Corso di Mineralogia

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Leonora Spinelli
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1 Corso di Mineralogia Scienze Geologiche A.A / 2018 Lab # 3 Diagrammi di cristallizzazione (pdf Lab#3)

2 (2) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi cristallizzazione Diagrammi di cristallizzazione e modalità di formazione dei cristalli in ambiente magmatico Per comprendere la formazione dei minerali è necessario introdurre i diagrammi di cristallizzazione per sistemi a due componenti (in petrologia si usano sistemi a tre o più componenti). Tipi di cristallizzazione eutettica con peritettico con miscibilità completa con miscibilità parziale e solvus

3 (3) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi cristallizzazione in un diagramma di cristallizzazione ossia un piano T-X, temperatura-composizione si applica la regola delle fasi modificata (viene eliminato un grado di libertà) F = C Φ + 1 F = gradi di libertà C = numero dei componenti Φ = numero delle fasi 1 = variabili di stato indipendenti (2 nei diagrammi delle fasi in cui compaiono le variabili T - P; in questo caso si considera P = costante condizioni isobare) Vale per condizioni di equilibrio!

4 (4) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi cristallizzazione Diagramma binario albite-sio 2 Sistemi come Albite-SiO 2 vengono definiti: sistemi binari con componenti completamente miscibili allo stato liquido e completamente immiscibili allo stato solido. Una miscela di due componenti ha sempre un punto di fusione inferiore a quello dei composti puri. Nel sistema esiste un punto ( eutèttico ) che rappresenta la temperatura minima in cui nel sistema può ancora esistere una fase liquida. eutèttico (o eutèctico) (dal greco εὔτηκτος, «facile a fondersi») Potete osservare (nel diagramma) come il punto eutettico abbia una temperatura più bassa della temperatura di fusione dei composti puri e, per la silice, questa differenza sia elevata.

(5) Le - Mineralogia curve T2017/2018 A E, diagrammi T B E cristallizzazione indicano la composizione di un liquido in equilibrio con un solido puro di

5 (5) Le - Mineralogia curve T2017/2018 A E, diagrammi T B E cristallizzazione indicano la composizione di un liquido in equilibrio con un solido puro di composizione A o B (ad una determinata temperatura). E = punto eutettico: Sotto T E non può più esistere una fase liquida. sistema binario con eutettico

(6) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi cristallizzazione Per ogni temperatura T X si ha una corrispondente composizione del liquido L X in equilibrio con il solido puro B.

6 (6) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi cristallizzazione Per ogni temperatura T X si ha una corrispondente composizione del liquido L X in equilibrio con il solido puro B. T A e T B sono le temperature di fusione dei composti puri A e B ossia la temperatura cui un liquido di composizione A o B è in equilibrio con il solido della stessa composizione. Si definisce fusione congruente

7 (7) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi cristallizzazione Le proporzioni fra componenti si calcolano con la regola della leva

8 (8) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi cristallizzazione applicazione della "regola della leva" alle temperature T 1.. T E (F = fuso)

(9) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi cristallizzazione Sequenza di cristallizzazione: L X -> B+L 1 -> B+L 2 -> B+L 3 -> B+A +L E Applicando la regola delle fasi: punto X: F = 2-1+1 = 2 punto L 1 : F

9 (9) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi cristallizzazione Sequenza di cristallizzazione: L X -> B+L 1 -> B+L 2 -> B+L 3 -> B+A +L E Applicando la regola delle fasi: punto X: F = = 2 punto L 1 : F = = 1 punto E: F = = 0 Durante la cristallizzazione, al calare della temperatura, aumenta continuamente la quantità di solido B. Al punto E si aggiunge il solido A e si ha F=0 ossia T rimane costante sino alla scomparsa completa della fase liquida. Sequenza di cristallizzazione Step Comp. liquido liquido/solido T 1 83%B 100F/0B T 2 57%B 39F/61B T 3 43%B 30F/70B T E 34%B 26F/74B A T E (eutettico) si ha il 26% di liquido residuo di composizione 34%B. Da questo 26% di liquido cristallizzano simultaneamente B+A nelle proporzioni A 17%, B 9% (tot. 26%)

10 Nei diagrammi con peritettico si ha la comparsa di un composto intermedio che deriva dalla reazione fra i 2 componenti. Notare come il peritettico sia una discontinuità nella curva di cristallizzazione

11 applicando la la "regola delle fasi": in A: F = = 2 in B: F = = 1 in P: F = = 0 in E: F = = 0

13 in questo caso la cristallizzazione avviene come in un sistema binario con eutettico

15 (15) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi di cristallizzazione Diagramma NaCl H 2 O (wt%) hydrohalite: NaCl.2(H 2 O) H 2 O 38,14; NaCl 61,86 NaCl 2H 2 O Provate a fare una miscela eutettica di H 2 O + NaCl. Otterrete un abbassamento istantaneo della temperatura della miscela. Questo fenomeno è sfruttato quando si usa il sale sulle strade per evitare il congelamento.

16 (16) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi di cristallizzazione sistema binario con miscibilità completa - plagioclasi Sistemi come Albite-Anortite vengono definiti: sistemi binari con componenti completamente miscibili allo stato liquido e completamente miscibili allo stato solido. In questi sistemi non esiste un minimo (eutettico). Temperatura e composizione del sistema variano continuamente fra quelle del componente con il massimo punto di fusione a quelle del componente con temperatura di fusione minima. Questi sistemi regolano il comportamento delle soluzioni solide

19 (19) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi di cristallizzazione sistema binario con miscibilità completa olivine sistema binario con minimo (eutettico) alcalifeldspati Nel sistema binario Ab-KF, ad alta temperatura (AT), abbiamo soluzioni solide fra il termine sodico, albite (NaAlSi 3 O 8 ) e potassico, K-feldspato (KAlSi 3 O 8 ). Nel sistema esiste un minimo eutettico. Nelle rocce vulcaniche (AT) si ha: sanidino (K>Na) o anortoclasio (Na>K).

(20) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi di cristallizzazione ortoclasio pertitico geminato Nel sistema binario Ab-KF, in un magma granitico saturo in H 2 O, cristallizza inizialmente ortoclasio

20 (20) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi di cristallizzazione ortoclasio pertitico geminato Nel sistema binario Ab-KF, in un magma granitico saturo in H 2 O, cristallizza inizialmente ortoclasio (assieme ad un plagioclasio sodico). In condizioni plutoniche (raffreddamento estremamente lento) si ha diffusione allo stato solido e formazione delle pertiti. Notate come la saturazione in H 2 O abbassi drasticamente le temperature di solidificazione (confrontate con il diagramma precedente).

21 (21) - Mineralogia 2017/2018 diagrammi di cristallizzazione Diagramma a tre componenti: silice-albite-ortoclasio Diagrammi di questo tipo saranno utilizzati nel corso di petrologia per descrivere la formazione delle rocce. In questo caso si approssima un sistema "granitico"

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C = componenti indipendenti; F = fasi V=C+2-F=2. V = 0 Sistema zerovariante V = 1 Sistema monovariante V = 2 Sistema bivariante

C = componenti indipendenti; F = fasi V=C+2-F=2. V = 0 Sistema zerovariante V = 1 Sistema monovariante V = 2 Sistema bivariante Regola delle fasi Relazione che lega il n dei componenti, delle fasi e delle variabili intensive (P, T, conc.) di un sistema in equilibrio che possono essere liberamente fissate senza perturbare l equilibrio.