Corso di Mineralogia Scienze Geologiche A.A / 2018 I minerali che costituiscono le rocce (RFM: rock-forming minerals)

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Francesca Raimondi
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1 Corso di Mineralogia Scienze Geologiche A.A / 2018 I minerali che costituiscono le rocce (RFM: rock-forming minerals) I FILLOSILICATI

(3) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Confronto fra le strutture di pirosseni, anfiboli e silicati rari (biopiriboli) con catene che si estendono

3 (3) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Confronto fra le strutture di pirosseni, anfiboli e silicati rari (biopiriboli) con catene che si estendono verso i silicati a strati (fillosilicati); notiamo come fra inosilicati e fillosilicati vi siano rari minerali con struttura "a strati" (da: Klein 2004, Fig )

4 (4) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati FILLOSILICATI = SILICATI A STRATI (Layered silicates) Sono importanti costituenti primari delle rocce magmatiche (biotite) e metamorfiche (muscovite, biotite, serpentino, cloriti). Nelle rocce sedimentarie sono presenti sia come fasi detritiche (muscovite, cloriti) sia come minerali di neoformazione (minerali argillosi: caolinite, illite, montmorillonite-gruppo delle smectiti), glauconite. Le strutture dei fillosilicati si costruiscono partendo da due motivi strutturali: - uno strato di tetraedri Z 2 O 5 (i tetraedri condividono 3 vertici) uno strato di / tri ottaedrico tipo: - gibbsite Al(OH) 3 - brucite Mg(OH) 2

5 (5) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Strato di tetraedri ideale Unità di ripetizione Z 2 O 5 (Si 2 O 5 ) Z 4 O 10 (Si 4 O 10 ) L'unità di ripetizione (Z 2 O 5 ) definisce una maglia (cella) esagonale; in alcuni casi è necessario duplicarla (silicati tipo 2:1, TOT)

6 (6) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Strati di ottaedri: tri-ottaedrico (tipo brucite), di-ottaedrico (tipo gibbsite) X 2+ (OH) 2 Y 3+ (OH) 3 X = Mg (Fe 2+, Ni) Y = Al (Fe 3+ )

7 (7) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati unione fra un anello di tetraedri e un gruppo di 3 ottaedri

8 (8) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Strati di tetraedri Strato tipo talco (~ideale) Strato tipo caolinite (distorto)

9 (9) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Modalità di unione fra uno (due) strato tetraedrico e una strato (di-tri) ottaedrico

10 (10) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Strati tri/di ottaedrici e tipi di fillosilicati

11 (11) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Questa tabella deve essere studiata accuratamente

12 (12) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati

(13) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Tipo TO Caolinite: Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 Serpentino: Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 Tipo TOT Pirofillite: Al 2 Si 4 O 10 (OH) 2 Talco: Mg 3 Si 4

13 (13) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Tipo TO Caolinite: Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 Serpentino: Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 Tipo TOT Pirofillite: Al 2 Si 4 O 10 (OH) 2 Talco: Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 TOT + i Muscovite: KAl 2 Si 3 AlO 10 (OH) 2 Biotite: K(Mg,Fe) 3 Si 3 AlO 10 (OH) 2 Glauconite Vermiculite (i = cationi + H 2 O) Smectiti (i = cationi scambiabili + H 2 O)

14 (14) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Tipo TOT + O Cloriti clinocloro Mg 5 AlSi 3 AlO 10 (OH) 8

15 (15) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Fillosilicati tipo TO (1:1)

16 (16) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Caolinite: 2 pacchetti TO

17 (17) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Caolinite: vista dal lato T e dal lato O

18 (18) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Caolinite: 2 pacchetti TO

Caolinite: lamelle osservate al SEM 10 mm "Pacchetti" di caolinite fotografati al SEM (microscopio elettronico a scansione SEM Philips 515b, Lab.

19 Caolinite: lamelle osservate al SEM 10 mm "Pacchetti" di caolinite fotografati al SEM (microscopio elettronico a scansione SEM Philips 515b, Lab. SEM-EDS BiGeA) Spettro EDX con la composizione delle lamelle nella immagine a sinistra. Dai rapporti fra Al e Si si deduce che le lamelle sono costituite da caolinite (o halloysite, non determinabile dalla osservazione degli elementi)

20 (20) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Serpentino

21 (21) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Serpentino

22 (22) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati I polimorfi del serpentino: crisotilo lizardite antigorite

23 (23) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati fibre di crisotilo osservate al TEM (Transmission Electron Microscope) campione di crisotilo

24 (24) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati fibre di crisotilo osservate al microscopio elettronico a scansione (SEM) e spettro EDX con composizione chimica delle fibre

25 (25) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Depositi di caolino in Devon e Cornovaglia (vedi "Il mastino dei Baskerville" di A. C. Doyle con Sherlock Holmes alle prese con Una avventura inquietante ambientata nella brughiera di Dartmoor)

26 (26) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati

27 (27) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati FILLOSILICATI TIPO TOT (2:1)

28 (28) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Tipo TOT - Talco Il talco è un minerale metamorfico che si origina da rocce ricche in Mg (peridotiti). E' un importante minerale industriale, usato dall'industria cosmetica e farmaceutica e come filler in plastiche, carta ecc.

29 (29) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Miche (2:1 + i) Si tratta di un importantissimo gruppo di fillosilicati tipo TOT + i ossia di una struttura tipo talco / pirofillite con cationi K, Na e meno comunemente Ca, posizionati fra strato e strato Formula generale XY 2-3 Z 4 O 10 (OH,F) 2 XY 2-3 [Si 3 AlO 10 (OH,F) 2 ] X = K, Na, Ca Y = Mg, Fe 2+, Al, Li Z = Si, Al

30 (30) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati

31 (31) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati XM 2-3 T 4 O 10 (OH,F) 2

32 (32) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati biotite

33 (33) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati biotite

34 (34) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati CLORITI (2:1:1)

35 (35) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Minerali tipici dei suoli I suoli sono fondamentali per la vita: sono il substrato su cui crescono le piante, vivono batteri, si verifica una serie complicatissima di interazioni fra materia inorganica (~ minerali) e organica. I minerali argillosi giocano un ruolo fondamentale per la loro capacità di assorbire / trattenere volumi importanti di acqua e per le proprietà di adsorbimento / scambio cationico

36 (36) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Formazione dei suoli e dei minerali argillosi 2KAlSi 3 O 8 + H 2 O + 2H + = Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4SiO 2 + 2K + K-feldspato (plagioclasi) + acqua (ph acido) = caolinite + silice + K (rimosso)

37 (37) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati SMECTITI (2:1 + i + H 2 O) Le smectiti sono un importantissimo gruppo di minerali argillosi, caratterizzato dalla presenza nell'interstrato di molecole di H 2 O e cationi scambiabili. Hanno una elevata superficie specifica che, unita alla granulometria molto fine (max qualche micron), consente una interazione ambientale molto efficace con assorbimento di acqua, cationi, molecole organiche.

38 (38) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati

39 (39) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Formula e spaziatura basale d 001 (in Å) per alcuni minerali argillosi Strutture tipo talco (2:1) d 001 d 001 d 001 Condizioni di formazione illite (idromuscovite) H 2 O* glicolato** riscaldato*** alcaline (rocce "granitoidi") K 0.35 Al 2 Si 3.35 Al 0.65 (OH) Montmorillonite (K,Na) 0.35 (Al,Mg,Fe) 2-3 Si 3.65 Al 0.35 (OH) 2.4H 2 O Altre smectiti Saponite Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2.4H 2 O Beidellite Al 2 Si 4 O 10 (OH) 2.4H 2 O Nontronite Fe 3+ 2Si 4 O 10 (OH) 2.4H 2 O alcaline (rocce basiche, vetro vulcanico) Vermiculite (Mg,Fe 2+,Al) 3 (Si,Al) 4 O 10 (OH) 2.4H 2 O alterazione di biotite Strutture tipo caolinite (1:1) Caolinite Al 2 Si 2 O 5 (OH) Halloysite Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4.2H 2 O 10.2 ~ Condizioni alcaline (rocce "granitoidi") (sistemi idrotermali) * H 2 O nell'interstrato ** trattamento con glicol-etilene *** riscaldata a T > 400 C ("collasso" strutturale)

(40) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Layered silicates con strati particolari Oltre ai classici fillosilicati (esaminati in precedenza), vi sono altri "layered silicates" con strutture

40 (40) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Layered silicates con strati particolari Oltre ai classici fillosilicati (esaminati in precedenza), vi sono altri "layered silicates" con strutture particolari. Ricordiamo fra questi paligorskite e sepiolite, con canali contenenti molecole di H 2 O. Questi minerali sono usati come assorbitori di molecole organiche e trovano largo uso come "sabbia" per piccoli animali, da usare in casa. Altri silicati a strati da ricordare sono: Prehnite CaAl 2 Si 3 O 10 (OH) 2 Ca-silicato idrotermale e Apofillite KCa 4 Si 8 O 20 (F,OH).8H 2 O minerale idrotermale (tipico della cavità in basalti) molto ricercato dai collezionisti per la bellezza dei cristalli.

41 (41) - Mineralogia 2017/2018_RFM-fillosilicati Alcuni punti da ricordare sui fillosilicati 1) Costituenti fondamentali di rocce ignee (graniti-tonaliti) 2) Costituenti fondamentali di rocce metamorfiche (filladi, micascisti, gneiss 3) Fasi detritiche importanti delle rocce sedimentarie (muscovite nelle arenarie, sabbie) 4) Fasi di neoformazione nei suoli (minerali argillosi) 5) I minerali argillosi sono importantissimi dal punto di vista economico: caolinite (ceramica, filler per la carta), smectiti (fanghi di perforazione, sbiancanti, adsorbenti ecc.), sepiolite 6) Sono indicatori di particolari condizioni di sedimentazione (glauconite)

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