minerali - Istituto Ven. A. Luzzago

minerali
Un minerale è un corpo solido che si trova
allo stato naturale, formatosi tramite un
processo inorganico. Si conoscono più di
3.500 specie.
quarzo rosa
aragonite
Caratteristiche di un minerale:
1. Allo stato naturale deve essersi formato
attraverso un processo inorganico.
Caratteristiche di un minerale:
2. La sua composizione è esprimibile
tramite una formula chimica, definita o
variabile entro precisi limiti.
ematite: Fe2O3
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Salgemma NaCl
Ematite Fe2O3
Calcite CaCO3
Gesso CaSO4
Quarzo SiO2
Olivina (Mg,Fe)2SiO4
Pirite FeS2
Fluorite CaF2
Caratteristiche di un minerale:
3. Un minerale può essere formato da un
solo elemento o essere un composto.
Le particelle che la costituiscono (atomi,
ioni, molecole) devono essere disposte
spazialmente in modo geometricamente
ordinato e ben definito. In altri termini, la
sostanza deve essere un solido cristallino
(eccezione: solidi amorfi).
abito cristallino
• La forma esterna dei minerali dipende in
larga parte dalle condizioni in cui i minerali
si formano e dalla possibilità di svilupparsi
liberamente nello spazio circostante.
Quando i minerali si sviluppano
liberamente senza ostacoli mostrano un
abito cristallino con forma geometrica che
caratterizza il minerale.
abito cristallino
Diamante: ottaedro
Quarzo: esagonale
Reticolo cristallino
• Alla forma esterna corrisponde, all'interno
del minerale, una geometricamente
definita disposizione spaziale delle
particelle costituenti. Questa struttura
spaziale interna, che varia da minerale a
minerale è detta reticolo cristallino.
Reticolo cristallino
Kaolinite Al2Si2O5(OH4)
Celle elementari
• Il reticolo cristallino è formato da miliardi di
unità ripetute nelle 3 dimensioni dette
“celle elementari”. Si definisce “cella
elementare” la più piccola unità
tridimensionale che conserva sia la
composizione chimica che la struttura
geometrica di quel particolare minerale.
Cella elementare del salgemma
• Un esempio di “cella elementare” è quello
del salgemma. In questo caso ogni “cella”
ha la forma di un cubetto costituito, in
questo caso, da quattro ioni Na+ e quattro
ioni Cl-. Le posizioni degli ioni nella
struttura cristallina sono definite e non
sono intercambiabili.
La cristallografia riconosce 32 differenti
“classi” di forme cristalline semplici. Ad
esempio:
Simple cubic
Hexagonal
Base centered orthorhombic
Simple orthorombic
Rhombohedral
Riassumendo, il reticolo cristallino del
minerale è dato dalla ripetizione ordinata
di celle elementari dalle precise geometrie,
La geometrica microstruttura interna da
origine ad una geometrica forma del
minerale (abito cristallino), se la
formazione e crescita del minerale non è
stata ostacolata.
NaCl salgemma
cristallografia
• La scienza che studia i cristalli e i reticoli
cristallini, con l’ausilio della spettrografia a
raggi X, è detta cristallografia.
GEMINATO: abito con la presenza di più porzioni geometricamente diversamente orientate
Pirite (FeS2) geminato
Fluorite (CaF2) geminato
drusa di ametista
DRUSA: aggregazione di cristalli impiantati per un'estremità su una matrice
rocciosa e liberi di accrescersi all'estremità opposta.
geodo di ametista
GEODO: cavità con cristalli che, impiantati sulle pareti, si accrescono verso l'interno.
Caratteristiche di un minerale:
4. È caratterizzato da specifiche proprietà
fisiche che devono avere, almeno entro
certi limiti, un valore costante e definito.
Alcune di queste proprietà sono la
densità, la sfaldatura, la lucentezza, il
peso specifico, il colore, la durezza (che
viene quantificata attraverso la Scala di
Mohs).
Scala di Mohs
La durezza dei minerali è determinata
mediante la comparazione con una scala
standard, la scala di Mohs.
La scala di Mohs compara con 10 minerali
standard, dal talco (scala=1) al diamante
(scala=10).
(1)
talco Mg3Si4O10(OH)2
Un fillosilicato di magnesio molto diffuso sulla Terra
e noto sin dall'antichità. Il nome deriva dall'arabo talq.
(2)
gesso CaSO4·2H2O
minerale di origine prevalentemente evaporitica, si forma per precipitazione diretta da acque
soprassature, con formazione di cristalli incolori o traslucidi anche di notevoli dimensioni,
ggetto di collezionismo, di cui il tipo più comune è la rosa del deserto.
(3)
calcite CaCO3
Minerale tipico di origine
sedimentaria, sia per
precipitazione chimica diretta
da evaporazione di soluzioni
sovrassature, sia per
sedimentazione di resti organici
di organismi marini che
utilizzano il carbonato di calcio
come costituente il loro guscio.
È tra i minerali più comuni in
assoluto, diffusa specialmente
in quasi tutte le rocce
sedimentarie. Minerali tra i più
vari come forma e colore, si
presenta tendenzialmente
romboedrico. Proprio e tipico di
questo minerale è il fenomeno
della doppia rifrazione.
(4)
Fluorite CaF2
E’ un minerale alogenuro. Raramente si presenta limpido e
incolore; esibisce di solito bellissime colorazioni violette, blu,
gialle, verdi, rosa. Alcuni tipi, se esposti ai raggi ultravioletti,
presentano un vistoso fenomeno di fluorescenza, fenomeno
che proprio dal minerale prende il nome.
(5)
Apatite Ca5(PO4)3(OH,Cl,F)
Tre specie della famiglia dei fosfati, denominate in funzione dell'anione prevalente:
Clorapatite Ca5(PO4)3Cl
Fluorapatite Ca5(PO4)3F
Idrossiapatite Ca5(PO4)3(OH)
La fluorapatite riveste una peculiare importanza essendo costituente dei maggiori
depositi minerali di sali di fosforo.
(6)
Ortoclasio KAlSi3O8
L'ortoclasio è un Tectosilicato in cui un atomo di silicio su quattro è sostituito da un
atomo di alluminio.
E’ il minerale più abbondante nella crosta terrestre (circa il 12% del suo volume).
L' "habitus" è quello di un prisma esagonale con ai vertici le facce di due romboedri
disposte in modo tale da simulare una bipiramide esagonale.
(7)
Quarzo SiO2
(8)
topazio Al2SiO4(OH,F)2
E’ un minerale silicato d'alluminio e fluoro. I cristalli di topazio più puri e dalla colorazione
più intensa vengono spesso lavorati come gemme ed impiegati in gioielleria.
(9)
corindone Al2O3
Si tratta di un minerale allocromatico, cioè si presenta in tutti i colori. La colorazione
dipende da elementi chimici cromofori, che non alterano la sua composizione
chimica.
Le principali varietà gemmologiche sono:
Smeriglio: varietà opaca di colore da bianco a grigio-bruno. È usato industrialmente
per la preparazione di abrasivi.
Rubino: varietà di corindone di colore rosso
Zaffiro: varietà di corindone di colore blu
(10)
diamante (C)
Una forma allotropica del Carbonio.
Classificazione dei minerali
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Carbonati
Solfuri
Solfati
Fosfati
Alogenuri
Ossidi
Elementi nativi
Silicati
carbonati
• Presentano lo ione carbonato, principali
minerali sono la calcite (CaCO3) e la
dolomite (MgCa(CO3)2)
Dolomite MgCa(CO3)2
solfati, solfuri e alogenuri
• I solfati presentano lo ione solfato, il più
comune è il gesso.
• I solfuri sono composti tra lo zolfo ed un
metallo, ad esempio la pirite FeS2
• Gli alogenuri sono composti tra elementi
del gruppo VII della tavola periodica ed un
metallo, il più conosciuto è il salgemma.
pirite
ossidi
• Esempi di minerali appartenenti alla
famiglia degli ossidi sono l’ematite Fe2O3 e
la magnetite Fe3O4
elementi nativi
• metalli (oro, argento, platino, rame, ferro);
semimetalli (arsenico, bismuto);
non-metalli (zolfo, diamante, grafite).
silicati
• I silicati costituiscono oltre il 90% della crosta
terrestre e formano tutte le rocce magmatiche e
la maggior parte delle metamorfiche e
sedimentarie.
• costituiscono quasi tutti i materiali inorganici da
costruzione. I graniti e i prodotti artificiali come i
mattoni, i cementi, i mortai, sono silicati, come
pure le ceramiche e i vetri.
• I silicati vengono classificati su criteri
strutturali ed in particolare sulle modalità di
concatenamento dei tetraedri SiO4. I
tetraedri possono esistere isolati oppure
legarsi mediante i vertici ad altri tetraedri
in gruppi discreti o ad estensione
indefinita.
tetraedro
classificazione dei silicati
• 1) nesosilicati, ortosilicati. Contengono
tetraedri isolati;
• 2) sorosilicati, contengono unità dimeriche;
• 3) ciclosilicati, presentano strutture ad anelli;
• 4) inosilicati (1D), silicati a catene infinite;
pirosseni e anfiboli;
• 5) fillosilicati (2D), silicati a strati - argille e
miche;
• 6) tectosilicati (3D), silicati a network –
feldspati e quarzo.
nesosilicati
I Nesosilicati sono tutti caratterizzati dal gruppo [SiO4]4- dove i
tetraedri sono ordinati in una struttura dove nessun vertice è in
comune. . I cationi più frequenti che troviamo tra le catene sono:
Mg2+ e Fe2+
olivina (nesosilicato)
inosilicati (pirosseni e anfiboli)
Caratterizzati da tetraedri di Silicio ed
Ossigeno legati in catene. Le catene semplici
caratterizzano i pirosseni, le doppie gli
anfiboli. I cationi più frequenti che troviamo tra
le catene sono: Mg2+ e Fe2+ .
augite (pirosseno)
crocidolite (anfibolo) “amianto azzurro”
orneblenda (anfiboli)
fillosilicati
I fillosilicati sono minerali importanti tra cui troviamo le miche
bianche (muscovite), le miche nere (biotite) e i minerali delle argille.
I tetraedri si dispongono su piani paralleli; data la loro struttura sono
sfogliabili.
mica biotite (fillosilicati)
mica muscovite (fillosilicati)
tectosilicati
I tectosilicati sono i più complessi minerali silicatici poiché tutti i
tetraedri mettono in comune i quattro vertici con altrettanti vertici di
altri tetraedri; possiamo dividerli in quarzo e feldspati.
feldspati (alluminiosilicati)
I feldspati compongono il 60% della crosta terrestre.
Nei feldspati avviene la sostituzione parziale del Si con l’Al:
Conseguenza della sostituzione è il formarsi di anioni
Ossigeno che renderebbero la struttura instabile se non
venissero neutralizzati con l’introduzione di cationi.
I feldspati comprendono:
ortoclasio o K-feldspato (presenza di potassio)
plagioclasi (presenza di ioni calcio e sodio)
feldspato (tettosilicati) ortoclasio
quarzo (tectosilicato)
Il quarzo è formato solo da Silicio ed Ossigeno ordinati in una struttura
tridimensionale per cui la formula bruta del minerale è SiO 2.
silicati femici
(rapporto Si:O relativamente basso)
• I silicati classificabili come FEMICI (o
mafici), contengono una elevata
percentuale di ferro e magnesio
relativamente a silicio e ossigeno, sono
scuri e densi.
• Nesosilicati, inosilicati e i fillosilicati come
la Mica Biotite sono femici.
silicati sialici
(rapporto Si:O relativamente alto)
• I silicati SIALICI presentano ioni metallici
come alluminio ma in bassa percentuale
relativamente al silicio. Sono di colore
chiaro e, relativamente ai femici, leggeri.
• I tectosilicati e fillosilicati some la Mica
Muscovite sono sialici.
genesi dei minerali
• Solidificazione diretta di una massa fusa.
• Precipitazione di sostanze disciolte in
soluzione sovrassatura (diminuizione della
temperatura, evaporazione del solvente).
• Altre cause (sublimazione di un vapore, alterazione chimica
di un minerale preesistente).