minerali
Un minerale è un corpo solido che si trova
allo stato naturale, formatosi tramite un
processo inorganico. Si conoscono più di
3.500 specie.
quarzo rosa
aragonite
Caratteristiche di un minerale:
1. Allo stato naturale deve essersi formato
attraverso un processo inorganico.
Caratteristiche di un minerale:
2 Ad un determinato minerale corrisponde
una formula chimica, detta formula
mineralogica, che esprima la sua
composizione.
I minerali possono essere elementi,
composti, o soluzioni solide.
Se i minerale sono formati da elementi o
composti, la loro composizione è
esprimibile tramite una formula chimica
definita.
ematite: Fe2O3
Un minerale formato da una soluzione
solida presenta una mescolanza di ioni di
carica e dimensioni simili (miscela
isomorfa). In questo caso la formula che
definisce la composizione chimica è
variabile entro determinati limiti.
olivina: (Mg,Fe)2SiO4
Alcune formule mineralogiche
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Salgemma NaCl
Ematite Fe2O3
Calcite CaCO3
Gesso CaSO4·2(H2O)
Silice (Quarzo, Opale, Onice) SiO2
Olivina (Mg,Fe)2SiO4
Pirite FeS2
Fluorite CaF2
Caratteristiche di un minerale:
3. Quasi tutti i minerali sono cristalli.
Un cristallo è un corpo solido in cui si
osserva che le e particelle che lo
costituiscono (atomi, ioni, molecole) sono
spazialmente disposte in modo
geometricamente ordinato e definito.
Raramente i minerali si presentano come
solidi allo stato amorfo.
Silice SiO2
Talvolta la stessa sostanza può dare origine
a minerali sia cristallini che amorfi (dipende
dalle condizioni di formazione).
Ad esempio il composto Silice dà origine a:
Quarzo (cristallino)
Opale (amorfo e idrato)
Calcedonio e Onice (microcristallino)
quarzo
opale
calcedonio
abito cristallino
• La forma esterna dei minerali dipende in
larga parte dalle condizioni in cui i minerali
si formano e dalla possibilità di svilupparsi
liberamente nello spazio circostante.
• Quando i minerali si sviluppano
liberamente senza ostacoli mostrano un
abito cristallino con forma geometrica
poliedrica che caratterizza il minerale.
abito cristallino
Diamante: ottaedro
Quarzo: prisma esagonale con
piramidi esagonale terminali
Pirite (FeS2) geminato
GEMINATO: esterno con la presenza di più porzioni geometricamente
diversamente orientate
Fluorite (CaF2) geminato
drusa di ametista
DRUSA: aggregazione di cristalli impiantati per un'estremità su una matrice
rocciosa e liberi di accrescersi all'estremità opposta.
geodo di ametista
GEODO: cavità con cristalli che, impiantati sulle pareti, si accrescono verso l'interno.
Reticolo cristallino
Alla forma esterna corrisponde, all'interno del
minerale, una geometricamente definita
disposizione spaziale delle particelle
costituenti.
Questa struttura
spaziale interna, che
varia da minerale a
minerale è detta reticolo
cristallino.
Reticolo cristallino
Kaolinite Al2Si2O5(OH4)
Celle elementari
• Il reticolo cristallino è formato da miliardi di
unità ripetute nelle 3 dimensioni dette
“celle elementari”. Si definisce “cella
elementare” la più piccola unità
tridimensionale che conserva sia la
composizione chimica che la struttura
geometrica di quel particolare minerale.
Cella elementare del salgemma
• Un esempio di “cella elementare” è quello
del salgemma. In questo caso ogni “cella”
ha la forma di un cubetto costituito, in
questo caso, da quattro ioni Na+ e quattro
ioni Cl-. Le posizioni degli ioni nella
struttura cristallina sono definite e non
sono intercambiabili.
La cristallografia riconosce 32 differenti
“classi” di forme cristalline semplici. Ad
esempio:
Simple cubic
Hexagonal
Base centered orthorhombic
Simple orthorombic
Rhombohedral
diamante e grafite (C)
Alcuni minerali possono avere composizione identica, ma
differente geometria delle celle elementari.
Ad esempio grafite e diamante, due degli stati allotropici del
Carbonio.
cristallografia
• La scienza che studia i cristalli e i reticoli
cristallini, con l’ausilio della spettrografia a
raggi X, è detta cristallografia.
Riassumendo, il reticolo cristallino del
minerale è dato dalla ripetizione ordinata di
celle elementari dalle precise geometrie, La
geometrica microstruttura interna da origine
ad una geometrica forma del minerale (abito
cristallino), se la formazione e crescita del
minerale non è stata ostacolata.
NaCl salgemma
Caratteristiche di un minerale:
4. È caratterizzato da specifiche proprietà
fisiche che devono avere, almeno entro
certi limiti, un valore costante e definito.
Alcune di queste proprietà sono la
densità, il colore e la lucentezza, il peso
specifico, la sfaldatura e la frattura, la
durezza.
Caratteristiche di un minerale:
La sfaldatura è la caratteristica che
presentano alcuni minerali di rompersi
lungo i piani di minore resistenza (in
conseguenza del tipo di reticolo cristallino
che li determina).
Una frattura, che si osserva ove non siano
presenti piani di sfaldatura, è una rottura
di forma non planare ed irregolare.
Scala di Mohs
La durezza dei minerali è determinata
mediante la comparazione con una scala
standard, la scala di Mohs.
La scala di Mohs compara con 10 minerali
standard, dal talco (scala=1) al diamante
(scala=10).
(1)
talco Mg3Si4O10(OH)2
Un fillosilicato di magnesio molto diffuso sulla Terra
e noto sin dall'antichità. Il nome deriva dall'arabo talq.
(2)
gesso CaSO4·2H2O
Minerale di origine prevalentemente evaporitica, si forma per precipitazione diretta da acque
soprassature, con formazione di cristalli incolori o traslucidi anche di notevoli dimensioni,
ggetto di collezionismo, di cui il tipo più comune è la rosa del deserto.
(3)
calcite CaCO3
Minerale tipico di origine
sedimentaria, sia per
precipitazione chimica diretta
da evaporazione di soluzioni
sovrassature, sia per
sedimentazione di resti organici
di organismi marini che
utilizzano il carbonato di calcio
come costituente il loro guscio.
È tra i minerali più comuni in
assoluto, diffusa specialmente
in quasi tutte le rocce
sedimentarie. Minerali tra i più
vari come forma e colore, si
presenta tendenzialmente
romboedrico. Proprio e tipico di
questo minerale è il fenomeno
della doppia rifrazione.
(4)
Fluorite CaF2
E’ un minerale alogenuro. Raramente si presenta limpido e
incolore; esibisce di solito bellissime colorazioni violette, blu,
gialle, verdi, rosa. Alcuni tipi, se esposti ai raggi ultravioletti,
presentano un vistoso fenomeno di fluorescenza, fenomeno
che proprio dal minerale prende il nome.
(5)
Apatite Ca5(PO4)3(OH,Cl,F)
Tre specie della famiglia dei fosfati, denominate in funzione dell'anione prevalente:
Clorapatite Ca5(PO4)3Cl
Fluorapatite Ca5(PO4)3F
Idrossiapatite Ca5(PO4)3(OH)
La fluorapatite riveste una peculiare importanza essendo costituente dei maggiori
depositi minerali di sali di fosforo.
(6)
Ortoclasio KAlSi3O8
L'ortoclasio è un Tectosilicato in cui un atomo di silicio su quattro è sostituito da un
atomo di alluminio.
E’ il minerale più abbondante nella crosta terrestre (circa il 12% del suo volume).
L' "habitus" è quello di un prisma esagonale con ai vertici le facce di due romboedri
disposte in modo tale da simulare una bipiramide esagonale.
(7)
Quarzo SiO2
(8)
topazio Al2SiO4(OH,F)2
E’ un minerale silicato d'alluminio e fluoro. I cristalli di topazio più puri e dalla colorazione
più intensa vengono spesso lavorati come gemme ed impiegati in gioielleria.
(9)
corindone Al2O3
Si tratta di un minerale allocromatico, cioè si presenta in tutti i colori. La colorazione
dipende da elementi chimici cromofori, che non alterano la sua composizione
chimica.
Le principali varietà gemmologiche sono:
Smeriglio: varietà opaca di colore da bianco a grigio-bruno. È usato industrialmente
per la preparazione di abrasivi.
Rubino: varietà di corindone di colore rosso
Zaffiro: varietà di corindone di colore blu
(10)
diamante (C)
Una forma allotropica del Carbonio.
Classificazione dei minerali
•
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•
•
•
•
•
•
Carbonati
Solfuri
Solfati
Fosfati
Alogenuri
Ossidi
Elementi nativi
Silicati
carbonati
• Presentano lo ione carbonato, principali
minerali sono la calcite (CaCO3) e la
dolomite (MgCa(CO3)2)
Dolomite MgCa(CO3)2
solfati, solfuri e alogenuri
• I solfati presentano lo ione solfato, il più
comune è il gesso.
• I solfuri sono composti tra lo zolfo ed un
metallo, ad esempio la pirite .
• Gli alogenuri sono composti tra elementi
del gruppo VII della tavola periodica ed un
metallo, il più conosciuto è il salgemma.
pirite
ossidi
• Esempi di minerali appartenenti alla
famiglia degli ossidi sono i corindoni, o
l’ematite (Fe2O3) e la magnetite (Fe3O4 )
elementi nativi
• Minerali formati da un solo elemento, ad
esempio:
• metalli (oro, argento, platino, rame ferro);
• semimetalli (arsenico, bismuto);
• non-metalli (zolfo, diamante, grafite).
silicati
• I silicati costituiscono oltre il 90% della crosta
terrestre e formano tutte le rocce magmatiche e
la maggior parte delle metamorfiche e
sedimentarie.
• costituiscono quasi tutti i materiali inorganici da
costruzione. I graniti e i prodotti artificiali come i
mattoni, i cementi, i mortai, sono silicati, come
pure le ceramiche e i vetri.
ione silicato SiO4
forma tetraedrica
• I silicati vengono classificati su criteri
strutturali ed in particolare sulle modalità di
concatenamento dei tetraedri SiO4. I
tetraedri possono esistere isolati oppure
legarsi mediante i vertici ad altri tetraedri
in gruppi discreti o ad estensione
indefinita.
classificazione dei silicati
• 1) nesosilicati, ortosilicati. Contengono
tetraedri isolati;
• 2) sorosilicati, contengono unità dimeriche;
• 3) ciclosilicati, presentano strutture ad anelli;
• 4) inosilicati (1D), silicati a catene infinite;
pirosseni e anfiboli;
• 5) fillosilicati (2D), silicati a strati - argille e
miche;
• 6) tectosilicati (3D), silicati a network –
feldspati e quarzo.
nesosilicati
I Nesosilicati sono tutti caratterizzati dal gruppo [SiO4]4- dove i
tetraedri sono ordinati in una struttura dove nessun vertice è in
comune. . I cationi più frequenti che troviamo tra le catene sono:
Mg2+ e Fe2+
olivina (nesosilicato)
inosilicati (pirosseni e anfiboli)
Caratterizzati da tetraedri di Silicio ed
Ossigeno legati in catene. Le catene semplici
caratterizzano i pirosseni, le doppie gli
anfiboli. I cationi più frequenti che troviamo tra
le catene sono: Mg2+ e Fe2+ .
augite (pirosseno)
crocidolite (anfibolo) “amianto azzurro”
orneblenda (anfiboli)
fillosilicati
I fillosilicati sono minerali importanti tra cui troviamo le miche
bianche (muscovite), le miche nere (biotite) e i minerali delle argille.
I tetraedri si dispongono su piani paralleli; data la loro struttura sono
sfogliabili.
mica biotite (fillosilicati)
mica muscovite (fillosilicati)
tectosilicati
I tectosilicati sono i più complessi minerali silicatici poiché tutti i
tetraedri mettono in comune i quattro vertici con altrettanti vertici di
altri tetraedri; possiamo dividerli in quarzo e feldspati.
feldspati (alluminiosilicati)
I feldspati compongono il 60% della crosta terrestre.
Nei feldspati avviene la sostituzione parziale del Si con l’Al:
Conseguenza della sostituzione è il formarsi di anioni
Ossigeno che renderebbero la struttura instabile se non
venissero neutralizzati con l’introduzione di cationi.
I feldspati comprendono:
ortoclasio o K-feldspato (presenza di potassio)
plagioclasi (presenza di ioni calcio e sodio)
feldspato (tettosilicati) ortoclasio
quarzo (tectosilicato)
Il quarzo è formato solo da Silicio ed Ossigeno ordinati in una struttura
tridimensionale per cui la formula bruta del minerale è SiO2.
silicati femici
(rapporto Si:O relativamente basso)
• I silicati classificabili come FEMICI (o
MAFICI), contengono una elevata
percentuale di ferro e magnesio oltre a
silicio e ossigeno. Sono scuri e densi.
• Nesosilicati, inosilicati e i fillosilicati come
la Mica Biotite sono femici.
silicati sialici
(rapporto Si:O relativamente alto)
• I silicati SIALICI presentano ioni metallici
come alluminio ma in bassa percentuale
relativamente al silicio. Sono di colore
chiaro e, relativamente ai femici, leggeri.
• I tectosilicati e fillosilicati some la Mica
Muscovite sono sialici.
genesi dei minerali
• Solidificazione diretta di una massa fusa.
• Precipitazione di sostanze disciolte in
soluzione sovrassatura (diminuizione della
temperatura, evaporazione del solvente).
• Altre cause (sublimazione di un vapore, alterazione chimica
di un minerale preesistente).