鐵族與白金族元素　〈相片上傳１０００紀念專輯〉→完成←－桃園親子教育博物館二

前言：今年底台灣將舉辦第一屆全國礦物大展，主辦單位邀請國內頂尖的學者與藏家參展，展出台灣特有或收藏的世界級標本，並將邀請國際友人蒞臨指導，我們博物館也是參加的單位之一，本館為參展設計了二項主題：１．本館特有的礦物標本。包括：石膏中的昆蟲、陽明山單斜硫、包含礦物的元素週期表.....等。２．世界金礦大展：展出五十多個不同地方不同形態的金礦〈包括白金族〉標本。我們能有這些珍貴標本參展，事實上經過了相當的艱辛歷程，而這就包括我們今天要介紹的白金族礦物。

〈一〉鐵族與白金族的關係：

　　鐵 Fe 常被誤以為是地殼含量最豐富的金屬元素，經研究鋁 Al 才是地殼所含金屬的第一〈佔８．２％〉，然而鋁多以Al３+離子存在化合物中比較安定，因此排第二多的鐵〈４．１％〉在地球大反應爐中變得比鋁還要出色，以至於被人以為比鋁還多。鐵 Fe、鈷 Co、鎳 Ni 原子序分別為相連的２６、２７、２８在化學被定為鐵族，與典型元素同族為不同週期原子序有特定的差距很不一樣，主要為三者化學性質接近外，就連物理性質都相似例如都為順磁性、密度也差不多〈７．８，８．９，８．９〉；在這三個元素週期表下方的六個元素便是釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑之白金家族元素；按理這兩族元素位置在週期表的上下方，化學性質應多少有共通性才對，事實上也是這樣，如果鐵族元素〈尤其是鎳、鈷〉與硫、硒、砷、碲、銻形成化合物，則與白金族和同類非金屬形的化合物性質相近，則在形成時會混在一起，因此地殼含量稀少的白金族經常是提煉鎳鈷礦的副產品，至於要找到較純的白金族礦物則遠比找金礦更難，在我們博物館還沒買到白金族礦物時，便是先使用這類含有白金族的鎳鈷礦代替。

圖一輝砷鈷礦 Cobailtite CoAsS ，產地瑞士，晶體很像黃鐵礦，但經濟很高。地殼含鈷只有２０ppm，像這類鈷礦產量並不很多，其中便含有白金族元素。

　　圖二黃鐵礦 Pyrite FeS2 ，產地西班牙，純的黃鐵礦，沒有其他價值除了觀賞。

圖三砷黃鐵礦 Arsenopyrite FeAsS ，產地中國，可能含少許鈷及其他元素，又名毒砂。

圖四紅鎳礦 Nickeline NiAs ，產地摩洛哥。上面披了一層風化後的菱鎳礦或鎳華等礦物，這是鎳的主要礦物之一。鎳最大的用途是做成貨幣、不鏽鋼等。

　　　　　　　圖五砷鎳礦 Maucherite Ni11As8 ，產地德國。

圖六硫鈷鎳礦 Siegenite Ni2.25Co.75S4，鎳鈷的數字比與地殼含鎳鈷的比接近。地殼含鎳為８０ppm。中間黃色部分可能是黃銅礦。產地密蘇里。

　　　　　　　　圖七紫硫鎳礦 Violarite Fe²⁺Ni₂S₄，產地澳洲。

圖八黑硫銅鎳礦 Villamaninite Cu_0.5Ni_0.3Co_0.01Fe²⁺_0.005S₂ ，鐵鈷鎳全員到齊的礦物。產地西班牙。

　　圖九紅銻鎳礦 Breithauptite NiSb，產地安大略。外表與紅鎳礦很像。

　　　　　　　圖十黃硫鎳礦 Heazlewoodite Ni3S2，產地澳洲。

以上圖一至圖十單一個標本沒有一件是博物館級的，但是合組起來則是個博物館的小主題，其中純的黃鐵礦經濟價值不大，但是許多黃鐵礦含有不少有價值的成份例如含黃金可能達數百ppm，如圖十一：

　　　　　　　　　　　　　圖十一加州產的含金黃鐵礦

〈二〉白金族礦物：

　　來自於美洲的白金族礦物多不標明成份及組成，部分知道含白金族多少ppm，有些甚至只知道是白金礦，如此會嚴重影響標本的價格。

　　　　　　　　　　　　圖十二加拿大的白金礦

　　圖十三蒙大拿州的白金礦，白金族與硫砷等元素形成之化合物散怖在鎳的礦物中

圖十三～１鎳的礦物與紅鎳礦相近，其中鉑含量約１００ppm，品位中上。母岩像蛇紋岩或橄欖岩。

　圖十四私人採集的蒙大拿州白金礦，晶體的特質感覺像砷鉑礦之類，沒有經化驗，再加上是私人在網站販賣，因此我們只花了很少的費用。從這些晶體沒有風化痕跡顯示貴金屬成份高〈與圖四比較〉。

圖十五這是富的白金礦，產地明尼蘇達州。含貴金屬將近１８００ppm，其中鉑４２０ppm，鈀１３３０ppm及金１６ppm等。看似以金屬小顆粒聚在母岩縫隙中。

　　俄羅斯產的白金族礦物舉世聞名甚至有純的大結晶，其中又以鉑晶體與砷鉑礦稍微常見也較有名，以及自然銥、自然鋨等都是介紹過的專題，網友可以按字上的連結瀏覽；不再重複說明。唯一可以補充的是，這些均是知其學名與成份的礦物，市場價格都很高。

圖十六許多礦物愛好者都喜愛的砷鉑礦 Sperrylite〈此標本重８．５g〉。只要稍大的砷鉑礦〈５g以上〉價格都要上萬元。

　　　　　　　　　　圖十七砷鉑礦的小標本，在網路上仍非常搶手。

〈三〉此二族的自然元素：

　　　　　　　　　　　　　　　圖十八鉑晶體

　　　　　　　　　　　　　　　圖二十銥晶體

　　白金族化學性質不活潑，因此在自然界經常以元素狀態存在，鐵族化學性質活潑，尤其在有氧及水的環境，因此即使鐵族礦物與強還原性物質例如煤炭相混，又經高熱引發反應便能產生自然鐵，但是環境如果不配合經千百年自然鐵又將風化成鐵礦，因此地球本身產的自然鐵非常少，如圖二一、二二：

　　　　　　　　　　　　圖二一　正在風化中的自然鐵，產地格陵蘭。

　　　圖二二混在矽石中的自然鐵，產地伊朗高原。自然鐵中通常含有鎳、鈷、錳、鉻及釩等金屬。

　　　圖二三鐵鎳隕石，一般人皆以為隕石十分少見，然而此類自然鐵竟然比地球本身的還要多。

〈四〉鐵族的次生礦物與磁鐵：

　　鐵族元素在地殼原本大量存在於火成岩中如蛇紋岩、橄欖岩之類，許多為矽酸鹽類，少許為磁鐵礦，此外有一部分則是硫或砷的化合物〈如圖一～十一〉，由於地球有水有生物有氧，一系列風化作用與礦化作用，得到的次生礦物卻更為人所熟知，而且是人類煉鐵的主要原料。這些次生礦物包括氧化物〈及氫氧化物〉圖二四、二六、二七、二八，碳酸鹽圖二九、三十、三一，硫酸鹽圖三五，磷酸鹽圖三六，砷酸鹽圖三二、三三、三四與矽酸鹽等，在此情況鐵族元素以較離子性的化合物存在，如此便與白金族元素的化學性質迥然不同，所以在這些鐵族礦物中就找不到白金族的成份。

圖二四赤鐵礦 Hematite Fe2O3，產地日本，也就是我們熟知的氧化鐵。人類最主要的鐵礦。而金屬鐵是人類使用量最大的金屬。

圖二五磁鐵礦 Magnetite Fe3O4，產地玻利維亞Cerro Huañaquino, Potosí, Bolivia，也是重要的鐵礦之一。這型磁鐵礦屬於火成岩，形成時溫度很高，雖然分子排列整齊，但鐵原子方向不一致，因此沒有磁力但可以被磁鐵吸引。

在自然界裡電子本身就是磁鐵，也就是說電子的電性與磁性是一體兩面的；我們所見的物質內電子均成對出現，如兩塊磁鐵N－Ｓ極對吸，以至於外界感覺不到它的磁性，唯少數物質如鐵、鈷、鎳等及其部份化合物如磁鐵礦、磁黃鐵礦其鐵族原子具有單一未成對的電子，這些物體中鐵、鈷、鎳原子方向較一致時便會表現出現磁力而成為磁鐵，如果方向零亂則沒有磁力但是能被其它磁鐵吸引〈即所稱的順磁體〉。磁鐵的磁力會隨溫度上升而下降，因為原子因高溫振動使的方向變亂，直到某一定高溫時磁性會完全消失，圖二五也因此是火成岩中的磁鐵礦形成時溫度高就算有磁力也不會很大。至於圖二六、二七具有磁力的磁鐵礦則是次生礦物，形成溫度低且慢當分子逐漸沉積時鐵原子會順著地球磁場方向附著上去因此變成磁鐵。