Slides 16 2014-2015

Concetti generali mineralogia sistematica - Criterio di classificazione. Esempi di criteri: chimici, strutturali, genetici, giaciturali, utilità ecc [Fe3O4 magnetite: può essere presente a) in grandi accumuli; b) minerale accessorio rocce eruttive, metamorfiche alcune sedimentarie; SiO2 ossido o silicato?] - ogni classificazione dei minerali ha un elemento di arbitrarietà Indispensabile per l’ordinamento dei minerali è stabilire un criterio di classificazione. Per botanica e zoologia è un criterio guida le relazioni filogenetiche

Classificazioni 1) classificazione su basi chimiche 1758 Cronstedt 2) classificazione su basi chimiche 1824 Berzelius [la suddivisione in classi è sulla base dell’anione o gruppo anionico dominante] 3) classificazione su basi chimiche 1854 Dana 4) classificazione su basi chimiche 1921 Groth e Mieleitner ) classificazione su basi strutturali 1931 Ewald e Herman

Classificazioni La classificazione del Berzelius è quella che sarà più seguita per i seguenti motivi: 1) i minerali che hanno lo stesso anione o gruppo anionico dominante hanno caratteristiche simili fra loro rispetto a quelle condivise da minerali che hanno in comune uno stesso catione dominante, 2) i minerali che hanno lo stesso anione o gruppo anionico dominante tendono a comparire insieme nello stesso ambiente geologici o in ambienti simili (es i solfuri si trovano generalmente in associazione, 3) questo schema classificativo è in buon accordo con la classificazione adottata dalla chimica inorganica

Limiti classificazione solo chimica o solo strutturale Na[AlSiO4] nefelina classificata insieme a Mg2[SiO4] fosterite ortosilicati K[AlSi2O6] leucite classificata insieme a Ca[MgS2O6] diopside disilicati NaCl salgemma, PbS galena, MgO periclasio classificati insieme in base alla struttura

Classificazioni 1941 Hugo Strunz (1910-2006) cercò di combinare il criterio chimico con quello strutturale Oggi la maggior parte delle classificazioni si basano sulla combinazioni di criteri strutturali e chimici Seguiremo essenzialmente la classificazione proposta da Hugo Strunz 1970

Le classi Sono state individuate 10 classi 1a : elementi nativi, carburi, nitruri, fosfuri, leghe 2a : solfuri, seleniuri, tellururi, arseniuri, solfosali 3a : alogenuri ed alogenosali 4a : ossidi e idrossidi 5a :carbonati, nitrati, arseniti, seleniti, telluriti, iodati 6a : borati 7a : solfati, tellurati, cromati, molibdati, wolframati 8a : fosfati, arseniati, vanadati 9a : silicati 10a :composti organici

10a classe : composti organici Piccolo gruppo di sostanze a) Sali di acidi organici b) Idrocarburi altre sostanze organiche Dominano gli ossalati [C2O4]-2 Whewellite Ca(C2O4). H2O (presente in depositi di carbon fossile; genesi idrotermale vene metallifere; presente anche nelle incrostazioni dei marmi del Colosseo) Weddellite Ca(C2O4). 2H2O principali costituenti dei calcoli urinari

10a classe :composti organici b) Idrocarburi altre sostanze organiche Evenkite C24H50 cristalli euedrali di 1cm Hartite C20H34 (in druse di lignite del Valdarno) Simonellite C19H24 (nella lignite di Montepulciano Siena) La lignite è un carbon fossile originatosi da foreste del secondario e del terziario. Ha un'umidità relativa piuttosto elevata, mediamente superiore al 21% e la sua carbonificazione non è mai del tutto completa, ciò ne fa un combustibile di limitato pregio.

Classificazioni Le classi sono suddivise in famiglie sulla base del chimismo e può essere suddivisa ulteriormente in gruppi per somiglianza strutturale. Il gruppo può essere suddiviso in serie

minerali crosta terrestre ~ 90% Silicati ~ 500 specie I minerali fondamentali costituenti le rocce sono usati per la loro classificazione Importanti anche i carbonati quali calcite e dolomite

Genesi La genesi dei minerali si identifica con quella della rocce che li contiene: magmatica, sedimentaria metamorfica. Genesi dei silicati Genesi magmatica: stadio ortomagmatico: olivine, pirox, anfiboli, miche, feldspati, feldspatoidi, quarzo; stadio pegmatitico-pneumatolitico: spodumene, berillo, tormalina, topazio, zircone, ortite; stadio idroternale: zeoliti, minerali argillosi, opale

Genesi Genesi sedimentaria: minerali argillosi, zeoliti, alcuni feldspati, opale e quarzo. Genesi metamorfica: granati, Cianite, sillimanite, andalusite, wollastonite, epidoti (vesuvianite), talco, pirofillite. Genesi magmatica e sedimentaria: processi formativi Genesi metamorfica: processi trasformativi

Prime classificazioni dei silicati Classificazione basata su caratteristiche Fisiche come sfaldatura e forma cristallina. Verso il 1930 Machatschki e Bragg proposero una classificazione basata sulla modalità di concatenamento dei tetraedri. Esistono classificazioni alternative Liebau (1985), Zoltai (1960)

Classificazione dei silicati 7a classe nesosilicati Granati ciclosilicati Berillo Sorosilicati Vesuvianite:

Inosilicati Tectosilicati Fillosilicati Wollastonite quarzo Mica leucite

Il tetraedro: unità fondamentale sulla quale si basano le strutture di tutti i silicati [SiO4]4-

Classificazione dei silicati Nesosilicati (nesos), sorosilicati (soros), ciclosilicati (kyklos), dimensionalità 0 Inosilicati (inos), dimensionalità 1 Fillosilicati (phyllon), dimensionalità 2 Tectosilicati (tecton), dimensionalità 3

Nesosilicati [SiO4] -4 Olivine, Granati, Zircone, Thorite ThSiO4, Cianite e Andalusite Al2O(SiO4)

Sorosilicati [Si2O7] -6 Emiforfite Zn4(Si2O7)(OH)2 H2O Lawsonite CaAl2 (Si2O7)(OH)2 H2O

Epidoti X2Y3 (ZO4)(Z2O7)(O,OH) 2 X = Ca, Ce, La REE Y = Al, Fe 3+, Mn 3+, Fe 2+ Z = Si (essenzialmente) Clinozoisite, Pistacite, Piemontite, Ortite o Allanite Formano miscele isomorfe Presenti in rocce metamorfiche

Ciclosilicati [Si3O9]-6 Benitoite BaTiSi3O9 Cordierite – indialitie (Mg,Fe)2Al2Si(Si4Al2O18) Berillo Al2Be3(Si6O18) Tormalina Dioptasio Cu6(Si6O18) [Si6O18]-12 [Si4O12]-8

Neso soro ciclo

Energia di legame L’energia totale di legame di Si 4+ è distribuita in parti uguali fra i quattro ossigeni vicini. La forza di legame di ogni singolo legame Si-O è esattamente uguale alla metà dell’energia totale di legame disponibile nello ione ossigeno. Ogni ione O2- ha la potenzialità di legarsi ad un altro ione silicio e partecipare ad un altro gruppo tetraedrico collegando i gruppi tetraedrici tramite ossigeni condivisi (ossigeni ponte).

Polimerizzazione Il collegamento tra tetraedri è spesso definito polimerizzazione e questa capacità di polimerizzare è all’origine della grande varietà delle strutture dei silicati.

Inosilicati La struttura presenta catene semplici in cui i tetraedri condividono due dei quattro ossigeni di ciascun tetraedro La struttura presenta catene doppie in cui metà dei tetraedri condividono tre dei quattro ossigeni e l’altra metà condivide due ossigeni di ciascun tetraedro.

Inosilicati a catena semplice [Si2O6] -4 Pirossenoidi

Inosilicati a catena doppia [Si4O11]-6

Inosilicati a catena semplice e a catena doppia

Fillosilicati [Si4O10] -4

Fillosilicati

Tectosilicati La crosta terrestre è costituita per il 64% da minerali la cui struttura consiste di una impalcatura tridimensionsle di tetraedri SiO4 collegati per tutti i vertici Questi minerali appartengono alla classe dei tectosilicati

Tectosilicati [(Si,Al)O2] -x Feldspati feldspatoidi Zeoliti Minerali della silice

Un’impalcatura di SiO2 che non contiene altre unità strutturali è elettricamente neutra. Vi sono almeno 9 differenti modalità con le quali si può costruire una impalcatura di questo tipo. Queste modalità di disposizione geometrica corrispondono ai 9 polimorfi del composto SiO2 di cui uno sintetico.

P.s. I.R.medio Stishovite Tetragonale 4.35 1.81 Coesite monoclino 3.01 1.59 Quarzo- esagonale 2.65 1.55 Quarzo- esagonale 2.53 1.54 Keatite (sint) tetragonale 2.50 1.52 Tridimite-  monoclino 2.26 1.47 Tridimite-  esagonale 2.22 1.47 Cristobalite- tetragonale 2.32 1.48 Cristobalite- cubico 2.20 1.48

Ogni polimorfo ha il suo gruppo spaziale, e specifiche dimensioni della cella elementare. Quale fra i polimorfi sia stabile è determinato principalmente da considerazioni energetiche. Le forme di T più elevata con grande energia reticolare presentano strutture più espanse e ciò si riflette nel peso specifico inferiore e nel minore indice di rifrazione Abbiamo inoltre due sostanze essenzialmente amorfe la lechatelierite un vetro di silice di composizione variabile e l’opale SiO2nH2O con una struttura localmente ordinata costituita da sfere di silice e un contenuto di H2O molto variabile

Tectosilicati

Minerali e Rocce I minerali sono i costituenti delle rocce insieme a sostanze amorfe (es vetro vulcanico) I minerali presenti nelle rocce si dividono in essenziali, accessori, accidentali Quarzo 10-15 % Alcalifeldspati 15-20 % Plagioclasi 40-45 % Pirox, Anf, Ol 15-20 % Biotite 3-5 % altri 5 -10 %

Minerali Accessori <1-5% Magnetite, ilmenite (FeTiO3), ematite αFe2O3, Titanite CaTi[SiO4] (O,OH,F), Rutilo, Zircone, Monazite, apatite Ca5(PO4)(OH,F,Cl), Granati,Epidoti, Ortite, Fluorite,Calcite o altri Carbonati, Spinelli, Cromite (FeCr2O4)

Minerali primari e minerali secondari Sono detti minerali primari quelli che si formano direttamente dal magma Sono detti minerali secondari quelli che si formano per alterazione dei minerali primari in condizioni postmagmatiche e/o dal vetro vulcanico (es zeoliti) I minerali secondari indicano che si sono verificate fenomenologie postmagmatiche (autometamorfiche, autometasomatiche, ecc) e idrotermali sulla roccia già consolidata. I fenomeni postmagmatici possono essere così intensi da cancellare la paragenesi primaria [associazione di minerali in equilibrio formatisi durante un evento petrogenerico]