MINERALI Perché è necessario studiarli e conoscerne le proprietà ? Cosa sono? Che relazioni esistono tra minerali e rocce?

Scienze della Terra: Studio dell’origine, dell’evoluzione e del comportamento della Terra, del Sistema Solare e potenzialmente dell’Universo Terra: costituita da materiali solidi (rocce) costituiti a loro volta da da un aggregato di uno o più minerali

MINERALI E ROCCE SONO DUE OGGETTI Minerali Rocce Minerali sono solidi naturali con un elevato ordinamento a scala atomica ed una definita (ma non fissa) composizione chimica. Rocce sono aggregati naturali di minerali legati tra loro da forze di coesione a carattere permanente e formati tramite uno o più processi geologici. Ambiente di formazione di diverso tipo: magmatico, sedimentario e metamorfico. MINERALI E ROCCE SONO DUE OGGETTI BEN DISTINTI TRA LORO!

Studio delle proprietà chimiche, fisiche e strutturali dei minerali Scienze della Terra Petrologia/Petrografia Composizione, tessitura, struttura,condizioni genetiche Geochimica Studio delle abbondanze e della distribuzione degli elementi chimici nei materiali terrestri Geologia Strutturale Studio della deformazione delle rocce a piccola e grande scala Geofisica Studio della configurazione interna della Terra da un punto di vista fisico (Calore interno della Terra, campo magnetico, propagazione delle onde sismiche…) Geologia ambientale Studio dell’interazione tra minerali e sistemi biologici. Studio dei problemi dell’uso del territorio MINERALOGIA Studio delle proprietà chimiche, fisiche e strutturali dei minerali Giacimenti minerari Ricerca di depositi minerari e relativo sfruttamento Studi planetari Indagine del sistema solare e potenzialmente dell’universo

Riconoscimento e studio dei MINERALI - Proprietà fisiche - Le proprietà fisiche dei minerali sono l’espressione delle relazioni esistenti tra struttura cristallina del minerale e la sua composizione chimica. La combinazione di osservazioni dirette seguite dalla verifica di alcune proprietà fisiche possono bastare a riconoscere e classificare un minerale 1 Forma cristallina 2 Lucentezza 3 Sfaldatura e frattura 4 Colore 5 Tenacità 6 Durezza 7 Peso Specifico

1 Forma cristallina I cristalli possono essere delimitati da superfici piane ed assumere forme geometriche regolari. La forma geometrica di un cristallo, la sua forma cristallina, non solo è piacevole alla vista ma è anche una proprietà fisica diagnostica. La forma esterna dei cristalli è l’espressione della loro disposizione atomica interna ordinata.

Cella elementare: la più piccola unità della struttura che se ripetuta indefinitamente nelle tre dimensioni formerà l’intera struttura L’osservazione delle forme cristalline fornisce una stima complessiva del contenuto degli elementi di simmetria di un cristallo riconoscibili direttamente sul campione e ne consente l’attribuzione ad una determinata classe cristallina

Forma: insieme di facce di un cristallo ciascuna delle quali ha la stessa relazione con gli elementi di simmetria (intrinsechi al cristallo). Quando dei minerali mostrano forme cristalline ben sviluppate, i nomi delle forme vengono usati per descrivere il loro aspetto esterno: Prismatico: cristallo con una direzione di sviluppo prevalente alle altre due Romboedrico: con la forma esterna di un romboedro Cubico: con la forma esterna di un cubo Ottaedrico: con la forma esterna di un ottaedro Pinacoidale: con lo sviluppo pronunciato di una o più forme a due facce, il pinacoide

Abito cristallino: aspetto complessivo di un cristallo Abito cristallino: aspetto complessivo di un cristallo. L'abito dei cristalli è una descrizione delle forme e degli aggregati che un determinato minerale può assumere in natura. Un minerale assume un determinato abito in funzione della simmetria del reticolo cristallino degli elementi che lo compongono ed delle modalità di accrescimento, quali: 1) temperatura 2) pressione 3) tempo a disposizione per la crescita 4) composizione chimica 5) spazio a disposizione per la crescita

Abito ottaedrico Abito cubico Abito tetraedrico Abito prismatico

2 Lucentezza e colore Lucentezza: La lucentezza é una proprietà che indica la capacità di un minerale di riflettere la luce. La lucentezza dipende dal rapporto tra la quantità di luce che viene riflessa e quella che viene rifratta ed assorbita da un mezzo ottico. Ad indici di rifrazione maggiori corrispondono maggiori quantità di luce riflessa e quindi maggiore lucentezza; si può ottenere una scala di lucentezza (dalla più elevata alla più bassa), in funzione dell'indice di rifrazione, dove i termini principali che la caratterizzano sono: Metallica (Pirite) Adamantina (Diamante, titanite) Subadamantina (Topazio) Vitrea (Acquamarina) Resinosa (Sfalerite) Sericea (Ulexite) Perlacea (Idrozincite) Cerea (Nefrite)

Colore: il colore è una proprietà diagnostica per alcuni minerali e valutabile immediatamente, tuttavia è una delle proprietà più mutevoli e meno affidabili. Per colore di un minerale, si intende sempre il colore che si osserva in luce naturale ed è determinato dal tipo di interazione tra luce e minerale che ne risulta colpito, in particolare è funzione dell' assorbimento delle lunghezze d'onda che attraversano il cristallo.

1) elementi chimici: tali elementi (Ti, V, Fe, Cr, Cu, Co, Mn, Ni) sono detti cromofori. A seconda delle colorazioni che possono assumere, i minerali si suddividono in idiocromatici, che presentano sempre il medesimo colore (come la pirite e l'azzurrite), ed allocromatici, che possono presentare colori differenti (come la vesuvianite). 2) difetti reticolari: si possono creare all'interno delle strutture cristalline alcuni difetti puntuali dovuti a: atomi o ioni interstiziali, buche elettroniche (formatesi per riscaldamento o per irraggiamento), atomi che sostituiscono quelli originari avendo però un raggio ionico diverso. Questi difetti reticolari possono far variare la capacità di un minerale di assorbire la luce; ciò causa variazioni cromatiche anche nell'ambito di una stessa specie mineralogica. 3) inclusioni: ci sono alcuni minerali incolori che assumono una colorazione a causa delle numerose inclusioni di altre specie mineralogiche.

SiO2 Al2Be3(Si6O18) Al2Be3(Si6O18) Cu2[(OH)2CO3] Al2O3 Al2Be3(Si6O18)

3 Sfaldatura e frattura La sfaldatura è la tendenza a dei minerali a rompersi parallelamente a piani di atomi. Nel descrivere la sfaldatura si devono indicare, la sua qualità (perfetta buona discreta) e la sua direzione rispetto agli assi cristallografici. La frattura è il modo di rompersi dei minerali quando non avviene secondo piani di sfaldatura specifici. La frattura può essere: Concoide: es vetro e quarzo Dentellata: con bordi taglienti Irregolare: con formazione di superficie ruvida e irregolare.

4 Durezza La resistenza che una superficie oppone all’abrasione è la sua durezza e si indica con la sigla H. Il grado di durezza si determina osservando per confronto la facilità o difficoltà con cui un minerale viene graffiato. Il mineralogista F.Mohs nel 1824 scelse una serie di 10 minerali ordinati per durezza crescente che costituiscono la scala di durezza di Mohs 6. Ortoclasio 7. Quarzo 8. Topazio 9. Corindone 10. Diamante 1. Talco 2. Gesso 3. Calcite 4. Fluorite 5. Apatite

5 Tenacità La resistenza che un minerale offre alla frantumazione, piegatura o abrasione è indicata come tenacità. I minerali possono avere un comportamento di tipo: -Fragile: tipico di minerali che si rompono o polverizzano facilmente -Malleabile: tipico di minerali che possono essere martellati fino a dare sottili lamine (legame metallico) -Settile: tipico di minerali che si possono suddividere in scaglie con un martello (legame metallico) -Duttile: tipico di minerali che possono essere lavorati fino a formare un filo (legame metallico) -Flessibile: tipico di minerali che si piegano ma non ritornano alla forma originaria quando viene rimossa la pressione esercitata -Elastico: tipico di minerali che si piegano e ritornano alla forma originaria quando viene rimossa la pressione esercitata

6 Peso Specifico Il peso specifico (G) o densità relativa è un numero che esprime il rapporto tra il peso di una sostanza e il peso di eguale volume di H2O a 4 °C. PS=5,1 PS=14-22 PS=2,6-2,9

Introduzione ai principi di cristallografia

I solidi cristallini sono formati da un aggregato tridimensionale di ioni, atomi o molecole disposti nello spazio con un certo ordine e che costituiscono un reticolo tridimensionale o cristallino. Ai solidi amorfi non spetta alcuna forma geometrica esterna o struttura interna ordinata. Un cristallo è composto da unità semplici dette celle elementari che ripetute nello spazio formano l’intero reticolo. Nel 1912 il fisico tedesco Max von Laue sottopose un cristallo di solfato di rame ai raggi X e ottenne su una lastra fotografica posta dietro al cristallo uno spettro di diffrazione che mostrava il reticolo del cristallo.

La disposizione regolare delle particelle nelle tre dimensioni dello spazio determina una forma geometrica caratteristica: il reticolo cristallino tipico di ogni specie mineralogica. Per classificare i cristalli in base alla loro forma geometrica si fa riferimento agli elementi di simmetria (piano, asse, centro) che definiscono il grado di simmetria. I cristalli di una stessa specie hanno sempre lo stesso grado di simmetria.

Elementi di simmetria. Operazioni di simmetria 1 Assi di rotazione Elementi di simmetria Operazioni di simmetria 1 Assi di rotazione 1 Rotazione attorno ad un asse 2 Piani di riflessione 2 Riflessione da parte di uno specchio 3 Centro di simmetria 3 Inversione intorno ad un punto centrale 4 Assi di rotoinversione 4 Combinazione di Rotazione e inversione

L’ordinamento interno di un cristallo si può pensare come ad un motivo (gruppo di atomi) ripetuto su di un reticolo (disposizione periodica di punti nello spazio) . Il reticolo esprime la componente di traslazione dell’ordinamento nello spazio La ripetizione ordinata di atomi, ioni o molecole è strettamente legata alla simmetria Cella elementare: è la più piccola unità di una struttura che ripetuta all’infinito genera l’intera struttura