són agregats de minerals i/o mineraloides (amb propietats similars als minerals però sense estructura cristal·lina), i no tenen una composició química determinada. La mineralogia és la ciència que s'encarrega de l'estudi dels minerals, composició química, estructura cristal·lina, característiques físiques, gènesi, transformació i aprofitament per l'home.
Es coneixen milers de formes de minerals,Es reconeixen minerals, la llista oficial de l'Associació Mineralògica Internacional (IMA) és consultable a The New IMA List of Minerals ; a Mineral statistics trobareu una classificació química de les 3.966 minerals reconeguts fins a finals del 2001; a A table of systematic mineralogy IV: numbers of minerals hi ha una classificació sistemàtica dels 4.100 minerals reconeguts fins al 2004. des dels compostos per element químics o sals senzilles, fins als més complexos, com alguns tipus de silicats. versió lliure més antiga: edició del 1912 Normalment, els compostos orgànics no es consideren minerals, tot i que estrictament parlant, el petroli o el gas natural, formats per processos geològics, ho serien. El cas del mercuri, és especial, és reconegut com a mineral per l'Associació Mineralògica Internacional (IMA en anglès, International Mineralogy Association) per raons històriques. Finalment, els materials creats per l'home, com per exemple els diamants artificials, no són considerats minerals encara que tinguin les mateixes propietats.
miniatura|Cristalls d'aragonita (CaCO₃) Per a ser classificat com un veritable mineral, una substància ha de ser sòlida i tenir una estructura cristal·lina, a més de ser una substància natural no produïda pels éssers vius, i tenir una composició química definida i homogènia. Les definicions tradicionals excloïen els materials orgànics, però l'Associació Mineralògica Internacional va adoptar una nova definició el 1995: Un mineral és un element o compost químic que és normalment cristal·lí i que ha estat format com a resultat de processos geològics. Versió en PDF
Un mineral pot tenir tres tipus d'orígens; origen inorgànic, en el qual només intervenen els processos geològics en la seva creació; orgànic, en el qual els organismes vius han tingut un paper important i fonamental en la seva formació; i també poden presentar un doble origen. Les classificacions modernes, com la de Dana http://www.mindat.org/dana.php?a=50 Dana Classification 8th edition - ORGANIC COMPOUNDS o la de Strunz http://www.mindat.org/strunz.php?a=9 Strunz Classification - Organic Compounds inclouen la classe orgànica.
Fins al mes hi ha minerals reconeguts per l'Associació Mineralògica Internacional, l'associació que té la responsabilitat d'aprovar i nomenar els minerals. De tots aquests minerals un centenar són considerats comuns, uns 50 serien d'ocurrència ocasional i la resta serien rars o molt rars.
Estructura cristal·lina
miniatura|Pirita Un dels pilars fonamentals de l'estudi dels minerals, i un dels element determinants per a la seva classificació, és la determinació de la seva estructura cristal·lina (o la seva mancança), aquest factor determina conjuntament la composició química, la majoria de les propietats del material i proporciona indicacions clares sobre els processos i ambients geològics que són al seu origen, a més del tipus de roca del que podrà formar part. En aquest context, estructura cristal·lina fa referència a la disposició espacial de llarg abast en què es troben els àtoms o les molècules en el mineral. A la natura hi ha 14 xarxes cristal·lines o disposicions tridimensionals bàsiques de partícules (en aquest cas es tracta d'àtoms o de molècules), que corresponen a les 14 xarxes de Bravais, que, al seu torn, pertanyen a un dels 7 sistemes de cristal·lització fins ara coneguts (cúbic, tetragonal, hexagonal, trigonal, ròmbic, monoclínic i triclínic), amb l'excepció coneguda dels quasicristalls.Els quasicristalls són estructures que tenen un cert ordre però sense una regularitat en la xarxa, van ser descoberts el 1982 per Dan Shechtman. Vegeu Quasicrystals – Introduction, School of Physics & Astronomy, Universitat de Tel-Aviv. Aquestes estructures es basen en una disposició interna d'àtoms o ions que sovint tenen un reflex en la forma geomètrica que prenen els cristalls. Fins i tot quan els cristalls són massa petits per ser vistos a ull nu o es presenten en formes irregulars, l'estructura cristal·lina subjacent és sempre periòdica i pot ser determinada per mitjà de tècniques basades en la difracció de raigs X.
La combinació entre la composició química i l'estructura cristal·lina defineixen un mineral, és molt comú que les substàncies cristal·litzin de diferents maneres en condicions geològiques diferents, però també és possible que substàncies amb una composició química molt diferent cristal·litzin de manera similar. Quan tenim diferents minerals que tenen la mateixa composició química però presenten diferents estructures cristal·lines parlem de polimorfisme, materials polimorfs d'u mateix compost, per exemple, la pirita i la marcassita són compostes per sulfur de ferro, (FeS₂, però presenten un aspecte i unes propietats físiques completament diferents. D'altra banda podem tenir alguns minerals amb una composició química diferent però amb la mateixa estructura cristal·lina, com a exemple podem citar l'halita (clorur de sodi, NaCl), la galena (sulfur de plom(II), PbS) i l'esfalerita (sulfur de zinc, ZnS) que comparteixen una sistema cristal·lí cúbic.
L'estructura cristal·lina té una importància cabdal sobre les propietats físiques que presentarà el mineral, per exemple, tant el diamant com el grafit tenen la mateixa composició química, ambdós són formats exclusivament per carboni pur, però mentre el grafit és força tou, el diamant és el mineral més dur conegut. Això és així perquè els àtoms de carboni del grafit són disposats en fulles, que es poden desplaçar unes sobre les altres, mentre que al diamant tenen una distribució tridimensional que no permet desplaçaments.
Roques i minerals miniatura|Esfalerita Tot i que en el llenguatge comú els termes mineral i roca són utilitzats de vegades gairebé com a sinònims, és important remarcar que hi ha una diferència clara entre els dos. Mentre un mineral és un sòlid amb una composició química específica i una estructura cristal·lina definida, una roca és un agregat format per un o més minerals, però també pot contenir restes orgàniques i mineraloides. Algunes roques són formades de manera predominant per un únic mineral, en seria un exemple la pedra calcària, una roca sedimentària formada gairebé en exclusiva per calcita, però en la majoria dels casos, les roques són una barreja complexa de diversos minerals en proporcions variables, alguns minerals com els quars, la mica o el feldespat són molt comuns mentre que d'altres només han estat trobats en unes poques localitzacions a tot el món. La gran majoria de les roques de l'escorça terrestre són formada per quars, feldespat, mica, clorita, caolinita, calcita, epidot, olivina, augita, hornblenda, magnetita, hematites, limonita i pocs més minerals.Encyclopædia Britannica, article Petrology, 11a edició, 1911. Més de la meitat de les espècies minerals conegudes són tant rares que només han estat trobades en uns poques mostres i de moltes d'altres només en disposem d'una o dues petites mostres.
Els minerals i roques comercialment valuosos es denominen minerals industrials, les roques que s'extreuen de les mines amb propòsits econòmics es denominen menes i els materials que queden un cop el minerals buscats han estat separats de les menes es denominen escombreres o runams.
Els minerals de les roques miniatura|Halita El factor determinant per a la formació d'un mineral en una massa rocosa és la seva composició química, un mineral només es podrà formar quan els elements necessaris siguin presents a la roca. La calcita és el mineral més comú a la pedra calcària, es tracta essencialment de carbonat de calci; el quars és comú als gresos i a certes roques ígnies que contenen un alt percentatge de diòxid de silici.
Tanmateix, hi ha d'altres factors de similar importància que determinen la formació de minerals o paragènesi en una formació rocosa, en serien el tipus d'origen de la roca i els estadis pels que ha passat fins a arribar a la seva situació actual. Dues masses de roca poden tenir la mateixa composició química i presentar unes formacions de minerals completament diferents. La tendència sempre és que els compostos es formaran quan siguin estables sota les condicions en les quals es va originar la roca. El granit apareix amb la consolidació d'un magma a altes temperatures i pressions i els minerals que el componen seran aquells que són estables en aquestes condicions. Quan són exposats a la humitat, l'àcid carbònic o a altres agents a les temperatures ordinàries de la superfície de la Terra, alguns dels minerals, com el quars o la mica, continuen essent relativament estables i no són afectats, en canvi, hi ha d'altres que en aquestes condicions pateixen un procés de meteorització o desintegració i són reemplaçats per noves combinacions. Així, el feldespat dona pas a la caolinita, la moscovita i el quars, i qualsevol mineral màfic com el piroxè, l'amfíbol o la biotita és sovint alterat per crear la clorita, l'epidot, el rútil o d'altres substàncies. Aquests canvis són acompanyats per la desintegració, i la roca esdevé una massa terrosa que pot ser vista com a terra o sorra. Els materials formats d'aquesta manera poden ser arrossegats i dipositats com a gresos o limolites. L'estructura de la roca original és reemplaçada per una de nova i els minerals que en formen part són alterats profundament, però la composició química del conjunt no serà massa diferent. Les roques sedimentàries com el granit poden patir un nou metamorfisme, si el magma queda encaixat entre aquestes roques irradiant grans quantitats de calor, o si són subjectes a grans pressions amb altes temperatures i friccions durant la formació de les muntanyes, poden esdevenir gneis, que no és massa diferent en la seva composició però és radicalment diferent quant a la seva estructura.
Propietats físiques miniatura|Estructura cristal·lina del grafit. Les propietats físiques dels minerals són una conseqüència de la seva composició química i de les seves característiques estructurals. Les propietats físiques més evidents i més fàcilment comparables són les més utilitzades per a la identificació d'un mineral i en la majoria dels casos aquestes propietats són suficients per a una correcta identificació. Però quan això no és possible, o quan hi ha un alt grau d'ambigüitat, cal l'ajut de tècniques més complexes com l'anàlisi química, l'estudi amb els microscopi de llum polaritzada o de la difracció de raigs X.
Color miniatura|Sistema cristal·lí cúbic del diamant.