Polimorfismo e isomorfismo
Scopo:
•Relazione tra struttura e composizione chimica
•Come la struttura reagisce all’influenza esterna
Perché certi minerali si formano in certe condizioni
La costituzione della Terra e dalla sua composizione
O
Si
Al
Fe
Ca
Mg
Na
K
altri
% in peso
crosta mantello
47
46
27.2
21
8.0
5.8
6.3
5.1
2.53
2.8
23
2.3
1.7
<1
<1
terra
29.3
14.7
1.2
34.8
1.4
11.3
<7
La composizione della crosta terrestre, su cui viviamo.
Na K
Mg
Ca
Fe
Al
altri
O
Si
O
Si
Al
Fe
Ca
Na
K
Mg
totale
% peso
46.60
27.72
8.13
5.00
3.63
2.83
2.59
2.09
98.59
% atomica raggio ionico % volume
62.55
1.40
93.8
21.22
0.42
0.9
6.47
0.51
0.5
1.92
0.74
0.4
1.94
0.99
1.0
2.64
0.97
1.3
1.42
1.33
1.8
1.84
0.66
0.3
100.00
100.00
2-
O
Si4+
Al3+
Ca2+
Na+
K+
Fe2+
Fe3+
Mg2+
C4+
Ti4+
RI (Å) RIM/RIO2- coordinazione
1.40
0.42
0.30
4, (6)
0.51
0.36
4, 6
0.99
0.71
8, 6
0.97
0.69
7, 8
1.35
0.95
8, 9
0.74
0.53
6, 8
0.64
0.46
6
0.66
0.48
6, (8), (4)
0.16
0.68
0.11
0.48
% ionicità
1.76
2.03
2.46
2.49
2.59
1.86
55
65
80
80
85
60
2.27
75
1.00
2.18
25
75
L’anione ha raggio ionico
maggiore o molto
maggiore del catione
Legame prevalentemente
ionico: non c’è molecola!
La struttura dei minerali è
determinata dalla disposizione
dell’anione
Atomi rappresentabili
come sfere,
struttura a poliedri di
coordinazione
Un solo anione, O2Un catione prevalente, Si4+
I minerali sono per lo più
silicati (97%)
3
6, (4)
e-neg M-O
I cationi sono posti negli interstizi tra gli ossigeni. Il numero di ossigeni che
circondano un dato catione (numero di coordinazione) dipende dal rapporto tra i
raggi ionici di catione e anione (quasi sempre O).
Coordinazione teorica
0.5
III
IV
VI
VIII
y
1
0.155
0.224
0.415
0.732
Coordinazione 3, solo nel C
2-
O
Si4+
Al3+
Ca2+
Na+
K+
Fe2+
Fe3+
Mg2+
C4+
Ti4+
RI (Å) RIM/RIO2- coordinazione
1.40
0.42
0.30
4, (6)
0.51
0.36
4, 6
0.99
0.71
8, 6
0.97
0.69
7, 8
1.35
0.95
8, 9
0.74
0.53
6, 8
0.64
0.46
6
0.66
0.48
6, (8), (4)
0.16
0.68
0.11
0.48
3
6, (4)
e-neg M-O
% ionicità
1.76
2.03
2.46
2.49
2.59
1.86
55
65
80
80
85
60
2.27
75
1.00
2.18
25
75
Il poliedro più importante: SiO44+. E’ un tetraedro!
Vari modi di rappresentarlo, ma solo il primo rispetta il rapporto tra i raggi ionici
L’Al3+ può avere coordinazione tetraedrica, ma
anche ottaedrica, 6 (è più grande del Si)
Le regole di Pauling (non nell’ordine),
solidi ionici
• Il rapporto Rcatione/Ranione determina la
cordinazione
• La somma delle cariche degli anioni compensa
quelle dei cationi (valore generale: predizione
formula; valore locale, più complicato)
• I poliedri cercano di mettere in comune il meno
possibile (a maggior ragione più è alta la carica
del catione e più è bassa la coordinazione)
Non sono verità assolute: dettato dalla necessità di ridurre l’entalpia, ma…
G = H - TS + PV
Regola coordinazione
Regola carica (locale)
Regola repulsione
Polimorfismo
Polimorfismo distorsivo quarzo
α
SiO2
Stishovite
Pressure (GPa)
10
8
β
6
Coesite
4
2
- quartz
- quartz
Liquid
Cristobalite
Tridymite
600
1000
1400
1800
2200
Temperature C
o
2600
Polimorfismo ricostruttivo
quarzo β - cristobalite
quarzo β
SiO2
Stishovite
Pressure (GPa)
10
8
cristobalite
6
Coesite
4
2
- quartz
- quartz
Liquid
Cristobalite
Tridymite
600
1000
1400
1800
2200
Temperature C
o
2600
Sillimanite
Andalusite
Microclino
(KAlSi3O8, ordinato)
Sanidino (KAlSi3O8 disordinato)
Polimorfismo ordine-disordine
Albite
(NaAlSi3O8, ordinato)
Isomorfismo e diagrammi di stato
A+L
B+L
A+B
A
mol % B
B
zonatura
riassorbimento