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Università degli Studi di Messina Università degli Studi di Messina SISSIS SISSIS SEZIONE DI MESSINA SEZIONE DI MESSINA Anno Accademico 2007/2008 Anno.

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1 Università degli Studi di Messina Università degli Studi di Messina SISSIS SISSIS SEZIONE DI MESSINA SEZIONE DI MESSINA Anno Accademico 2007/2008 Anno Accademico 2007/2008 Indirizzo Scienze Naturali Indirizzo Scienze Naturali Classe 59 A Classe 59 A Corso di : Corso di : Laboratorio di didattica della Mineralogia (Prof. C. Saccà) (Prof. C. Saccà) Didattica delle scienze della Terra Geologia e Paleontologia Didattica delle scienze della Terra Geologia e Paleontologia (Prof. Bonfiglio) (Prof. Bonfiglio) Didattica delle scienze della Terra Mineralogia e Litologia Didattica delle scienze della Terra Mineralogia e Litologia (Prof. R. Saccà) (Prof. R. Saccà) A cura di A cura di FalzeaRaffaella Falzea Raffaella

2 I Minerali Prerequisiti: Conoscenza dei principali effetti che variazioni di temperatura e pressione hanno sui corpi; Nozioni di fisica; Nozioni di chimica ed elementi chimici; Obiettivi: Definire il termine minerale; Illustrare le caratteristiche fisiche dei minerali; Classificazione dei minerali; Metodi studio dei minerali Metodologie d’insegnamento :  Lezioni frontali;  Lezioni partecipate;  Lavori di gruppo; Esperimenti in classe; Esperimenti in classe; Analisi di minerali e rocce portate in aula dall’insegnante. Analisi di minerali e rocce portate in aula dall’insegnante.

3 I minerali Unità 1 : proprietà fisiche dei minerali Unità 2: classificazione dei minerali Unità 3: metodi di studio dei minerali Modulo 1

4 La lezione parte sempre dall’osservazione dal mondo che ci circonda, la classe verrà stimolata a porsi dei quesiti ed a formulare delle ipotesi per rispondere ad essi Se ci guardiamo attorno ci accorgiamo dell’enorme varietà di rocce che ci circondano... ma di cosa sono fatte ?? Sapevi che moltissimi prodotti (trucchi, fiammiferi etc.) di uso quotidiano vengono sintetizzati partendo proprio minerali ???

5 I minerali Composizione chimica costante Forma e caratteristiche fisiche specifiche Generalmente sostanze inorganiche e solide Sostanze naturali Metallo grezzo I minerali sono MineraleLatino medievalemineralis Parola gallica meìina

6 Proprietà fisiche dei minerali Unità 1 Modulo 1

7 Esistono circa 3000 tipi di minerali ….da qui la necessità di classificarli … ma come? Durezza Proprietà fisiche Struttura cristallina Densità Proprietà magnetiche Piro - e ferroelettricità Lucentezza Colore Luminescenza Sfaldatura

8 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 classi di durezza diverse: -grafite primo o secondo grado; -diamante decimo grado.

9 Sfaldatura La sfaldatura è la tendenza dei minerali a rompersi parallelamente a piani di atomi.mineraliatomi 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 Grafite

10 Lucentezza Definizione: 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;. MetallicaAdamantina Vitrea 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 salgemma Salgemma NaCl

11 Luminescenza 1) Fluorescente, riemissione luminosa nello spettro del visibile cessa al cessare della sorgente di eccitazione 2) Fosforescente, se tale fenomeno prosegue per un determinato periodo anche al cessare della sorgente di eccitazione 3) Termoluminescente, riemissione luminosa nel campo del visibile dovuto a riscaldamento del minerale 4) Non fluorescente emissioni del minerale non nello spettro visibile Aragonite Illuminata con luce normale Illuminata da lampada a raggi UV

12 Densità 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 Peso di un ugual volume di acqua Peso del minerale Densità

13 Struttura cristallina ordinata disordinata Reticolo cristallino Minerale cristallino Disposizione atomi e molecole Minerale amorfo

14 Trasparenza o diafanità Trasparente Traslucido Opaco Non consente una visione nitida dell’oggetto Trasmette la luce diffondendola ma non è trasparente Gesso trasmette luce ed attraverso il quale è possibile osservare un oggetto. Quarzo Impermeabile alla luce La maggior parte dei minerali metallici è opaca

15 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 Minerali idiocromatici Il colore dipende esclusivamente dalla sua composizione chimica. Sono quindi dotati di colore proprio dipende dalla presenza di impurità. difetti strutturali nel reticolo (centri di colore)

16 Magnetismo I frammenti e la polvere di certi minerali, soprattutto quelli che hanno un elevato tenore in ferro, possono essere separati dai minerali simili con l'ausilio di una potente calamita. Certi minerali, come ad esempio l'ematite, diventano magnetici quando sono riscaldati. I principali minerali magnetici contenuti nelle rocce terrestri sono: magnetite Ematite Maghemite Goethite Pirrotina

17 Importanza del magnetismo Sono pochi i minerali dotati di un magnetismo molto evidente (ferromagnetici). La maggior parte sono debolmente magnetici. Il magnetismo di un minerale scompare oltre una certa temperatura Punto di Curie Il magnetismo del minerale ricompare quando questo si raffredda.... Il minerale registra il magnetismo terrestre in quell’ esatto istante

18 Piroelettricità e ferroelettricità Piroelettricità: capacità di un cristallo di sviluppare cariche opposte su facce opposte se scaldato Apparato per la piroelettricità usato per studiare la formazione di cariche elettriche sui cristalli di tormalina. Ferroelettricità: capacità di un cristallo di sviluppare cariche opposte su facce opposte se sottoposto ad un campo elettrico

19 Classificazione Unità 2 Modulo 1

20 Classificazione In base alla composizione chimica, i minerali si dividono nelle seguenti classi: I - Elementi nativi II - Solfuri III - Alogenuri IV - Ossidi e idrossidi V - Nitrati, carbonati, borati VI - Solfati VII - Fosfati, arseniati, vanadati VIII- Silicati IX - Sostanze organiche Minerali formati da un solo elemento I - Elementi nativi II - Solfuri III - Alogenuri: IV - Ossidi e idrossidi V - Nitrati, carbonati, borati VI - Solfati VII - Fosfati, arseniati, vanadati VIII- Silicati IX - Sostanze organiche

21 Elementi nativi Minerali formati da un solo elemento: RameOro Platino Zolfo Argento Usi: Gioielli fotografia Usi: Fiammiferi Pesticidi Vernici Usi: Gioielli Ortodonzia Usi: Leghe con Zn Leghe con Sn Fili elettrici Ottone Bronzo Zolfo

22 Solfuri Elemento metallico + 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. Estrazione piombo Blenda Zinco+Zolfo Estrazione dello zinco Cinabro Mercurio+ Zolfo Si può utilizzare nell'affresco, tempera, olio ed acquerello. Pirite Ferro + Zolfo Produzione ferro ed acido solforico

23 Alogenuri Cloro o Fluoro + altro elemento Fluorite Calcio + Fluoro Usata per: -produzione acido fluoridrico; -produzione alluminio; -fabbricazione lenti e prismi. 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).

24 Ossidi Ossigeno + elemento metallico Ematite Ossido di ferro Estrazione del ferro Altri ossidi utili: Bauxite Allumiinio Lattine StagnoSaldatureCassiterite

25 Carbonati Carbonio + Ossigeno + elemento metallico CO 3 CalciteAragonite Porzione calcarea degli scheletri e delle conchiglie di alcuni organismi Produzione calce Componente di cementi Esperimento birifrangenza Dolomite Esperimento per il riconoscimento dei materiali carbonatici

26 Solfati Zolfo + Ossigeno SO 4 + Elemento metallico Gesso Solfato di calcio Ca[SO 4 ] 2H 2 O Usi medicina calchi statue impronte Gessetti da lavagna Barite Solfato di bario Ba[SO 4 ] Usi Produzione zavorre per lavatrici, gru Produzione calcestruzzo pesante Produzione di colori Fuochi d’artificio

27 Silicati Sono i minerali più comuni nella crosta terrestre Classificazione secondo la struttura cristallina 1 Atomo di silicio + 4 atomi di ossigeno Struttura tetraedrica Ripetuta nello spazio I Il vetro è un esempio

28 Metodi d’indagine Diffrattometria a raggi X Microscopio polarizzante HCl (per i carbonati) Modulo 1 Unità 3

29 Diffrattometria a raggi X Consente l’identificazione dei minerali argillosi Viene effettuata su polveriIndagine distruttiva (anche se serve meno di 1grammo del campione ) Identificazione qualitativa Stima quantitativa dei minerali più rappresentati nel campione SCOPI Facendo attraversare un cristallo da un fascio di raggi X se ne ottiene su una lastra un’ immagine che ne riflette il tipo di struttura

30 Microscopio polarizzante Analisi in sezione sottile con luce polarizzata Gabro a nicols paralleli Nicols incrociati Sfrutta la proprietà dei minerali di cambiare colore se attraversati da un fascio di luce polarizzata Identificazione specie mineralogiche presenti in una roccia

31 Carbonati…come riconoscerli?? Materiali: 2 rocce (un calcare e un granito), acido cloridrico, una pipetta Esperimento Prendere le due rocce disporle l’una accanto all’altra; Versare alcune gocce di acido cloridrico su entrambe le rocce; Osservare la reazione: sulla roccia carbonatica si noterà un’effervescenza mentre sul granito non si registrerà nessuna reazione. Il carbonato di calcio a contatto con l’acido cloridrico sviluppa effervescenza (acqua e CO 2 ), quest’ultima causata dalla liberazione di anidride carbonica. Osservazioni Questo trattamento è un metodo utile ed attendibile per distinguere le rocce carbonatiche (calcare, travertino, ecc). Infatti se il campione da noi analizzato è un calcare si avrà la reazione descritta precedentemente, al contrario se è costituito interamente da minerali non carbonatici tipo quarzo, feldspati anfiboli ecc. non osserveremo nessun tipo di reazione sulla roccia. CaCO 3 + HCl + H 2 O ==> Ca + OH + H 2 O + Cl + CO 2 (gas)

32 Laboratorio: vediamo come cresce un cristallo Finalità: Stimolare l’interesse degli alunni verso l’argomento attraverso l’osservazione di sostaze comuni nella vita quotidiana e realizzazione operativa di cristalli Materiali: bicchiere, acqua, sale grosso e sale fine, filo di cotone, un bastoncino Procedimento: Versare nel bicchiere un dito di acqua; Aggiungere sale fino e mescolare fino a quando non si scioglierà del tutto; Legare un pezzo di sale grosso ad una estremità del filo; Legare l’altro estremo del filo alla metà del bastoncino; Mettere il bastoncino di traverso sul bicchiere in modo tale che il pezzo di sale grosso sia immerso nell’acqua; Lasciare riposare per alcuni giorni. Osservazioni: Estrarre il pezzo di sale grosso dopo qualche giorno e osservarne la crescita dei cristalli e verificare le dimensioni raggiunte. Durante questo processo le particelle disordinate del liquido (atomi, molecole o ioni) si dispongono in una struttura ordinata, cristallina. Il cloruro di sodio è un esempio di CRISTALLO. Il processo di separazione di una sostanza per evaporazione da un miscuglio omogeneo è detto CRISTALLIZZAZIONE.

33 Grotta di Naica-Mexico Esistono Minerali anche molto più grandi di quanto potremmo immaginare


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