MINERALI ROCCE E SCALA DI MOHS (SINTESI) ----SIRIO------
I minerali sono sostanze naturali, dalla composizione chimica definita e costante.
Sono quindi degli elementi o composti puri, che non possono essere separati attraverso
processi meccanici in componenti diversi.
I vari minerali si differenziano tra loro si per la diversa natura degli elementi sia, sia per
il modo in cui gli atomi, o gli ioni, sono disposti nello spazio a formarne la struttura.
Ogni minerale può essere riconosciuto in base a un insieme di proprietà fisiche e
chimiche costanti, che permettono di identificarlo e distinguerlo dagli altri.
Vi sono minerali costituiti da semplici elementi (Zolfo, Oro, Argento) altri di composti
chimici, che contengono due o più elementi in proporzioni sempre uguali.
In questo caso ogni minerale ha la sua formula mineralogica per esempio l'Olivina:
(Mg,Fe)2 SiO4, dove i due elementi separati dalla virgola indicano la possibilità che due
ioni possano sostituirsi l'una all'altro e occupare gli stessi spazi, questo perchè hanno
dimensioni e cariche molto simili.
Questo processo si chiama vicarianza.
Quasi tutti i Cristalli hanno una tipica e definita struttura cristallina e raramante si
presentano allo stato amorfo, ma può capitare che lo stesso composto dia origine a una o
all'altra struttura (Polimorfismo).
I minerali sono divisi in 2 gruppi, Silicati e Non-Silicati
LE PROPRIETA' DEI MINERALI
La struttura interna della maggior parte dei minerali conferrisce loro particolari
caratteristiche morfologiche e determinate proprietà.
Proprietà fisiche, chimiche, organlettiche che forniscono notizie utili per il
riconoscimento.
• Peso: Rapporto tra il peso e l'acqua distillata a 4°C
• Durezza: Resistenza che un minerale oppone alla scalfitura da parte di un altro
corpo appuntito o all'abrasione. Tipico metodo empirico è la scala di MOHS,
mentre per valori numerici ci si affida allo sclerometro.
• Sfaldabilità: Proprietà di rompersi più facilmente lungo i piani di minor
resistenza.
E'la conseguenza della diversità di valori della forza di legame secondo le
diverse direzioni. Le superfici piane, determinate e costanti per ogni cristallo,
sono dette piani di sfaldarura.
Anche i minerali molto duri (Diamante) presentano piani di sfaldatura evidenti,
la sfaldatura è infatti indipendente dala durezza.
• Frattura: E' la rottura non piana e irrgolare di un minerale.
Secondo l'aspetto la frattura viene detta:
-CONCOIDE (Opale - Ossidiana)
-TERROSA (Bauxite)
-FIBROSA (Amianto)
• Proprietà Organolettiche: (Organi di senso)
- TATTO:Untuosità (Talco - Grafite) (Allappamento -Labbra-)
- GUSTO:Salato (Salgemma NaCl), Amaro (Epsomite - Sale Inglese MgSo4
7H2O
- VISTA:Lucentezza, Colore, Trasparenza
COME SI FORMANO I MINERALI
Affinchè i cristalli di una data sostanza si formino, bisogna che le particelle che lo
compongono siano in grado di muoversi e formare un reticolo cristallino.
La cristallizzazione si verifica cosi quando al cambiare delle condizioni (Temperatura Pressione) si passa dallo stato liquido o vaporeo allo stato solido. Vi sono 4
fondamentali processi per la cristallizzazione:
•
•
•
•
Solidificazione da un fuso
Evaporazione da una soluzione satura (Salgemma)
Precipitazione da una soluzione satura caldissima (Zinco - Piombo)
Sublimazione, passaggio dallo stato vaporeo a quello solido (Zolfo)
SOLIDIFICAZIONE DA UN FUSO
Il fattore limitante di queso processo è l'ossigeno, che durante il processo va
diminuendo. Di conseguenza i primi minerali a formarsi saranno ricchi di Ossigeno,
mentre gli altri risulteranno più poveri.
Altro fattore condizionante è la temperatura, cosi i primi a solidificarsi saranni gli
Altofondenti, cioè i minerali ricchi di Calcio, Magnesio, Ferro. Si formano per primi i
minerali Femici, scuri e pesanti.
Il magma residuo sarà povero di ossigeno e ricco di elementi Bassofondenti, come il
Potassio (K).
I minerali che si formano sono detto Sialici, sono ricchi di Silice e Alluminio, e sono
chiari e leggeri.
Le Rocce sono aggregati naturali di minerali e sono la principale costituzione della
Crosta.
Sono di composizione diversa e variabile, Eterogenee sono quelle composte da più
minerali, per esempio il granito è costituito da Mica, Quarzo, Ortoclasio, Pirosseni, sono
invece Omogenee o Mineralogiche quelle composte da un solo tipo di minerale (Gesso:
Solfato di Calcio Bi Idrato CaSO4 2H2O - Calcare: Carbonato di Calcio CaCO3 Salgemma).
Si parla di roccia quando si osserva un ammasso che forma una unita geologica
indipendente, dovuta ad un determinato processo geologico e si riscontrano masse
mineralogiche distinte.
La roccia può essere monomineralogica quando è composta da un solo minerale,
esempio Gesso o calcare, si parla di rocce eterogenee, quando si tratta di miscugli di
vari minerali esempio il Granito, che è costituito da Quarzo, Ortoclasio, Mica e
Pirosseni.
Una roccia non può essere distinta da una formula e non ha un comportamento chimico
costante e omogeneo.
Si possono comunque dividere in tre grandi gruppi:
• MAGMATICHE: Si formano rispettivamente in seguito al raffreddamento o
consolidamento di una massa fusa detta magma.
A loro volta sono divise in due tipi:
Intrusive: dal consolidamento lento di un magma all'interno della crosta
terrestre
Effusive: sono quelle che derivano dal rapido raffreddamento di una lava.
Entrambe sono caratterizzate dalla assenza di fossili e stratificazioni.
• SEDIMENTARIE: Spesso contengono fossili, si formano atraverso il deposito
e l'accumulo di particelle e detriti vari trasportati dall'acqua, dal ghiaccio e dal
vento (Detritiche), o per la precipitazione chimica di sali minerali in seno alle
acque dolci e marine (Chimiche), o per l'attività degli organismi (Organogene).
• METAMORFICHE: Derivano da rocce preesistenti, sedimentarie, mafmatiche
o da altre metamorfiche, che hanno subito, in tempi sucessivi alla loro
formazione, modificazioni più o meno profonde.
Si formano come le rocce magmatiche in seguito a processi che avvengono in
profondità.
Percentuali delle rocce nella crosta terrestre
IL RICONOSCIMENTO
Si basa sull'osservazione della composizione, della struttura e della tessitura di un
campione che si sta esaminando.
Primo passo è l'osservazione del colore, la forma e le proprietà fisiche o chimiche. Ma
questo metodo non garantisce una analisi esatta.
Bisogna cosi ricorrere all'osservazione tramite microscopio da Petrografia , che
permette di riconoscere le proprietà ottiche dei minerali presenti, la struttura e la
tessitura del campione.
• Struttura: E' l'insieme delle carateristiche con cui si presentano i minerali che
compongono un aroccia: aspetto, dimensioni reali e relative, forma e
disposizione.
• Tessitura: Include le caratteristiche osservabili delle rocce, per esempio
l'orientamento dei minerali.
Composizione, struttura e tessitura, suggeriscono informazioni per risalire alla
formazione della roccia.
Per lo studio della roccia si ricava una fettina sottile della stessa, il metodo è quello
della incollatura ad un vetrino ed alla sucessiva levigatura, fino ad ottenere una lamina
sottile, attraversabile dalla luce e quindi osservabile tramite microscopio.
Si procede cosi allo studio prima sotto luce naturale, ossevando cosi colori, contorni e
superfici, poi allo studio sotto luce polarizzata (Radiazioni).
Questi raggi attraversano i minerali e subiscono fenomeni di rifrazione, interferenza e
riflessione, consentendo di identificare i vari minerali
I silicati sono i costituenti del più del 90% della crosta terrestre.
Sono composti di Silicio e Ossigeno e tutti tranne il Quarzo (SiO2) contengono uno o
più elementi in forma ionica (Al - Fe - Mg - K - Na - Ca..).
Nonostante abbiano caratteristiche diverse in tutti è presente la stessa struttura di base
(SiO4)4- poichè il Silicio ha stox 4 e l'ossigeno stox -2, lo stox del tetraedro corrisponde
a (SiO4)4- (Le valenze residue sono saturate dai cationi) , nei quali 1 atomo di Silicio è
legato a 4 atomi di Ossigeno, ciascuno dei quali ha una carica negativa ai vertici del
tetraedro. I tetraedri isolati non sono stabili e possono legarsi tra loro in diverso modo,
condividendo alcuni o tutti gli atomi di Ossigeno.
Se gli atomi di Ossigeno sono condivisi in modo tale
da saturare tutte le carice negative , risulta un
complesso neutro e il rapporto tra atomi di Ossigeno
e Silicio è di 2:1.
Il composto avrà formula SiO2 e darà origine a
minerali diversi, secondo le modalità di
cristallizzazione (il Quarzo è il più diffuso).
I Silicati si dividono in:
• NESOSILCATI: Sono Silicati a Tetraedri isolati e vi appartengono le Olivine,
in cui gli ioni positivi sono rappresentati da Magnesio e Ferro.
Gli ioni di ossigeno non vengono condivisi tra i diversi tetraedri e la formula
risulta SiO4. Le Olivine, costituite dai tetraedri isolati, sono tenute insieme da
cationi (Mg - Fe), sono soluzioni solide di minerali con vario contenuto da Fe e
Mg, sono dure e compatte, con una colorazione tipica verde. Solidificano ad
elevate temperature e hanno una densità elevata.
• SOROSILICATI: Sono silicati ad anelli di tetraedri (Berillio), sono costituiti da
anelli di 3,4,6 tetraedri, in cui gli atomi di ossigeno condivisi sono 2. La formula
risulta SiO3 Si4O12 Si6O18.
• INOSILICATI: Sono silicati a catene di tetraedri.
Se le molecole sono costituite da catene lineari semplici di tetraedri sono detti
PIrosseni, scuri e densi, ricchi di Fe e Mg (SiO3).
Se le molecole sono costituite da catene lineari doppie sono dette Anfiboli, con
composizione variabile e una colorazione che va dal Verde al Marrone al Blu.
Pirosseni e Anfiboli si sfaldano facilmente lungo le direzioni parallele alle catene
di tetraedri.
• FILLOSILICATI: Sono silicati a strati di tetraedri (Miche).
Si presentano in grossi cristalli esagonali, la cui caratteristica è la facile
sfaldatura in piani paralleli, lungo i piani di tetraedri.
Esistono due tipi di Mica, la scura (Biotite) e la chiara (Muscovite).
Sono fillosilicati anche i minerali argillosi, che si formano sotto forma di masse
porose (Caolinite).
Hanno in genere struttura microcristallina o amorfa, costituita da particelle
piccole, osservabili solo al microscopio elettronico.
• TECTOSILICATI: Sono silicati a struttura spaziale (Felspati) e hanno tutti gli
atomi di ossigeno in comune.
La famiglia dei Feldspati è molto varia, i tetraedri non hanno sempre la stessa
composizione, si alternano infatti tetraedri con silicio e ossigeno e tetraedri in
cui l'ossigeno è legato ad un atomo centrale di alluminio.
L adifferenza tra i feldspati dipende dai diversi rapporti di combinazione tra i
due tipi di tetraedri e dalla quantità diversa di Ca, K, Na.
I feldspati sono in genere chiari ed incolori, plagioclasio bianco, e i feldspati di
potassio, che possono avere colori diversi, rosa e rosso, che cristallizzano in
maniera diversa a seconda della temperatura.
Altro tipo di tectosilicati sono i feldspatoidi, simili ai feldspati, ma con una
minore percentuale di silice e un maggiore numero di cationi. Questi sono chiari
ed incolori.
I minerali non-silicati sono elemnti nativi, cioè si formano allo stato elementare,
ad esempio Oro, Argento, Rame, Zolfo e Mercurio.
Si dividono in:
• OSSIDI:Ossido di Alluminio:
Bianco (Allumina - Bauxite)
Verde (Smeraldo)
Rosso (Rubino)
Trasparente (Corindone)
• ALOGENURI: Composti degli alogeni:
Salgemma (NaCl)
Silvite (KCl)
Fluorite CaF2
• SOLFURI:
Argentiti (Ag2S)
Blenda (ZNS) si estrae zinco e piombo
Galena (PBS) si estrae zinco e piombo
• CARBONATI: Calcite:
Carbonato di Calcio CaCO3
Aragonite
Dolomite (Carbonato doppio di Calcio e Magnesio)
• SOLFATI:
Gesso (CaCo4+2H2O)
Calcio Anidro (CaSO4
La Scala di Mohs e' un criterio empirico per la valutazione della durezza dei
materiali ideato dal mineralogista austriacom Friederich Mohs (1772-1839). Essa
assume come riferimanto la durezza di dieci minerali numerati progressivamente da 1 a
10 e tali che ciascuno è in grado di scalfire quello che lo precede ed è scalfito da quello
che lo segue.
Il primo minerale della serie e' il talco, l'ultimo il diamante. La scala di Mohs ha un
valore puramente indicativo in quanto gli intervalli tra i valori rappresentati non sono
costanti (cioe' uguali all'unita'), come e' stato messo in evidenza dalle prove sperimentali
del mineralogista Rosiwal. Lo studioso Mohs stilò una tabella per riconoscere i livelli di
durezza dei minerali. Si tratta tuttavia di una prova di tipo realtivo, cioè per confronto.
Esiste anche una scala assoluta di durezza, calcolabile tramite lo sclerometro, che
definisce la durezza in modo numerico
SCALA DI MOHS
TENERI (si scalfiscono con l'unghia)
1. Talco
2. Gesso
SEMI DURI (si rigano con una punta d'acciaio)
3. Calcite
4. Fluorite
5. Apatite
DURI (non si rigano con la punta di acciaio)
6. Ortoclasio
7. Quarzo
8. Topazio
9. Corindone
10.Diamante (Carborundum)
Talco
Minerale monoclino prismatico; fillosilicato di magnesio.
Si presenta in masse squamose o
finemente compatte, bianche,
grigie o verdastre, ntuose al tatto;
ha lucentezza perlacea, durezza 1
nella scala di Mohs; si forma
dall'olivina per metamorfismo, e
per metasomatismo termico da
dolomia in presenza di acque
ricche di selicio.
Il talco e' il costituente fondamentale dei talcoscisti; la varieta' compatta
costituisce la steatite.
E' usato nelle industrie dei prodotti sanitari, delle ceramiche, della gomma, dei
refrattari per l'industria elettrica.
In Italia i depositi piu' importanti sono quelli degli scisti delle valli Germanasca
e Chisone in Piemonte.
Gesso
Minerale monoclino prismatico; solfato
bi-idrato di calcio.
Si presenta in cristalli prismatici
tabulari, spesso geminati a ferro di
lancia, oppure in masse granulari o
fibrose, con lucenteza vitrea, incolori o
giallognole; ha durezza 2 nella scala di
Mohs. Si forma per deposito in seguito
all'evaporazione dell'acqua marina; in
tal caso si presenta in strati anche di
notevole dimensione e spessore alternati a strati argillosi; si trova inoltre quale
minerale di ganga e nei depositi di zolfo; e' il costituente essenziale degli
alabastri.
Il gesso, usato come materiale cementante in edilizia, si prepara per
riscaldamento del minerale a circa 200 C in particolari forni (forni rotativi e
forni a camere). La presa del gesso avviene, dopo impasto con acqua, per
formazione del solfato bi-idrato, il quale, essendo meno solubile, precipita dando
una massa cristallina dura e compatta.
Per calcinazione a 900-1300 C si ottiene il gesso da pavimentazione contenente
calce libera, dotato di proprieta' idrauliche e di migliori caratteristiche
meccaniche. Il gesso impastato con colla e solfato di zinco, da' un prodotto duro
che puo' essere modellato (stucco da modellatori).
Altro prodotto particolare e' la scagliola. Il gesso, oltre che come materiale da
presa, trova impiego come ritardante dei cementi Portland e come fertilizzante.
In Italia si trova in Sicilia e in Emilia.
Calcite
Fase polimorfa scalenoedrica ditrigonale del
carbonato di calcio. Si presenta in cristalli
romboedrici o scalenoedrici, o in masse micro
cristalline biancastre. Ha durezza 3 nella scala di
Mohs.
Largamente distribuita sulla crosta terrestre, e' il
costituente fondamentale dei calcari, dei
calcescisti, delle stalagmiti e delle stalattiti;
quando e' incolore viene usata come vetro, in
ottica, col nome di spato d'Islanda.
La forma cristallina della calcite e' assunta quale esponente della "classe
scalenoedrica ditrigonale" o "classe della calcite".
Fluorite
Minerale del sistema monometrico, fluoruro di calcio.
E' uno dei principali minerali di fluoro e si presenta
in cristalli cubici spesso geminati per
compenetrazione, incolori o colorati di rosa, azzurro,
violetto, verde o in masse granulari o compatte che mostrano spesso
fluorescenza. Ha durezza 4 nella scala di Mohs.
È usato in metallurgia come fondente, per la preparazione dell'acido fluoridrico e
per la fabbricazione di vetri opalescenti; i cristalli molto limpidi sono utilizzati
per la preparazione di lenti per obiettivi microscopici.
Apatite
Minerale esagonale bipiramidale, fosfato di calcio
contenente fosforo, fluoro, cloro. Si presenta in
cristalli gialli, verdi o violetti con lucentezza
resinosa. Ha durezza 5 nella scala di Mohs.
È uno dei piu' comuni e diffusi minerali accessori
delle rocce: si conoscono una fluoro-apatite, una
cloro-apatite e una idrossil-apatite. Può essere
usata come fonte di fosforo quando sia in
notevoli concentrazioni, come nelle pegmatiti
della penisola di Kola (ex-URSS).
La forma cristallina dell'apatite e' presa come
esponente della classe bipiramidale esagonale o "classe dell'apatite".
Ortoclasio
Detto anche ortose.
Minerale monoclino prismatico; tectosilicato di alluminio e potassio. Ha durezza
6 nella scala di Mohs.
E' uno dei piu' importanti feldspati che si
presenta in cristalli prismatici tozzi, spesso
geminati, bianchi, rossastri, violacei o
giallini; e' uno dei costituenti fondamentali
delle rocce eruttive acide e di molti tipi di
rocce metamorfiche e sedimentarie. I cristalli
di ortoclasio vengono presi come campioni base della classe prismatica o "classe
dell'ortoclasio".
Quarzo
Minerale trigonale trapezoedrico, composto di biossido di silicio (silice).
E' un comune costituente
di molti tipi di rocce; si
presenta in cristalli
prismatici quasi sempre
terminati da due
romboedri che simulano
una bipiramide esagonale,
spesso geminati, o anche
in masse compatte
microcristalline con forme
svariate; generalmente
incolore, talvolta
leggermente colorato in varie tonalita', trasparente o translucido. La varieta'
color giallo pallido e' usata in gioielleria con i nomi di falso topazio e topazio di
Scozia; la varieta' limpida e trasparente e' nota come quarzo ialino o cristallo di
rocca.
Il quarzo ha durezza 7 nella scala di Mohs, frattura concoidale; e' piezoelettrico;
e' dotato di notevole stabilita' chimica, viene attaccato solo dagli alcali fusi e
dall'acido fluoridrico; fonde a 1550 C ed esiste in due modificazioni
allotropiche: il quarzo "alpha"; che e' la forma stabile e comune (sistema
trigonale) con densita' 2,65; esso si trasforma a 575 C nella forma "beta"
(sistema esagonale) con densita' 2,50.
Gli usi del quarzo sono svariati, in genere viene impiegato per fabbricare
recipienti che debbano sopportare elevate temperature e contemporaneamente
resistere a reattivi chimici molto corrosivi, oppure per costruire apparecchi che
subiscano piccolissime alterazioni (dimensioni, elasticita') con la temperatura
(industria vetraria, dei refrattari, delle ceramiche, nelle fonderie e nella
costruzione di oscillatori radio, di apparecchi scientifici e ottici e di crogioli per
l'industria chimica); ha tuttavia lo svantaggio di essere molto fragile.
Topazio
Minerale rombico bipiramidale, nesosilicato di
alluminio e fluoro.
Si presenta in cristalli prismatici terminati da
bipiramidi con sfaldatura perfetta; ha durezza 8
nella scala di Mohs, elevato peso specifico.
La colorazione caratteristica e' giallo-miele, ma
se ne conoscono varieta' azzurre, violette e
rosse, molto pregiate in gioielleria.
E' un minerale di origine pneumatolitica e la sua
giacitura caratteristica e' nelle cavita' di graniti e pegmatiti.
I giacimenti piu' importanti sono quelli brasiliani, giapponesi, messicani,
dell'isola di Ceylon, degli Urali.
Tra i topazi piu' grossi si ricorda quello del museo di Mineralogia dell'universita'
di Firenze del peso di 151 Kg e alto circa 50 cm. Col nome di topazio orientale
viene designata la varieta' giallo-oro del corindone.
Corindone
Minerale ditrigonale scalenoedrico, allumina.
Si presenta in cristalli singoli ben formati e prismatici,
lucentezza adamantina, elevatissima durezza (9 nella
scala di Mohs).
Le varieta' piu' pregiate sono lo zaffiro, il rubino, lo
smeraldo, il topazio, l'ametista, l'acquamarina, estratte
soprattutto in Thailandia, Birmania, Ceylon,
Madagascar.
La varieta' compatta di color bruno viene usata,col
nome di smeriglio, nell'industria degli abrasivi. I
corindoni sintetici sono ottenuti nel forno elettrico partendo da una miscela di
bauxite e coke; sono usati nell'industria degli orologi e nelle fabbricazione di
puntine per fonografi.
Diamante
Carbonio puro cristallizzato nella classe
esacisottaedrica del sistema monometrico.
• densita' 3,51
• indice di rifrazione 2,41 (con riga D
del sodio)
• punto di fusione 3550 C
• punto di ebollizione 4827 C
* = determinati in atmosfera inerte perche'
sopra gli 800 C in presenza di aria brucia
trasformandosi in anidride carbonica, mentre a 1000 in atmosfera inerte si
trasforma in grafite.
E' inattaccabile dagli acidi e dagli alcali. Si presenta in cristalli singoli o multipli
di varia grandezza, generalmente ottaedrici, talvolta dodecaedrici, raramente
cubici; e' normalmente incolore o giallo pallido ma puo' essere anche azzurro,
arancione, rosso, bruno.
Tagliato come gemma acquista la classica lucentezza "adamantina", dovuti agli
alti valori dell'indice di rifrazione e del potere di dispersione della luce. Il
diamante rappresenta uno dei pochi casi in cui un elemento (il carbonio) si
rinviene in discreti quantitativi in natura allo stato puro ed e' il piu' duro dei
corpi naturali conosciuti: per questa sua proprieta' rappresenta il termine di
massima durezza (10) nella scala di Mohs.
La scala può essere estesa con i seguenti minerali:
Durezza
1
2-6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Materiale
Liquido
Come indicato nella precedente
Puro Silicie
Quarzo
Topazio
Garnet
Zirconio
Alluminio
Silice carbonato
Boron carbide
Diamante
