I MINERALI

ITG A. POZZO
LICEO TECNOLOGICO
I MINERALI
INDIRIZZO: Costruzioni, Ambiente, Territorio - opzione B
GEOLOGIA E TERRITORIO
Classe 3^ - 3 ore settimanali
Schede a cura del prof. Romano Oss
Molti associano il termine minerale ai soli metalli rari e alle sole pietre preziose.
In realtà un minerale è un qualunque solido inorganico naturale costituito da
un insieme finito di identiche molecole aggregate fra loro secondo geometrie
ordinate e periodiche. Le molecole a loro volta sono formate da un insieme di
atomi, la più piccola porzione di materia che conserva tutte le caratteristiche di un
unico elemento.
Ogni atomo (vedi figura) ha una regione centrale, il nucleo che è costituito da
particelle ad alta densità caricate positivamente, i protoni, e da particelle con
carica neutra chiamate appunto neutroni.
Per mantenere la neutralità della carica il
nucleo è circondato da particelle caricate
negativamente chiamate elettroni che
ruotano a velocità elevatissime intorno al
nucleo stesso.
Queste ultime particelle sono inoltre molto più piccole di dimensioni rispetto ai
protoni e ai neutroni, e la distanza a cui ruotano dal nucleo è enorme rispetto
alle dimensioni delle particelle; per esempio se il sole, nel nostro sistema
solare, fosse il nucleo di un atomo, gli elettroni vi ruoterebbero intorno ad un
distanza maggiore di quella del pianeta Plutone, il pianeta più esterno del
Sistema Solare.
L'atomo quindi è prevalentemente vuoto e questo spiega come sia possibile
che certi raggi siano in grado di attraversare i nostri corpi, che sono costituiti da
atomi (es. raggi X e raggi cosmici).
Il numero dei protoni nel nucleo costituisce il numero atomico e caratterizza
l'elemento, quindi ad esempio tutti gli atomi con 6 protoni sono tutti atomi di
carbonio (C), tutti quelli con 8 protoni sono atomi di ossigeno (O)
Il numero dei protoni ci dice anche il numero di elettroni che circonda il nucleo
poiché questi devono essere uguali per mantenere una carica elettrica
neutrale.
La presenza di queste cariche sta alla base di tutti i tipi di legami chimici che
permettono agli atomi di aggregarsi in molecole.
Molecole che sono in grado di aggregarsi formando una struttura geometrica ben
definita: la cosiddetta cella elementare che da sola rappresenta il minerale.
Questa cella elementare, struttura geometrica ai cui vertici (chiamati nodi) sono
posizionati gli atomi delle molecole costituenti la cella stessa, si ripete
periodicamente dando vita al reticolo cristallino caratteristico di quel minerale.
In figura sotto si può vedere il reticolo cristallino del cloruro di sodio, il
comune "sale da cucina" e la foto del cristallo di cloruro di sodio e uno di
calcite (notare i diversi angoli che formano le facce dei cristalli: nel primo
caso i piani formano angoli di 90 gradi con l'orizzontale, nel secondo di 75
gradi).
Nei reticoli cristallini di alcuni minerali si può avere una sostituzione di
alcuni elementi con altri che hanno le stesse caratteristiche di quello
sostituito (e se i legami sono della stessa natura).
Questa proprietà prende il nome di vicarianza. Ad esempio l'alluminio può
sostituire il silicio, il calcio si può sostituire al sodio, il ferro può sostituire il
magnesio ...
Le strutture dei minerali, cioè le dimensioni e le simmetrie delle celle
elementari, si ricavano oggi con l'analisi ai raggi X. Questa importante
applicazione dei raggi X si deve a Max von Laue che, nel 1912, mise in
evidenza che facendo attraversare un cristallo da un fascio di raggi X, in
poche parole facendogli una radiografia, si può ottenere su una lastra
un'immagine che ne riflette in maniera quasi inequivocabile il tipo di
struttura.
I raggi X infatti hanno una lunghezza d'onda dello stesso ordine di
grandezza delle dimensioni degli atomi e pertanto, attraversando il
minerale, subiscono una deviazione (detta diffrazione). Dallo studio di
queste "fotografie" è possibile risalire alle caratteristiche delle celle
elementari.
lo schema della diffrazione ai raggi X che rileva la struttura di un cristallo di cloruro di
sodio
Le sostanze non cristalline sono dette vetrose e in esse gli atomi
sono distribuiti in maniera disordinata e casuale.
Dal momento che l'ossigeno e il silicio sono gli
elementi più abbondanti della crosta terrestre, gran
parte dei minerali sono silicati. Cioè minerali la cui
composizione è dominata dalle svariate unioni di
questi due elementi. Il biossido di Silicio (SiO2),
chiamato silice, è per inciso il composto più
abbondante del pianeta. Nella struttura mineralogica
questi biossidi si coordinano nel tetraedro di silicio
e ossigeno.
Questo è composto da 4 atomi di ossigeno che
racchiudono un atomo di silicio. In alcuni silicati i
tetraedri formano catene, in altri formano dei piani, in
altri formano degli anelli.
In figura i vari tipi di legami tra
tetraedri nei silicati.
Quando calpestiamo il suolo non si cammina solo sui silicati, ma capita
spesso di camminare anche sui carbonati.
Questo per sottolineare che in seconda posizione di abbondanza
troviamo i carbonati.
Hanno una certa importanza anche: gli elementi nativi come l'oro,
argento, gli alogenuri, ossidi ed idrossidi, fosfati e altri ancora.
Sebbene siano state scoperte circa 2000 specie di minerali,
solo
circa 20 di esse sono comuni
e
meno di 10 costituiscono circa il 90% di tutte le rocce.
proprietà fisiche
colore (che deve essere osservato su un esemplare inalterato, poiché l'alterazione,dovuta agli
agenti atmosferici, lo può modificare. Molto spesso si fa riferimento al colore che assume la polvere
di quel determinato minerale)
lucentezza (è il modo in cui il minerale riflette la luce e può essere metallica, non metallica,vitrea,
sericea, madreperlacea, ecc..)
la sfaldatura (cioè se vi sono delle direzioni preferenziali di rottura del minerale)
la durezza (vedi scala di Mohs)
peso specifico
forma cristallina (detto habitus sono state individuate 7 sistemi di cristallizzazione e 32 classi)
fluorescenza, solubilità, magnetismo e radioattività.
Senza entrare nei dettagli è ovvio che alcune di queste propietà si possono rilevare direttamente in
campagna.
Molto spesso individui di una stessa specie cristallina si presentano geminati ossia
associati secondo regole ben definite di simmetria ("leggi di geminazione")
Importanti sono le analisi ottiche sulle sezioni sottili (cioè il minerale viene affettato in
fette talmente sottili che la luce le può attraversare in modo da poter essere studiate al
microscopio. Si può infatti risalire alla natura e genesi dei minerali dall'osservazione di
come essi appaiono.
Il tipico esempio di sfaldatura, in questo caso
parallela al piano orizzontale, comune nelle
miche.
Cristalli di quarzo che
mostrano il loro tipico
"habitus" di
cristallizzazione.
SCALA DI MOHS
1)Talco
2)Gesso
3)Calcite
4)Fluorite
5)Apatite
Si possono scalfire con l'unghia
Si possono scalfire con l'acciaio
6)Feldspato
Scalfisce l'acciaio con difficoltà
7)Quarzo
8)Topazio
9)Corindone
10)Diamante
Scalfiscono facilmente l'acciaio