Minerali, rocce e magmi
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La costituzione della Terra e dalla sua composizione
O
Si
Al
Fe
Ca
Mg
Na
K
altri
% in peso
crosta mantello
47
46
27.2
21
8.0
5.8
6.3
5.1
2.53
2.8
23
2.3
1.7
<1
<1
terra
29.3
14.7
1.2
34.8
1.4
11.3
<7
La composizione della crosta terrestre, su cui viviamo.
Na K
Mg
Ca
Fe
Al
altri
O
Si
O
Si
Al
Fe
Ca
Na
K
Mg
totale
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% peso
46.60
27.72
8.13
5.00
3.63
2.83
2.59
2.09
98.59
% atomica raggio ionico % volume
62.55
1.40
93.8
21.22
0.42
0.9
6.47
0.51
0.5
1.92
0.74
0.4
1.94
0.99
1.0
2.64
0.97
1.3
1.42
1.33
1.8
1.84
0.66
0.3
100.00
100.00
composizione della 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.
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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
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ROCCIA
Aggregato naturale di uno o più minerali
Minerali di tipo diverso (es.
granito, basalto)
roccia polimineralica
Un solo tipo di minerale (es.
travertino, dunite)
roccia
monomineralica
Granito = roccia
ignea intrusiva
composta
essenzialmente da:
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Feldspati
Quarzo
Biotite
Ma quali caratteristiche ha
un minerale?
•
•
•
•
•
Materiale naturale
Composto inorganico
Specifica composizione chimica
Struttura cristallina definita
Proprietà fisiche ben definite
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Struttura cristallina
Un cristallo è una formazione minerale solida che ha
una disposizione periodica e ordinata di atomi ai
vertici di una che si chiama reticolo cristallino; la
presenza del reticolo conferisce al cristallo una forma
geometrica definita.
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Proprietà fisiche dei minerali
Esistono circa 3000 tipi di minerali ….da qui la necessità
di classificarli … ma come?
Durezza
Proprietà fisiche
Lucentezza
Colore
Struttura cristallina
Proprietà
magnetiche
Densità
Sfaldatura
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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 ma con
classi di durezza
diverse:
-grafite primo o
secondo grado;
-diamante decimo
grado.
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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
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Grafite
Lucentezza
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
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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
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
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Struttura cristallina
ordinata
Reticolo cristallino
Minerale cristallino
Disposizione
atomi e
molecole
disordinata
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Minerale amorfo
Trasparenza
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 la luce
diffondendola ma non è
trasparente
Gesso
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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)
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Minerali idiocromatici
Il colore dipende esclusivamente
dalla sua composizione chimica.
Sono quindi dotati di colore
proprio
CLASSIFICAZIONE dei minerali
(l'elenco comprende solo i minerali che più frequentemente sono presenti nelle rocce):
ELEMENTI: Cu, Ag, Au, C (diamante, grafite)
OSSIDI: quarzo SiO2, bauxite (Al2O3. 3H2O) ematite Fe2O3
e magnetite
CARBONATI: calcite CaCO3 , dolomite Ca, Mg (CO3)2
SOLFATI: gesso CaSO4 . 2 H2O
FOSFATI: apatite (fosfato di Ca e altri elementi)
SOLFURI: pirite FeS2
ALOIDI o Alogenuri: salgemma NaCl fluorite CaF2
SILICATI: silicio, ossigeno e metalli e sono caratterizzati dalla presenza di
tetraedri ("piramidi" a base triangolare con quattro facce eguali tra
loro) corrispondenti al gruppo (SiO4)4- .
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Quando e perchè si formano i minerali?
• Cristallizzazione per raffreddamento
• Precipitazione a basse temperature
• Ricristallizzazione (allo stato solido)
• Una caratteristica essenziale dei minerali è la loro struttura cristallina.
• Il termine Cristallo non indica qualcosa di grande o necessariamente bello
esteticamente.
• Il vetro non è un minerale perchè: non ha nè strutture cristalline nè specifiche
composizioni chimiche.
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Definizione di roccia.
Problemi
1) Nella definizione di roccia si prescinde dalle caratteristiche meccaniche della
sostanza (ossia se il materiale che stiamo considerando è coerente o incoerente
meccanicamente):
Sabbia: aggregato di più minerali (quindi roccia)
Arenaria: aggregato di più minerali (quindi roccia)
2) Ci sono rocce composte interamente da vetro (ossidiane). Ma allora non
sono rocce! (aggregato di più minerali). Per questo paradosso si parla
anche di mineraloidi.
3) Ci sono rocce composte anche da materiale organico (carboni opp. rocce
sedimentarie con fossili). Ma allora non sono rocce! (minerale = sostanza
non organica). Per questo paradosso si parla anche di mineraloidi.
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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
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Usi:
Gioielli
Ortodonzia
Usi:
Fiammiferi
Pesticidi
Vernici
Solfuri
Elemento metallico + Zolfo
Cinabro
Mercurio+ 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.
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
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Alogenuri
Cloro o Fluoro + altro elemento
Fluorite
Calcio + Fluoro
Usata per:
-produzione acido fluoridrico;
-produzione alluminio;
-fabbricazione lenti e prismi.
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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
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Allumiinio
Stagno
Lattine
Saldature
Carbonati
Carbonio + Ossigeno + elemento metallico
CO3
Calcite
Produzione calce
Componente di cementi
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Aragonite
Porzione calcarea degli
scheletri
e
delle
conchiglie
di
alcuni
organismi
Dolomite
Solfati
Zolfo + Ossigeno
+
Elemento metallico
SO4
Gesso
Solfato di calcio Ca[SO4] 2H2O
Usi
medicina
calchi
statue
impronte
Gessetti da
lavagna
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Barite
Solfato di bario Ba[SO4]
Usi
Produzione zavorre per lavatrici, gru
Produzione calcestruzzo pesante
Produzione di colori
Fuochi d’artificio
Silicati che costituiscono le
rocce
I minerali che costituiscono più del 95% della
crosta sono silicati.
Per questo motivo, i silicati sono i minerali più
importanti. I più diffusi di questi sono:
• quarzo
• feldspati
Tra i non-silicati, i minerali più
abbondanti sulla superficie
terrestre sono i carbonati
• mica (e argille)
• anfiboli
• pirosseni
• olivine
• granati
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Silicati
sono una classe di minerali composti
prevalentemente da ossigeno e silicio; in
particolare, la formula chimica di base comune a
tutti è SiO4.
A livello geometrico, questi atomi
sono disposti in modo da formare
un tetraedro (al centro vi è l'atomo
di silicio, ai quattro vertici gli atomi
di ossigeno)
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Silicati
Il numero di ossidazione del silicio pari a +4, e
quello dell'ossigeno a -2, ne risulta che
complessivamente ogni tetraedro
presenterà un eccesso di carica negativa
(precisamente una carica di -4) che tende a
distribuirsi sui quattro atomi di ossigeno:
da ciò la presenza (più o meno elevata a
seconda del tipo di silicato) di cationi
metallici, attratti dall'anione tetraedrico.
Questi metalli sono solitamente ferro,
magnesio, potassio, sodio e calcio, ed
hanno una funzione fondamentale nel
legare tra loro le diverse strutture
silicatiche complesse formate dai tetraedri.
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Nesosilicati
I gruppi SiO4 sono isolati; gli ossigeni ai vertici dei tetraedri
sono legati esclusivamente a metalli diversi dal silicio.
Ogni tetraedro è collegato agli altri non direttamente, ma
da atomi (prevalentemente Fe ed Al) che fanno da ponte
fra i vertici dei tetraedri stessi.
Sono minerali nel cui reticolo cristallino vi è molto spazio
per i metalli (il più basso rapporto SiO4/metalli) per i
quali, non essendovi atomi di ossigeno in comune
fra i tetraedri, vale il rapporto
numerico Si:O = 1:4.
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Nesosilicati
I tetraedri isolati sono collegati da
cationi come Mg2+, Fe2+ o Al3+)
Un esempio è l’olivina (Mg,Fe)2SiO4
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Inososilicati
Gli inosilicati (dal greco INOS,
fibra) sono silicati in cui i
tetraedri si uniscono per formare
catene singole o
doppie,(rarissime sono le
catene triple) la cui rispettiva
formula chimica è Si2O6 e
Si4O11.
Agli inosilicati appartengono due
importanti costituenti delle rocce
i pirosseni (a catena singola) e
gli anfiboli (a catena doppia).
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Pirosseni
formula chimica
schematizzabile in
XYZ2O6 , dove:
X e Y rappresentano cationi
metallici come Na+, Ca2+,
Fe2+, Mg2+ e Li+
Z rappresenta Si4+ e Al3+ nei
siti tetraedrici delle catene.
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Anfiboli
si presentano sotto forma di fibre più o
meno lineari, relativamente flessibili,
avvolte in masserelle
La composizione può essere espressa
dalla formula generale W01X2Y5Z8O22(OH,F)2,
dove
W indica Na e K,
X indica Ca, Na, Mn, Fe, Mg, Li,
Y indica Mn, Fe, Mg, Al, Ti,
Z indica Si e Al.
La struttura degli anfiboli si basa su
di una catena doppia Si4O12
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Fillosilicati
I fillosilicati (dal greco phyllon, foglia) sono silicati
caratterizzati da una struttura a strati a simmetria
tetraedrica e ogni tetraedro tende a legarsi con altri tre
tramite degli ossigeni ponte. La formula chimica è Si2O5.
Generalmente sono teneri, con basso peso specifico e le
lamelle di sfaldatura possono essere flessibili o elastiche.
La maggior parte dei fillosilicati contengono ossidrili (OH),
posizionati all'interno degli anelli esagonali di tetraedri.
Esempi di fillosilicati sono muscovite e biotite che
appartengono ai minerali denominati miche
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Fillosilicati
le argille sono principalmente
composte da fillosilicati: la loro
formula chimica generale è:
Al2.2SiO2.2H2O
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Tectosilicati
I tectosilicati (o tettosilicati, dal greco tecton, costruttore)
sono silicati caratterizzati da una struttura di tetraedri uniti
in gruppi di quattro ove due tetraedri sono orientati verso il
basso e due verso l'alto, formando la caratteristica struttura
definita a doppio collo d'oca, ogni tetraedro condivide 3 dei
4 ossigeni presenti nel monomero base dei silicati
La formula chimica è SiO2. I tectosilicati costituiscono circa il
64% della crosta terrestre.
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Tectosilicati
I tectosilicati più diffusi sono il quarzo, i
feldspati e le zeoliti
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