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

I Minerali Lezioni frontali; Prerequisiti: Obiettivi: 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; Analisi di minerali e rocce portate in aula dall’insegnante.

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

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 ???

I minerali I minerali sono Minerale Latino medievale mineralis Parola gallica meìina Metallo grezzo I minerali sono Sostanze naturali Composizione chimica costante Forma e caratteristiche fisiche specifiche Generalmente sostanze inorganiche e solide

Proprietà fisiche dei minerali Modulo 1 Proprietà fisiche dei minerali Unità 1

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

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.

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

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;. 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 Vitrea Metallica Adamantina salgemma Salgemma NaCl

Luminescenza Aragonite Illuminata con luce normale Illuminata da lampada a raggi UV 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

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

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

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

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

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: Ematite magnetite Maghemite Goethite Pirrotina

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

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

Modulo 1 Classificazione Unità 2

Classificazione 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 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

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

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

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

Ossigeno + elemento metallico Ossidi Ossigeno + elemento metallico Ematite Ossido di ferro Altri ossidi utili: Bauxite Lattine Allumiinio Cassiterite Stagno Saldature Estrazione del ferro

Carbonio + Ossigeno + elemento metallico Carbonati Carbonio + Ossigeno + elemento metallico Calcite Aragonite CO3 Dolomite Produzione calce Componente di cementi Porzione calcarea degli scheletri e delle conchiglie di alcuni organismi Esperimento per il riconoscimento dei materiali carbonatici Esperimento birifrangenza

Solfati Zolfo + Ossigeno Elemento metallico + SO4 Gesso Barite Solfato di bario Ba[SO4] Solfato di calcio Ca[SO4] 2H2O Usi medicina calchi statue impronte Gessetti da lavagna Usi Produzione zavorre per lavatrici, gru Produzione calcestruzzo pesante Produzione di colori Fuochi d’artificio

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

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

Diffrattometria a raggi X Consente l’identificazione dei minerali argillosi Viene effettuata su polveri Indagine distruttiva (anche se serve meno di 1grammo del campione ) 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 SCOPI Identificazione qualitativa Stima quantitativa dei minerali più rappresentati nel campione

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

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 CO2), 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. CaCO3 + HCl + H2O ==> Ca + OH + H2O + Cl + CO2 (gas)

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.

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