MINERALI La litosfera è l'involucro esterno della terra (1,5% del raggio terrestre). E' costituita da rocce che hanno caratteristiche diverse ,a loro volta costituite da minerali, prevalentemente silicati. La terra è divisa in: Nucleo Mantello Crosta (Litosfera) E' soggetta a continui mutamenti, che hanno cambiato il suo aspetto nel corso del tempo, modellandola. Per comprendere gli eventi passati e quelli attuali lo studio dei minerali è senza dubbio il metodo più immediato e corretto.

composizione crosta terrestre ossigeno: 46,6%; silicio: 27,7%; alluminio: 8,1%; ferro: 5,0%; calcio: 3,6%; sodio: 2,8%; potassio: 2,6%; magnesio: 2,1% costituiscono quasi il 99% e sono detti elementi maggiori. Fosforo, titanio, e manganese 1% e 0,1% elementi minori. Gli altri elementi (inferiori allo 0,1%) sono detti elementi in traccia.

Le caratteristiche di una roccia o di un minerale dipendono infatti dalle condizioni in cui si sono formati e una analisi attenta può fornire indizi per ricostruire l'ambiente chimico-fisico, il clima e le forze che ne hanno determinato la formazione. La crosta terrestre ha fornito e fornisce tutt'ora materiali diversi e utilissimi, basti pensare l'ossidiana e la selce nell'antichità, ferro e altre leghe, il petrolio, il carbone e i graniti.

MINERALE = corpo inorganico naturale dalla composizione chimica definita e costante. I vari minerali si differenziano tra loro sia 1)per la diversa natura degli elementi sia 2)per il modo in cui gli atomi, o gli ioni, sono disposti nello spazio a formarne la struttura. Ogni minerale può essere riconosciuto in base a un insieme di proprietà fisiche e chimiche costanti, che permettono di identificarlo e distinguerlo dagli altri.

Vi sono minerali costituiti da : A) semplici elementi (Zolfo, Oro, Argento) B) composti chimici, che contengono due o più elementi in proporzioni sempre costanti, C) soluzioni solide di sostanze costituite da ioni di carica e dimensioni simili (miscele isomorfe).. Nel caso A) e B) ogni minerale ha la sua formula mineralogica definita . Es. CaCO3 = calcite Nel caso C) i minerali hanno una composizione variabile, perché campioni diversi dello stesso campione possono differire nella % di alcuni ioni(vicarianti). Per esempio nell'Olivina: (Mg,Fe)2 SiO4, i due elementi separati dalla virgola indicano la possibilità che due ioni possano sostituirsi l'uno all'altro e occupare gli stessi spazi senza alterare la struttura cristallina, questo perchè hanno dimensioni e cariche molto simili. Olivine= minerali costituiti da miscele isomorfe in tutte le proporzioni di MgSiO4 e FeSiO4 Questo processo si chiama vicarianza.

Quasi tutti i minerali si presentano sottoforma di cristalli Quasi tutti i minerali si presentano sottoforma di cristalli. Quasi tutti i minerali hanno una tipica e definita struttura cristallina e raramente si presentano allo stato amorfo(caratterizzato da struttura interna disordinata che si manifesta con una forma esterna non geometrica), ma può capitare che lo stesso composto dia origine a una o all'altra struttura in base alle condizioni di solidificazione (Polimorfismo) POLIMORFISMO= si ha quando una stessa sostanza può esistere in forme mineralogiche con struttura e proprietà differenti. Es. di polimorfismo = opale(amorfo) e quarzo(struttura cristallina)SiO2, aragonite (amorfo)e calcite(struttura cristallina)CaCO3, diamante e grafite (C) CRISTALLO= corpo solido delimitato esternamente da superfici piane dette facce, che si intersecano lungo linee dette spigoli, che formano angoli diedri, costanti per la stessa sostanza.

Abito ottaedrico Abito cubico Abito tetraedrico Abito prismatico

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

I cristalli possono essere : Naturali = minerali Artificiali Possono avere dimensioni varie: Individui isolati(di dimensioni maggiori) Raggruppati con aspetto regolare(geminati) Raggruppati in modo irregolare(geodi o druse)

Abito cristallino: aspetto complessivo di un cristallo Abito cristallino: aspetto complessivo di un cristallo. L'abito dei cristalli è la forma esterna, espressione della disposizione atomica interna ordinata. Un minerale assume un determinato abito in funzione della simmetria del reticolo cristallino ,degli elementi che lo compongono e delle modalità di accrescimento. La simmetria del reticolo cristallino è sempre riconducibile alla cella elementare(la più piccola unità della struttura, che se ripetuta indefinitamente nelle tre dimensioni dello spazio formerà l’intero reticolo cristallino)

Abito cristallino della fluorite

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.

I cristalli possiedono degli elementi di simmetria rappresentati principalmente da assi, piani e centro In base al numero e al tipo degli elementi di simmetria i cristalli vengono riuniti in tre gruppi suddivisi a loro volta in sette sistemi contenenti 32 classi. Ogni minerale appartiene ad una sola classe e ciò può costituire un elemento utile per il suo riconoscimento

CLASSIFICAZIONE MINERALI Vengono suddivisi in 8 classi o famiglie, che comprendono: a)composti e miscele isomorfe come SILICATI E NON SILICATI( vengono suddivisi in base al nome dell’anione che caratterizza il minerale). b)ELEMENTI NATIVI.

SILICATI I silicati sono i costituenti del più del 90% della crosta terrestre. Sono composti di Silicio e Ossigeno e tutti tranne il Quarzo (SiO2) contengono uno o più elementi metallici (Al - Fe - Mg - K - Na - Ca..). Nonostante abbiano caratteristiche diverse in tutti è presente la stessa struttura di base (SiO4)4- poichè il Silicio ha n°ox 4 e l'ossigeno n°ox -2, il n°ox del tetraedro corrisponde a (SiO4)4- (Le valenze residue sono saturate dai cationi). 1 atomo di Silicio è legato a 4 atomi di Ossigeno, ciascuno dei quali ha una carica negativa ai vertici del tetraedro. I tetraedri isolati non sono stabili e possono legarsi tra loro in diverso modo, condividendo alcuni o tutti gli atomi di Ossigeno. Se gli atomi di Ossigeno sono condivisi in modo tale da saturare tutte le carice negative , risulta un complesso neutro e il rapporto tra atomi di Ossigeno e Silicio è di 2:1. Il composto avrà formula SiO2 e darà origine a minerali diversi, secondo le modalità di cristallizzazione (il Quarzo è il più diffuso).

I silicati si classificano in base alla disposizione e ai legami tra i tetraedri in : NESOSILICATI SOROSILICATI CICLOSILICATI INOSILICATI FILLOSILICATI TECTOSILICATI In base alla % di tetraedri e di ioni metallici in: SILICATI FEMICI o mafici(bassa % di tetraedri e alta % di ioni metallici come Fe e Mg; sono scuri e densi) SILICATI SIALICI o felsici(alta % di tetraedri, bassa % di ioni metallici, prevalenza di Al, chiari e meno densi)

NESOSILICATI Sono Silicati a Tetraedri isolati in cui l’ossigeno è condiviso con ioni positivi per es.Magnesio e Ferro. Gli ioni di ossigeno non vengono condivisi tra i diversi tetraedri e la formula risulta SiO4. Le Olivine, costituite dai tetraedri isolati, sono tenute insieme da cationi (Mg - Fe), sono soluzioni solide di minerali con vario contenuto di Fe e Mg, sono dure e compatte, con una colorazione tipica verde. Solidificano ad elevate temperature e hanno una densità elevata. Peridoto o olivina GRANATO

CICLOSILICATI Sono silicati ad anelli di tetraedri (berillio, tormalina), sono costituiti da anelli di 3,4,6 tetraedri, in cui gli atomi di ossigeno condivisi sono 2. La formula risulta SiO3 , Si4O12 , Si6O18. Berillo(varietà smeraldo)

INOSILICATI Sono silicati a catene di tetraedri. A)Se le molecole sono costituite da catene lineari semplici di tetraedri sono detti Pirosseni, scuri e densi, ricchi di Fe e Mg (SiO3)n. B)Se le molecole sono costituite da catene lineari doppie sono dette Anfiboli, con composizione variabile e una colorazione che va dal verde al marrone al blu (Si4011)n Es. amianto(fibre) serpentino Pirosseni e Anfiboli si sfaldano facilmente lungo le direzioni parallele alle catene di tetraedri.

FILLOSILICATI Sono silicati a strati di tetraedri (Miche).Le unità sono collegate in strutture laminari( si formano maglie esagonali che si estendono su un piano) Si presentano in grossi cristalli esagonali, la cui caratteristica è la facile sfaldatura in piani paralleli(sfaldatura lamellare), lungo i piani di tetraedri. Esistono due tipi di Mica, la scura (Biotite con Fe e Mg) e la chiara (Muscovite con Al). Sono fillosilicati anche i minerali argillosi, che si formano sotto forma di masse porose (Caolinite), il talco e la clorite(verde) Hanno in genere struttura microcristallina o amorfa, costituita da particelle piccole, osservabili solo al microscopio elettronico.

TECTOSILICATI Sono silicati a struttura spaziale (Felspati) e hanno tutti gli atomi di ossigeno in comune. I tetraedri sono disposti in reticolo tridimensionale. La famiglia dei Feldspati è molto varia, i tetraedri non hanno sempre la stessa composizione, si alternano infatti tetraedri con silicio e ossigeno e tetraedri in cui l'ossigeno è legato ad un atomo centrale di alluminio. La differenza tra i feldspati dipende dai diversi rapporti di combinazione tra i due tipi di tetraedri e dalla quantità diversa di Ca, K, Na. I feldspati sono in genere chiari ed incolori, comprendono plagioclasi,(albite e anortite) e feldspati di potassio (es.ortoclasio) ,che possono avere colori diversi, bianco, grigio, rosa . Altro tipo di tectosilicati sono i feldspatoidi, simili ai feldspati, ma con una minore percentuale di silice e un maggiore numero di cationi. Questi sono chiari ed incolori. ORTOCLASIO (allumosilicato di K) ALBITE (plagioclasio bianco = allumosilicato di Na LEUCITE (feldspatoide)

SOROSILICATI Silicati costituiti da tetraedri uniti a coppie, tramite un atomo di O (es. EPIDOTO E CALAMINA) epidoto

MINERALI NON SILICATI I minerali non-silicati sono; 1)ELEMENTI NATIVI, costituiti da un solo elemento chimico, ad esempio Oro, Argento, Rame, Zolfo, Carbonio(diamante, grafite) + COMPOSTI suddivisi in base allo ione negativo che caratterizza il minerale come: 2)OSSIDI:Ossido di Alluminio Bianco (Allumina - Bauxite), corindone per es.nelle varietà blu(zaffiro), rossa (rubino) , gialla(topazio)ecc Magnetite (FeO . Fe2O3) Limonite (Fe2O3 . N H2O) Quarzo (SiO2) Spinello (Mg, Fe) Al2O4) 3)ALOGENURI: Composti degli alogeni: Salgemma (NaCl) Silvite (KCl) Fluorite CaF2 4)SOLFURI: Argentiti (Ag2S) Blenda (ZNS) si estrae zinco e piombo Galena (PBS) si estrae zinco e piombo Cinabro (HgS) Pirite (FeS2) 5)CARBONATI: Calcite: Carbonato di Calcio CaCO3 Aragonite CaCO3 Dolomite (Carbonato doppio di Calcio e Magnesio) CaMg(CO3) 2 6)SOLFATI: Gesso (CaSO4 .2H2O) ANIDRITE (CaSO4) BARITE (BaSO4) 7) FOSFATI Apatite Ca5F (PO4)3

Le proprietà fisiche più utilizzate per l'identificazione sono: Durezza: la durezza di un minerale è misurata dalla capacità di un minerale di scalfire o essere scalfito da altri minerali e si misura solitamente secondo la scala di Mohs di durezza dei minerali, con valori crescenti da 1 (talco) a 10 (diamante). Lucentezza: indica il modo in cui la superficie del minerale interagisce con la luce e può variare da opaca a vetrosa. Si divide in lucentezza metallica,(che riflette completamente la luce) e lucentezza non metallica(che invece la rifrange) Colore: indica l'aspetto del minerale in luce riflessa (ciò che vede l'occhio nudo). Il colore di un minerale può dipendere esclusivamente dalla sua composizione chimica (come nel caso dei minerali idiocromatici), oppure dalla presenza di impurità (come nel caso dei minerali allocromatici). Il colore, facile da individuare, in molti casi non è diagnostico per il riconoscimento poiché la stessa specie mineralogica può presentare differenti colorazioni. Birifrangenza: proprietà ottica, evidenziabile in luce trasmessa, ossia interponendo il minerale tra la fonte luminosa e l'osservatore. Attraverso un cristallo con proprietà birifrangenti è possibile osservare gli oggetti con contorni sdoppiati (classico esempio è la calcite).

Sfaldatura: proprietà che hanno alcuni minerali di rompersi lungo certi piani di < resistenza. I piani di sfaldatura sono sempre paralleli a facce del cristallo Frattura: descrive il modo in cui un minerale si rompe senza seguire i piani di sfaldatura. Solitamente le superfici di fratturazione non sono piane, ma hanno una morfologia irregolare, presentandosi a forma concoidale, irregolare, fibrosa. Densità: è la massa del minerale, relativa ad 1 cm³ di volume. Viene misurata con l'ausilio di una bilancia di precisione e di un picnometro. Conducibilità: consiste nel verificare se il minerale è un buon conduttore elettrico. Altre proprietà: diversi tipi di luminescenza come A) la fluorescenza=proprietà di alcune sostanze di riemettere a frequenza più bassa le radiazioni ricevute, in particolare di assorbire luce ultravioletta ed emetterla visibile,come accade per esempio negli evidenziatori ) B) la fosforescenza=si distingue dalla fluorescenza perché in quest'ultima l'effetto è immediato e si interrompe appena viene interrotta la fonte di energia,mentre nella fosforescenza l’effetto continua anche dopo. C) la triboluminescenza =luminescenza che si manifesta in alcuni materiali che, sottoposti a sforzi meccanici D) il magnetismo=alcuni minerali (ad esempio la magnetite) sono in grado di attrarre la limatura di ferro o piccoli oggetti ferrosi e paramagnetismo, radioattività, malleabilità (risposta ai cambiamenti di forma dovuti ad azione meccanica).

Indice di rifrazione Un raggio luminoso, che incontra la superficie limitante due mezzi trasparenti di diversa natura, subisce una deviazione nel suo cammino detta “rifrazione”. A seconda della maggiore o minore densità ottica del secondo mezzo l’angolo di incidenza “i” risulterà maggiore o minore di quello di rifrazione “r”. n = sen i sen r “n” è definito come indice di rifrazione del secondo mezzo ad esempio quarzo rispetto al primo ad esempio aria. Tanto più grande sarà il valore di “n” tanto maggiore sarà la deviazione subita dal raggio rispetto a quella originaria (max indice diamante e min. fluorite)

Indice di rifrazione

Caratteristiche fisiche Quando un minerale si elettrizza a seguito del riscaldamento si parla di piroelettricità (es. tormalina) Piezoelettricità è il fenomeno per cui un cristallo, che viene sottoposto a compressione meccanica, si elettrizza polarizzandosi ai suoi estremi. Oltre che delle tormaline, questo è il caso del quarzo quando la pressione viene esercitata nella direzione dell’asse polare del cristallo

SCALA DI MOHS 1)Talco Si possono scalfire 2)Gesso con l'unghia 3)Calcite      Si possono scalfire 4)Fluorite      con l'acciaio 5)Apatite 6)Feldspato(ortoclasio)      Scalfisce l'acciaio con difficoltà 7)Quarzo 8)Topazio      Scalfiscono facilmente l'acciaio 9)Corindone 10)Diamante N.B Per vedere i minerali della scala vai su: www.ludotecascientifica.it/minerali.htm www.liceoalberti.it/~werty/scienze/  

SITI INTERESSANTI www.minerva.unito.it/Chimica&Industria/SistemaPeriodico/TabellaSemplice.htm www.liceoalberti.it/~werty/scienze/ www.minerali.it www.webalice.it/lucpaset/mineralialpini www.mineralidelpiemonte.com/