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Mineralogia Dott.ssa Natalia De Luca Mail: A.A 2013/2014.

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Presentazione sul tema: "Mineralogia Dott.ssa Natalia De Luca Mail: A.A 2013/2014."— Transcript della presentazione:

1 Mineralogia Dott.ssa Natalia De Luca Mail: A.A 2013/2014

2 I minerali sono i costituenti fondamentali delle rocce, i ‘’mattoni’’ da cui risulta edificato il pianeta. I minerali sono il prodotto di complessi processi terrestri che avvengono in un ampio intervallo di pressioni e temperature e ci offrono una chiave per comprendere l’origine dell’universo. Minerali e rocce sono le uniche testimonianze dei processi attraverso cui si è evoluta e continua a evolversi la terra e sono la fonte di quelle risorse naturali il cui sfruttamento ha accompagnano tutto il cammino dell’uomo.

3 I MINERALI MINERALOGIA  la scienza dei minerali Comprende cinque sottodiscipline: Mineralogia descrittiva: si occupa della misurazione e della registrazione di quelle proprietà fisiche che sono di aiuto nell’identificazione e descrizione di uno specifico minerale (forma cristallina, durezza, colore…). Cristallografia: si occupa di indagare la struttura interna delle sostanze cristalline per determinare la struttura cristallina (posizione degli atomi, tipo e orientazione dei legami chimici, simmetria interna…). Cristallochimica: studia la relazione tra composizione chimica, struttura interna e proprietà fisiche dei materiali cristallini. Classificazione: esistono in natura circa 3800 specie minerali ciascuna con un nome distinto che viene assegnato sulla base di uno schema cristallochimico razionale. Distribuzione geologica: studia la caratteristica distribuzione di un minerale in un ben definito ambiente geologico.

4 I MINERALI I minerali sono sostanze naturali solide, aventi struttura cristallina (disposizione ordinata e regolare degli atomi che la costituiscono), caratterizzati da una composizione chimica ben definita e costante per ogni tipo di minerale e definibili quindi attraverso una precisa formula chimica. Sono elementi o composti puri, che non possono essere separati attraverso processi meccanici in componenti diversi. elementoOro (Au) Argento (Ag) Alcuni minerali sono formati da un solo elemento [es. Oro (Au) e Argento (Ag)], la maggior parte sono il risultato della combinazione di due o più elementi ‘legati’ tra di loro. COMPOSTO CHIMICO I singoli componenti non possono venire separati meccanicamente, come si può fare con un miscuglio, poiché sono uniti tra loro da legami chimici dovuti a forze di natura elettrica; rompendo tali legami il composto viene distrutto, poiché le sue proprietà sono diverse rispetto a quelle degli elementi che lo costituiscono ELEMENTI CHIMICI Sono classificati nella tavola periodica Cosa sono i minerali?

5 I MINERALI Proprietà fisiche dei minerali osservabili a scala macroscopica Proprietà definibili con un semplice esame visuale: Forma cristallina e abito Concrescimenti, geminazioni e striature Stato di aggregazione Lucentezza e colore Sfaldatura Proprietà che richiedono strumenti di verifica relativamente semplici: Durezza Peso specifico Magnetismo Radioattività Solubilità in HCl proprietà fisiche Il riconoscimento dei minerali si basa sull’analisi di alcune proprietà fisiche caratteristiche che dipendono dalla qualità e dalla disposizione degli elementi che li costituiscono e dal tipo di legame chimico che li unisce.

6 I MINERALI struttura cristallina abito cristallino Quasi tutti i minerali hanno una struttura cristallina, cioè un’ ‘’impalcatura interna’’ a livello atomico molto regolare e ordinata, che spesso si riflette in una forma esterna macroscopica altrettanto regolare: l’ abito cristallino. Forma poliedrica, cioè un solido geometrico con facce, spigoli e vertici dovuti a un regolare accrescimento, atomo dopo atomo, a partire da una struttura tridimensionale elementare. La struttura interna di un cristallo (reticolo) è caratterizzata da una disposizione degli atomi nello spazio tale che una stessa configurazione si ripete a intervalli regolari nelle tre dimensioni. Si presenta come allineamenti regolari di atomi (filari) lungo i quali atomi della stessa natura o di natura diversa si susseguono a distanze fisse e sono separati da spazi vuoti. CRISTALLO Ogni volta che un minerale può accrescersi senza ostacoli si sviluppa in cristalli singoli; se invece la crescita è ostacolata per lo sviluppo contemporaneo di altri cristalli (ed è il caso più frequente) ne risulta un massa di cristalli fittamente aggregati.

7 Na + Cl - I MINERALI cloruro di sodio salgemma Un esempio semplice di reticolo cristallino è quello del cloruro di sodio (NaCl) il comune sale da cucina presente in natura come minerale, il salgemma. Nel reticolo del salgemma gli atomi di cloro e di sodio sono disposti in modo da occupare alternativamente i vertici di cubi ideali che si ripetono nello spazio in modo ordinato. ioniattrazione elettrostatica In realtà si tratta di ioni legati dalla forza dovuta all’attrazione elettrostatica tra due particelle di carica opposta. Gli ioni risultano strettamente ‘’impacchettati’’ il che assicura alla struttura una grande stabilità, perché la forza elettrostatica è tanto maggiore quanto minore è la distanza tra gli ioni.

8 I MINERALI Forma cristallina e abito I cristalli sono delimitati da superfici piane e lisce e assumono forma geometriche regolari. I campioni di minerali che hanno una buona forma esterna si sono formati in condizioni geologiche favorevoli. La forma esterna dei cristalli è l’espressione esterna della loro disposizione atomica interna e ordinata. Le facce fra loro uguali (quelle cioè che hanno la stessa relazione con gli elementi di simmetria intrinseci al cristallo stesso) si dicono appartenere ad una forma cristallina; l’insieme di facce appartenenti a più forme diverse genera l’ abito di un cristallo. L’abito indica l’aspetto complessivo del cristallo compresi gli abiti dovuti a irregolarità nella crescita.

9 I MINERALI Forma Cubica Forma Ottaedrica

10 I MINERALI Due possibili combinazioni del cubo e dell’ottaedro che differiscono per la predominanza del cubo (a) o dell’ottaedro (b) (a) (b)

11 I MINERALI forma esternaproprietà fisiche Ogni minerale è definito dalla sua composizione chimica e dal suo modo di cristallizzare. Per riconoscerlo a volte non è necessaria un’analisi rigorosa, è sufficiente un esame della forma esterna (che riflette la simmetria di cristallizzazione) e delle proprietà fisiche (che a loro volta dipendono dalla composizione chimica e dal tipo di cristallizzazione). FORMA È l’insieme delle facce fisicamente equivalenti di un cristallo, la cui presenza è condizionata dagli elementi di simmetria e dalla disposizione interna degli atomi. Forma aperta Forma chiusa La forma dei cristalli è in genere data non da una sola forma cristallografica, ma da una combinazione di varie forme più o meno sviluppate. Abito Abito: aspetto determinato dalla forma che ha sviluppo predominante sulle altre.

12 abito L’ abito rappresenta un adattamento del cristallo alle condizioni ambientali e dipende da: Pressione e temperatura agenti al momento della cristallizzazione Ambiente chimico Presenza di tensioni orientate Presenza di impurezze Crescita contemporanea di altri cristalli Se un minerale è ben formato, cioè ha una forma cristallina completa, è sicuramente cresciuto in uno spazio aperto (ad es. in una cavità). I MINERALI

13 abito L’ abito dei cristalli è molto influenzato dalla presenza di impurezze nel mezzo in cui avviene la crescita. Esse si dispongono su determinati piani reticolari e ne ostacolano lo sviluppo, in altri casi vengono inglobate ma solo su particolari piani o direzioni. Si formano così disposizioni più o meno regolari di inclusioni che sono caratteristiche di alcuni minerali: Disposizione a clessidra nell’augite Disposizione a croce nell’andalusite

14 I MINERALI Certe impurezze di tipo chimico, provocano non solo un cambiamento di colore, ma anche un cambiamento del modo di accrescimento del minerale. Esempio: Tormaline dell’Elba o del Madagascar Colore rosa: Mn Colore verde: Fe Colore bruno: Fe, Mg Cambiamento di colore, forme trigonali Cambiamento di colore e cambiamento di forma (pseudoesagonale)

15 I MINERALI Una variazione delle forme può essere dovuta anche alla temperatura di cristallizzazione… Esempio: la fluorite ha forma ottaedrica o cubica quando si forma ad alta temperatura; mentre assume forme via via più complicate quando questa si abbassa. …o alla pressione: Esempio: nei tentativi di sintesi del diamante si è osservato che i cristalli ottenuti a più di atmosfere hanno forme ottaedriche e quelli a pressioni minori forme cubiche La forma esterna dipende anche dalle imperfezioni che un cristallo può presentare in superficie. Alcune sono dovute ad accrescimento irregolare (in genere quando il cristallo si accresce molto rapidamente) e possono manifestarsi: piccoli rilevi o scalini  sotto forma di piccoli rilevi o scalini, i cristalli hanno aspetto striato. Esempio: Striatura triglifa della pirite

16 I MINERALI depressioni o cavità  sotto forma di depressioni o cavità Esempio: pozzetti triangolari, trigoni, delle facce ottaedriche del diamante Esempio: cavità triangolari, tremie, delle facce romboedriche del quarzo Esempio: cavità quadrate a gradinata sulle facce cubiche del salgemma

17 I MINERALI Altre imperfezioni sono dovute a fenomeni di dissoluzione ad opera di fluidi circolanti dopo che il cristallo si è formato. Tali imperfezioni sono dette figure di corrosione. Spesso possono essere prodotte artificialmente per facilitare il riconoscimento della simmetria vera, perché esse sono uguali solo su facce equivalenti dal punto di vista cristallografico. ASSOCIAZIONI Solo raramente si osservano in natura cristalli isolati: di solito i minerali si presentano in aggregati e associazioni regolari o irregolari, le più comuni delle quali sono le rocce. Aggregati subregolari sono caratteristici di minerali con abito aciculare o lamellare. Aggregati ad abito aciculare Antimonite (aggregati bacillari) Epidoto (aggregati aciculari) Amianto (aggregati fibrosi)

18 I MINERALI Miche (aggregati fogliacei) Gesso (aggregati scagliosi) Wavellite (aggregati fibroso-raggiati) Ematite lamellare (aggregati a rosetta ) Dolomite (aggregati selliformi) Quarzo elicoidaleAragonite coralloide Quarzo elicoidale (aggregati dendritici) Aggregati ad abito lamellare Altri aggregati

19 I MINERALI drusa piritequarzoortoclasiofluorite A volte i cristalli si presentano in associazioni impiantati su una matrice: la drusa. La drusa è un'aggregazione di cristalli impiantati per un'estremità su una matrice rocciosa e liberi di accrescersi all'estremità opposta. I minerali comuni che si presentano frequentemente sotto forma di druse sono la pirite, il quarzo, l'ortoclasio e la fluorite. geoide Se i cristalli si sviluppano in una cavità chiusa e si dispongono in una superficie curva, si ha un geoide. Nel geoide i cristalli, impiantati sulle pareti, si sviluppano verso l’interno.

20 I MINERALI associazioni regolari Esistono inoltre associazioni regolari in cui uno stesso minerale o minerali diversi, crescono con rapporti definiti da una regola ben precisa: Quarzo Rame quarzobaritinacalciterame Associazioni parallele: i cristalli sono orientati nella stessa direzione condividendo più facce in comune (es. quarzo, baritina, calcite, rame). Epitassie: i cristalli appartengono a specie diverse (accrescimento isoorientato) Ematite con rutilioCianite con stauroliteAlbite con ortoclasio

21 I MINERALI legge di geminazione Costituiscono un caso speciale di associazioni tra due o più individui della stessa specie secondo una regola (legge di geminazione) che ne mette in comune due elementi cristallografici. In essi si riscontra la presenza di due (geminato singolo) o più porzioni (geminato multiplo) mutuamente orientate secondo precise leggi geometriche, che non corrispondono alle operazioni di simmetria verificabili nel cristallo semplice. contatto compenetrazione La geminazione può avvenire per semplice contatto su una superficie piana, nel qual caso sono ben visibili angoli rientranti (impossibili nei cristalli singoli) o per compenetrazione, quando i due cristalli si associano internamente o l’uno attraversa l’altro GEMINATI DI CONTATTO piano di geminazione Hanno una superficie definita che separa i due individui ed il geminato viene definito da un piano di geminazione. Spinello Quarzo GEMINATI

22 I MINERALI GEMINATI DI COMPENETRAZIONE asse di geminazione Sono costituiti da due individui che si compenetrano e che hanno una superficie di contatto irregolare e il geminato è definito da un asse di geminazione che è parallelo all’asse verticale. Ortoclasio Pirite Fluorite

23 I MINERALI geminato polisintetico GEMINATI RIPETUTI O MULTIPLI: sono costituiti da tre o più parti geminate secondo la stessa legge. Se tutte le successive superfici di contatto sono parallele, il gruppo che ne deriva è un geminato polisintetico. AlbiteCalcite geminato ciclico Se i piani di contatto non sono paralleli si forma un geminato ciclico. Rutilo Crisoberillo

24 I MINERALI Sistema triclino legge dell'albite. I feldspati illustrano nel migliore dei modi la geminazione nel sistema triclino. Essi sono praticamente sempre geminati secondo la legge dell'albite. Sistema monoclino Nel sistema monoclino le geminazioni più comuni avvengono secondo {100} e {001}. Ortoclasio Gesso

25 I MINERALI a coda di rondineferro di lanciagesso Alcune geminazioni sono caratteristiche di certi minerali: per esempio quella per contatto ‘a coda di rondine’ e quella a ‘ferro di lancia’ sono caratteristiche del gesso. Coda di rondine Ferro di lancia

26 I MINERALI Ortoclasio geminato Carlsbad ortoclasio ManebachBaveno Carlsbad Nell’ortoclasio invece si presentano tre leggi di geminazione. Due di queste sono per contatto: un geminato Manebach e un geminato Baveno con piano di geminazione. Il geminato più frequente è il geminato Carlsbad, un geminato di compenetrazione con asse di geminazione. In questo caso i due individui sono uniti da una superficie irregolare. Ortoclasio geminato Manebach Ortoclasio geminato Baveno

27 I MINERALI Sistema ortorombico aragonite a stellacerussitecroce grecacroce di S. Andreastaurolite Nel sistema ortorombico il piano di geminazione è di solito parallelo ad una faccia del prisma. Caratteristici di questo sistema sono i geminati dell’aragonite, simulanti un prisma esagonale con angoli rientranti; quelli ‘a stella’ della cerussite e quelli a ‘croce greca’ e a ‘croce di S. Andrea’ della staurolite (geminati per compenetrazione). Aragonite

28 I MINERALI Cerussite ‘a stella’ Staurolite ‘a croce greca’ Staurolite ‘a croce di S. Andrea’

29 I MINERALI Sistema tetragonale a becco di stagnocassiterite a ginocchiorutilo Caratteristici del sistema tetragonale sono la geminazione ‘a becco di stagno’ della cassiterite e quella a ‘a ginocchio’ del rutilo. Rutilo ‘a ginocchio ’ Cassiterite ‘a becco di stagno ’

30 I MINERALI Sistema esagonale carbonaticalcite Esempi sono forniti dal gruppo dei carbonati e specialmente dalla calcite. Calcite

31 I MINERALI Quarzo geminato Brasile Quarzo geminato Delfinato Quarzo geminato Giappone

32 I MINERALI Sistema cubico legge dello spinello piritecroce di ferro I geminati in questo sistema sono noti come ‘legge dello spinello’ poiché è frequente nel minerale omonimo. La pirite può formare un geminato per compenetrazione chiamato a croce di ferro. Spinello Pirite a ‘croce di ferro’

33 I MINERALI LUCENTEZZA LUCENTEZZA : misura il grado in cui la luce viene riflessa dalle facce di un cristallo. Si differenzia in: metallica pirite, rame, acciaio, oro metallica : tipica di sostanze che assorbono totalmente la luce e che risultano opache (es. pirite, rame, acciaio, oro) non metallica non metallica : tipica di corpi più o meno trasparenti. Può essere descritta in termini qualitativi con una serie di aggettivi: perlacea perlacea vitrea vitrea resinosa resinosa adamantina adamantina fluorescenza fosforescenzasostanze radioattive Molti minerali se colpiti da luce ultravioletta possono anche emettere luce colorata dando luogo al cosiddetto fenomeno della fluorescenza, se al cessare della radiazione il fenomeno persiste ancora per un certo tempo, si parla di fosforescenza. Alcuni minerali contengono sostanze radioattive (es. uranio e torio) e possono emettere luce anche spontaneamente.

34 I MINERALI COLORE minerali idiocromatici minerali allocromatici COLORE : è una proprietà molto evidente, ma meno diagnostica di altre, perché mentre alcuni minerali presentano sempre lo stesso colore (minerali idiocromatici), molti altri presentano colori diversi a seconda di impurità chimiche rimaste incluse nel reticolo durante la sua formazione (ioni diversi da quelli che caratterizzano quel minerale) o per particolari difetti in alcuni punti del reticolo (minerali allocromatici). In generale la maggior parte dei minerali non-metallici mostra ampie variazioni di colore. Minerali idiocromatici LapislazzuloMalachiteCinabro Minerali allocromatici AmetistaQuarzo ialinoQuarzo affumicato Agata blu

35 I MINERALI SFALDATURA ’piani di sfaldatura SFALDATURA: è la proprietà per cui i cristalli, colpiti per urto, si rompono in singoli frammenti limitati da superfici piane e parallele tra loro (‘’piani di sfaldatura’’). Dipende dalla diversa forza dei legami tra gli atomi nelle diverse direzioni entro il cristallo. Anche i minerali molto duri (diamante) presentano piani di sfaldatura evidenti, la sfaldatura è infatti indipendente dalla durezza. Es. Un cristallo di salgemma si sfalda lungo le superfici che formano tra loro angoli diedri di 90°, per cui i frammenti sono tutti di forma cubica. FRATTURA FRATTURA : E' la rottura non piana e irregolare di un minerale. Dipende dal fatto che i legami del reticolo sono molto forti in tutte le direzioni. I frammenti che ne derivano sono di aspetto irregolare e tra loro diversi. Secondo l'aspetto la frattura viene detta: concoideopale ossidiana concoide : Frattura che avviene lungo superfici lisce e curve (es. opale e ossidiana)

36 terrosabauxite terrosa : le superfici sono cosparse di minuscoli granuli (es. bauxite) scheggiosa o fibrosaamianto scheggiosa o fibrosa: con superfici cosparse di schegge o fibre (es. amianto) I MINERALI

37 DUREZZA scala di Mohs DUREZZA : è la proprietà di resistere all’abrasione o alla scalfitura e dipende dalla forza dei legami reticolari. Viene misurata in base alla scala di Mohs composta da dieci minerali indicati in ordine di durezza crescente, ciascuno dei quali scalfisce quelli che lo precedono ed è scalfito da quelli che lo seguono. La scala di Mohs ha un valore puramente indicativo in quanto gli intervalli tra i valori rappresentati non sono costanti (cioè uguali all'unità), come è 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 relativo, cioè per confronto. Esiste anche una scala assoluta di durezza, calcolabile tramite lo sclerometro, che definisce la durezza in modo numerico. MineraliProprietà 1.Talco 2.Gesso Teneri: si rigano con l’unghia 3. Calcite 4. Fluorite 5. Apatite Semiduri: si rigano con una punta d’acciaio 6. Ortoclasio 7. Quarzo 8. Topazio 9. Corindone 10. Diamante Duri: non si rigano con una punta d’acciaio

38 I MINERALI striscio ematite Riferita al colore è la tecnica dello striscio, che consiste nell’osservazione di un minerale in polvere, ottenuta sfregando il minerale su un frammento di porcellana ruvida, non vetrificata. Il vantaggio di tale osservazione è dovuto alla costanza del colore nello striscio per un determinato minerale. Per esempio l’ematite, dà sempre un colore rosso-bruno, anche se l’aggregato minerale di partenza può essere di colore nero o rosso o marrone. FUSIBILITA’ punto di fusione scala di Kobell FUSIBILITA’ : è la proprietà dei corpi solidi di passare dallo stato solido allo stato liquido mediante somministrazione di calore e dipende dalla temperatura di fusione dei minerali. I minerali fusibili fondono a una determinata temperatura detta punto di fusione, che costituisce un notevole dato diagnostico per il riconoscimento dei minerali. Esistono particolari metodi e apparecchiature per determinare il punto di fusione dei minerali, ma per averne una prima indicazione approssimativa ci si può servire di un metodo di confronto in cui si usano come termini di paragone gli elementi della scala di Kobell: MineraliPunto di fusione Antimonite 525° Natrolite800° Almandino1050° Actinolite1200° Ortoclasio1300° Bronzite1400° Quarzosuperiore ai 1400°

39 DENSITA’ DENSITA’ : è la massa per unità di volume (g/cm 3 ), dipende dall’addensamento di atomi nel reticolo, per cui il suo valore è significativo anche per l’identificazione dei minerali. La densità dipende anche dalla pressione, variazioni di densità provocate da variazioni di pressione influiscono per esempio sul modo in cui nei minerali e nelle rocce si propagano le onde elastiche, come sono quelle associate ai terremoti. I MINERALI PROPRIETA ELETTRICHE grafitemetalli piezoelettricità effetto piezoelettrico diretto effetto piezometrico inverso PROPRIETA ELETTRICHE : solo la grafite e i metalli sono buoni conduttori, poiché dotati di un reticolo contenente elettroni mobili. Altri minerali invece sono soggetti alla piezoelettricità, il fenomeno per cui alcuni corpi cristallini sottoposti a compressione possono polarizzarsi elettricamente (effetto piezoelettrico diretto) o deformarsi elasticamente (effetto piezometrico inverso) se influenzati dall’azione di un campo elettrico. PROPRIETA’ MAGNETICHE diamagnetici paramagnetici ferromagnetici PROPRIETA’ MAGNETICHE : quasi tutti i minerali sono diamagnetici, cioè non si lasciano attrarre da una calamita; i pochi che subiscono questo fenomeno si dicono paramagnetici. Gli unici minerali ad essere essi stessi delle calamite naturali sono quelli ferromagnetici, in grado di attrarre pezzi di ferro.

40 Nucleo: è la parte più interna della terra, è costituito principalmente da ferro e nichel (costituisce circa il 16% del volume della terra e ha una T = 4000 °C). LA STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA ROCCEMINERALI Crosta : è l'involucro esterno della terra (circa l’1% del volume del pianeta). E' costituita da ROCCE a loro volta costituite da MINERALI. Le caratteristiche di una roccia o di un minerale dipendono dalle condizioni in cui si sono formati. La crosta terrestre ha fornito e fornisce tutt'ora materiali diversi e utilissimi, basti pensare l'ossidiana e la selce nell'antichità, ferro e altre leghe, il petrolio, il carbone e i graniti. Mantello: rappresenta circa l’82 % del volume terrestre, si estende fino a circa 2900 km di profondità. La temperatura varia da poche centinaia di gradi fino a circa 3000 °C. E’ composto in prevalenza da Si, O, Fe, Mg.

41 ELEMENTOSIMBOLO PERCENTUALE IN PESO Ossigeno(O)46,6 Silicio(Si)27,7 Alluminio(Al)8,1 Ferro(Fe)5,0 Calcio(Ca)3,6 Sodio(Na)2,8 Potassio(K)2,6 Magnesio(Mg)2,1 Altri elementi1,5 Principali elementi della crosta terrestre 98% 8 elementi ossigeno silicio 75% Il 98% in peso della crosta terrestre si compone di soli 8 elementi con assoluta prevalenza dell’ossigeno e del silicio che da soli arrivano al 75%.

42 I MINERALI 8 classiSPECIE MINERALI In rapporto alla loro struttura reticolare e alla composizione chimica i minerali vengono suddivisi in 8 classi. Le unità base di tale classificazione sono le SPECIE MINERALI stesso reticolo strutturale e stessa composizione chimica, in equilibrio con i parametri che caratterizzano l’ambiente in cui si formano (temperatura, pressione, concentrazioni chimiche). ClasseIoni prodotti Elementi nativiNessuno SolfuriIone solfuro S -- AlogenuriCl -, F -, Br -, I - Ossidi - IdrossidiO -- CarbonatiCO 3 -- SolfatiSO 4 -- FosfatiPO SilicatiSiO 4 4- Le classi prendono il nome dall’anione (ione negativo) presente nel composto che ‘’coordina‘’ attorno a sé i cationi (ioni positivi) 2000 specie silicati non silicati Delle oltre 2000 specie di minerali note, le più abbondanti sono una ventina. Vengono in genere raggruppate tra quelle che comprendono i silicati (il gruppo più numeroso di minerali) e quelle che comprendono i non silicati (meno abbondanti, ma contengono specie di rilevante interesse economico). NON SILICATI

43 I MINERALI ELEMENTI NATIVI metallinon metalli Gli elementi nativi sono tutte sostanze costituite soltanto da atomi di un'unica specie, non si trovano quindi combinati con altri elementi, ma allo stato puro. Si suddividono in due sottoclassi: metalli (oro, argento, platino, ferro, mercurio, piombo) e non metalli (antimonio e bismuto, che sono semimetalli e carbonio, che è un non metallo). ORO (Au) ARGENTO (Ag)PLATINO (Pt)RAME (Cu)ZOLFO (S) MERCURIO (Hg)ARSENICO (As)ANTIMONIO (Sb)BISMUTO (Bi)

44 SOLFURI I MINERALI NON SILICATI zolfoS Lo zolfo (S) è combinato con alcuni metalli e forma minerali per uso industriale. PIRITE (FeS 2 ) Cinabro (HgS) PIRITE SOLE (FeS 2 ) ANTIMONITE (Sb 2 S 3 )Galena (PbS)ORPIMENTO (As 2 S 3 )REALGAR (As 4 S 4 ) Costituiscono solo una piccola parte della crosta terrestre e sono importanti soprattutto per lo svolgimento delle attività umane. Nella costituzione delle rocce i soli di una certa importanza sono i minerali carbonatici.

45 I MINERALI ALOGENURI alogeno clorofluoro Gli alogenuri costituiscono un gruppo piuttosto povero in minerali e sono caratterizzati dal fatto di contenere un alogeno come principale elemento. In natura l'alogeno più abbondante è il cloro, seguito dal fluoro. FLUORITE (CaF 2 ) SALGEMMA (NaCl)

46 OSSIDI - IDROSSIDI I MINERALI rubinizaffiriossidi di alluminio L'ossigeno è l'elemento più abbondante nella crosta terrestre e, data la sua grande reattività, numerosi sono i composti che si formano. Anche se la parola ossido fa pensare a qualcosa di poco appariscente non mancano ossidi di valore gemmologico come i rubini e gli zaffiri che non sono altro che ossidi di alluminio. Si considerano quindi ossidi tutti i minerali formati dall'unione dell'ossigeno con un elemento metallico. CORINDONE (Al 2 O 3 ) Rubino [Al 2 O 3 con cromo]Zaffiro [Al 2 O 3 con Fe e Ti]‘’smeriglio’’ EMATITE (Fe 2 O 3 )MAGNETITE (Fe 2 O 3 ) CRISOBERILLO(BeAl 2 O 4 ) Alessandrite

47 Gli idrossidi sono caratterizzati dal fatto di contenere all'interno della propria struttura cristallina l'ossidrile OH. Derivano dall’unione di un atomo di metallo con tanti gruppi OH quante sono le valenze del metallo stesso. OSSIDI - IDROSSIDI I MINERALI Vi sono poi idrossidi più rari tra cui quelli contenente vanadio. IDROSSIDO DI ALLUMINIO o IDRARGILLITE [Al(OH) 3 ] IDROSSIDO DI MAGNESIO O BRUCITE [Mg(OH) 2 ] IDROSSIDO DI BORO o SASSOLITE [H 3 BO 3 ]

48 I MINERALI CARBONATI Composti del carbonio e dell’ossigeno che acquistano una più marcata rilevanza, rispetto agli altri non silicati, nella costituzione delle rocce. CALCITE (CaCO 3 ) ARAGONITE (CaCO 3 ) AZZURRITE [Cu 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2 ] DOLOMITE [CaMg(CO 3 ) 2 ] MALACHITE [Cu 2 (OH) 2 CO 3 ] AURICALCITE (Zn,Cu) 5 (CO) 2 (OH) 6 SMITHSONITE [ZnCO 3 ]RODOCROSITE [MnCO 3 ]LUDWIGITE

49 I MINERALI SOLFATI I minerali di questa classe hanno avuto una genesi molto varia. Appartengono a questa classe i solfati e i cromati. I solfati sono molto diffusi, più rari i cromati per la presenza del cromo, elemento piuttosto raro. GESSO [CaSO 4 ·2H 2 O] ALABASTRO "rose del deserto" CELESTINA [SrSO 4 ]CROCOITE [Pb(CrO 4 )]

50 I MINERALI FOSFATI Questa classe comprende insieme ai fosfati anche gli arseniati e i vanadati. Molti minerali di questa classe presentano, infatti, la stessa formula chimica generale nella quale, però, l'arsenico e il vanadio possono comparire al posto del fosforo. APATITE [Ca 5 F(PO 4 ) 3 ] TURCHESE [fosfato complesso con Cu e Al]

51 I MINERALI SOSTANZE ORGANICHE Classe di interesse assai ristretto: non comprende veri minerali ma sostanze prevalentemente di natura organica. AMBRA L'ambra non è un minerale, ma una resina fossile di alcune conifere (Pinus succinifera). Presenta la proprietà di caricarsi elettricamente per effetto dello strofinio e di attirare, di conseguenza, oggetti leggeri. In effetti, l'elettricità ha preso il nome dal termine greco che la indica (Ηλεχτρον, Elektron). Per questa particolare proprietà, per il suo caratteristico colore, l’ambra è stata considerata una sostanza pregiata con cui fabbricare gioielli che avevano funzioni di amuleti contro gli spettri e le creature demoniache. Spesso vi sono inclusi resti di insetti e vegetali fossili. Sono molto diffuse le imitazioni, ma la vera ambra si riconosce dal penetrante odore di incenso che si diffonde quando brucia.

52 AVORIO Il commercio internazionale di avorio è stato bandito dalla CITES (Conferenza Intergovernativa della Convezione di Washington sulla salvaguardia delle specie in via d’estinzione) nel 1989 per arginare il declino della popolazione di elefanti uccisi a tale scopo. ippopotamocinghialerinoceronte cheratina Si parla impropriamente di avorio anche quando ci si riferisce al materiale di cui sono composti i denti di altri animali, come l'ippopotamo e il cinghiale, o di cui sono fatti i corni del rinoceronte anche se erroneamente in quanto questi sono composti da cheratina che è la stessa sostanza di cui sono fatte le unghie umane. fosfato basico di calcio E' un materiale facile da lavorare e si presta per essere inciso e tagliato. I luoghi di provenienza sono l'Africa e l'Asia e le fonti di avorio diventano tanto più preziose quanto più sono rare. L'avorio di provenienza africana è considerato più pregiato di quello di provenienza asiatica. Contiene fosfato basico di calcio ma non è un minerale. I MINERALI

53 Il copale è una resina vegetale molto simile all'ambra ed è prodotto da particolari piante tropicali. E' di colore giallo tendente al bruno-rossastro e, come l'ambra, presenta inclusioni animali e vegetali. E' molto tenera perchè la sua fossilizzazione è più recente e non è completa come quella dell'ambra. Nell'antico Egitto era usato per fare scarabei, bracciali ed altri monili rinvenuti anche nella tomba del faraone Tutankhamon. COPALE CORALLO fare coincidere nella sua natura il regno animale, il regno vegetale e il regno minerale carbonato di calcio sclerasse Materiale ornamentale usato fin dall'antichità che presenta la particolarità di fare coincidere nella sua natura il regno animale, il regno vegetale e il regno minerale. Il corallo infatti è prodotto da piccoli animali marini (polipi) che vivono in colonie in acque calde e luminose e che secernono del carbonato di calcio con cui formano una sorte di rigido scheletro, lo sclerasse, in cui sono inseriti i singoli animaletti, collegati fra di loro. Questa struttura si sviluppa nel tempo fino ad acquistare un aspetto arborescente. I ritrovamenti più antichi, oggetti ed utensili vari, risalgono a circa anni a.C. e i primi gioielli risalgono a circa 4000 anni a.C. Il colore varia dal bianco latteo al rosso cupo. Le sue origini sono nel mar Mediterraneo, in Giappone, in Cina. Secondo un'antica leggenda greca, il corallo si sarebbe formato dal sangue della Medusa, una delle Gorgoni, alla quale Perseo aveva tagliato la testa; nell’aspetto esterno, arborescente e duro del corallo è possibile vedere un simbolismo con la testa della Medusa che aveva il potere di pietrificare chi la guardava.

54 I MINERALI Phytelephas macrocarpa avorio vegetale E' il seme di una palma nana: la Phytelephas macrocarpa ed è considerato un avorio vegetale per una certa somiglianza, nel colore e nella consistenza, con il vero avorio. COROZO MADREPERLA La madreperla è lo strato più interno del guscio di alcuni molluschi. Si può presentare in diversi colori spesso distribuiti in maniera non omogenea con effetti di iridescenza. La madreperla è stata ricercata in ogni epoca; era già nota dal III° millennio a.C. in Mesopotamia e in Egitto e ora gode di un favore particolare in gioielleria. E' formata da microcristalli di aragonite sovrapposti l'uno sull'altro e disposti parallelamente alla superficie della valva del mollusco. La sua composizione è molto simile a quella della perla che però presenta i microcristalli disposti concentricamente intorno ad un nucleo.

55 LEGNO SILICIZZATO I MINERALI legno fossile Il legno silicizzato chiamato anche legno fossile si può considerare un ossido di silicio. La sua formazione risale a circa 200 milioni di anni fa. In quei lontanissimi tempi esistevano estese foreste che furono sconvolte da immani catastrofi naturali. Gli alberi abbattuti furono trascinati da violenti inondazioni e vennero, a poco a poco, ricoperti da sedimenti vari. Lentamente la silice, trasportata dall'acqua, si infiltrò nel legno sostituendo gli atomi di carbonio e trasformando così dei vegetali in quasi minerali. In alcuni casi è ancora possibile riconoscere i caratteristici anelli di accrescimento della pianta. Il colore varia dal grigio al marrone tendente al rosso. E' un materiale che si presta bene per essere lavorato. foresta pietrificata subsidenza sommersione sedimenti clastici fini La più nota località di ritrovamento è la famosissima foresta pietrificata di Holbrook in Arizona Affinché possa avvenire una conservazione allo stato fossile di parte di una foresta deve esserci la coincidenza di una serie di fattori favorevoli: subsidenza della zona che elimini o riduca l'erodibilità della zona e favorisca la sedimentazione; sommersione dell'area da parte di acque che creano un ambiente prevalentemente anaerobico che impedisce l'ossidazione della materia organica e quindi la sua rapida distruzione; veloce deposizione di sedimenti clastici fini (da argille a sabbie argillose, quindi poco permeabili) che seppelliscono e quindi "sigillano" e preservano i tronchi da ulteriori degradazioni.

56 I MINERALI SILICATI I silicati sono i minerali più diffusi sulla Terra e costituiscono oltre il 90% dei minerali della crosta terrestre. Circa il 25% dei minerali conosciuti e il 40% dei più comuni appartengono a questa classe. Per esempio il suolo che si coltiva è in gran parte costituito da silicati; i materiali da costruzione sono in gran parte silicati o derivati dai silicati. Se si considera tutto il sistema solare anche la luna e i pianeti hanno una crosta fatta di silicati e ossidi. Tetraedro SiO 4 Poichè risulta particolarmente complesso classificare i silicati su basi chimiche è stata adottata una classificazione basata sul modo con cui è unito il gruppo tetraedrico [SiO 4 ] 4- che è comune a tutti i silicati. L’unità fondamentale di tutti i silicati è il tetraedro [SiO 4 ] 4- (modulo strutturale). Ogni ossigeno di un tetraedro può essere condiviso con quello di un altro tetraedro indefinitamente.

57 I MINERALI Dopo ossigeno e silicio, il più importante costituente della crosta terrestre è l’alluminio che ha una coordinazione tetraedrica con l’ossigeno, ma che ha dimensioni tali da poter avere anche una coordinazione ottaedrico e, quindi, può giocare un doppio ruolo: sostituire sia il silicio, che elementi come magnesio e ferro. Anche calcio e sodio, con coordinazione cubica, fanno parte degli otto elementi più abbondanti nella crosta, hanno un raggio simile e possono sostituirsi, ma con sostituzione accoppiata per mantenere la neutralità: Na ++ Si 4+ = Ca ++ + Al 3+ Le sostituzioni ioniche nei silicati sono comuni, almeno quando si formano ad alte temperature; la temperatura infatti facilita le sostituzioni, mentre la pressione le inibisce. Sulla base delle sostituzioni di questi elementi comuni possiamo scrivere una formula generale per tutti i silicati: XmYn(ZpOq)Wr Dove: X rappresenta grandi cationi con coordinazione 8 o superiore; Y cationi di media grandezza in coordinazione 6; Z piccoli cationi in coordinazione tetraedrica; W normalmente rappresenta il gruppo ossidrile o cloro e fluoro.

58 I MINERALI Coordinazione degli elementi più comuni nei silicati Numero di coordinazione IoneRaggio ionico Z 4Si Z 4Al Y 6Al Y 4Fe Y 4Mg Y 4Ti Y 4Fe Y 4Mn X 8Na X 8Ca X 8-12K+K X 8-12Ba X 8-12Rb XmYn(ZpOq)Wr X = grandi cationi con coordinazione 8 o superiore Y = cationi di media grandezza in coordinazione 6 Z = piccoli cationi in coordinazione tetraedrica

59 I MINERALI NESOSILICATI Nei nesosilicati i tetraedri SiO 4 sono isolati e legati fra di loro da cationi interstiziali e le loro strutture dipendono principalmente dalla dimensione e dalla carica di questi cationi. L’impaccamento è abbastanza compatto per cui questi minerali sono generalmente duri e con alto peso specifico. L’abito dei nesosilicati è molto spesso equidimensionali, non essendo i tetraedri legati a catene, a strati, ecc. (Il prefisso "neso-" deriva dal greco nesos = isola, e indica una disposizione ad isole dell'edificio cristallino) Comprendono: Olivine Granati Zirconi Silicati di alluminio

60 I MINERALI Olivine forsteritefayalite Sono la completa soluzione solida di forsterite (Mg 2 SiO 4 ) e fayalite (Fe 2 SiO 4 ) (rombiche). Generalmente si trovano in masse granulari e i cristalli sono la combinazione di diverse forme semplici (prismi, pinacoidi, bipiramide). Hanno frattura concoide, lucentezza vitrea e colore verde oliva con tonalità sempre più scura all’aumentare del ferro. Con il contenuto in ferro aumenta anche la densità. Da trasparenti a traslucide. Si riconosce per la durezza (7), la lucentezza, la frattura, il colore e la natura granulare. E’ un minerale delle rocce abbastanza comune (da accessorio a componente principale). peridoto La varietà trasparente (peridoto) è usata come gemma, mentre la normale olivina per il suo alto punto di fusione è coltivata per l’utilizzo come refrattario in fonderia. PeridotoOlivina

61 I MINERALI Granati pyralspiteugrandite Sono un gruppo di minerali molto comuni nelle rocce, specialmente in quelle metamorfiche, che comprende dei minerali cubici isostrutturali. Suddivisi in due serie, quella della pyralspite e quella dell’ugrandite. I nomi derivano dall’iniziali dei minerali di ciascuna serie. Per la prima: piropo, [Mg 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 ]; almandino [Fe 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 ]; spessartite [Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 ]; e, per la seconda uvarovite [Ca 3 Cr 2 (SiO 4 ) 3 ]; grossularia [Ca 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 ]; andradite [Ca 3 Fe 2 (SiO 4 ) 3 ]. Sono generalmente in cristalli romboedrici o trapezoedrici o in combinazione delle due forme semplici. Hanno lucentezza da vitrea a resinosa, con colore che varia con la composizione. Si riconoscono per l’elevata durezza ( ), per il colore e per la forma. L’andradite, di colore scuro, molto comune all’Isola d’ Elba, può essere il risultato di un metamorfismo di contatto di calcari con silice e minerali di ferro. La maggior parte dei granati viene utilizzata per farne delle gemme. Granati

62 I MINERALI Zircone (ZrSiO 4, tetragonale). Si trova comunemente in cristalli prismatici terminati da bipiramidi, ma si rinviene anche in granuli di diverse dimensioni e forme. Ha lucentezza adamantina e colore vario con predominanza di tonalità brune. La struttura consiste di tetraedri isolati e cubi distorti. E’ un minerale metamittico a causa della autoirradiazione perché contiene sempre piccole quantità di Th e U. Caratteristiche distintive sono : colorazione, lucentezza, peso specifico (circa 5) e durezza (7.5). E’ un minerale accessorio di tutte le rocce ignee; si ritrova anche nelle sabbie (sabbie a zircone) per la sua grande resistenza all’alterazione. Oltre a essere utilizzato come gemma, è fonte di ossido di zirconio (ZrO 2 ) che è una delle sostanze più refrattarie, tanto che è usato per la fusione del platino.

63 I MINERALI Silicati di alluminio Vanno sotto questo nome le tre modificazioni polimorfe del composto (Al 2 SiO 5 ). Sono comuni nelle rocce metamorfiche di medio e alto grado. I tre minerali si differenziano per la coordinazione dell’alluminio; infatti, uno degli Al della formula è in coordinazione 6, mentre l’altro è in coordinazione 4 per la sillimanite, 5 per l’andalusite e 6 per la cianite. Sillimanite, rombica. Si trova in cristalli sottili e allungati, sfaldabili, spesso in gruppi paralleli e anche fibrosi (varietà fibrolite). Ha lucentezza vitrea e colore bruno, bianco o verde chiaro. Da traslucido a trasparente è caratterizzato dalla durezza (6-7) e dai cristalli sottili e allungati nella direzione di sfaldatura. E’ un minerale di metamorfismo di alta temperatura. Cianite, triclina. Comune in cristalli tabulari, sfaldabili, allungati; si trova anche in aggregati molto appiattiti. Lucentezza da vitrea a perlacea, con colore che scurisce verso il centro dei cristalli, prevalentemente blu. Caratterizzata dai cristalli molto appiattiti, dalla buona sfaldatura, da colore e dalla durezza che varia parallelamente e perpendicolarmente all’allungamento. I cristalli trasparenti sono usati come gemme; è usata, come l’andalusite, per porcellane largamente refrattarie. Andalusite, rombica. Si trova, generalmente, in cristalli prismatici, con facce quasi quadrate, terminati dal pinacoide basale. Ha lucentezza vitrea e colore sul rosso o verde oliva; da trasparente a traslucido. La varietà chiastolite ha inclusioni carbonacee scure, disposte in modo regolare a formare una croce. Si distingue per l’abito e per la durezza (7.5). Viene utilizzato come gemma e per porcellane molto refrattarie (candele di accensione, ecc.).

64 I MINERALI SOROSILICATI Sono caratterizzati sia da tetraedri isolati che da gruppi di due tetraedri uniti per il vertice. Sono minerali abbastanza rari; gli epidoti sono i sorosilicati più importanti. (Il prefisso "soro-" deriva dal greco soros = gruppo, e indica un reticolo cristallino formato da gruppi di tetraedri [SiO 4 ] 4- ). Epidoto [Ca2(Al,Fe)Al2O(SiO4)(Si2O7)(OH)] I cristalli sono spesso prismatici allungati, ma si rinviene anche granulare e fibroso. Ha una sfaldatura basale perfetta, lucentezza vitrea, colore con tonalità di verde fino a nero. Caratteristiche distintive sono sfaldatura, colore e durezza (6-7).

65 I MINERALI CICLOSILICATI Sono costituiti da tetraedri SiO 4 legati in anelli di 3, 4 o 6 tetraedri. La configurazione con 6 tetraedri è l’ossatura base della struttura dei ciclosilicati più comuni e importanti come il berillo e la tormalina.

66 I MINERALI Berillo (Be 3 Al 2 Si 6 O 18, esagonale) morganite Si trova quasi sempre in cristalli prismatici anche striati. Ha lucentezza vitrea, colori vari ed è trasparente o traslucido. Si riconosce per forma, colore. Anche se contiene Berillio (Be), elemento abbastanza raro, è piuttosto comune, specialmente in pegmatiti, graniti micascisti. Le sue varietà trasparenti colorate sono pietre preziose molto ricercate; lo smeraldo è di un colore verde intenso, l’acquamarina è blu verdastra e la morganite è di un rosa più o meno intenso. E’ la principale fonte di berillio. Tormalina (Na,Ca)(Li,Mg,Al)(Al,Fe,Mn) 6 (BO 3 ) 3 (Si 6 O 18 )(OH), trigonale) rubellite Si trova quasi sempre in prismi trigonali, subordinatamente esagonali, striati e, talvolta terminati da piramidi. E’ dura (7- 7.5), con peso specifico attorno a 3, ha lucentezza da vitrea a resinosa. I colori sono svariati e dipendono dalla composizione; talvolta anche uno stesso cristallo mostra diversi colori. Le varietà colorate: schorl (nera), dravite (bruna), rubellite (rosa), ecc. vengono utilizzate come gemme, anche se di pregio inferiore rispetto a quelle del berillo. SmeraldoAcquamarinaMorganite SchorlDraviteRubellite

67 I MINERALI INOSILICATI Sono minerali delle rocce molto importanti in cui i tetraedri SiO 4 si legano in catene semplici (pirosseni) o doppie (anfiboli). I pirosseni e gli anfiboli, ambedue rombici e monoclini, hanno proprietà fisiche, chimiche e cristallografiche simili. Tranne che per la mancanza di (OH) nei pirosseni, i cationi presenti nei due tipi di catene sono gli stessi. Il colore, la lucentezza, la durezza delle specie analoghe sono simili, ma la presenza di (OH) negli anfiboli determina in questi un peso specifico leggermente più basso. La differenza evidente tra i due gruppi riguarda l’abito, prismatico tozzo nei pirosseni e prismatico allungato o aciculare negli anfiboli, e la sfaldatura.

68 I MINERALI Pirosseni XYZ 2 O 6 formula chimica generale dei pirosseni Dove: X rappresenta i cationi Na +, Ca 2+, Mn 2+, Fe 2+, Mg 2+,Li + ; Y rappresenta i cationi Mn 2+, Fe 2+, Fe 3+, Al 3+, Cr 3+, Ti 4+ ; Z rappresenta Si 4+ e Al 3+ nel centro dei tetraedri Diagramma classificativo dei Pirosseni

69 I MINERALI Pirosseni rombici pirosseni ferro-magnesiaci Sono una soluzione solida di enstatite(MgSiO 3 ) e ferrosilite (FeSiO 3 ). I cristalli, abbastanza rari, hanno abito e sfaldatura prismatica, ma di solito questi minerali sono massivi, fibrosi e lamellari. Hanno una durezza medio-alta (5.5-6) e una densità che aumenta con il contenuto in ferro. Sulle superfici di sfaldatura la lucentezza va da vitrea a perlacea; i termini magnesiaci sono poco colorati, mentre con l’aumento del ferro il colore passa da verde chiaro a verde oliva, fino a rossastro. Sono abbastanza riconoscibili per il colore, la lucentezza e la sfaldatura. I termini molto ricchi in ferro sono quasi neri e difficilmente si riconoscono dall’augite, pirosseno monoclino. Sono minerali comuni di molte rocce, principalmente gabbri, peridotiti, noriti e basalti. Sono anche detti pirosseni ferro-magnesiaci. Pirosseni monoclini pirosseni-calcici I principali sono diopside (CaMgSi 2 O 6 ), hedenbergite (CaFeSi 2 O 6 ), che formano una soluzione solida completa, e augite, (Ca, Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al) 2 O 6. I cristalli sono prismatici e frequentemente geminati, ma i possono trovare anche massivi, lamellari, colonnari, ecc. La durezza e la densità sono quasi uguali a quelle dei rombici, la lucentezza è vitrea, il colore aumenta con l’aumentare del ferro; l’augite è nera. Il riconoscimento si basa sulla forma dei cristalli e sulla sfaldatura poco buona. Hedenbergite e diopside sono comuni in rocce metamorfiche. L’augite è il pirosseno più comune e un minerale delle rocce molto importante. Sono anche detti pirosseni-calcici. EnstatiteFerrosilite DiopsideHedenbergiteAugite

70 I MINERALI Anfiboli W 0-1 X 2 Y 5 Z 8 O 22 (OH,F) 2 formula chimica generale degli anfiboli Dove: W può essere Na + o K + ; X rappresenta i cationi Ca 2+, Na +,Mn 2+, Fe 2+, Mg 2+, Li + ; Y rappresenta i cationi Mn 2+, Fe 2+, Mg 2+, Fe 3+, Al 3+, Ti 4+ ; Z rappresenta Si 4+ e Al 3+ nel centro dei tetraedri Diagramma classificativo degli Anfiboli

71 I MINERALI Anfiboli rombici ferro-magnesiaco Sono molto rari; il principale è l’antofillite (Mg,Fe) 7 Si 8 O 22 (OH) 2, che si trova raramente in cristalli, mentre è comune in forma fibrosa. Ha una sfaldatura prismatica perfetta, una lucentezza vitrea e un colore vario (caratteristico il colore marrone chiodo di garofano). E’ un minerale di rocce metamorfiche ferro-magnesiaco. Anfiboli monoclini. anfiboli alcalini Cummingtonite (Mg,Fe) 7 Si 8 O 22 (OH) 2 e grunerite Fe 7 Si 8 O 22 (OH) 2 costituiscono una serie di minerali per la quale non si conoscono termini completamente magnesiaci. Hanno una sfaldatura perfetta, una lucentezza sericea e un colore con tonalità di marrone che insieme all’abito li caratterizza. Sono minerali di rocce metamorfiche. Tremolite Ca 2 Mg 5 Si 8 O 22 (OH) 2 e actinolite Ca 2 (Mg,Fe) 5 Si 8 O 22 (OH) 2 costituiscono una serie con caratteristiche e ritrovamenti più o meno identiche ai minerali della serie cummingtonite-grunerite. Gli anfiboli con composizioni variazionali molto complesse vengono chiamati orneblende: si trovano in cristalli prismatici, ma anche con abito colonnare o fibroso,hanno sfaldatura perfetta, lucentezza vitrea, colori verde scuro o nero, e sono minerali comuni di rocce ignee e fibrose. Un’altra serie è quella degli anfiboli alcalini, dove c’è la presenza costante di sodio e, più raramente, potassio. Antofillite Cummingtonite GruneriteTremoliteActinoliteOrneblende

72 I MINERALI FILLOSILICATI Hanno un habitus appiattito (spesso lamellare) e una facilissima sfaldatura basale; sono generalmente teneri e leggeri e, spesso, flessibili ed elastici. Tutte queste caratteristiche nascono dal predominio, nella struttura di questi minerali, di strati di tetraedri SiO 4 indefinitamente estesi. La maggior parte dei fillosilicati contengono gruppi (OH) posti al centro dell’anello di sei tetraedri. La grande importanza dei fillosilicati è dovuta al fatto che i prodotti di disgregazione delle rocce sono molto spesso questo tipo di minerali che, quindi, sono i principali costituenti dei suoli. L’alimentazione delle piante, la ritenzione dell’acqua nei suoli dalla stagione umida a quella secca, ecc. dipendono in gran parte dalle proprietà di questi minerali per cui la geologia dei fillosilicati è molto importante; le miche, ad esempio, sono i principali minerali degli scisti e sono molto comuni nelle rocce ignee. Sulla base delle loro caratteristiche morfologiche e genetiche, possiamo suddividerli in gruppi.

73 Gruppo del serpentino Le comuni modificazioni polimorfe del serpentino, Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4, sono antigorite, lizardite e crisotilo (detto anche amianto bianco): le prime due sono massive e granulari con lucentezza untuosa, mentre la terza è fibrosa con lucentezza sericea e fa parte dei minerali responsabili dell’asbestosi, insieme a crocidolite (varietà dell’anfibolo riebeckite), amosite (varietà di grunerite), tremolite, antofillite, actinolite, ancora anfiboli fibrosi. Il gruppo del serpentino si riconosce per la lucentezza o per la fibrosità e per il colore. Il serpentino è un minerale abbondante e diffuso che, comunemente deriva dall’alterazione di silicati di magnesio, in specie olivine, anfiboli e pirosseni. I MINERALI NomeNome comuneCrisotiloAmianto bianco fibra d'oro dal greco "fibra d'oro" AmositeAmianto bruno Asbestos Mines of South Africa acronimo di "Asbestos Mines of South Africa", nome commerciale dei minerali grunerite e cummingtonite) CrocidoliteAmianto blu fiocco di lana dal greco: "fiocco di lana", varietà fibrosa del minerale riebeckite Tremolite dal nome della Val Tremola, in Svizzera Antofillite garofano dal greco: "garofano" Actinolite pietra raggiata dal greco: "pietra raggiata" Crisotilo Amosite CrocidoliteTremolite AntofilliteActinolite SerpentinoAntigoriteLizardite

74 Gruppo dei minerali argillosi Sono i costituenti essenziali delle argille (da questo deriva il nome) che possono essere costituite, raramente, da un unico minerale argilloso, ma normalmente sono formate da più minerali argillosi associati con altri minerali come quarzo, feldspati, miche e carbonati. La struttura si basa su strati tetraedrici Si-O e strati ottaedrici (Mg, Fe, Al)-O e sono chiamati anche “sialliti”. I MINERALI Caratteristiche comuni e peculiari sono l’estrema minutezza dei cristalli (lo studio morfologico è possibile solo al microscopio elettronico), la plasticità, più o meno accentuata, che nasce dalla miscelazione con piccole quantità di acqua, il forte contenuto in acqua dei reticoli cristallini, la refrattarietà quando sono sottoposti a disidratazione. I minerali argillosi sono essenzialmente silicati idrati di alluminio, che può essere sostituito parzialmente da magnesio o ferro, che possono avere come costituenti fondamentali gli alcalini e gli alcalino-terrosi. T O T O T Kaolinite, Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4, triclina. Si presenta in sottili lamelle a contorno esagonale, ma normalmente è massiva, con sfaldatura basale perfetta, lucentezza terrosa e colore bianco, quando è puro. E’ uno dei minerali argillosi più comuni e deriva dall’alterazione atmosferica o idrotermale, principalmente, dei feldspati. Altri minerali argillosi comuni sono le montmorilloniti (t-o- t) e le illiti, strutturalmente simili alle miche. KaoliniteMontmorillonite Illite

75 Gruppo delle miche Sono formate da strati t-o-t con cationi interstrato, spesso K; sono monocline. I cristalli sono quasi sempre tabulari, con contorno esagonale e sfaldatura basale perfetta. Caratteristica di tutte le miche è la figura di percussione: un colpo con una punta smussata genera una figura a sei raggi. La disposizione pseudoesagonale dei tetraedri Si-O genera la possibilità di un diverso impilamento degli strati, per cui si possono avere diversi politipi. Sono importantissimi minerali delle rocce ignee, ma si trovano in tutti i tipi di rocce, che si formano a temperature più basse di anfiboli e pirosseni. Muscovite, KAl 2 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2, “mica chiara” e la biotite, K(Mg,Fe)(AlSi 3 O 10 )(OH) 2, “mica scura” sono i due termini più diffusi. I MINERALI MuscoviteBiotite Gruppo delle cloriti Vi appartengono alcuni minerali con proprietà fisiche, chimiche e strutturali simili, non distinguibili fra di loro se non con analisi chimiche quantitative e con appropriati studi ottici a raggi X. Sono caratterizzati dal colore verde, dall’abito e dalla sfaldatura uguali a quelli delle miche e dal non essere elastiche. Sono minerali comuni di rocce metamorfiche e diagnostici delle facies a scisti verdi. Cloriti

76 I MINERALI TECTOSILICATI Sono silicati dove i tetraedri di silicio formano un reticolo tridimensionale e costituiscono circa il 75% delle rocce della crosta terrestre. Gruppo della silice Al gruppo della silice appartengono i tectosilicati dove non c’è sostituzione ionica; un reticolo tridimensionale di tetraedri SiO 2, infatti è elettricamente neutro e tutti gli altri tectosilicati si possono avere a partire dalla sostituzione Si-Al. Le modificazioni polimorfe della SiO 2 sono diverse e il loro campo di stabilità dipende principalmente dalle condizioni di pressione e temperatura: le forme di alta temperatura hanno reticoli più espansi e, quindi, minor peso specifico, quelle di alta pressione, al contrario, reticoli più compatti e maggior peso specifico. Le tre forme polimorfe della silice (tridimite, cristobalite e quarzo) non sono facilmente interconvertibili, infatti si trovano tutte e tre come minerali, benchè sia tridimite che cristobalite siano rare in confronto al quarzo. Inoltre, ciascuna delle tre forme esiste in una modificazione a minore temperatura e in una a maggiore temperatura (α e β rispettivamente). Oltre a questi polimorfi esistono due sostanze amorfe: lechatelierite, un vetro silicio di composizione variabile, e opale, SiO 2.nH 2 O, con una struttura di sfere di silice, localmente ordinate, e un contenuto di H 2 O molto variabile. Pressione (kilobar) Temperatura °C. LechatelieriteOpale

77 I MINERALI Quarzo E’ il minerale di gran lunga più importante dei polimorfi della silice. I cristalli possono essere molto grandi tali da pesare alcune tonnellate (anche se il quarzo ha un peso specifico di 2.65) o essere minutissimi. I cristalli generalmente sono prismatici, terminati da romboedri di uguale sviluppo da dissimulare una bipiramide. Generalmente bianco o incolore, può assumere, per la presenza di impurità, difetti reticolari o inclusioni. E’ caratterizzato dalla lucentezza vitrea dalla frattura concoide e dall’aspetto. Le varietà sono numerosissime: cristalline e microcristalline, che a loro volta, si suddividono in fibrose e granulari. cristallo di rocca ametista quarzo rosa affumicato citrino lattescente rutilato avventurina Alle cristalline appartengono: cristallo di rocca (varietà limpida e trasparente), ametista (colorata per piccole quantità di Fe 3+ ), quarzo rosa (per presenza di Ti 4+ ), affumicato o morione (esposizione a sorgenti radioattive), citrino (simile al topazio giallo), lattescente (con piccolissime inclusioni fluide che danno una lucentezza untuosa), rutilato (con inclusioni di rutilo), avventurina (con inclusioni di ematite o di mica). Cristallo di roccaAmetistaQuarzo rosaQuarzo affumicato Quarzo citrinoQuarzo lattescenteQuarzo rutilatoQuarzo avventurina

78 I MINERALI Calcedonio (una varietà traslucida, da marrone a grigia, con lucentezza cerosa) è la parola generalmente usata per le varietà microcristalline fibrose. E’ un minerale comune e abbondante e si trova in una grande varietà di ambienti geologici: nella maggior parte delle rocce ignee e metamorfiche, come costituente maggiore nelle pegmatiti, come minerale comune nei depositi idrotermali, ecc. Ha moltissimi usi: come gemma, come materiale da costruzione, apparecchiature scientifiche, orologi, ecc. Gruppo dei feldspati I feldspati più comuni fanno parte del sistema NaAlSi 3 O 8 (albite; Ab), CaAl 2 Si 2 O 8 (anortite; An), KalSi 3 O 8 (ortoclasio; Or): la serie Ab-An costituisce i plagioclasi, quella Or-Ab i feldspati alcalini. I feldspati si possono considerare come derivati dal reticolo di tetraedri che costituiscono i vari polimorfi della silice, dove alcuni dei tetraedri SiO 4 vengono sostituiti da quelli AlO 4. Nel caso in cui soltanto 1 Si (per unità di formula) sia sostituito dall’alluminio è sufficiente l’ingresso di K o Na per neutralizzare la struttura, se vengono sostituiti 2 Si dovrà entrare il Ca 2+ per neutralizzare il tutto. I feldspati sono abbondanti e diffusi minerali delle rocce, tanto che la classificazione delle rocce ignee si basa sulla presenza e l’abbondanza di questi minerali.

79 I MINERALI Gruppo dei feldspatoidi I feldspatoidi differicono dai feldsdpati, per il minor contenuto in silice e per il maggior contenuto in alcalini, principalmente sodio e potassio. I termini più importanti sono la leucite KalSi2O6, tetragonale e la nefelina, (Na,K)AlSiO4, esagonale. La leucite è quasi sempre in cristalli trapezoedrici, (caratteristica distintiva) con lucentezza vitrea e colore bianco. E’ un minerale abbastanza raro, ma abbondante in alcune lave recenti. La nefelina, quasi introvabile in cristalli, ha lucentezza untuosa e colori tenui. Si distingue, in generale, per l’essere massiva e untuosa e, in particolare, dal quarzo, perché meno dura (5.5-6). Gruppo delle zeoliti Le zeoliti sono tectosilicati idrati con caratteristiche simili, che hanno una struttura molto aperta con la formazione di canali. L’importanza delle zeoliti è dovuta proprio alla presenza di questi canali: quando riscaldiamo questi minerali, l’acqua viene espulsa continuamente senza che cambi la struttura e dopo la completa disidratazione i canali possono venire riempiti nuovamente anche da molecole organiche di grandi dimensioni, tanto che le zeoliti sono usate come ‘’setacci molecolari’’ nell’industria chimica e petrolifera e nel trattamento dei reflui industriali e urbani. Secondo l’aspetto si dividono in zeoliti fibrose, tabulari, equidimensionali. LeuciteNefelina Zeoliti

80 I MINERALI Serie dei feldspati alcalini (K-feldspati) Sono costituiti da tre minerali (in ordine di temperatura di deposizione crescente): microclino (triclino), ortoclasio e snidino (monoclini), che differiscono per la distribuzione più o meno ordinata dell’alluminio e del silicio nella loro struttura. Il più importante è l’ortoclasio (KalSi 3 O 8 ) che, generalmente si trova in cristalli prismatici, allungati o appiattiti, frequentemente geminati. E’ incolore, bianco o con tonalità rosa e con lucentezza vitrea. Si riconosce per il colore, la durezza (6) e la sfaldatura. E’ il maggior costituente dei ”granitoidi” ed è usato nell’industria ceramica. Serie dei plagioclasi I plagioclasi, ad alta temperatura, possono essere considerati una soluzione solida completa di albite e anortite. Sono triclini con cristalli tabulari o allungati, spesso geminati, difficilmente isolati; la presenza di striature dovute alle geminazioni, li distinguono dagli altri feldspati. Sono incolori, bianchi o grigi, ma possono avere anche altri colori; la lucentezza è vitrea o perlacea. L’andesina e la labradorite mostrano spesso giochi di colore. Sono i feldspati più abbondanti: si trovano in rocce ignee, metamorfiche e, più raramente, sedimentarie. L’uso principale è nell’industria ceramica. Ortoclasio incoloreOrtoclasio biancoOrtoclasio rosa AndesinaLabradorite


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