MINERALI
• La litosfera è l'involucro esterno della terra (1,5% del
raggio terrestre). E' costituita da rocce che hanno
caratteristiche diverse ,a loro volta costituite da minerali,
prevalentemente silicati. La terra è divisa in:
• Nucleo
Mantello
Crosta (Litosfera) E' soggetta a continui mutamenti, che
hanno cambiato il suo aspetto nel corso del tempo,
modellandola.
Per comprendere gli eventi passati e quelli attuali lo
studio dei minerali è senza dubbio il metodo più
immediato e corretto.
composizione crosta terrestre
• ossigeno: 46,6%;
• silicio: 27,7%;
• alluminio: 8,1%;
• ferro: 5,0%;
• calcio: 3,6%; sodio: 2,8%; potassio: 2,6%; magnesio:
2,1%
• costituiscono quasi il 99% e sono detti elementi
maggiori.
• Fosforo, titanio, e manganese 1% e 0,1% elementi
minori.
• Gli altri elementi (inferiori allo 0,1%) sono detti elementi
in traccia.
• Le caratteristiche di una roccia o di un
minerale dipendono infatti dalle condizioni in
cui si sono formati e una analisi attenta può
fornire indizi per ricostruire l'ambiente
chimico-fisico, il clima e le forze che ne hanno
determinato la formazione.
La crosta terrestre ha fornito e fornisce
tutt'ora materiali diversi e utilissimi, basti
pensare l'ossidiana e la selce nell'antichità,
ferro e altre leghe, il petrolio, il carbone e i
graniti.
• MINERALE = corpo inorganico
naturale dalla composizione chimica
definita e costante.
I vari minerali si differenziano tra
loro sia 1)per la diversa natura degli
elementi sia 2)per il modo in cui gli
atomi, o gli ioni, sono disposti nello
spazio a formarne la struttura.
Ogni minerale può essere
riconosciuto in base a un insieme di
proprietà fisiche e chimiche
costanti, che permettono di
identificarlo e distinguerlo dagli
altri.
• Vi sono minerali costituiti da :
• A) semplici elementi (Zolfo, Oro, Argento)
• B) composti chimici, che contengono due o più elementi in
proporzioni sempre costanti,
• C) soluzioni solide di sostanze costituite da ioni di carica e
dimensioni simili (miscele isomorfe)..
Nel caso A) e B) ogni minerale ha la sua formula mineralogica
definita . Es. CaCO3 = calcite
Nel caso C) i minerali hanno una composizione variabile, perché
campioni diversi dello stesso campione possono differire nella %
di alcuni ioni(vicarianti). Per esempio nell'Olivina: (Mg,Fe)2 SiO4, i
due elementi separati dalla virgola indicano la possibilità che due
ioni possano sostituirsi l'uno all'altro e occupare gli stessi spazi
senza alterare la struttura cristallina, questo perchè hanno
dimensioni e cariche molto simili. Olivine= minerali costituiti da
miscele isomorfe in tutte le proporzioni di MgSiO4 e FeSiO4
Questo processo si chiama vicarianza.
• Quasi tutti i minerali si presentano sottoforma di cristalli.
Quasi tutti i minerali hanno una tipica e definita struttura
cristallina e raramente si presentano allo stato
amorfo(caratterizzato da struttura interna disordinata che si
manifesta con una forma esterna non geometrica), ma può
capitare che lo stesso composto dia origine a una o all'altra
struttura in base alle condizioni di solidificazione (Polimorfismo)
• POLIMORFISMO= si ha quando una stessa sostanza può esistere in
forme mineralogiche con struttura e proprietà differenti.
• Es. di polimorfismo = opale(amorfo) e quarzo(struttura
cristallina)SiO2, aragonite (amorfo)e calcite(struttura
cristallina)CaCO3, diamante e grafite (C)
• CRISTALLO= corpo solido delimitato esternamente da superfici
piane dette facce, che si intersecano lungo linee dette spigoli, che
formano angoli diedri, costanti per la stessa sostanza.
Abito cubico
Abito ottaedrico
Abito tetraedrico
Abito prismatico
SiO2
Al2Be3(Si6O18)
Cu2[(OH)2CO3]
Al2O3
Al2Be3(Si6O18)
Al2Be3(Si6O18)
I cristalli possono essere :
• Naturali = minerali
• Artificiali
Possono avere dimensioni
varie:
• Individui isolati(di
dimensioni maggiori)
• Raggruppati con
aspetto
regolare(geminati)
• Raggruppati in modo
irregolare(geodi
• o druse)
Abito cristallino: aspetto complessivo di un cristallo.
L'abito dei cristalli è la forma esterna, espressione della
disposizione atomica interna ordinata.
Un minerale assume un determinato abito in funzione della
simmetria del reticolo cristallino ,degli elementi che lo
compongono e delle modalità di accrescimento.
La simmetria del reticolo cristallino è sempre
riconducibile alla cella elementare(la più piccola unità
della struttura, che se ripetuta indefinitamente nelle tre
dimensioni dello spazio formerà l’intero reticolo cristallino)
Abito cristallino della fluorite
I solidi cristallini sono formati da un aggregato tridimensionale di ioni, atomi o
molecole disposti nello spazio con un certo ordine e che costituiscono un reticolo
tridimensionale o cristallino. Ai solidi amorfi non spetta alcuna forma geometrica
esterna o struttura interna ordinata.
Un cristallo è composto da unità semplici dette celle elementari che ripetute nello
spazio formano l’intero reticolo. Nel 1912 il fisico tedesco Max von Laue sottopose
un cristallo di solfato di rame ai raggi X e ottenne su una lastra fotografica posta
dietro al cristallo uno spettro di diffrazione che mostrava il reticolo del cristallo.
• I cristalli possiedono degli elementi di
simmetria rappresentati principalmente da
assi, piani e centro
• In base al numero e al tipo degli elementi di
simmetria i cristalli vengono riuniti in tre
gruppi suddivisi a loro volta in sette sistemi
contenenti 32 classi. Ogni minerale appartiene
ad una sola classe e ciò può costituire un
elemento utile per il suo riconoscimento
CLASSIFICAZIONE MINERALI
• Vengono suddivisi in 8 classi o famiglie,
che comprendono:
• a)composti e miscele isomorfe come
SILICATI E NON SILICATI( vengono
suddivisi in base al nome dell’anione
che caratterizza il minerale).
• b)ELEMENTI NATIVI.
SILICATI
•
I silicati sono i costituenti del più del 90% della crosta
terrestre.
Sono composti di Silicio e Ossigeno e tutti tranne il Quarzo
(SiO2) contengono uno o più elementi metallici (Al - Fe - Mg
- K - Na - Ca..).
Nonostante abbiano caratteristiche diverse in tutti è
presente la stessa struttura di base (SiO4)4- poichè il Silicio
ha n°ox 4 e l'ossigeno n°ox -2, il n°ox del tetraedro
corrisponde a (SiO4)4- (Le valenze residue sono saturate dai
cationi). 1 atomo di Silicio è legato a 4 atomi di Ossigeno,
ciascuno dei quali ha una carica negativa ai vertici del
tetraedro. I tetraedri isolati non sono stabili e possono
legarsi tra loro in diverso modo, condividendo alcuni o tutti
gli atomi di Ossigeno.
Se gli atomi di Ossigeno sono condivisi in modo tale da
saturare tutte le carice negative , risulta un complesso
neutro e il rapporto tra atomi di Ossigeno e Silicio è di 2:1.
Il composto avrà formula SiO2 e darà origine a minerali
diversi, secondo le modalità di cristallizzazione (il Quarzo è
il più diffuso).
• I silicati si classificano in base alla disposizione e ai
legami tra i tetraedri in :
• NESOSILICATI
• SOROSILICATI
• CICLOSILICATI
• INOSILICATI
• FILLOSILICATI
• TECTOSILICATI
• In base alla % di tetraedri e di ioni metallici in:
• SILICATI FEMICI o mafici(bassa % di tetraedri e alta %
di ioni metallici come Fe e Mg; sono scuri e densi)
• SILICATI SIALICI o felsici(alta % di tetraedri, bassa % di
ioni metallici, prevalenza di Al, chiari e meno densi)
NESOSILICATI
• Sono Silicati a Tetraedri isolati in
cui l’ossigeno è condiviso con ioni
positivi per es.Magnesio e Ferro.
Gli ioni di ossigeno non vengono
condivisi tra i diversi tetraedri e la
formula risulta SiO4. Le Olivine,
costituite dai tetraedri isolati, sono
tenute insieme da cationi (Mg Fe), sono soluzioni solide di
minerali con vario contenuto di Fe
e Mg, sono dure e compatte, con
una colorazione tipica verde.
Solidificano ad elevate
temperature e hanno una densità
elevata.
Peridoto o
olivina
GRANATO
CICLOSILICATI
• Sono silicati ad anelli di tetraedri (berillio,
tormalina), sono costituiti da anelli di 3,4,6
tetraedri, in cui gli atomi di ossigeno condivisi
sono 2. La formula risulta SiO3 , Si4O12 , Si6O18.
Berillo(varietà smeraldo)
INOSILICATI
• Sono silicati a catene di tetraedri.
A)Se le molecole sono costituite da
catene lineari semplici di tetraedri sono
detti Pirosseni, scuri e densi, ricchi di Fe
e Mg (SiO3)n.
B)Se le molecole sono costituite da
catene lineari doppie sono dette
Anfiboli, con composizione variabile e
una colorazione che va dal verde
al marrone al blu (Si4011)n
• Es. amianto(fibre)
•
serpentino
Pirosseni e Anfiboli si sfaldano
facilmente lungo le direzioni parallele
alle catene di tetraedri.
FILLOSILICATI
• Sono silicati a strati di tetraedri (Miche).Le
unità sono collegate in strutture laminari( si
formano maglie esagonali che si estendono su
un piano)
Si presentano in grossi cristalli esagonali, la
cui caratteristica è la facile sfaldatura in piani
paralleli(sfaldatura lamellare), lungo i piani di
tetraedri.
Esistono due tipi di Mica, la scura (Biotite con
Fe e Mg) e la chiara (Muscovite con Al).
Sono fillosilicati anche i minerali argillosi, che
si formano sotto forma di masse porose
(Caolinite), il talco e la clorite(verde)
Hanno in genere struttura microcristallina o
amorfa, costituita da particelle piccole,
osservabili solo al microscopio elettronico.
•
•
•
TECTOSILICATI
Sono silicati a struttura spaziale (Felspati) e
hanno tutti gli atomi di ossigeno in comune.
I tetraedri sono disposti in reticolo
tridimensionale.
La famiglia dei Feldspati è molto varia, i tetraedri
non hanno sempre la stessa composizione, si
alternano infatti tetraedri con silicio e ossigeno e
tetraedri in cui l'ossigeno è legato ad un atomo
centrale di alluminio.
La differenza tra i feldspati dipende dai diversi
rapporti di combinazione tra i due tipi di
tetraedri e dalla quantità diversa di Ca, K, Na.
I feldspati sono in genere chiari ed incolori,
comprendono plagioclasi,(albite e anortite) e
feldspati di potassio (es.ortoclasio) ,che
possono avere colori diversi, bianco, grigio, rosa .
Altro tipo di tectosilicati sono i feldspatoidi,
simili ai feldspati, ma con una minore
percentuale di silice e un maggiore numero di
cationi. Questi sono chiari ed incolori.
ORTOCLASIO
(allumosilicato di
K)
ALBITE
(plagioclasio
bianco =
allumosilicato
di Na
LEUCITE
(feldspatoide)
SOROSILICATI
• Silicati costituiti da
tetraedri uniti a coppie,
tramite un atomo di O
• (es. EPIDOTO E
CALAMINA)
epidoto
MINERALI NON SILICATI
• I minerali non-silicati sono;
1)ELEMENTI NATIVI, costituiti da un solo
elemento chimico, ad esempio Oro,
Argento, Rame, Zolfo,
Carbonio(diamante, grafite)
+ COMPOSTI suddivisi in base allo ione
negativo che caratterizza il minerale
come:
2)OSSIDI:Ossido di Alluminio Bianco (Allumina
- Bauxite), corindone per es.nelle varietà
blu(zaffiro), rossa (rubino) ,
gialla(topazio)ecc
Magnetite (FeO . Fe2O3)
Limonite (Fe2O3 . N H2O)
Quarzo (SiO2)
Spinello (Mg, Fe) Al2O4)
3)ALOGENURI: Composti degli alogeni:
Salgemma (NaCl)
Silvite (KCl)
Fluorite CaF2
4)SOLFURI:
Argentiti (Ag2S)
Blenda (ZNS) si estrae zinco e piombo
Galena (PBS) si estrae zinco e piombo
Cinabro (HgS)
Pirite (FeS2)
5)CARBONATI: Calcite:
Carbonato di Calcio CaCO3
Aragonite CaCO3
Dolomite (Carbonato doppio di Calcio e
Magnesio) CaMg(CO3) 2
6)SOLFATI:
Gesso (CaSO4 .2H2O)
ANIDRITE (CaSO4)
BARITE (BaSO4)
7) FOSFATI
Apatite Ca5F (PO4)3
•
Le proprietà fisiche più utilizzate per l'identificazione sono:
•
Durezza: la durezza di un minerale è misurata dalla capacità di un minerale di scalfire o
essere scalfito da altri minerali e si misura solitamente secondo la scala di Mohs di durezza
dei minerali, con valori crescenti da 1 (talco) a 10 (diamante).
Lucentezza: indica il modo in cui la superficie del minerale interagisce con la luce e può
variare da opaca a vetrosa. Si divide in lucentezza metallica,(che riflette completamente la
luce) e lucentezza non metallica(che invece la rifrange)
Colore: indica l'aspetto del minerale in luce riflessa (ciò che vede l'occhio nudo). Il colore di
un minerale può dipendere esclusivamente dalla sua composizione chimica (come nel caso
dei minerali idiocromatici), oppure dalla presenza di impurità (come nel caso dei minerali
allocromatici). Il colore, facile da individuare, in molti casi non è diagnostico per il
riconoscimento poiché la stessa specie mineralogica può presentare differenti colorazioni.
Birifrangenza: proprietà ottica, evidenziabile in luce trasmessa, ossia interponendo il
minerale tra la fonte luminosa e l'osservatore. Attraverso un cristallo con proprietà
birifrangenti è possibile osservare gli oggetti con contorni sdoppiati (classico esempio è la
calcite).
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Sfaldatura: proprietà che hanno alcuni minerali di rompersi lungo certi piani di <
resistenza. I piani di sfaldatura sono sempre paralleli a facce del cristallo
Frattura: descrive il modo in cui un minerale si rompe senza seguire i piani di
sfaldatura. Solitamente le superfici di fratturazione non sono piane, ma hanno una
morfologia irregolare, presentandosi a forma concoidale, irregolare, fibrosa.
Densità: è la massa del minerale, relativa ad 1 cm³ di volume. Viene misurata con
l'ausilio di una bilancia di precisione e di un picnometro.
Conducibilità: consiste nel verificare se il minerale è un buon conduttore elettrico.
Altre proprietà: diversi tipi di luminescenza come
A) la fluorescenza=proprietà di alcune sostanze di riemettere a frequenza più
bassa le radiazioni ricevute, in particolare di assorbire luce ultravioletta ed
emetterla visibile,come accade per esempio negli evidenziatori )
B) la fosforescenza=si distingue dalla fluorescenza perché in quest'ultima l'effetto è
immediato e si interrompe appena viene interrotta la fonte di energia,mentre nella
fosforescenza l’effetto continua anche dopo.
C) la triboluminescenza =luminescenza che si manifesta in alcuni materiali che,
sottoposti a sforzi meccanici
D) il magnetismo=alcuni minerali (ad esempio la magnetite) sono in grado di
attrarre la limatura di ferro o piccoli oggetti ferrosi e paramagnetismo,
radioattività, malleabilità (risposta ai cambiamenti di forma dovuti ad azione
meccanica).
Indice di rifrazione
• Un raggio luminoso, che incontra la superficie
limitante due mezzi trasparenti di diversa natura,
subisce una deviazione nel suo cammino detta
“rifrazione”.
• A seconda della maggiore o minore densità ottica del
secondo mezzo l’angolo di incidenza “i” risulterà
maggiore o minore di quello di rifrazione “r”.
• n = sen i
sen r
“n” è definito come indice di rifrazione del
secondo mezzo ad esempio quarzo rispetto al primo
ad esempio aria.
Tanto più grande sarà il valore di “n” tanto maggiore
sarà la deviazione subita dal raggio rispetto a quella
originaria (max indice diamante e min. fluorite)
Indice di rifrazione
Caratteristiche fisiche
• Quando un minerale si elettrizza a seguito del
riscaldamento si parla di piroelettricità (es.
tormalina)
• Piezoelettricità è il fenomeno per cui un cristallo, che
viene sottoposto a compressione meccanica, si
elettrizza polarizzandosi ai suoi estremi. Oltre che
delle tormaline, questo è il caso del quarzo quando la
pressione viene esercitata nella direzione dell’asse
polare del cristallo
SCALA DI MOHS
• 1)Talco
Si possono scalfire
2)Gesso
con l'unghia
•
3)Calcite Si possono scalfire
4)Fluorite con l'acciaio
5)Apatite
6)Feldspato(ortoclasio)
Scalfisce l'acciaio con difficoltà
7)Quarzo
8)Topazio Scalfiscono facilmente l'acciaio
9)Corindone
10)Diamante
N.B Per vedere i minerali della scala vai su:
www.ludotecascientifica.it/minerali.htm
www.liceoalberti.it/~werty/scienze/
SITI INTERESSANTI
• www.minerva.unito.it/Chimica&Industria/Sist
emaPeriodico/TabellaSemplice.htm
• www.liceoalberti.it/~werty/scienze/
• www.minerali.it
• www.webalice.it/lucpaset/mineralialpini
• www.mineralidelpiemonte.com/