Museo del Liceo scientifico A. Avogadro MINERALI a cura del Gruppo Mineralogico Basso Canavese Scheda anagrafica n : 104 Reperto n : 148 Nome:

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1 Museo del Liceo scientifico A. Avogadro MINERALI a cura del Gruppo Mineralogico Basso Canavese Scheda anagrafica n : 104 Reperto n : 148 Nome: Ortoclasio( Ortose) Etimologia: Dal greco orthos = dritto e klao= sfaldare (Breithaupt,1 823) Formula chimica: K(AlSi 3 O 8 ) Durezza: 6 (fragile) Striscia: Bianca Sistema di cristallizzazione: I tre assi cristallografici sono tutti di differente lunghezza. Due giacciono su di un piano e sono tra loro perpendicolari; il terzo asse forma sempre un angolo diverso da 90 col piano dei primi due. In questo sistema il massimo grado di simmetria è rappresentato dalla presenza di un asse binario, un piano e un centro di simmetria mentre il minimo si ha in cristalli con solo un asse di simmetria binario. Forma dei cristalli : Aspetto Classe: Monoclino Cristalli prismatici colonnari o tabulari, frequentemente e tipicamente geminati tanto per compenetrazione (legge di Carisbad), quanto per contatto (leggi di Manebach e di Baveno); masse granulari compatte, anche di grandi dimensioni. Solitamente incolore o bianco, può anche essere giallino, rosa, azzurro o grigio. In cristalli prismatici a sezione rombicá quasi quadrata, pseudoromboedrici nell'adularia; in geminati di vario tipo; in masse sfaldabili. Silicati. Il gruppo più ricco e diffuso, vista l abbondanza di ossigeno e silicio che abbiamo nella crosta terreste. I silicati si presentano a volte in cristalli di dimensioni notevoli e sono caratterizzati da una durezza piuttosto elevata I silicati formano il gruppo più numeroso di minerali, di cui rappresentano circa il 40 %. In certi silicati il silicio è sostituito dall'alluminio: si tratta allora di allumo-silicati (feldspati, caolinite, ecc.). La classificazione sistematica dei silicati è molto complessa: si basa sulla struttura interna di ciascuna specie. Certi silicati di struttura simile spesso formano miscele isomorfe e formano dei gruppi naturali. I minerali di questi gruppi hanno le medesime proprietà (granati, pirosseni, feldspati, ecc.). Le zeoliti, allumo-silicati la cui struttura permette il passaggio di molecole d'acqua, formano un gruppo particolare: si può togliere loro l'acqua senza modificarne la

2 struttura interna e la forma cristallina. Questo le distingue dagli altri minerali cristallizzati idrati. I silicati si formano nelle rocce eruttive o metamorfiche, come minerali primari o secondari, con modalità molto diverse. Trasparenza: Trasparente, translucido Lucentezza: Vitrea, madreperlacea. Talora opaco. Sfaldatura: Perfetta secondo (001), buona secondo (010) Frattura: Morfologia: Irregolare, da concoide a scagliosa Cristalli, frammenti, aggregati granulari, spesso a grana grossa. forma sovente con il quarzo inclusioni a forma di caratteri cuneiformi (granito grafico). E il polimorfo monoclino del K-feldspato, con struttura parzialmente ordinata, di temperatura medio-alta: duro, leggero, fragile e perfettamente sfaldabile secondo due piani ortogonali tra loro (da cui il nome): uno secondo il pinacoide basale e l'altro secondo il pinacoide laterale; trasparente o traslucido, con lucentezza vitrea tendente alla madreperlacea; polvere bianca. Peso specifico: Da 2,53 a 2,58 Indici di rifrazione 1,52-1,54 circa. Colore: Bianco, giallastro, brunastro, rossastro, talvolta con riflesso bluastro (pietra di luna). Composizione K 2 O 16,93%, Al 3 O 3 18,35%, SiO 2 64,72%, chimica teorica: presenza di Fe, Na, Rb, Ca Luminescenza: A volte gialla, crema, bianca o verdastra Proprietà chimiche e fisiche : Trattamenti: Insolubile negli acidi tranne che in acido fluoridrico, fonde con difficoltà colorando la fiamma di violetto (potassio). Facilmente alterabile, per opera di acque calde e ricche di acido carbonico, in prodotti secondari quali caolino, sericite,zeoliiti, epidoti e quarzo. Generalmente nel K-feldspato compaiono fasi sodiche sia in soluzione solida sia, frequentemente, sotto forma di tipici smescolamenti rivelabili otticamente o ai raggi X (pertiti, macro, micro e cripto). La celsiana (Ba(Al2Si,2O8, monoclina) è un raro feldspato legato al feldspato potassico da rapporti di miscibilità, con formazione di una serie di soluzioni solide che vanno sotto il nome di ialofane. La prima ha peso specifico elevato e fonde al cannello con difficoltà, colorando la fiamma di verde (bario), inoltre è disciolta dall'acido cloridrico concentrato con separazione di silice colloidale; il secondo (monoclino) ha peso specifico variabile con la composizione. È attaccato prontamente dal1'acido. f1uoridrico che penetra nelle fessure e nelle fratture tra 1e 1amelle dei tipi pertitici dando come risultato una superficie porosa.. G1i ossidi di ferro si allontanano con acido ossalico e l'ematite specu1are con acido cloridrico concentrato e tiepido. Bisogna effettuare poi molti lavaggi accurati in acqua tiepida per eliminare i composti del ferro che potrebbero poi macchiare i campioni durante l'asciugatura. Il lavaggio dei campioni consiste nell'allontanamento degli acidi. poi in un risciacquo in acqua distillata tiepida per una durata di diverse ore da ripetere un certo numero di volte. Prima di iniziare i1 trattamento si deve immergere i1 campione in acqua distillata tiepida per diverse ore, in modo che il campione stesso si impregni e non assorba poi troppo acido.

3 Minerali simili: Differenze: Genesi: Subito dopo si metta il campione così trattato nel bagno di acido tenuto alla stessa temperatura. Dopo viene lavato nell'acqua distillata, tenuta sempre alla stessa temperatura Microclino, plagioclasio Proprietà ottiche, raggi X e reazioni chimiche. Magmatica, pegmatitica, idrotermale. Componente essenziale di molte rocce intrusive plutoniche formatesi a temperatura medio-alta e raffreddatesi con lentezza (graniti, granodioriti, sieniti, monzoniti) e delle pegmatiti; è inoltre presente in alcune rocce scistoso-cristalline (gneiss, rnigmatiti) e, come minerale detritico, in rocce sedimentarie arcosiche o arenacee, lo si trova in filoni di tipo alpino e di minerali metallici. La celsiana è tipica. di rocce di contatto ricche di manganese. Lo ialofane è stato trovato sia in rocce gneissiche sia in giacimenti di manganese e in dolomie metamorfiche. Tectosilicato di Alluminio e Potassio. Gruppo dei Feldspati. Alla composizione chimica del feldspato potassico corrispondono più modificazioni polimorfe: il Sanidino polimorfo monoclino a struttura disordinata di alta temperatura, l'ortoclasio polimorfo monoclino a struttura parzialmente ordinata di temperatura medio alta,- il Microclino polimorfo triclino di bassa temperatura; l'adularia polimorfo monoclino a struttura disordinata di bassa temperatura Paragenesi: Miche, plagioclasio, quarzo I feldspati I feldspati potassici possono contenere quantità sensibili di sodio (fino al 20%: anortociasio) e bario (fino al 35%: ialolane) ed inoltre rubidio e calcio (fino al 3%). Possono contenere anche tracce di ferro sostitutivo dell'alluminio. Il grado di solubilità allo stato solido varia moltissimo con la temperatura di cristallizzazione: quelli formati ad alte temperature sono i più impuri, quelli a basse i più puri; di conseguenza durante un raffreddamento lento si ha una riequilibrazione chimica con espulsione delle componenti non più solubili: lacinie di feldspato calcosodico (albite e oligoclasio) sia visibili a occhio nudo (pertiti), sia microscopiche (micropertiti) sia rivelabili solo ai raggi X (criptopertiti); oppure laminette finissime di ematite orientate sui piani di sfaldatura e producenti un interessante gioco di luce di insieme (schillerizzazione). Il feldspato, a parte queste anomalie ottiche, mantiene comunque la forma iniziale. Le specie appartenenti a questo gruppo, prese nel loro insieme, costituiscono la più abbondante e diffusa famiglia di minerali che si conosca. I feldspati hanno quindi un notevolissimo interesse scientifico, sia perché entrano nella composizione di un gran numero di rocce, sia perché dal loro studio è spesso possibile comprendere i meccanismi chimico-fisici che hanno portato alla formazione della litosfera. I feldspati, termine di origine tedesca che significa "spato di campo", pur avendo una composizione chimica molto semplice, presentano un gran numero di varietà, sia nell'ambito naturale a seconda dei vari ambienti di formazione, sia quali prodotti artificiali. Possibili confusioni: La duplice sfaldatura dell'ortoclasio Tra di loro si distinguono in base all'associazione o all'angolo degli assi ottici; meglio comunque ricorrere ai raggi X. Con il plagioclasio la distinzione è possibile tramite il segno ottico (che nell'albite è positivo), il confronto degli indici col balsamo (maggiore per tutti fuorché per l'albite) e la presenza di geminazioni polisintetiche. Si distinguono dal quarzo per trasparenza, durezza e assenza di sfaldatura di questo. Già il nome di ortoclasio indica la sfaldatura duplice secondo due piani ortogonali formanti un angolo quasi retto, proprietà che è uno dei principali caratteri distintivi di questo bel minerale, molto ricercato dai collezionisti.

4 I suoi cristalli prismatici formano infatti assai spesso belle druse con quarzo e molti altri minerali, anche rari, nelle geodi delle pegmatiti granitiche. In questa paragenesi, i cristalli prismatici di ortoclasio sono quasi sempre geminati di due o più individui secondo varie leggi (Carlsbad, Manebach, Baveno). Il colore è solitamente bianco, giallognolo, rosato o rosso mattone chiaro.

5 L'adularia Il sanidino Nelle litoclasi dei gneiss alpini e in alcune vene idrotermali, il silicato dell'ortoclasio cristallizza in prismi pseudorombici, spesso con aspetto pseudoromboedrico, in grandi individui limpidi (sovente però incrostati e impregnati di clorite) che prendono il nome di adularia (dal Monte Adula nelle Alpi Grigionesi). Splendidi campioni di questa varietà provengono da numerosissime località alpine. Grossi cristalli furono trovati nell'isola del Principe di Galles, nell'alaska, con uralite, epidoto e quarzo. Col nome di valencianite si indica una adularia bianca proveniente dalle miniere argentifere del Messico e dell'idaho. Nelle rocce effusive recenti di tipo trachitico e in alcuni basalti e rioliti, il feldspato di potassio critallizza (generalmente incluso nella roccia) come sanidino, che corrisponde alla fase monoclina disordinata di alta temperatura. I suoi cristalli tabulari sono praticamente sempre geminati di due individui incrociati secondo la legge di Carlsbad. In Italia, il sanidino è abbondante a Pantelleria, a Soriano presso Viterbo, a Capo d'enfola nell'isola d'elba e nelle ignimbriti della "piattaforma porfirica atesina", particolarmente a Valfloriana nella bassa Val di Fiemme (Trentino), oltre che in altre località. Magnifici cristallini incolori, nitidissimi, si hanno dai proietti del Lazio e del Vesuvio; altri stupendi campioni, con cristalli fino a 50 centimetri, provengono dalla Black Range nel New Mexico. tessa composizione dell'ortoclasio, ma è triclino. pre derivano da quelli di ortoclasio per ricristallizzazione su scala a temperatura e li simulano alla perfezione. atteristico delle pegmatiti granitiche, ma si trova anche in vene i cristallino, ed è più comune dell'ortoclasio. ma di tipo smistamento cristallino di fase, forma con i plagioclasi dei lari chiamati "pertite" (micropertite, eccetera), il cui studio riveste petrologia. no i cristallizzati hanno colore verde brillante o verde azzurro, sono quarzo affumicato e sono molto ricercati dai collezionisti per il loro tutto simile all'ortoclasio, fuorché per il fitto intreccio a graticcio inazione, e l'angolo degli assi ottici, che è sensibilmente più grande. frequenti giochi di luce, dovuti all'interferenza sulle geminazioni e ertitiche, che producono riflessi bluastri (pietra luna). e concrescimenti vermicolari con il quarzo (mirmechiti)., è nota col nome di amazzonite e si trova in varie località degli Stati del Brasile, dell'unione Sovietica; il giacimento più conosciuto è nel Colorado di microclino, biancastri, spesso di tipo pertitico, provengono da americane del Maine, Connecticut, North Carolina, Colorado, ma la e San Diego in California, dalla Groenlandia, Norvegia, Svezia, icroclino sono stati rinvenuti anche nelle pegmatiti di Cala Francese rdegna) e della bassa Valsesia (Piemonte), oltre che in varie altre L'anortoclasio, (Na,K)AlSi 3 O 8, rappresenta un termine intermedio tra microclino e albite ed è molto simile ad essi nell'aspetto e nella paragenesi. Si trova però anche in rocce vulcaniche, come andesiti, fonoliti trachiti.

6 Località: Località Italiane: Miniere di Brosso: In Italia, l'anortoclasio noto nelle zone di Pòsina, Val d'astico e Rotzo nel Vicentino Celebre l'ortoclasio limpido, giallo e utilizzato come gemma, delle pegmatiti del Madagascar; (Itrongay - cristalli gialli trasparenti di ortoclasio ferrifero) Classica, per i geminati, è la località di Carisbad (Cecoslovacchia). Cristalli rossi e ben formati a Kilkpatrick (Scozia), Flims (Grigioni, Svizzera), Marienburg (Germania), Striegau (Slesia) e in varie località della Siberia (URSS). Cristalli azzurri presso il Lago Baikal (URSS), grigi a Viliadreu (Spagna). Polonia (pegmatiti di Strzegom). Notevoli cristallizzazioni nelle litoclasi di rocce scistoso-cristalline nella Zillertal (Austria) e in Val di Vizze (Bolzano). da ghiaie in Sri Lanka, dal Nord della Birmania, Sud dell'india, Tanzania, Stati Uniti (Virginia - Oiiver), Brasile, Australia La celsiana è stata descritta nella Valle di Binna (Svizzera), in Svezia, Giappone, Sudafrica, Australia, e in varie località degli USA; in Italia è stata segnalata a Candoglia (Val d'ossola, Novara). Lo ialofane si trova, talora associato a celsiana, in Giappone, Sudafrica, Australia, Canada, Siberia (URSS) e nella dolomia metamorfica di Binna (Svizzera). Splendidi cristalli rosa in druse e geodi del granito di Baveno (Novara); meno belli quelli del granofiro di Cuasso al Monte (Varese) e quelli bianchi di San Piero in Campo (isola d'elba). Nelle Alpi, l'ortoclasio si trova in cristalli opachi, di colore roseo, di solito geminati, nelle Geodi della Sienite di Quittengo in Val del Cervo (Vercelli) e nelle Geodi dei, Graniti di Alzo del Montorfano. l'ortoclasio si trova in cristalli di colore rosso vivo nelle Geodi del Porfido quarzifero. simile per il colore a quello di Cuasso al Monte ma intercluso nel Porfido è l'ortoclasio del Monte Mulat (Predazzo) e quello della Val Floriana sotto le Pale della Madonna (provincia di Trento). Bei cristalli bianchi di Ortoclasio sono quelli delle Geodi delle Pegmatiti di Campo nell'elba Sant'Ilario, ecc.). Grossi cristalli biancastri di Ortoclasio si trovano inclusi nel Granito di Capo Sant'Andrea in comune di Marciana Marina (Elba) Cristalli rosei di Ortoclasio in Geodi nel Granito in una cava presso Muravera. Numerosissime sono le località delle Alpi dove l'ortoclasio in forma spatica costituisce uno dei componenti delle Pegmatiti: basterà citare Vinadio (Cuneo), Montescheno e Craveggia nell'ossola. Olgiasca sul lago di Corno e Sondalo'. In Sardegna è molto diffuso in tutte le masse granitiche delle quali rappresenta come noto, uno dei costituenti fondamentali. Bei cristalli si possono trovare a Villacidro nelle pegmatiti del Montimannu, nel granito a Capoterra e a M.te Santo di Pula (Cagliari), a Fonni (Nuoro), in un bel filone (quasi puro) all'isola Rossa (Trinità d'agultu); il granito di Tempio e Aggius è caratteristico per la presenza di diffusi grossi fenocristalli di Ortoclasio rosa (anche cm di lunghezza). Presente anche nelle rocce granitiche a facies pegmatitica di Cala Francese (isola La Maddalena), nelle trachiandesiti dei dintorni di Alghero e presso Padria (Pozzomaggiore).. La varietà Sanidino è stata segnalata nelle trachiti di Nuraxi Figus (Portoscuso-lglesias), presso Padria (Macomer) e nei pressi di Bosa. La varietà Microclino si ritrova in bei cristalli nel granito di Cala Francese (isola La Maddalena). Ortoclasio non è mai stato trovato nell' ambito vero e proprio dei lavori minerari di Brosso, ma è tuttavia interessante segnalare che COLOMBA (1906), cita la presenza di piccoli cristalli di ortoclasio associati generalmente ad anfiboli, quarzo, plagioclasio,

7 titanite e talvolta, pirite e ca1copirite, all'interno di piccole geodi che si aprono in vene di quarzo e K-feldspato presenti irregolarmente nella diorite alterata. Usi: Importante minerale industriale: la miscela di ortoclasio, caolino e quarzo è facilmente plasmabile e fonde a temperatura relativamente bassa ( C) in una massa vetrosa bianca, traslucida, poco porosa e leggera detta porcellana. Quando è molto puro viene utilizzato per la preparazione di porcellane speciali (isolatori elettrici per altissime tensioni, smalti ceramici e materiali per odontotecnico) e per vetri opalini. Da alcuni anni lo si impiega anche, ridotto in finissima polvere abrasiva miscelata a detersivi, per la pulizia degli smalti ceramici. Le varietà gialle trasparenti e quelle di colore piacevole o con giochi di luce vari sono gemme di pregio sia come pietre tagliate sia come cabochon lucidati. Sinonimo Ortose, feldspato alcalino, K-feldspato Provenienza: Liceo Scientifico A. Avogadro Data: 31/01/04--22/01/2007 Il componente Il silicio, che con l'ossigeno è l'elemento più abbondante sulla crosta terrestre, non si fondamentale trova in natura allo stato libero bensì sotto forma di silice (SiO 2 ) e di silicati di più o delle rocce: meno complessa, formula chimica. Questo elemento, il cui nome deriva dal termine silex con cui i latini chiamavano il biossido di silicio (SiO 2 ), usato fin da allora per la fabbricazione dei vetri, è uno dei componenti fondamentali delle rocce. Solo nel 1823 Berzelius riuscì a ottenere l'elemento libero riscaldando il fluosilicato di sodio Na 2 SiF6 con sodio metallico secondo la reazione Na 2 SiF 6 + 4Na ~ 6NaF + Si Oggi si conoscono molte altre reazioni per ottenere il silicio elementare e a questo proposito è interessante notare che esso presenta, secondo le diverse preparazioni, aspetto diverso a causa della differente grandezza delle particelle: esiste infatti sia cristallino sia amorfo. Quest'ultima forma studiata ai raggi X ha rivelato, in realtà, una struttura microcristallina identica all'altra. Cristallizza nel sistema cubico e i suoi cristalli sono neri, splendenti.e, nella forma, simili a quelli del diamante. Quando viene scaldato all' aria brucia con incandescenza dando SiO 2, con il fluoro reagisce energicamente combinandosi già a temperatura ordinaria per formare Si F 4 (tetrafluorurodi silicio), mentre con gli altri elementi reagisce solo ad alta temperatura. Tranne che in pochissimi casi esso è presente nei composti con numero di ossidazione + 4; appartiene infatti al secondo periodo, IV gruppo B, caratterizzato dalla tetravalenza egli elementi. Attualmente viene usato come disossidante degli acciai e delle leghe del rame e per preparare particolari acciai al ferrosilicio che, pur essendo poco duri, vengono usati nella Composti ossigenati del silicio: costruzione di macchine elettriche (per esempio per i nuclei dei rasformatori ). Il silicio presenta la caratteristica, cui è legata la sua grande importanza nel regno minerale, di formare catene, cioè strutture fibrose, laminari o tridimensionali, in cui gli atomi di silicio sono uniti tra di loro da atomi di ossigeno. Fra. questi composti con l'ossigeno si ha il biossido di silicio SiO 2 ). È il solo ossido di questo elemento che si rovi in natura e, cristallizzando in modi diversi, dà luogo a

8 Usi biossido silicio: Usi biossido silicio: del di del di molte varietà di minerali. Le sue modificazioni cristalline principali sono (trigonale), quarzo ß (esagonale), tridimite (rombica) e cristobalite tetragonale). (Il nome di quest'ultima modificazione deriva dal monte Cristobal nel Messico.) I cristalli di quarzo, tagliati in maniera opportuna, posseggono la proprietà di far ruotare il piano della luce polarizzata. Questo fenomeno è legato all' esistenza di due forme enantiomorfe, cioè di due forme che stanno fra loro come un oggetto e la sua immagine speculare; esse deviano il piano della luce polarizzata una verso destra e l'altra verso sinistra. Esistono inoltre molte varietà di quarzo diversamente colorate perché contengono impurezze di altri elementi: bruno è il quarzo affumicato, violetta l'ametista, nero o bianco 1'onice; diversamente colorati sono l'occhio di gatto, il quarzo capelli di Venere e il diaspro il cui colore rosso è causato da piccole quantità di ossido ferrico (Fe 2 O 3 ). Varietà di silice amorfa anidra e idrata sono 1'agata e l'opale la cui iridescenza è dovuta a piccole inclusioni di CaCO 3 : nh 2 O (aragonite). La pietra focaia (silice amorfa) era usata un tempo, sfregandola con pirite, per accendere il fuoco. Quasi tutte le pante contengono piccole quantità di silice e così pure le ali dei volatili. Anche nel tessuto connettivo e nell'umore vitreo dell'occhio ne sono state trovate tracce. La silice fusa raffreddata non troppo lentamente rimane amorfa, vetrosa e per questo motivo viene chiamata, anche se impropriamente, vetro di quarzo. Essa serve per costruire crogioli, marracci e alcuni particolari termometri adatti a resistere bene a temperature molto alte (1600 ) e a grandi sbalzi di temperatura; infatti anche se scaldati al rosso possono essere subito immersi senza rompersi non solo in acqua, ma anche in aria liquida. Questa proprietà così caratteristica può essere spiegata in base al coefficiente di dilatazione molto piccolo posseduto da tale varietà di quarzo. La grande resistenza del biossido di silicio alla trazione e la regolarità nella torsione permettono di tirarlo in fìli assai sottili e di usarlo, pertanto, nelle bilance a torsione. La maggior quantità di biossido di silicio è però consumata nelle industrie di vetro, porcellane e laterizi. La silice fusa raffreddata non troppo lentamente rimane amorfa, vetrosa e per questo motivo viene chiamata, anche se impropriamente, vetro di quarzo. Essa serve per costruire crogioli, marracci e alcuni particolari termometri adatti a resistere bene a temperature molto alte (1600 ) e a grandi sbalzi di temperatura; infatti anche se scaldati al rosso possono essere subito immersi senza rompersi non solo in acqua, ma anche in aria liquida. Questa proprietà così caratteristica può essere spiegata in base al coefficiente di dilatazione molto piccolo posseduto da tale varietà di quarzo. La grande resistenza del biossido di silicio alla trazione e la regolarità nella torsione permettono di tirarlo in fìli assai sottili e di usarlo, pertanto, nelle bilance a torsione. La maggior quantità di biossido di silicio è però consumata nelle industrie di vetro, porcellane e laterizi.

9 Acidi silicici e silicati: Classificazione dei silicati in base alla struttura cristallina: Per idratazione del biossido di silicio si possono ottenere numerosi acidi silicici di cui vengono qui riportati solo i più importanti. l) Acido ortosilicico H 4 SiO 4 da cui derivano molti minerali fra i quali: Al 2 (F,OH) 2SiO 4 ovvero il noto topazio di colore giallo oppure incolore; (Mg,Fe) 2SiO 3 olivina, così chiamata per il suo colore dovuto alla presenza di ferro bivalente; Fe 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 almandino rosso che è una varietà di granato; (campione mineralogico n 13 scheda n 9 nel Museo del Liceo Scientifico Avogadro ) H 2 KAl 2 (SiO 4 ) 3 muscovite, il cui nome deriva dalla città di Mosca, dove un tempo le fìnestre erano costruite per la maggior parte, con questo silicato; (campione mineralogico n scheda n 26 nel Museo del Liceo Scientifico Avogadro) 2) Acido metasilicico H 2 SiO 3 da cui proviene il minerale noto col nome di berillo Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6) ( campione mineralogico n 4 scheda n 4 nel Museo del Liceo Scientifico Avogadro) Acido metadisilicico H 2 Si 2 O 5, cui sono riconducibili la petalite LiAI (Si 2 O 5 ) 2, il serpentino Mg 3 (OH) 4Si 2 O 2 (campione di roccie n scheda n 17 nel Museo del Liceo Scientifico Avogadro ) e il caolino Al 2 (OH) 4Si 2 O 5 ; 4) Acido metatrisilicico H 4 Si 3 O 8 dal quale deriva il comune ortoclasio KAlSi 3 O 8 (campione mineralogico n 148 scheda n 104 nel Museo del Liceo Scientifico Avogadro ) E importante notare che spesso il silicio è sostituito in natura da Al, Be, B dando così luogo ad alluminosilicati, berillosilicati e borosilicati. Sempre di sostanza silicea è la farina fossile o tripoli (formata da scheletri di diatomee e radiolari); dotata di alto potere assorbente è usata per preparare dinamite facendo assorbire in essa la nitroglicerina e, a causa della sua durezza, per pulire metalli. Abbiamo classificato i vari silicati in base alla loro formula chimica la quale peraltro non spiega la diversa durezza che si riscontra in essi. Si deve ai raggi X e in particolare agli studi compiuti da Bragg la spiegazione di questo fenomeno. I principali gruppi di silicati naturali si possono ora suddividere in varie classi secondo la disposizione spaziale degli atomi nel reticolo cristallino. Vi sono silicati con struttura a cornice formanti reticoli tridimensionali dove il gruppo (SiO 4 )4 è spesso sostituito da (AlO 4 )5 come per esempio nei feldspati, alluminosilicati di potassio e sodio i quali da soli costituiscono il 50% della crosta terrestre. Il già citato ortoclasio appartiene appunto alla famiglia dei feldspati. In questo caso i quattro ossigeni posti ai vertici del tetraedro (Si0 4 )4- sono impegnati con altrettanti tetraedri (SiO 4 )4- adiacenti. Si ha in questo modo una disposizione tridimensionale. _ Vi sono silicati lamellari o a reticoli piani stratificati in quanto ogni tetraedro (SiO 4 )4 è collegato, tramite 3 atomi di ossigeno, ad altri tre tetraedri. Il quarto ossigeno, posto perpendicolarmente al piano formato dagli altri tre, può essere saturato con un catione metallico. Si ottiene così una struttura lamellare o a piani stratifìcati. A questo tipo di silicati appartengono le miche (fra.le quali è compreso, per esempio, il talco (Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2) che sono facilmente sfaldabili secondo questi piani. Nei silicati con struttura a catena e a nastro ogni tetraedro (SiO 4 )4- è legato a un altro tetraedro tramite uno spigolo (cioè mediante due soli atomi di ossigeno), con ripetizione all'infìnito (questo è

10 Altri composti del silicio: il caso dei pirosseni che sono rocce eruttive) oppure tramite una faccia (gli anfìboli ne sono un esempio caratteristico ). Infìne vi sono silicati a struttura insulare come per esempio il berillo dove 6 tetraedri (SiO 4 )4- sono legati tra loro vertice a vertice formando in tal modo un anello. Da quanto detto deriva la diversa durezza dei vari silicati, che dipende dal tipo di legame tra gruppi tetraedrici (SiO 4 )4-, e la loro sfaldabilità facile lungo i piani in cui il numero di legami tra i vari anioni è piccolo. Così, per esempio, gli ortosilicati sono difficilmente sfaldabili a causa della loro disposizione tridimensionale al contrario del già citato talco facilmente sfaldabile. Attualmente alcuni derivati del silicio stano conquistando un' importanza primaria nel campo industriale. Primi tra questi sono quelle numerose varietà di composti organici del silicio chiamati siliconi, sostanze di aspetto oleoso o resinoso o elastico, oggi molto sfruttati come oli lubrificanti e come sostituenti della gomma. Resistono molto bene al calore e sono chimicamente inerti rispetto alle parti metalliche con cui vengono a contatto. Questi composti sono caratterizzati da legami Si-C e Si-O-Si. Un altro composto è il carborundum (SiC) caratterizzato da una durezza eccezionale superiore anche a quella del diamante e da una resistenza a temperature altissime. L'acido esafluosilicico H 2 SiF 6, noto solo in soluzione acquosa, si ottiene idratando SiF 4. I suoi sali vengono usati per rendere inattaccabili materiali calcarei porosi, come disinfettanti, insetticidi e come opacizzanti nell'industria degli smalti. Il silicio ha un' importanza straordinaria nell'industria del vetro, delle ceramiche e del cemento. Il vetro, che veniva già fabbricato 5000 anni fa, è costituito essenzialmente da silicati alcalini e silice in eccesso con l'aggiunta di una certa quantità di ossidi alcalino-terrosi o terrosi. La loro composizione è variabile e per questo motivo si possono considerare delle soluzioni. I vetri non hanno un punto di fusione ben definito, presentano un ampio intervallo di rammollimento dimostrando così la loro struttura non cristallina. Oggi si prepara una vastissima gamma di vetri dalle proprietà e per gli usi più svariati, dai vetri per bottiglia a quelli per ottica, da quelli ornamentali (colorati con aggiunte di impurezze metalliche) a quelli infrangibili per vetrine e di sicurezza per automobili. Anche l'industria della ceramica è molto antica. I prodotti possono essere distinti in porcellane, terraglie, maioliche e laterizi. Il materiale di partenza di queste industrie è il silicato idrato di alluminio (Al 2 O 3. 2SiO 2 2H 2 O) che allo stato puro forma il minerale caolinite e, più o meno impuro di ferro, forma le argille. Questi minerali, impastati con acqua, sono dotati di notevole plasticità. Possono quindi essere modellati e cotti. Durante la cottura il materiale si disidrata e forma silicati stabili ad alte temperature cementando tutta la massa. I prodotti più nobili di questa serie sono le porcellane che non contengono impurezze di ferro e sono semitrasparenti. Esse vengono impiegate, oltre che per usi ornamentali, nelle industrie e nei laboratori, nonché per fare isolatori elettrici. Le terraglie e le maioliche sono prodotti meno pregiati, usati per fabbricare oggetti artistici e

11 stoviglie. Nei laterizi sono compresi i vari tipi di mattoni e tegole che si preparano cuocendo l'argilla naturale; il loro colore deriva dall' ossido ferrico. Usando materiali più puri si ottengono mattoni refrattari che resistono ad alte temperature e vengono usati per rivestire internamente i forni. I cementi hanno un'importanza fondamentale nel mondo moderno. Si ottengono cuocendo in opportuni forni ruotanti e alla temperatura di C delle miscele naturali o artificiali di argilla e calcare. Il materiale (clinker) parzialmente fuso che esce dal forno viene finemente macinato. Il normale cemento detto Portland, nome che gli fu dato nel 1824 per le sue analogie di purezza e di aspetto con la pietra inglese di Portland, ha la seguente composizione: 60 % CaO, 25 % SiO 2, 5 % - lo % Al 2 O 3 e quantità variabili di Fe 2 O 3 Il processo di cottura consiste nel far perdere tutta l'acqua al materiale originario. con formazione di silicati e alluminati stabili ad alta temperatura. Il processo di presa invece, che si verifica impastando il cemento con acqua, consiste in una complicata serie di reazioni di idratazione e idrolisi dei silicati formatisi in cottura con il risultato di formare una massa compatta e resistente. Anche i cementi sono suddivisi in molti tipi con caratteristiche chimiche e meccaniche diverse. Si differenziano sia per la rapidità di presa sia per l'elevata resistenza ai carichi e per la durata sotto acqua.

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14 La valenza Pensiamo. per un momento a un fluido aeriforme costituito da atomi vaganti nello spazio, che non reagiscono gli uni con gli altri se non casualmente, quando incontrandosi si urtano. Si presenta con molta evidenza la differenza che intercorre fra questa immagine e il mondo reale in cui viviamo. L'universo è costituito in buona parte da oggetti di una certa compattezza, e la nostra Terra, che tiene stretti a sé la maggioranza degli atomi di cui è composta in un agglomerato quasi sferico, non fa certamente eccezione. Quali forze condizionano il mondo a essere diverso dal caos? In buona parte si tratta di azioni a distanza che ciascun atomo esercita sui suoi vicini, dei quali a sua

15 volta subisce l'influenza, almeno entro un certo raggio: non esiste quindi alcuna «incomunicabilità» nel mondo degli atomi. Essi hanno la capacità di legarsi fra loro: formano cioè dei «legami chimici». Ogni atomo, considerato isolatamente, possiede questa capacità in modo potenziale, che si esprime dicendo che gli atomi hanno una «valenza» relativamente ad altri atomi. Quest'ultimo termine si adotta specialmente quando si parla della capacità di legame in termini quantitativi; per esempio, un atomo di carbonio C può circondarsi di quattro atomi di idrogeno H, legandosi strettamente con essi per formare la molecola del metano CH 4 ; si dice allora che il carbonio ha valenza quattro rispetto al1'. idrogeno (fig. 1). Attraverso la formazione di legami chimici, gli atomi si riuniscono in aggregati che possono essere di dimensioni diversissime. L'aggregato più piccolo è la molecola dell'idrogeno gassoso (fig. 2), costituita da due atomi. il n aggregato di estensione indefinita è un cristallo di quarzo (fig. 3), con formula chimica SiO 2 ; in esso ogni atomo di silicio si trova al centro di un tetraedro i cui vertici sono occupati da atomi d'ossigeno, ognuno dei quali appartiene a un altro tetraedro analogo, e così via per tutta l'estensione del cristallo (in un cristallo di quarzo di l mm³ si hanno milioni di tetraedri tutti concatenati fra loro). Il nome di «molecole» viene generalmente riservato a quegli aggregati di atomi in cui le forze fra atomi diversi, collegati fra loro, sono notevoli e, grosso modo, di intensità simile; queste forze di legame vengono chiamate «forze interatomiche». Esempi di forze interatomiche sono quelle che si esercitano fra carbonio e idrogeno nella molecola del metano, fra idrogeno e idrogeno nella molecola dell'idrogeno gassoso; fra silicio e ossigeno in un cristallo di quarzo. In base alla nostra definizione di molecola, un cristallo di quarzo dovrebbe costituirne uno degli esempi più perfetti, dato che nel suo interno tutti i legami sono intensi e dello stesso tipo: quando però una molecola diventa così gigantesca, si preferisce usare espressioni come «edificio molecolare» e simili. Mentre in tal uni casi la formula chimica rappresenta effettivamente la struttura della molecola (vedi esempio del metano), in altri le cose non stanno in questo modo. Una formula chimica molto semplice, come quella del quarzo, SiO 2, potrebbe far pensare a una molecola altrettanto semplice, costituita da un atomo di silicio circondato da due atomi di ossigeno, mentre abbiamo già visto che non è così. Questi concatenamenti complessi, dei quali la formula chimica non riesce a rendere la idea, sono molto frequenti nei composti allo stato solido. Gli atomi che costituiscono le molecole non esauriscono tutte le loro capacità di legame all'interno delle molecole stesse; queste infatti possono ancora aggregarsi fra loro con forze residue più deboli di quelle interatomiche, chiamate «intermolecolari». La differenza fra questi due tipi,di forze è solo nella intensità e non esistono confini ben definiti fra le une e le altre. La coesione e la rigidità dei corpi solidi sono assicurate a volte dall'esistenza di intense forze interatomiche che formano un unico edificio molecolare; è questo il caso non solo del quarzo, ma anche del cloruro sodico NaCl (fig. 4), in cui ogni atomo di sodio è circondato a distanze uguali da sei atomi di cloro (e viceversa) in un edificio altamente simmetrico ecc. In altri casi gli atomi si riuniscono in molecole, le quali intrecciano legami intermolecolari fra loro, assicurando così la stabilità del corpo solido (solido molecolare). Il foglio su cui leggete è compatto e non si sbriciola grazie alle forze intermolecolari che si esercitano fra le singole molecole di cellulosa che lo costituiscono (fig. 5) e sono proprio legami di questo tipo

16 che vengono spezzati quando si strappa un foglio o si rompe un oggetto qualsiasi: la frattura si verifica sempre a livello dei legami più deboli che oppongono minore resistenza.

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19 martedì 26 dicembre 2006