UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CATANIA - SISSIS VIII - CICLO CLASSE 59/A
Didattica di Mineralogia e Litologia
Laboratorio di Mineralogia e Litologia
prof. Ioppolo
Nativo Giorgio
Sortino Elisabetta
Testa Giorgio
Valido Stefania
Unità Didattica
Differenza tra composti ed elementi chimici
Prerequisiti Principali grandezze fisiche
Struttura interna della terra
Contenuti
Minerali, loro struttura e proprietà
Laboratorio: Esempi di minerali
Obiettivi
Conoscere le proprietà dei minerali
Saper riconoscere un minerale
Tempi
2 ore di lezione frontale
1 ora di laboratorio
1 ora di verifica (Test scritto)
Dove vivono tutti gli organismi viventi?
Sulla “LITOSFERA”
Essa costituisce la parte più
esterna della terra, formata da
sostanze inorganiche e naturali
che si presentano allo stato
solido.
Come si presenta?
Cosi come un mosaico
è fatto da tasselli
tutti differenti fra di
loro, la nostra
Litosfera è formata
da rocce, i cui tasselli
sono i minerali.
Quali sono i “componenti” della litosfera?
Riolite
Quarzo
Rame
Andesite
Gesso
Pomice
MINERALI E ROCCE SONO DUE SOSTANZE
BEN DISTINTE TRA LORO!
Sono
sostanze
inorganiche
omogenee (cioè formate nello
stesso modo in tutte le sue
parti) che si trovano nella
superficie terrestre. La loro
composizione chimica può essere
espressa da una formula.
Sono minerali o miscugli di minerali,
che si trovano in natura in tale
quantità
da costituire parte
integrante della litosfera. Esse si
formano tramite uno o più processi
geologici.
Se un minerale esiste in natura in grande quantità, tanto da costituire parte
integrante della crosta terrestre, viene chiamato roccia semplice.
Quali elementi della Tavola Periodica costituiscono i minerali?
Solamente otto elementi costituiscono il
98% della crosta terrestre.
Silicio
Ferro
Magnesio
•
Ossigeno
Alluminio
Calcio
Sodio
Potassio
Solo l’Ossigeno costituisce il 47% della
crosta terrestre !!!
L’Ossigeno molecolare in natura si trova allo stato gassoso, ma legato
ad altri elementi chimici può formare composti solidi, nel nostro caso
minerali e rocce.
L’Ossigeno si lega principalmente con il Silicio formando i SILICATI
Come si presentano i minerali?
Se prendiamo un mucchio di mattoni e lo buttiamo in un angolo, in modo
disordinato e alla rinfusa, rimarrà un mucchio di mattoni, se invece li
sistemiamo in modo ordinato creeranno un edificio.
Allo stesso modo se le particelle di un minerale si comportano come il
mucchio di mattoni saranno allo stato amorfo, invece se saranno come
l’edificio si troveranno allo stato cristallino.
Elementi geometrici di un cristallo
Un cristallo è un solido geometrico con facce, spigoli e vertici dovuti a un
regolare accrescimento, atomo dopo atomo, a partire da una struttura
tridimensionale elementare.
Spigoli = rette
risultanti
dall’incontro di
due facce.
Facce = superfici generalmente
piane che limitano il cristallo.
Vertici = punto
d’incontro di tre
o più spigoli
concorrenti.
V+F=S+2
(Legge di Eulero)
Elementi di simmetria di un cristallo
Piano di simmetria = piano immaginario
che divide il cristallo in 2 parti
specularmente uguali, tali cioè che una
metà del cristallo, riflessa in uno
specchio, riproduca l’altra (simmetria
assiale).
Centro di simmetria = punto
immaginario centrale al cristallo,
equidistante
da
due
facce
parallele e fisicamente equivalenti
(simmetria centrale).
Asse di simmetria = retta immaginaria
intorno alla
può degli
essereelementi
ruotato di
il simmetria di un dato
Grado di simmetria
= quale
l’insieme
cristallo
di un angolo
inferiore
360°,
cristallo, cioè
il complesso
dei suoi
piani, adei
suoiinassi e del suo centro di
simmetria. modo che esso assuma nello spazio una
posizione identica a quella di partenza.
Struttura di un minerale
Un filare è la ripetizione di una particella per una distanza fissa.
Due fasci di filari formano un piano reticolare.
La cella elementare è la più piccola
unità di una struttura che ripetuta
all’infinito genera l’intera struttura
Il reticolo cristallino è caratterizzato da
una disposizione degli atomi nello spazio a
intervalli regolari nelle tre dimensioni.
= ogni risposta misurabile del
materiale a qualche causa esterna
Dipendono da:
Composizione chimica
Tipo di legame chimico
Struttura cristallina
1. Sono diagnostiche
2. La loro conoscenza permette l’utilizzo tecnologico dei minerali
3. La conoscenza delle relazioni tra struttura e proprietà fisiche
permette la sintesi di materiali nuovi.
Sono descritte soltanto da un numero e non dipendono
dalla direzione nella quale vengono misurate (es. Peso
specifico, Densità, Punto di fusione)
Variano al variare della direzione nella quale
vengono misurate e per essere descritte hanno
bisogno di un numero, una direzione e un verso;
es., Forma cristallina, Abito cristallino,
Dilatazione termica, Durezza, Sfaldatura e
frattura,Tenacità, Proprietà ottiche (Colore,
lucentezza,…)
Una caratteristica fondamentale dello stato solido cristallino, conseguenza dell’ ordine
strutturale è l’anisotropia:
Anisotrope sono tutte quelle sostanze che presentano almeno una proprietà che varia
al variare della direzione.
Isotrope sono quelle sostanze per le quali le proprietà non mostrano variazioni, si
mantengono cioè costanti, al variare della direzione.
Forma cristallina
= l’insieme delle facce di un cristallo
fisicamente equivalenti.
Le forme possono essere
Chiuse:
Aperte:
sono associate ad
altre forme
includono interamente
una porzione di spazio
Nella maggior parte dei casi la
forma macroscopica dei cristalli non
è sempre uguale, ma si può
presentare in varie combinazioni, più
o meno sviluppate.
La forma esterna dei cristalli è l’espressione
della loro disposizione atomica interna ordinata.
Abito cristallino
= è la descrizione delle forme e degli
aggregati che un determinato minerale può
assumere in natura.
L'abito è dovuto al prevalere delle forme
che si accrescono più lentamente (in quanto
le forme che si sviluppano prima presentano
facce
più
piccole
o
addirittura
completamente
oscurate
dalle
facce
formatesi in più tempo).
Salgemma
Un minerale assume un determinato abito in
funzione di:
• simmetria del reticolo cristallino degli
elementi che lo compongono;
• modalità di accrescimento temperatura,
pressione, tempo e spazio a disposizione, ecc.
Berillo
Diamante
Pirite
Fluorite
Pirite
Peso Specifico
= è il rapporto fra il peso di un minerale ed il
peso di un egual volume di acqua distillata; è
quindi una grandezza adimensionale.
è importante perché alcuni minerali apparentemente molto simili per l’aspetto
esterno differiscono per il loro peso specifico.
Quarzo
p.s. = 2,6
Densità
Pirite
p.s. = 5,1
Argento
p.s. = 9,6-12
Oro
p.s. = 15,5 - 19,3
= è il rapporto fra la massa di un minerale ed il suo
volume; si misura perciò in grammimassa per centimetro
cubo (g/cm3).
è importante perché, grazie a questa proprietà, si riescono a separare
facilmente i minerali utili da una miscela.
Punto di fusione
= è la temperatura alla quale un minerale
perde la propria struttura cristallina e
passa allo stato liquido.
Minerali amorfi
Minerali cristallini
Diamante
Fusione graduale
Fusione brusca
Quarzo
solido  liquido
solido  pastoso  liquido
Antimonite
Il fenomeno della fusione di solidi cristallini è caratterizzato da 2 regole:
• un corpo puro fonde sempre alla stessa temperatura, detta punto di
fusione, che dipende solo dalla natura del corpo e dalla pressione alla quale è
sottoposto;
• la temperatura del corpo rimane inalterata durante tutto il processo di
fusione.
Dilatazione termica
= è la facoltà dei minerali di dilatarsi
lungo le tre direzioni dello spazio, se
sottoposti a riscaldamento.
Cristalli di:
Salgemma
Quarzo
Zolfo
Ossidiana
Si deformano
Il coefficiente di dilatazione termica è la
variazione di volume per unità di temperatura.
Non si deformano
Durezza
= resistenza che un minerale oppone ad essere scalfito.
La scala di durezza di Mohs
scalfibili dall’unghia = teneri
1. Talco
2. Gesso
3. Calcite 4. Fluorite 5. Apatite 6. Ortoclasio
7. Quarzo
8. Topazio
9. Corindone 10. Diamante
scalfibili da
una punta
d’acciaio =
semiduri
non scalfibili
da una punta
d’acciaio = duri
Sfaldatura =
è la tendenza di un minerale a rompersi per urto
secondo superfici piane, parallele ad una o più facce
dell’abito cristallino.
salgemma
Il salgemma si sfalda lungo le superfici
che formano angoli diedri di 90° fra loro,
formando frammenti di forma cubica.
Frattura =
è la tendenza di un minerale a rompersi per urto,
generando frammenti aventi superfici irregolari o di
aspetto scheggioso, o ancora, ad andamento curvo.
Frattura concoide
ossidiana
Frattura irregolare
Quarzo
Tenacità
= è la maggiore o minore resistenza alle sollecitazioni
meccaniche di un minerale.
 fragili, se facilmente fratturabili (quarzo);
 settili, se facilmente tagliabili con una lama (gesso);
 malleabili, se facilmente riducibili in lamine (oro);
 duttili, se facilmente riducibili in fili (rame);
 flessibili, se capaci di deformazioni plastiche (talco);
elastici, se capaci di deformazioni elastiche (miche).
Lucentezza
In generale,
= proprietà che indica la capacità di un minerale
di riflettere la luce.
i tipi di lucentezza osservabili sono due:
Sebbene la distinzione tra i due tipi non sia facile da descrivere è abbastanza
semplice riconoscerli a occhio nudo.
La lucentezza metallica è quella tipica di minerali metallici (cromo, acciaio,
rame, oro); solfuri (pirite e galena); ossidi (ematite) che riflettono la maggior
parte della luce incidente. Questi minerali sono infatti opachi alla luce e non si
lasciano attraversare anche se hanno spessori molto sottili.
I minerali non metallici, invece, sono quelli che si lasciano attraversare (seppur
in modo variabile) dalla luce.
Hanno
Lucentezza metallica
Galena
gli elementi nativi di
tipo metallico ed
alcuni solfuri …
Rame
Oro
Antimonite
Ematite
Argento
… mentre per i minerali non-metallici vengono utilizzati altri termini per
descrivere ulteriormente la loro lucentezza.
vitrea
- la più
comune nei minerali
(quarzo, corindone);
adamantina molto viva,
caratteristica
del diamante;
grassa – la superficie
madreperlacea –
caratteristica dei
minerali costituiti
da strati sottili
iridescenti,
(es. miche);
resinosa –
caratteristica
di un minerale
con aspetto
simile alla resina
(zolfo);
appare unta (talco);
terrosa – non si ha
riflessione perché si
tratta di un aggregato
di microcristalli
(es. argille e bauxite);
sericea
- tipica di
minerali fibrosi;
Trasparenza, Traslucidità, Opacità
Spesso i minerali vengono descritti sulla base delle qualità di luce
che possono trasmettere. Tali proprietà sono raggruppate sotto il
termine diafanità, che esprime proprio “ la qualità della trasmissione
della luce di un minerale”.
Sulla base di questo termine un minerale può essere:
Trasparente Quando la luce attraversa il minerale ed è
possibile osservare nitidamente quello che c’è dietro.
Berillo
Traslucido Quando la luce attraversa il minerale, ma il suo
grado di trasparenza permette solo di percepire la forma di
un oggetto posto dietro, ma non di distinguerne i contorni.
Fluorite
Opaco I minerali che riflettono quasi tutta la luce
Galena
che li colpisce, ossia la luce non passa attraverso il
minerale.
Colore
= è dovuto ad un assorbimento preferenziale di varie lunghezze
d’onda fra le innumerevoli che compongono lo spettro della luce
bianca. È strettamente dipendente dal chimismo e dalla struttura.
Minerali idiocromatici
PIRITE
MALACHITE
QUARZO
CINABRO
AZZURRITE
sempre lo stesso colore
colori diversi = impurità
Il “Colore” di un minerale, è quello che si osserva in luce naturale
Colore della polvere (striscio)
In molti minerali (soprattutto quelli metallici) è molto utile
esaminare il colore della polvere del minerale stesso.
Per la determinazione del colore
della polvere (o striscio) si usa
una piccola piastrella di
porcellana bianca ruvida
chiamata tavoletta di striscio
(durezza pari a 7), nella quale
viene “strisciato” il minerale.
Minerali opachi = polvere scura.
Minerali trasparenti = polvere bianca o colore più tenue del minerale.
AMETISTA - SiO2 CLASSE MINERALOGICA: silicato
GRUPPO: dimetrico
SISTEMA: trigonale
ABITO: prismatico esagonale terminato con una piramide a
sei facce romboedriche, ma l'ametista si trova spesso in druse,
geodi e come incrostazione.
DUREZZA: 7
PESO SPECIFICO: 2,60 - 2,65
COLORE: viola (in varie tonalità)
LUCENTEZZA: vitrea
TRASPARENZA: da trasparente a traslucida
SFALDATURA: assente
STRISCIO: polvere bianca
FRATTURA: concoide
GENESI: si forma in ambiente igneo (spettacolari esempi
di cristallizzazione) ed all'interno di fratture di rocce
metamorfiche.
GIACIMENTI: i principali giacimenti di questa varietà
di quarzo sono in Brasile (Minas Gerais, Rio Grande do Sul, Bahaia), Uruguay,
Canada (Thunder Bay), USA (Arkansas, Montana, Maine, North Carolina),
Messico (Guerrero, Vera Cruz), varie località africane (bei campioni in
Madagascar), India, Germania, Russia (Urali) ed Italia.
CENNI STORICI: il nome deriva dal greco amethystos
che significa " colui che non si ubriaca ", in quanto
attribuivano a questa pietra la capacità di rendere immune
dagli effetti dell'alcool chiunque ne portasse un pezzo con sè;
anche al giorno d'oggi vengono attribuite numerose proprietà
all'ametista che resta tutt'ora la più famosa varietà di quarzo.
ALTRE CARATTERISTICHE ED UTILIZZO: é una
varietà di quarzo; é molto diffusa ed a seconda della tonalità
di viola e del tipo di cristallizzazione é spesso possibile
risalire al giacimento d'origine; ha le stesse proprietà fisicochimiche del quarzo. Il suo utilizzo é in campo gemmologico
(é la gemma che presenta la più bella tonalità di viola, non
costa uno sproposito solo a causa della facilità che si ha nel
reperirla), in campo ornamentale (famose le geodi d'ametista
e gli oggetti prodotti con ametista lavorata), in campo
collezionistico ed attualmente gode di molto credito nel
campo della cristalloterapia.
COMMENTO: l'ametista ha un colore viola molto bello e
cristallizza a volte in forme spettacolari.
GESSO - CaSO4.2H2O CLASSE MINERALOGICA: solfato
GRUPPO: trimetrico
SISTEMA: monoclino
ABITO: tabulare, prismatico, a volte il gesso si presenta in
concrezioni ad alte percentuali di granelli di sabbia dette "rose del
deserto"; sono frequenti i geminati e le masse microcristalline.
DUREZZA: 2
PESO SPECIFICO: 2,3
COLORE: incolore, bianco, giallo, giallo-rossastro fino a bruno,
grigio e nero
LUCENTEZZA: da vitrea a madreperlacea
TRASPARENZA: i cristalli sono da trasparenti a traslucidi
SFALDATURA: buona in una direzione, distinta nelle altre due
STRISCIO: polvere bianca
FRATTURA: irregolare (raramente distinguibile)
GENESI: genesi sedimentaria, il gesso in particolare si trova in
giacimenti di tipo evaporitico
GIACIMENTI: Spagna, Egitto, Stati Uniti (Utah e Colorado),
Russia, Francia, Inghilterra, Polonia; in Italia è possibile trovare
gesso in Toscana e Sicilia
CENNI STORICI: é uno dei minerali più antichi che si
conoscono, sin dai tempi della Magna Grecia che dell'impero
romano il gesso veniva impiegato nella fabbricazione di calchi di
volti umani e più in generale nel mondo dell'arte; nel 1695 il gesso
ebbe l'onore di essere studiato (prima volta in assoluto per un
minerale) al microscopio.
ALTRE CARATTERISTICHE ED UTILIZZO: quando si
presenta incolore, trasparente e con lucentezza perlacea abbiamo la
varietà di gesso detta selenite (dal nome greco di luna); è spesso
associato ad anidrite (minerale che può trasformarsi in gesso per
assorbimento d'acqua); i cristalli sono flessibili ma non elastici,
hanno una conduttività termica molto bassa, a volte possono essere
fluorescenti; il gesso può avere molte inclusioni tra cui (oltre ai già
citati granelli di sabbia) anche bolle d'acqua e aria. Il gesso si utilizza
in edilizia, in medicina, per i calchi, per la fabbricazione dello solfo
e dell'acido solforico, nell'industria della carta, della gomma, dei
coloranti; la varietà alabastro gessoso si utilizza per scolpire piccoli
oggetti ornamentali, la varietà selenite come pietra pregiata.
COMMENTO: si riconosce grazie ad abito, flessibilità dei cristalli,
lucentezza e soprattutto dal fatto che è facilmente rigabile (basta
un'unghia).
QUARZO - SiO2 CLASSE MINERALOGICA: silicato
GRUPPO: dimetrico
SISTEMA: trigonale
ABITO: il più comune é quello prismatico esagonale terminato con una
piramide a sei facce romboedriche, ma quarzo si trova in druse, geodi,
botroidale, globulare, stalattitico.
DUREZZA: 7
PESO SPECIFICO: 2,60 - 2,65
COLORE: incolore (var. ialino o cristallo di rocca), viola (var. ametista),
giallo e arancio (var. citrino), marrone, nero e grigio (var. affumicato),
rosa (var. rosa), bianco (var. latteo); sono possibili anche colorazioni
intermedie e casi di policromatismo (cristalli in parte gialli e in parte viola,
var. ametrino).
LUCENTEZZA: vitrea
TRASPARENZA: da trasparente a traslucida ad opaca
SFALDATURA: assente
STRISCIO: polvere bianca
FRATTURA: concoide
GENESI: si trova veramente ovunque, in ambiente igneo, metamorfico e sedimentario (nella
maggioranza dei casi é però di origine primaria); e' in assoluto il minerale più diffuso sulla crosta
terrestre.
GIACIMENTI: premesso che forse l'unico stato senza quarzo é lo stato del vaticano, i principali
giacimenti sono in Brasile, Uruguay, Canada, USA (Arkansas, Montana), Messico, varie località
africane (bei campioni in Madagascar), India, Germania e Russia.
CENNI STORICI: il nome deriva dal termine tedesco quarz; la storia di questo minerale segue di pari
passo quella dell'uomo, basti pensare che é stato il primo minerale impiegato dai primitivi per la
costruzione di armi da caccia ed é il minerale da cui attualmente si estrae il silicio, probabilmente
l'elemento più importante oggigiorno per tutta l'industria elettronica.
ALTRE CARATTERISTICHE ED UTILIZZO: il quarzo ha una
struttura unica (solo un fosfato, la berlinite, è isostrutturale con esso);
il quarzo può inoltre presentare degli effetti ottici come
gatteggiamento (che dona quattro varietà di quarzo: var. occhio di
gatto, di colore giallastro; var. occhio di tigre, di colore giallo-bruno;
var. occhio di bue, di colore rosso, rosso-brunastro; var. occhio di
falco, di colore bluastro), iridescenza (var. iris), lattescenza (var.
latteo) e raramente asterismo (essenzialmente nel quarzo rosa incluso
da rutilo); a volte il quarzo può avere delle inclusioni che lo
caratterizzano al punto da fornire ulteriori varietà (le principali sono
quarzo fantasma, rutilato, tormalinato e dendritico); il quarzo può
formare cristalli giganteschi, in Brasile é stato trovato un quarzo
ialino di 44 tonnellate. Gli usi sono molto numerosi, il quarzo viene
impiegato nella produzione di vetri, di componenti elettriche, di lenti
ottiche, di abrasivi, di materiali edili, di utensili in generale; è molto
frequente il suo impiego anche in campo gemmologico ornamentale e
collezionistico ed ultimamente anche nel settore della cristalloterapia.
COMMENTO: il quarzo è un minerale talmente famoso che è quasi impossibile non riconoscerlo,
comunque oltre alle già citate caratteristiche giova ricordare le tipiche striature presenti sulle facce lungo
la direzione perpendicolare al senso di allungamento del cristallo e la facile frattura concoide.
PIRITE - FeS2 CLASSE MINERALOGICA: solfuro
GRUPPO: monometrico
SISTEMA: cubico
ABITO: cubico a facce striate, ottaedrico, pentagonododecaedrico,
icositetraedrico ed in cristalli con combinazioni di queste forme;
pirite si trova comunemente in noduli, ma anche massiva ed in
sostituzione di altri minerali e fossili a formare pseudomorfi.
DUREZZA: 6-6,5
PESO SPECIFICO: 5,1
COLORE: dal giallo ottone con riflessi grigi al giallo oro
LUCENTEZZA: metallica
TRASPARENZA: opaca
SFALDATURA: completamente indistinta
STRISCIO: polvere nera verdastra, diversa da quella gialla dell'oro
FRATTURA: concoide
FLUORESCENZA: nulla
GENESI: la pirite si forma in quasi ogni tipo di ambiente, comunque le maggiori quantità si
originano nelle rocce sedimentarie metamorfiche, dove si forma per deposito fuori del contatto
dell'aria; la genesi idrotermale è quella che fornisce le più belle cristallizzazioni, la genesi
sedimentaria dà invece masse microcristalline.
GIACIMENTI: i maggiori produttori di pirite sono Spagna e Giappone; vi sono poi giacimenti
in Grecia, Svezia e Stati Uniti; in Italia bei cristalli provengono dall'isola d'Elba ma pirite si trova
anche a Gavorrano, Niccioleta, Sardegna, Alpi.
CENNI STORICI: il suo nome viene dal greco pyr
(fuoco) perché produce scintille quando la si percuote. I
greci la portavano come amuleto, gli Incas ne facevano
degli specchi, nel Medioevo veniva confusa con l'oro ed
era
quindi
chiamata
"oro
degli
sciocchi“.
ALTRE CARATTERISTICHE ED UTILIZZO: è
un polimorfo della marcasite; è un semiconduttore, si
decompone con l'acido nitrico, è facilmente fusibile, non
è malleabile (a differenza dell'oro). La pirite è utilizzata
per la produzione di acido solforico per usi svariati
nell'industria chimica, inoltre si estrae zolfo utile per
concimi, fabbricazione di cellulosa, vulcanizzazione del
caucciù, antiparassitari, cosmetici, prodotti farmaceutici.
COMMENTO: la pirite si riconosce facilmente grazie
ad abito, durezza, striscio e lucentezza; a causa del fatto
che la pirite si ossida molto facilmente occorre fare
molta attenzione ai campioni di pirite nelle collezioni
poiché decomponendosi libera acido solforico che può
attaccare tutto ciò che li circonda. La pirite si trova in
associazione con quasi tutte le specie mineralogiche.