I MINERALI

Sulla “LITOSFERA” Dove vivono tutti gli organismi viventi? Essa costituisce la parte più esterna della terra, formata da sostanze inorganiche e naturali che si presentano allo stato solido.

Come si presenta? Cosi come un mosaico è fatto da tasselli tutti differenti fra di loro, la nostra Litosfera è formata da rocce, i cui tasselli sono i minerali.

Minerali Rocce Quali sono i “componenti” della litosfera? Riolite Quarzo Andesite Rame Gesso Pomice Rocce

MINERALI E ROCCE SONO DUE SOSTANZE Cosa sono i minerali? Un minerale è una sostanza naturale solida, con due caratteristiche fondamentali: una composizione chimica ben definita e una disposizione ordinata e regolare degli atomi che la costituiscono, fissa e costante per ogni minerale. Cosa sono le rocce? Una roccia è un aggregato naturale di diversi minerali, talvolta anche di sostanze non cristalline, di solito compatto, che forma una massa ben individuabile, distinta da altre masse analoghe. MINERALI E ROCCE SONO DUE SOSTANZE BEN DISTINTE TRA LORO! Se un minerale esiste in natura in grande quantità, tanto da costituire parte integrante della crosta terrestre, viene chiamato roccia semplice.

Solamente otto elementi costituiscono il 98% della crosta terrestre. Quali elementi della Tavola Periodica costituiscono i minerali? Solamente otto elementi costituiscono il 98% della crosta terrestre. Alluminio   Calcio Sodio Potassio Ossigeno Silicio Ferro Magnesio

Solo l’Ossigeno costituisce il 47% della crosta terrestre !!! L’Ossigeno molecolare in natura si trova allo stato gassoso, ma legato ad altri elementi chimici può formare composti solidi, nel nostro caso minerali e rocce. L’Ossigeno si lega principalmente con il Silicio formando i SILICATI

2. I minerali più abbondanti: i silicati Composizione della Terra solida 8

I minerali La mineralogia è la disciplina che studia l’origine e la natura dei minerali. Un minerale è un corpo solido allo stato naturale che può essere un elemento nativo o un composto. 9 9

Una sostanza può essere definita un minerale quando: I minerali Una sostanza può essere definita un minerale quando: • allo stato naturale si è formata attraverso un processo generalmente inorganico; • la sua composizione si può esprimere mediante una formula chimica; • la sostanza è un solido cristallino; In un solido cristallino le specie chimiche che lo costituiscono (atomi, ioni o molecole) sono disposte in modo geometricamente ordinato e ben definito. • è caratterizzata da specifiche proprietà fisiche (durezza, densità) che devono avere un valore costante e definito. 10 10

Come si presentano i minerali? Struttura cristallina Stato amorfo Se prendiamo un mucchio di mattoni e lo buttiamo in un angolo, in modo disordinato e alla rinfusa, rimarrà un mucchio di mattoni, se invece li sistemiamo in modo ordinato creeranno un edificio. Allo stesso modo se le particelle di un minerale si comportano come il mucchio di mattoni saranno allo stato amorfo, invece se saranno come l’edificio si troveranno allo stato cristallino.

La struttura cristallina dei minerali Ogni minerale si presenta come un solido dotato di una particolare forma geometrica detta abito cristallino. Quarzo Feldspato Mica Olivina 12 12

La struttura cristallina dei minerali Ogni minerale si presenta come un solido dotato di una particolare forma geometrica detta abito cristallino. Granato Diamante Calcite Gesso 13 13

La struttura cristallina dei minerali L’aspetto dell’abito cristallino di un minerale è il risultato della particolare disposizione degli atomi e delle molecole all’interno dei cristalli. Questa disposizione interna ordinata è detta struttura del reticolo cristallino. RETICOLO CRISTALLINO 14 14

La struttura cristallina dei minerali L’aspetto dell’abito cristallino di un minerale è il risultato della particolare disposizione degli atomi delle molecole all’interno dei cristalli. Questa disposizione interna ordinata è detta struttura del reticolo cristallino. Atomi, ioni e molecole sono allineati a una distanza fissa formando filari FILARE 15 15

La struttura cristallina dei minerali L’aspetto dell’abito cristallino di un minerale è il risultato della particolare disposizione degli atomi delle molecole all’interno dei cristalli. Questa disposizione interna ordinata è detta struttura del reticolo cristallino. Due filari non paralleli individuano un piano reticolare PIANO 16 16

La struttura cristallina dei minerali L’aspetto dell’abito cristallino di un minerale è il risultato della particolare disposizione degli atomi delle molecole all’interno dei cristalli. Questa disposizione interna ordinata è detta struttura del reticolo cristallino. Un piano reticolare è dato dalla ripetizione per traslazione di una maglia piana elementare MAGLIA 17 17

La struttura cristallina dei minerali L’aspetto dell’abito cristallino di un minerale è il risultato della particolare disposizione degli atomi delle molecole all’interno dei cristalli. Questa disposizione interna ordinata è detta struttura del reticolo cristallino. Tre filari non giacenti sullo stesso piano, incontrandosi in punti detti nodi danno origine al reticolo cristallino NODO 18 18

La struttura cristallina dei minerali L’aspetto dell’abito cristallino di un minerale è il risultato della particolare disposizione degli atomi delle molecole all’interno dei cristalli. Questa disposizione interna ordinata è detta struttura del reticolo cristallino. L’unità strutturale minima del reticolo cristallino è detta cella elementare CELLA ELEMENTARE 19 19

La struttura cristallina dei minerali La forma esterna di un minerale può essere assai variabile, ma la struttura del reticolo cristallino deve essere la stessa per tutti gli esemplari di una data specie minerale. 20 20

ABITI CRISTALLINI Diamante Pirite Fluorite Pirite

La struttura cristallina dei minerali Non sempre i cristalli hanno forma geometrica regolare. Se un minerale si accresce in poco spazio, i cristalli si sviluppano in modo irregolare adattandosi allo spazio disponibile. Se un minerale ha molto spazio a disposizione, i cristalli possono svilupparsi in forme regolari e, talvolta, gigantesche. Oltre allo spazio, un importante fattore che condiziona la crescita dei cristalli è il tempo. 22 22

Struttura Cristallina VS Abito Cristallino Gli atomi che costituiscono i minerali sono quasi sempre disposti nello spazio secondo un reticolo cristallino ben definito. Questa struttura ben definita non sempre è visibile nell’abito cristallino, il quale è fortemente influenzato da fattori esterni. 23

La struttura cristallina dei minerali La struttura cristallina del salgemma (NaCl) è data da una disposizione geometrica e ordinata in una cella elementare cubica di ioni Na+ e Cl–. Ogni cubetto del reticolo cristallino (costituito da quattro ioni Na+ e quattro ioni Cl–) racchiude in sé tutte le caratteristiche del solido cristallino. 24 24

I minerali più abbondanti: i silicati La struttura tridimensionale del tetraedro detto gruppo silicatico 25

I silicati 26

Altri principali minerali che formano le rocce della crosta terrestre plagioclasio solfuri lo zolfo combinato con uno o più metalli pirite ossidi e idrossidi uno o più metalli combinati con l’ossigeno ematite solfati ossigeno e zolfo combinati con uno o più metalli barite 27

Altri principali minerali che formano le rocce della crosta terrestre aloidi o alogenuri un elemento alogeno (come il cloro, il fluoro o lo iodio) combinato con un metallo fluorite calcite carbonati ossigeno e carbonio combinati con uno o più altri elementi elementi nativi si possono trovare allo stato puro: metalli (come oro, platino, argento, rame e ferro) o non metalli (come il carbonio del diamante e della grafite) argento 28

Proprietà fisiche dei minerali I minerali si identificano attraverso le loro proprietà fisiche: • colore; • peso specifico; • sfaldatura; • durezza; • lucentezza; • temperatura di fusione; • magnetismo; • birifrangenza; • fluorescenza; • radioattività. 29 29

Peso Specifico Densità = è il rapporto fra il peso di un minerale ed il peso di un egual volume di acqua distillata; è quindi una grandezza adimensionale. è importante perché alcuni minerali apparentemente molto simili per l’aspetto esterno differiscono per il loro peso specifico. Quarzo p.s. = 2,6 Oro p.s. = 15,5 - 19,3 Argento p.s. = 9,6-12 Pirite p.s. = 5,1 Densità = è il rapporto fra la massa di un minerale ed il suo volume; si misura perciò in grammimassa per centimetro cubo (g/cm3). è importante perché, grazie a questa proprietà, si riescono a separare facilmente i minerali utili da una miscela. 30

solido  pastoso  liquido Punto di fusione = è la temperatura alla quale un minerale perde la propria struttura cristallina e passa allo stato liquido. Minerali cristallini Fusione brusca solido  liquido Minerali amorfi Fusione graduale solido  pastoso  liquido Il fenomeno della fusione di solidi cristallini è caratterizzato da 2 regole: un corpo puro fonde sempre alla stessa temperatura, detta punto di fusione, che dipende solo dalla natura del corpo e dalla pressione alla quale è sottoposto; la temperatura del corpo rimane inalterata durante tutto il processo di fusione.

Dilatazione termica Cristalli di: Si deformano Non si deformano = è la facoltà dei minerali di dilatarsi lungo le tre direzioni dello spazio, se sottoposti a riscaldamento. Quarzo Cristalli di: Salgemma Zolfo Ossidiana Si deformano Non si deformano Il coefficiente di dilatazione termica è la variazione di volume per unità di temperatura.

La scala di durezza di Mohs = resistenza che un minerale oppone ad essere scalfito. La scala di durezza di Mohs scalfibili dall’unghia = teneri 1. Talco 2. Gesso scalfibili da una punta d’acciaio = semiduri 3. Calcite 4. Fluorite 5. Apatite 6. Ortoclasio non scalfibili da una punta d’acciaio = duri 7. Quarzo 8. Topazio 9. Corindone 10. Diamante

Sfaldatura = è la tendenza di un minerale a rompersi per urto secondo superfici piane, parallele ad una o più facce dell’abito cristallino. salgemma Il salgemma si sfalda lungo le superfici che formano angoli diedri di 90° fra loro, formando frammenti di forma cubica. Frattura = è la tendenza di un minerale a rompersi per urto, generando frammenti aventi superfici irregolari o di aspetto scheggioso, o ancora, ad andamento curvo.

Metallica Non metallica Lucentezza = proprietà che indica la capacità di un minerale di riflettere la luce. In generale, i tipi di lucentezza osservabili sono due: Metallica Non metallica Sebbene la distinzione tra i due tipi non sia facile da descrivere è abbastanza semplice riconoscerli a occhio nudo. La lucentezza metallica è quella tipica di minerali metallici (cromo, acciaio, rame, oro). I minerali non metallici, invece, sono quelli che si lasciano attraversare (seppur in modo variabile) dalla luce.

Lucentezza metallica Hanno gli elementi nativi di tipo metallico ed Rame Hanno Lucentezza metallica gli elementi nativi di tipo metallico ed alcuni solfuri … Galena Antimonite Oro Argento Ematite

adamantina - molto viva, caratteristica … mentre per i minerali non-metallici vengono utilizzati altri termini per descrivere ulteriormente la loro lucentezza. adamantina - molto viva, caratteristica del diamante; vitrea - la più comune nei minerali (quarzo, corindone); grassa – la superficie appare unta (talco); madreperlacea – caratteristica dei minerali costituiti da strati sottili iridescenti, (es. miche); terrosa – non si ha riflessione perché si tratta di un aggregato di microcristalli (es. argille e bauxite); resinosa – caratteristica di un minerale con aspetto simile alla resina (zolfo); sericea - tipica di minerali fibrosi; 37

Minerali allocromatici Colore = è dovuto ad un assorbimento preferenziale di varie lunghezze d’onda fra le innumerevoli che compongono lo spettro della luce bianca. È strettamente dipendente dal chimismo e dalla struttura. Minerali idiocromatici colori diversi = impurità Minerali allocromatici QUARZO sempre lo stesso colore PIRITE MALACHITE CINABRO AZZURRITE Il “Colore” di un minerale, è quello che si osserva in luce naturale

Proprietà fisiche dei minerali Il magnetismo è la capacità di alcuni minerali di attrarre materiali ferrosi. La magnetite è un minerale dotato di magnetismo. Grandi masse di rocce che contengono minerali magnetici possono deviare l’ago della bussola. 39 39

Polimorfismo Il polimorfismo è la caratteristica di due o più minerali che pur avendo la stessa composizione chimica, presentano diversa struttura del reticolo cristallino. Il diamante e la grafite sono costituiti entrambi da carbonio ma hanno diversa struttura del reticolo cristallino DIAMANTE GRAFITE Un altro esempio di polimorfismo è dato dai due minerali calcite e aragonite, entrambi costituiti da carbonato di calcio. 40 40

Non tutti i minerali sono cristallini, alcuni sono amorfi o vetrosi. Solidi amorfi Non tutti i minerali sono cristallini, alcuni sono amorfi o vetrosi. I solidi amorfi hanno struttura disordinata, simile alla disposizione che le particelle di una massa gassosa o liquida assumono in ogni istante. L’opale, che ha la stessa composizione del quarzo, non è cristallino, ma un idrogel di silice amorfa simile a una gelatina indurita. I passaggi di stato solido-liquido consentono di distinguere una sostanza amorfa da una cristallina: la fase cristallizzata ha un punto di fusione netto, mentre la fase amorfa non ha un punto di fusione ben definito. 41 41

Come si formano i minerali? cristallizazione: un magma si raffredda (nel sottosuolo o dopo essere stato eruttato come lava da un vulcano) e ad alta temperatura e pressione si formano cristalli solidi sublimazione: una sostanza aeriforme solidifica direttamente, come nel caso dei cristalli gialli di zolfo che si depositano all’uscita delle fratture e dei camini vulcanici precipitazione: i sali minerali sciolti nell’acqua del mare o di un lago raggiungono la saturazione e precipitano, cioè solidificano in forma di cristalli 42

Evaporazione = di soluzioni acquose, soprattutto acque marine Attività biologica = che porta alla costruzione tramite gusci o apparati scheletrici