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 principali Composizione chimica Proprietà fisiche e chimiche costanti

Caratteristiche principali I minerali possono essere formati da: Elementi Composti (2 o più elementi) Soluzioni solide (ioni di carica e dimensioni simili)

Caratteristiche principali Ogni minerale è identificato da Nome E formula chimica Ematite: Fe2O3

Struttura dei minerali Quasi tutti i minerali sono allo stato cristallino. Un cristallo è un corpo solido in cui si osserva che le e particelle che lo costituiscono (atomi, ioni, molecole) sono spazialmente disposte in modo geometricamente ordinato e definito. Salgemma: NaCl

Struttura dei minerali Raramente i minerali si presentano come solidi allo stato amorfo. Un solido amorfo ha una struttura internamente disordinata, che si riflette nell’assenza di una forma esterna geometrica e precisa. I solidi amorfi sono anche detti vetri Ossidiana (formata da silicati)

Struttura dei minerali A seconda delle condizioni in cui solidifica una stessa sostanza può originare un solido cristallino o un solido amorfo.

Struttura dei minerali Quando una stessa sostanza si presenta in forma di minerali diversi per struttura e proprietà, si parla di polimorfismo Quarzo rosa Opale

Struttura dei minerali

La struttura dei cristalli Un cristallo è un corpo solido che presenta una forma esterna poliedrica: facce, spigoli e vertici.

La struttura dei cristalli I cristalli hanno dimensioni molto varie, quelli più grandi raggiungono il loro abito cristallino (forma caratteristica ed evidente ad occhio nudo) L’unità interna tridimensionale più piccola di un cristallo è definita cella elementare. Si ripete costantemente «n» volte nelle tre dimensioni dello spazio.

La struttura dei cristalli Ioni di carica e dimensioni simili possono sostituirsi l’uno con l’altro nella medesima struttura cristallina. Questi ioni sono detti ioni vicarianti. La presenza di ioni vicarianti genera minerali formati da miscele isomorfe. Olivina: (Mg,Fe)2SiO4

Alcune formule mineralogiche Salgemma NaCl Ematite Fe2O3 Calcite CaCO3 Gesso CaSO4·2(H2O) Silice (Quarzo, Opale, Onice) SiO2 Olivina (Mg,Fe)2SiO4 Pirite FeS2 Fluorite CaF2

Le proprietà fisiche dei cristalli La struttura interna dei minerali definisce le loro proprietà fisiche: Densità Durezza Sfaldatura Frattura Elasticità Plasticità Malleabilità Duttilità Proprietà ottiche Proprietà organolettiche

Le proprietà fisiche dei cristalli Densità: d = m/V Durezza: misura della resistenza che un minerale oppone alla scalfittura da parte di un altro corpo appuntito o all’abrasione. Scala di Mohs

Scala di Mohs

Le proprietà fisiche dei cristalli Sfaldatura: proprietà di rompersi (in seguito a urti) lungo piani di minor resistenza. Frattura: rottura non piana e irregolare di un minerale in più parti Elasticità: proprietà di flettersi sotto l’azione di una forza e capacità di tornare alla forma primitiva quando la forza esterna cessa

Le proprietà fisiche dei cristalli Plasticità: proprietà di un minerale di modificare permanentemente la propria forma senza rompersi, in seguito a forze Malleabilità: proprietà di un minerale di ridursi in lamine sottili Duttilità: proprietà di un minerale di essere tirato in fili (es. Pt, Ag e Cu)

Le proprietà fisiche dei cristalli Proprietà ottiche: dipendono da interazione luce-minerale. Esempi: colore, lucentezza, trasparenza, etc. Proprietà organolettiche: si apprezzano per mezzo dei nostri sensi. Sono l’untuosità caratteristica di talco e grafite), sapore salato (salgemma)o amaro.

La composizione dei minerali 8 elementi principali (98% della massa totale): O Si Al Fe Ca Na K Mg

Classificazione minerali In base alla composizione chimica i minerali sono suddivisi in 8 classi (o famiglie). Silicati Ossidi Solfuri Solfati Carbonati Alogenuri Fosfati Elementi nativi

Classificazione dei minerali: ossidi Composti da metallo e ossigeno Esempi di minerali appartenenti alla famiglia degli ossidi sono l’ematite Fe2O3 e la magnetite Fe3O4

Classificazione dei minerali: carbonati Presentano lo ione carbonato, principali minerali sono la calcite (CaCO3) e la dolomite (MgCa(CO3)2)

Dolomite MgCa(CO3)2

Classificazione minerali: 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.

Gesso: CaSO4∙2H2O

Pirite FeS2

Salgemma: NaCl

Classificazione minerali: fosfati Presentano il gruppo fosfato. Esempio: l’apatite, Ca5F(PO4)3

Classificazione minerali: elementi nativi metalli (oro, argento, platino, rame, ferro); semimetalli (arsenico, bismuto); non-metalli (zolfo, diamante, grafite).

Classificazione minerali: silicati Più del 90% della crosta terrestre è formato da silicati Presentano metalli e gruppo silicato (SiO4)4- Lo ione silicato presenta struttura tetraedica

tetraedro

Classificazione minerali: silicati 1) Nesosilicati, 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 (tectosilicati) 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 SiO2.

Silicati femici (rapporto Si:O relativamente basso) I silicati classificabili come FEMICI, 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 come 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).