Università degli Studi di Messina
SISSIS
SEZIONE DI MESSINA
Anno Accademico 2007/2008
Indirizzo Scienze Naturali
Classe 59 A
Corso di :
Laboratorio di didattica della Mineralogia
(Prof. C. Saccà)
Didattica delle scienze della Terra Geologia e Paleontologia
(Prof. Bonfiglio)
Didattica delle scienze della Terra Mineralogia e Litologia
(Prof. R. Saccà)
A cura di
Falzea Raffaella
I Minerali
Prerequisiti:
•
•
•
Conoscenza dei principali effetti che variazioni di temperatura e pressione
hanno sui corpi;
Nozioni di fisica;
Nozioni di chimica ed elementi chimici;
Obiettivi:
•
•
•
•
Definire il termine minerale;
Illustrare le caratteristiche fisiche dei minerali;
Classificazione dei minerali;
Metodi studio dei minerali
Metodologie d’insegnamento:



•
•
Lezioni frontali;
Lezioni partecipate;
Lavori di gruppo;
Esperimenti in classe;
Analisi di minerali e rocce portate in aula dall’insegnante.
Modulo 1
I minerali
Unità 1: proprietà fisiche dei minerali
Unità 2: classificazione dei minerali
Unità 3: metodi di studio dei minerali
La lezione parte sempre dall’osservazione dal mondo che ci circonda, la
classe verrà stimolata a porsi dei quesiti ed a formulare delle ipotesi per
rispondere ad essi
Se ci guardiamo attorno ci accorgiamo
dell’enorme varietà di rocce che ci
circondano ... ma di cosa sono fatte
??
Sapevi che moltissimi prodotti (trucchi,
fiammiferi etc.) di uso quotidiano
vengono sintetizzati partendo proprio
minerali ???
I minerali
Minerale
Latino medievale mineralis
Parola gallica meìina
Metallo grezzo
I minerali sono
Sostanze naturali
Composizione chimica costante
Forma e caratteristiche fisiche
specifiche
Generalmente sostanze inorganiche e solide
Modulo 1
Unità 1
Proprietà fisiche dei minerali
Esistono circa 3000 tipi di minerali ….da qui la
necessità di classificarli … ma come?
Luminescenza
Durezza
Proprietà fisiche
Lucentezza
Colore
Proprietà
magnetiche
Struttura cristallina
Densità
Sfaldatura
Piro - e ferroelettricità
Durezza
Definizione: resistenza che oppone quando viene scalfito
Ogni minerale
scalfisce quello
che lo precede
e viene scalfito
da quello che lo
segue
Particolarità:
Diamante e grafite
stessa composizione
chimica
classi di durezza
diverse:
-grafite primo o
secondo grado;
-diamante decimo
grado.
Sfaldatura
La sfaldatura è la tendenza dei minerali a rompersi parallelamente a piani di atomi.
Numerosi minerali (come il quarzo e l'opale) non si sfaldano ma si spezzano
irregolarmente: le fratture si distinguono in piane, disuguali, concoidi, ruvide.
Diamante
Grafite
Lucentezza
Definizione: indica il modo di riflettere la luce. La lucentezza dipende dal
rapporto tra la quantità di luce che viene riflessa e quella che viene rifratta ed
assorbita;.
Metallica
Adamantina
Vitrea
salgemma
Salgemma NaCl
IMPORTANZA
La lucentezza é un
parametro
commercialmente
importante,
la
più
apprezzata é senz‘altro
quella adamantina, tipo
di
lucentezza
che
rende
spesso
indimenticabile
un
minerale o una gemma
Luminescenza
Aragonite
Illuminata con luce normale
Illuminata da lampada a
raggi UV
1) Fluorescente, riemissione luminosa nello spettro del visibile cessa al
cessare della sorgente di eccitazione
2) Fosforescente, se tale fenomeno prosegue per un determinato periodo
anche al cessare della sorgente di eccitazione
3) Termoluminescente, riemissione luminosa nel campo del visibile
dovuto a riscaldamento del minerale
4) Non fluorescente emissioni del minerale non nello spettro visibile
Densità
Peso del minerale
Densità
Peso di un ugual volume di acqua
•
densità da 1 a 2 : minerali leggeri
•
densità da 2 a 4 : minerali medi
•
densità da 4 a 6 : minerali pesanti
•
densità superiore a 6 : minerali molto
pesanti
Struttura cristallina
ordinata
Reticolo cristallino
Minerale cristallino
Disposizione
atomi e
molecole
disordinata
Minerale amorfo
Trasparenza o diafanità
Trasparente
trasmette luce ed attraverso il
quale è possibile osservare
un oggetto.
Traslucido
Opaco
La maggior parte dei
minerali metallici è opaca
Non consente una visione
nitida dell’oggetto
Quarzo
Impermeabile alla luce
Trasmette
diffondendola
trasparente
Gesso
la
ma
luce
non è
Colore
incolori: assorbono tutte le radiazioni
Colorati: assumono il colore delle lunghezze d’onda che riflettono
La colorazione non sempre può essere utilizzata per il riconoscimento di un minerale
Minerali allocromatici
dipende dalla presenza
di
impurità.
difetti
strutturali nel reticolo
(centri di colore)
Minerali idiocromatici
Il colore dipende esclusivamente dalla
sua composizione chimica. Sono
quindi dotati di colore proprio
Magnetismo
I frammenti e la polvere di certi minerali, soprattutto quelli che hanno un elevato tenore in
ferro, possono essere separati dai minerali simili con l'ausilio di una potente calamita.
Certi minerali, come ad esempio l'ematite, diventano magnetici quando sono riscaldati.
I principali minerali magnetici contenuti nelle rocce terrestri sono:
Ematite
magnetite
Maghemite
Goethite
Pirrotina
Importanza del magnetismo
Sono pochi i minerali dotati di un magnetismo molto evidente (ferromagnetici).
La maggior parte sono debolmente magnetici.
Il magnetismo di un minerale scompare oltre una certa temperatura
Punto di Curie
Il magnetismo del minerale ricompare quando questo si raffredda....
Il minerale registra il magnetismo terrestre in quell’ esatto istante
Piroelettricità e ferroelettricità
Piroelettricità: capacità di un cristallo di sviluppare cariche opposte su facce
opposte se scaldato
Ferroelettricità: capacità di un cristallo di sviluppare
cariche opposte su facce opposte se sottoposto ad un
campo elettrico
Apparato per la piroelettricità
usato per studiare la formazione
di cariche elettriche sui cristalli di
tormalina.
Modulo 1
Unità 2
Classificazione
Classificazione
I - Elementi nativi
Minerali formati da un solo elemento
In
alla composizione chimica, i minerali si dividono nelle seguenti classi:
II -base
Solfuri
I - Elementi nativi
III - Alogenuri:
II - Solfuri
IV - Ossidi e idrossidi
III - Alogenuri
V
Nitrati,e carbonati,
IV -- Ossidi
idrossidi borati
V
borati formati da un solo elemento
VI- - Nitrati,
Solfaticarbonati,Minerali
VI - Solfati
VII - Fosfati, arseniati, vanadati
VII - Fosfati, arseniati, vanadati
VIII- Silicati
VIII- Silicati
IX
Sostanzeorganiche
organiche
IX -- Sostanze
Elementi nativi
Minerali formati da un solo elemento:
Argento
Usi:
Gioielli
fotografia
Rame
Oro
Platino
Zolfo
Zolfo
Usi:
Leghe con Zn
Leghe con Sn
Fili elettrici
Ottone
Bronzo
Usi:
Gioielli
Ortodonzia
Usi:
Fiammiferi
Pesticidi
Vernici
Solfuri
Elemento metallico + Zolfo
Galena
Piombo + Zolfo
Il nome deriva dal greco γαλήνη =
mare calmo. Descritto per la prima
volta da Plinio il Vecchio come
minerale di piombo.
Cinabro
Mercurio+ Zolfo
Blenda
Zinco+Zolfo
Cinabro
Si
può
utilizzare
nell'affresco, tempera,
olio ed acquerello.
Pirite
Ferro + Zolfo
Estrazione dello zinco
Estrazione piombo
Produzione ferro ed acido
solforico
Alogenuri
Cloro o Fluoro + altro elemento
Fluorite
Calcio + Fluoro
Usata per:
-produzione acido fluoridrico;
-produzione alluminio;
-fabbricazione lenti e prismi.
Salgemma
Cloro + Sodio
il sale è indispensabile all‘ uomo. Per
questo già nella preistoria il commercio
del sale aveva un'enorme importanza;
fu menzionato in molte opere greche e
latine, gli furono dedicate strade (la
Salaria era una importante via per il
commercio).
Ossidi
Ossigeno + elemento metallico
Ematite
Ossido di ferro
Altri ossidi utili:
Bauxite
Cassiterite
Estrazione del ferro
Allumiinio
Stagno
Lattine
Saldature
Carbonati
Carbonio + Ossigeno + elemento metallico
Calcite
CO3
Aragonite
Dolomite
• Produzione calce
• Componente di cementi
Esperimento birifrangenza
Porzione calcarea degli
scheletri
e
delle
conchiglie
di
alcuni
organismi
Esperimento
per
il
riconoscimento dei materiali
carbonatici
Solfati
Zolfo + Ossigeno
SO4
Gesso
Solfato di calcio Ca[SO4] 2H2O
Usi
• medicina
• calchi
• statue
• impronte
• Gessetti da
lavagna
+
Elemento metallico
Barite
Solfato di bario Ba[SO4]
Usi
• Produzione zavorre per lavatrici, gru
• Produzione calcestruzzo pesante
• Produzione di colori
• Fuochi d’artificio
Silicati
Sono i minerali più comuni nella crosta terrestre
Classificazione secondo la struttura cristallina
1 Atomo di silicio + 4 atomi di ossigeno
Struttura tetraedrica
Il vetro è un esempio
I
Ripetuta nello spazio
Modulo 1
Unità 3
Metodi d’indagine
• Diffrattometria a raggi X
• Microscopio polarizzante
•HCl (per i carbonati)
Diffrattometria a raggi X
Consente l’identificazione dei minerali argillosi
Viene effettuata su polveri
Indagine distruttiva (anche se serve
meno di 1grammo del campione )
Facendo attraversare un cristallo da
un fascio di raggi X se ne ottiene su
una lastra un’ immagine che ne
riflette il tipo di struttura
SCOPI
Identificazione qualitativa
Stima quantitativa dei minerali più rappresentati nel campione
Microscopio polarizzante
Analisi in sezione sottile con luce polarizzata
Sfrutta la proprietà dei minerali di cambiare colore se attraversati da un fascio
di luce polarizzata
Identificazione specie mineralogiche
presenti in una roccia
Gabro a nicols paralleli
Nicols incrociati
Carbonati…come riconoscerli??
Materiali:
2 rocce (un calcare e un granito), acido cloridrico , una pipetta
Esperimento
Prendere le due rocce disporle l’una accanto all’altra;
Versare alcune gocce di acido cloridrico su entrambe le rocce;
Osservare la reazione: sulla roccia carbonatica si noterà un’effervescenza
mentre sul granito non si registrerà nessuna reazione. Il carbonato di calcio
a contatto con l’acido cloridrico sviluppa effervescenza (acqua e CO2),
quest’ultima causata dalla liberazione di anidride carbonica.
Osservazioni
Questo trattamento è un metodo utile ed attendibile per distinguere le rocce
carbonatiche (calcare, travertino, ecc). Infatti se il campione da noi
analizzato è un calcare si avrà la reazione descritta precedentemente, al
contrario se è costituito interamente da minerali non carbonatici tipo quarzo,
feldspati anfiboli ecc. non osserveremo nessun tipo di reazione sulla roccia.
CaCO3 + HCl + H2O ==> Ca + OH + H2O + Cl + CO2 (gas)
Laboratorio: vediamo come cresce un cristallo
Finalità:
Stimolare l’interesse degli alunni verso l’argomento attraverso l’osservazione di sostaze comuni nella
vita quotidiana e realizzazione operativa di cristalli
Materiali:
bicchiere, acqua, sale grosso e sale fine, filo di cotone, un bastoncino
Procedimento:
Versare nel bicchiere un dito di acqua;
Aggiungere sale fino e mescolare fino a quando non si scioglierà del tutto;
Legare un pezzo di sale grosso ad una estremità del filo;
Legare l’altro estremo del filo alla metà del bastoncino;
Mettere il bastoncino di traverso sul bicchiere in modo tale che il pezzo di sale grosso sia
immerso nell’acqua;
Lasciare riposare per alcuni giorni.
Osservazioni:
Estrarre il pezzo di sale grosso dopo qualche giorno e osservarne la crescita dei cristalli e
verificare le dimensioni raggiunte. Durante questo processo le particelle disordinate del liquido
(atomi, molecole o ioni) si dispongono in una struttura ordinata, cristallina. Il cloruro di sodio è un
esempio di CRISTALLO.
Il processo di separazione di una sostanza per evaporazione da un miscuglio omogeneo è detto
CRISTALLIZZAZIONE.
Grotta di Naica-Mexico
Esistono
Minerali
anche molto
più grandi di
quanto
potremmo
immaginare