I minerali - Atuttascuola

Cap. 10 I minerali
10.1 La crosta terrestre
La crosta terrestre è la copertura rocciosa più superficiale della Terra, è
relativamente sottile con uno spessore che varia dai 5 Km, nei fondali oceanici,
fino ai 70 Km nelle catene montuose dei continenti (fig. 11).
Gli elementi più abbondanti della crosta terrestre sono il silicio, l’ossigeno,
l’alluminio, il ferro, il sodio, il potassio, il magnesio e il titanio che si combinano a
formare i vari minerali che la costituiscono.
La crosta terrestre si è formata attraverso processi ignei, sedimentari e
Fig.1
metamorfici di cui ci occuperemo il seguito.
10.1.1 La crosta oceanica
La crosta oceanica copre circa il 75% della superficie planetaria, è più sottile
della crosta continentale; essa risulta costituita esclusivamente da rocce di
origine ignea (magmi e lava); caratteristiche di questa zona risultano essere le Fig. 2
formazioni a pillow lava (lava a cuscini). Le lave a cuscini si formano nelle
eruzioni sottomarine; per il rapido raffreddamento della lava e per l’elevata
pressione sovrastante la lava forma blocchi ovoidali.
La crosta oceanica contiene minerali ricchi di ferro e magnesio perciò risulta più
densa della crosta continentale che è formata da silicati meno densi (fig. 3).
10.1.2 La crosta continentale
Fig. 3
La crosta continentale è per sua natura meno omogenea di quella oceanica ed è
composta da rocce di diversa origine; in generale contiene più silicio, alluminio e
potassio, perciò è meno densa della crosta oceanica (fig. 4).
I minerali più abbondanti sono quarzo, feldspati e mica, mentre degli elementi
chimici più abbondanti sono l'ossigeno (46,6%), silicio (27,7%), alluminio (8,1%) ,
ferro (5,0%), calcio (3,6%), sodio (2,8%), potassio (2,6%) e magnesio (2,1%).
Fig. 4
10.2 Definizione di minerale
Sostanza inorganica di origine naturale con composizione chimica definita ma
non fissa e struttura cristallina regolare
10.2.1 Si formano naturalmente
I minerali si formano attraverso processi naturali dentro la Terra come eruzioni
vulcaniche, precipitazioni di solidi da un liquido e dissoluzione di minerali
preesistenti. Oggi, scienziati, ingegneri sono in grado di produrre diverse Fig. 5
ceramiche, e altre sostanze con una composizione chimica e una struttura
cristallina specifica, ma nessuno di questi prodotti chimici di sintesi è
considerato un vero minerale (fig. 5)
10.2.2 Sono solidi
Liquidi e gas non sono considerati minerali, in gran parte perché la loro
struttura è in continua evoluzione, il che significa che non hanno la
caratteristica struttura del cristallo. I minerali non sono solo duri ma sono solidi
cristallini (fig. 6)
10.2.3 . Formati attraverso un processo inorganico
Fig. 6
Qualsiasi materiale prodotto attraverso l'attività biologica - come foglie, ossa,
conchiglie, o tessuti animali - non è considerato un minerale.
Anche se una volta erano materia vivente, nei fossili i tessuti viventi sono stati
generalmente sostituito con un processo inorganico dopo essere stati sepolti, di
conseguenza, sono considerati anche dei minerali. (fig. 7)
10.2.4 Composizione chimica stabilita
La maggior parte dei minerali sono presenti sulla terra come composti chimici,
la cui composizione può essere espressa da una formula chimica.
Fig. 7
La formula chimica del sale, o salgemma, è NaCl, il che significa che per ogni
Dollaro di
marcasite
fossile
molecola di sale troviamo un atomo di sodio (Na) e un atomo di cloro (Cl).
Altri minerali comuni sono molto formule più complesse, come la muscovite
(KAl2 (AlSi3O10) (OH)2).
Alcuni minerali come la grafite, sono composti da un unico tipo di atomo (il
carbonio); in questo caso, dunque la formula chimica della grafite è scritto Fig. 8
semplicemente con una C (fig. 8).
Tutti i minerali sono definiti dalla loro composizione chimica. (oltre che dal tipo
di reticolo cristallino).
10.2.5 … ma non fissa
Al contrario delle formule chimiche dei prodotti di sintesi molti minerali
contengono impurezze di altri atomi che possono far variare il colore del
Fig. 9
minerale.
Il quarzo, per esempio, formula chimica SiO2, in generale, non ha colore nella
sua forma pura tuttavia la presenza di una piccola quantità di titanio (Ti),
provoca un colore violaceo come nel quarzo ametista; anche i corindoni
mostrano un’elevata variabilità dei colori dovuti a questo tipo di impurezze (fig.
9)
10.3 La struttura cristallina
La composizione chimica di un minerale si riflette in una disposizione regolare e
ripetitiva degli atomi, chiamata la struttura cristallina.
La coppia di minerali diamante-grafite è un esempio estremo dell'importanza
della struttura cristallina. Questi due minerali sono molto differenti l'un l'altro, Fig. 10
hanno esattamente la stessa formula chimica, ma una struttura cristallina molto
diversa.
Nella grafite gli atomi di atomi di carbonio sono uniti in un piano piatto, questi
piani di carbonio sono collegati tra loro da deboli forze attrattive.
Per contro, in un diamante ogni atomo di carbonio è fortemente legato a
quattro atomi di carbonio che lo circondano in una struttura tridimensionale.
Fig. 11
Questo produce la sostanza naturale più dura presente sulla terra. (fig. 10)
10.3.1 I minerali amorfi
I minerali hanno una struttura amorfa quando gli ioni, atomi o molecole si
dispongono disordinatamente come nell’opale (fig. 10)
10.4 Le proprietà fisiche dei minerali
In molti casi, per identificare un minerale, sono sufficienti le sue proprietà
fisiche: il colore, la sfaldatura, tenacità, elasticità, lucentezza, peso specifico.
10.4.1 Peso specifico
Si definisce peso specifico il rapporto tra il peso di una certa quantità di
minerale e di un uguale volume di acqua distillata a 4 ° C.
10.4.2 Durezza
In mineralogia, la durezza viene definita come la resistenza alla scalfittura Fig. 12
sulla superficie liscia di un minerale.
Una superficie tenera si graffia più facilmente di una dura perciò un minerale
duro, come il diamante, scalfisce uno più tenero, come la grafite; la situazione
inversa non potrà mai verificarsi. La durezza relativa dei minerali è determinata
dalla scala di durezza Mohs, dal nome del mineralogista tedesco Friedrich Mohs
che la propose.
Su questa scala, i dieci minerali più comuni sono classificati in ordine di durezza
crescente. (fig. 12)
Fig. 13
10.4.2.1 Prove di durezza
Talco 1, gesso 2; (sono rigati da un unghia);
calcite 3, (si riga con una moneta di rame);
salgemma
grafite
Galena M. Julcani
fluorite, 4, apatite 5; (sono graffiati da una lama di coltello o di vetro della
finestra);
ortoclasio (feldspato) 6, quarzo 7, topazio 8, corindone 9, (graffiano la lama di
un coltello o il vetro di una finestra);
diamante 10; (riga tutti)
La durezza di un campione si ottiene determinando quale minerale della scala di
Mohs lo riga; così la galena che ha una durezza di 2,5 può rigare il gesso ma
viene rigata dalla calcite (fig. 13)
10.4.3 Tenacità
Si definisce tenacità la resistenza di un minerale ad essere rotto, piegato o
schiacciato
Esistono diverse categorie di tenacità.
Fragile: si rompe o si riduce in polvere facilmente.
Malleabili: possono essere trasformati in fogli sottili se sottoposti a pressione.
Tenero: può essere tagliato con un coltello.
Duttile: può essere allungato in fili.
Elastico: recupera la sua forma precedente, dopo aver lasciato la forza che
agisce su di esso.
Flessibile: recupera la sua forma originale quando la forza agisce su di esso
cessa.
10.4.4 Frattura
Frattura: è la forma irregolare che mostra un minerale quando si rompe senza
sfaldarsi può essere fibrosa concoide o irregolare (fig. 14 e 15)
10.4.5 Sfaldatura
La sfaldatura è la proprietà che hanno alcuni minerali di rompersi secondo
superfici piane parallele ad alcune facce del cristallo (fig. 16)
10.4.6 Lucentezza
La lucentezza è aspetto che assume la superficie di un minerale quando riflette
la luce; può essere metallica adamantina (diamante), cerea (alabastro),
metallica (galena), resinosa (zolfo), vitrea (quarzo), grassa (turchese),
madreperlacea (biotite)(fig. 17)
10.4.7 Trasparenza
La trasparenza è la proprietà che hanno i corpi di trasmettere la luce. In base a
questo i minerali possono essere:
Opachi: non si lasciano attraversare dalla luce.
Trasparenti: lasciano passare la luce e gli oggetti possono essere visti dietro ad
essi.
Translucidi: lasciare che la luce, ma non può vedere gli oggetti attraverso essi.
(fig. 18)
10.4.8 Colore
In senso stretto il colore non può essere considerato come un elemento
diagnostico; alcuni minerali presentano sempre lo stesso colore es. dioptasio e
azzurrite, il questo caso è diagnostico e il minerale è idiocromatico
Spesso però lo stesso minerale può presentare colori diversi es. quarzo, apatite
e fluorite; in questo caso il colore non è diagnostico e il minerale è allocromatico
10.5 La classificazione dei minerali
La classificazione dei minerali si basa sulla loro composizione chimica
Si possono distinguere otto classi principali
Classe I: elementi nativi
Classe II: solfuri
Classe III: alogenuri
Fig. 14 frattura concoide
Fig. 15 frattura fibrosa
Fig. 16
Fig. 17
Fig. 18
Oro nativo
Fig. 19 oro
Classe IV: ossidi e idrossidi
Classe V: carbonati nitrati e borati
Classe VI: solfati e wolframati
Classe VII: fosfati
Classe VIII: silicati
10.5.1 Classe I: elementi nativi
Sono minerali che si presentano come elementi isolati senza combinarsi con
gli altri. In base alle loro caratteristiche più generali si possono raggruppare in
Fig. 20 diamante
due categorie: metalli (fig. 19) e non metalli (fig. 20)
10.5.2 Classe II: solfuri
Include un ampio gruppo di minerali formati dalla combinazione di zolfo con
un elemento metallico (fig. 21)
10.5.3 Classe III: alogenuri
Sono formati dalla combinazione di cloro, fluoro, bromo e iodio con metalli
che danno origine a cloruri, solfuri, bromuri e ioduri
10.5.4 Classe IV: ossidi e idrossidi
Comprende minerali costituiti da uno o più elementi, di solito metalli, Fig. 21 Cinabro
combinati con l'ossigeno o acqua (fig. 22). Sono molto abbondanti nella crosta
terrestre esposta all'azione dell'atmosfera.
10.5.5 Classe V: carbonati, nitrati e borati
I carbonati sono formati dall’anione carbonato (CO32-) combinato con un
metallo (gli anioni sono atomi con carica negativa)
10.5.6 Classe VI: solfati e wolframati
Sono minerali che si caratterizzano per la presenza dell’anione SO 42combinato con un metallo
Fig. 22 Ematite
10.5.7 Classe VII: fosfati
Minerali poco abbondanti formati dall’unione dell’anione fosfato (PO 43-) con
un metallo. Gli elementi del gruppo sono di origine magmatica
10.5.8 Classe VIII: silicati
I minerali che fanno parte di questo gruppo sono formati dalla combinazione
di silice con altri ossidi e per la loro abbondanza costituiscono l’80% della
litosfera (fig. 23)
10.6 La genesi dei minerali
Il processo che porta alla formazione dei minerali prende il nome di
cristallizzazione
Fig. 23 Tormalina
Esistono fondamentalmente tre modalità diverse che portano alla formazione
dei minerali:
Cristallizzazione per evaporazione e precipitazione
Cristallizzazione per raffreddamento
Cristallizzazione per sublimazione
10.6.1 Cristallizzazione per evaporazione
Si tratta di minerali che si formano a partire da soluzioni acquose calde in via
Fig. 24
di raffreddamento.
Al diminuire della temperatura, si formano via via cristalli di specie
mineralogiche diverse, a seconda della composizione chimica della soluzione.
10.6.2 Cristallizzazione per raffreddamento
I minerali possono formarsi per raffreddamento di un materiale fuso (per
esempio la lava eruttata da un vulcano).
Gli atomi o i gruppi di atomi si aggregano per formare i minerali che possono
formarsi a seconda della natura del fuso.
10.6.3 Cristallizzazione per sublimazione
Cinabro (HgS)
Corindone
Al2O3
Ematite
Fe2O3
Si formano così i minerali che cristallizzano direttamente dai vapori caldi.
Le esalazioni vulcaniche, per esempio, possono determinare la formazione di
cristalli su superfici relativamente fredde vicine alla zona di fuoriuscita dei
vapori
10.7 Le Gemme
Col termine gemma indichiamo quell’insieme di minerali che per la loro
particolare bellezza vengono appositamente tagliati per metterne in risalto le
loro particolari proprietà (fig. 24)
La scienza che studia le gemme è detta gemmologia.
10.7.1 ….. ma basta la bellezza
Non sempre la bellezza fa di una pietra una buona gemma
La fluorite è certamente una delle pietre più belle ma è tenera e facilmente
sfaldabile e questo la rende poco adatta ad essere incastonata (fig. 25)
10.7.2 Caratteristiche di una pietra
Deve essere dura
Deve essere rara
Deve essere lucente
Deve essere trasparente
Deve essere limpida
Deve avere colori smaglianti
Deve possedere caratteristiche particolari (gatteggiamenti, asterismi, colori
cangianti) (fig, 26)
10.7.3 Il taglio della pietra
Il taglio procede in tre fasi
Sbozzatura
Sfaccettatura
Politura
Si fa tutto questo per valorizzare la pietra
Se sono trasparenti le pietre si sfaccettano (fig. 27)
Se sono opache si fanno i tagli a superficie curva (cabochon Fig. 28)
10.7.4 Classificazione delle pietre
Le pietre si distinguono in:
Pietre preziose (diamante, rubino, smeraldo, zaffiro)
Pietre semipreziose (tormalina, turchese, topazio, ametista)
Pietre dure (quarzo, onice, agata, malachite, corniola)
L’unità di peso delle pietre è il carato ct
1 ct = 0,2 g
Fig. 25
Fig. 26 Asterismo
Fig. 27 Smeraldo e
alessandrite