Capitolo 3 I minerali delle rocce: riconoscimento, proprietà tecniche, utilizzi

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1 Capitolo 3 I minerali delle rocce: riconoscimento, proprietà tecniche, utilizzi Minerali: sostanze naturali, solide, con una composizione chimica definita ed una struttura cristallina (impalcatura di ioni e atomi fissa e caratteristica per ciascun minerale) Struttura del reticolo cristallino: disposizione interna degli atomi Struttura cristallina del cloruro di sodio (salgemma) 60 PROPRIETA FISICHE DEI MINERALI Abito cristallino (forma geometrica) : ogni minerale ha una configurazione esterna propria e distinta, oltre che una ben definita disposizione interna degli atomi Abito cristallino di alcuni tra i più importanti minerali 61

2 PROPRIETA FISICHE DEI MINERALI Forme di alcuni minerali: (a) cubo (salgemma), (b) dodecaedro (granato); (c) ottaedro (diamante, fluorite); (d) prisma esagonale (quarzo) 62 PROPRIETA FISICHE DEI MINERALI Densità: rapporto tra la sua massa e l unità di volume (kn/m 3 ). In base alla densità, i vari minerali si distinguono in: - leggerissimi: <20 kn/m 3 (opale, zolfo, ambra) - leggeri: kn/m 3 (quarzo, calcite, dolomite, salgemma, gesso, grafite, ortoclasio, plagioclasi, talco, muscovite, serpentino) - pesanti: kn/m 3 (anidrite, diamante, corindone, olivina, granato, orneblenda, biotite) - molto pesanti: kn/m 3 (ematite, magnetite, pirite) - pesantissimi: >100 kn/m 3 (oro, argento, platino, mercurio) 63

3 PROPRIETA FISICHE DEI MINERALI Durezza: resistenza che un minerale oppone alla scalfitura. Scala di Mohs (basata sul principio che ogni termine scalfisce il precedente ed è scalfito dal seguente): 1. Talco 2. Gesso 3. Calcite 4. Fluorite 5. Apatite 6. Ortoclasio 7. Quarzo 8. Topazio 9. Corindone 10.Diamante Rigabili con l unghia Rigabili con il temperino Rigabili con difficoltà dal temperino Non rigabili con il temperino: rigano il vetro 64 SCALA DI MOHS Rigabili con l unghia 1. Talco 2. Gesso 65

4 SCALA DI MOHS Rigabili con il temperino 3. Calcite 4. Fluorite 66 SCALA DI MOHS Rigabili con difficoltà dal temperino 5. Apatite 6. Ortoclasio 67

5 SCALA DI MOHS Non rigabili con il temperino: rigano il vetro 7. Quarzo 8. Topazio 68 SCALA DI MOHS Non rigabili con il temperino: rigano il vetro 9. Corindone 10. Diamante 69

6 PROPRIETA FISICHE DEI MINERALI Sfaldatura e frattura: un corpo sollecitato meccanicamente si rompe secondo superfici irregolari (frattura) o secondo piani ben definiti (sfaldatura), che dipendono dalla struttura. Frattura concoide: superficie di frattura curva e liscia. 70 PROPRIETA FISICHE DEI MINERALI Tipi di sfaldature ed alcuni minerali in cui si verificano 71

7 PROPRIETA FISICHE DEI MINERALI Tenacità: definisce il modo con cui il minerale si deforma sotto un azione meccanica. I minerali possono essere: - fragili: si rompono facilmente in pezzi - malleabili: possono essere appiattiti in fogli senza rompersi - settili: si tagliano con una lama - flessibili: si piegano facilmente - elastici: ritornano allo stato originario quando non soggetti più alla sollecitazione 72 Quarzo SiO 2 MINERALI NON SILICATI Sfaldatura/frattura: frattura concoide Durezza: 7 Proprietà ottiche: da trasparente a traslucido*, color vitreo o incolore o lievi colorazioni (viola, rosa, ecc.) dovute ad impurezze * traslucido: lascia passare la luce ma non permette di distinguere nettamente i contorni delle cose poste dietro di esso 73

8 Quarzo SiO 2 MINERALI NON SILICATI 74 Quarzo SiO 2 MINERALI NON SILICATI 75

9 MINERALI NON SILICATI Quarzo all interno di un granito 76 MINERALI NON SILICATI Calcite CaCO 3 Sfaldatura/frattura: sfalda secondo facce romboedro Durezza: 3 Proprietà ottiche: trasparente, colore variabile: incolore, bianco, rosa, ecc. Dolomite Ca Mg (CO 3 ) 2 Sfaldatura/frattura: sfalda secondo facce romboedro Durezza: 4 Proprietà ottiche: trasparente o traslucida, colore variabile: incolore, bianca, rosa, giallastra 77

10 MINERALI NON SILICATI Calcite Dolomite 78 MINERALI NON SILICATI Salgemma NaCl Sfaldatura/frattura: sfalda in cubi Durezza: 2.5 Proprietà ottiche: da trasparente a traslucido, colore variabile (prevalentemente bianco) Gesso (CaSO 4 ) 2H 2 O Sfaldatura/frattura: sfaldabile in lame e scagliette Durezza: 2 Proprietà ottiche: trasparente, colore bianco, grigio, giallastro, bruno 79

11 MINERALI NON SILICATI Anidrite CaSO 4 Sfaldatura/frattura: sfalda secondo coppie di facce parallele Durezza: 3 Proprietà ottiche: da trasparente a traslucida, colore grigio, bianco o azzurro 80 MINERALI NON SILICATI Grafite C Sfaldatura/frattura: perfettamente sfaldabile in lamine Durezza: 1 Proprietà ottiche: opaca, nera Diamante C Sfaldatura/frattura: perfetta sfaldatura ottaedrica Durezza: 10 Proprietà ottiche: trasparente, colore variabile: incolore, giallastro, verde, nero, bruno, grigio 81

12 MINERALI NON SILICATI Corindone Al 2 O 3 Sfaldatura/frattura: non sfalda ma si frattura secondo superfici piane Durezza: 9 Proprietà ottiche: da trasparente a traslucido a semiopaco, colore variabile: rosso, azzurro, giallo, verde Ematite Fe 2 O 3 Sfaldatura/frattura: priva di sfaldatura Durezza: 5.5 Proprietà ottiche: opaca, colore nero o rosso 82 MINERALI NON SILICATI Magnetite Fe Fe 2 O 4 Sfaldatura/frattura: priva di sfaldatura, frattura secondo superfici piane Durezza: 6 Proprietà ottiche: opaca, nera Pirite FeS 2 Sfaldatura/frattura: difficilmente sfaldabile Durezza: 6.5 Proprietà ottiche: opaca, colore giallo 83

13 Sono i più importanti componenti delle rocce Sono costituiti da gruppi SiO 4 legati in modo da formare un tetraedro, entità fondamentale del loro reticolo cristallino, con l atomo di silicio al centro e quattro atomi di ossigeno ai vertici 84 Si dividono in: 1. Nesosilicati: tetraedri isolati uniti da un catione 2. Sorosilicati: gruppi di due tetraedri, uniti per un vertice, separati tra loro da cationi 3. Ciclosilicati: anelli di 3, 4 o 6 tetraedri 4. Inosilicati: tetraedri uniti a formare catene semplici o doppie 5. Fillosilicati: maglia piana di tetraedri 6. Tectosilicati: maglie complesse di tetraedri 85

14 86 Nesosilicati Olivine (Mg, Fe) 2 [SiO 4 ] Sfaldatura/frattura: frattura concoide Durezza: Proprietà ottiche: da trasparenti a traslucide, colore da verde oliva a giallastro 87

15 Olivina 88 Nesosilicati Granati (Mg, Fe 2+, Ca) 3 (Al, Cr, Fe 3+ ) 2 [SiO 4 ] 3 Sfaldatura/frattura: frattura concoide Durezza: 7 Proprietà ottiche: da opachi a traslucidi colore variabile: rosso, verde, bruno, ecc. 89

16 Ciclosilicati Tormaline Na (Mg, Fe) 3 Al 6 [(OH) 4 ](BO 3 ) 3 [Si 6 O 18 ] Sfaldatura/frattura: frattura concoide Durezza: 7 Proprietà ottiche: da opachi a traslucidi, colore molto variabile Struttura cristallina dei ciclosilicati, costituiti da gruppi di 3, 4 o 6 tetraedri 90 Inosilicati Pirosseni: inosilicati a catena semplice Sfaldatura/frattura: sfaldabili in forme prismatiche Durezza: 6-7 Proprietà ottiche: da opachi a traslucidi, colore nero, verde, bruno ecc. 91

17 Pirosseni (rombici) Enstatite Bronzite Iperstene Pirosseni (monoclini) Diopside Hedembergite Egirina Augite Dallagio 92 Enstatite (pirosseno rombico) Augite (pirosseno monoclino) 93

18 Inosilicati Anfiboli: inosilicati a catena doppia Sfaldatura/frattura: perfettamente sfaldabili in prismi Durezza: 5-6 Proprietà ottiche: traslucidi, colore verde scuro, nero (bianco) Principale: Orneblenda 94 Orneblenda 95

19 Orneblenda 96 Fillosilicati Talco Mg 3 (OH) 2 [Si 4 O 10 ] Sfaldatura/frattura: sfaldabile in lamine Durezza: 1 Proprietà ottiche: traslucido, colore bianco Serpentino Mg 6 (OH) 8 [Si 4 O 10 ] Sfaldatura/frattura: sfaldabile in lamine o in fibre Proprietà ottiche: opaco, colore verde o bianco giallastro Amianto: varietà di serpentino Struttura cristallina dei fillosilicati 97

20 Fillosilicati: miche Muscovite KAl 2 (OH,F) 2 [(AlSi 3 O 10 )] Sfaldatura/frattura: sfaldabile in lamine Durezza: 3 Proprietà ottiche: trasparente o traslucida, colore biancoargento o bianco-giallo (mica chiara) Biotite K (Mg, Fe, Mn) 3 (OH,F) 2 [(AlSi 3 O 10 )] Sfaldatura/frattura: perfettamente sfaldabile in lamine Durezza: Proprietà ottiche: trasparente o traslucida, colore nero, bruno o verde scuro (mica bruna) 98 Muscovite Biotite 99

21 Fillosilicati: minerali delle argille Argille: aggregati di materiale di varia natura con granulometria inferiore a mm (si veda rocce sedimentarie), i cui costituenti principali sono granuli di quarzo, polveri, aggregati di sostanze organiche e soprattutto alcuni fillosilicati denominati minerali delle argille. Seguenti gruppi: - gruppo delle caoliniti - gruppo delle smectiti (montmorilloniti) - gruppo delle illiti 100 Fillosilicati: minerali delle argille Struttura cristallina particolare che si differenzia rispetto ad altri fillosilicati: - strati piani a maglia esagonale (T) - strati costituiti da ottaedri (O), che possono essere di due tipi, con un atomo di Mg o di Al rispettivamente che lega 6 ossidrili (OH) Strato a maglia esagonale (T) Strato ottaedrico (O) 101

22 Fillosilicati: minerali delle argille Si possono avere pacchetti di due strati TO (caoliniti) oppure pacchetti di tre strati TOT (illiti e smectiti) Pacchetti a due strati (TO) o a tre strati (TOT) 102 Fillosilicati: minerali delle argille Gruppo delle Caoliniti Struttura cristallina: TO Sfaldatura/frattura: sfaldatura perfetta lungo gli strati Durezza: 2.5 Proprietà ottiche: opaca o traslucida, colore da grigio giallastro a bruno Gruppo delle Smectiti (Montmorilloniti) Struttura cristallina: TOT Sfaldatura/frattura: si disgregano Durezza: variabile Proprietà ottiche: opaca, colore grigio - bianco 103

23 Fillosilicati: minerali delle argille Gruppo delle Illiti Struttura cristallina: TOT Sfaldatura/frattura: poco disgregabili Durezza: variabile Proprietà ottiche: opaca, colore bianco, grigio, incolore in lamelle Fillosilicati Gruppo delle Cloriti Hanno struttura simile ma non fanno parte dei minerali delle argille Struttura cristallina: TOT Sfaldatura/frattura: sfaldabile in lamelle Durezza: variabile Proprietà ottiche: traslucida, colore verde - giallastro 104 Caratteristiche dei minerali argillosi I minerali delle argille sono di piccole dimensioni e presentano una elevata superficie specifica (per unità di peso). Tali particelle hanno un eccesso di carica negativa sulla superficie, a causa della loro struttura interna. Adsorbimento di acqua: le molecole d acqua si comportano come dipoli elettrici che vengono legati facilmente (legame idrogeno) alla superficie di questi minerali 105

24 Minerale argilloso % di H 2 O adsorbita Caoliniti da 80% a 140% Illiti da 70% a 150% Smectite calcica 240% Smectite sodica 800% Il forte adsorbimento di acqua dei minerali argillosi spiega il fenomeno del rigonfiamento delle argille Minerale argilloso Espansione dl/l % Caoliniti dal 5 al 60% Illiti dal 15 al 120% Smectite sodica dal 1400 al 2000% Smectite calcica dal 45 al 145% 106 Tectosilicati: Feldspati Famiglia di minerali che formano da soli più della metà della crosta terrestre. Possono essere considerati come composti da tre termini puri: Feldspato potassico Microclino Ortoclasio k[alsi 3 O 8 ] Sanidino Plagioclasi Feldspato sodico Albite Na[AlSi 3 O 8 ] Feldspato calcico Anortite Ca[Al 2 Si 2 O 8 ] 107

25 Tectosilicati: Feldspati Feldspato potassico (k-feldspato): Microclino, ortoclasio, sanidino Si differenziano per una diversa struttura cristallina. Ortoclasio e microclino: rocce intrusive; sanidino: rocce effusive. Sfaldatura/frattura: sfaldano secondo piani paralleli Durezza: 6 Proprietà ottiche: trasparenti o traslucidi, colore bianco, rosa, rosso 108 Ortoclasio 109

26 Tectosilicati: Feldspati Plagioclasi Si tratta di miscele con diverse % di Na e Ca tra i due termini estremi Albite ed Anortite. Serie dei plagioclasi: Albite, Oligoclasio, Andesina, Labradorite, Bytownite, Anortite Sfaldatura/frattura: sfaldano lungo piani perpendicolari Durezza: 6 Proprietà ottiche: trasparenti e traslucidi, colore bianco o incolore 110 Plagioclasi 111

27 Labradorite (plagioclasio) 112 MINERALI NON SILICATI Plagioclasi all interno di un granito (bianchi) 113

28 Tectosilicati: Feldspatoidi Si tratta di un altra famiglia di minerali presenti soprattutto in rocce effusive ricche di potassio e sodio. Minerali più importanti: Nefelina e Leucite 114

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