Cap. 10 I minerali. Fig.1. Fig. 3. Fig. 4. Fig. 5. Fig. 6. Fig. 7. Dollaro di marcasite fossile

Transcript

1 Cap. 10 I minerali 10.1 La crosta terrestre La crosta terrestre è la copertura rocciosa più superficiale della Terra, è relativamente sottile con uno spessore che varia dai 5 Km, nei fondali oceanici, fino ai 70 Km nelle catene montuose dei continenti (fig. 11). Gli elementi più abbondanti della crosta terrestre sono il silicio, l ossigeno, l alluminio, il ferro, il sodio, il potassio, il magnesio e il titanio che si combinano a formare i vari minerali che la costituiscono. La crosta terrestre si è formata attraverso processi ignei, sedimentari e metamorfici di cui ci occuperemo il seguito. Fig La crosta oceanica La crosta oceanica copre circa il 75% della superficie planetaria, è più sottile della crosta continentale; essa risulta costituita esclusivamente da rocce di origine ignea (magmi e lava); caratteristiche di questa zona risultano essere le Fig. 2 formazioni a pillow lava (lava a cuscini). Le lave a cuscini si formano nelle eruzioni sottomarine; per il rapido raffreddamento della lava e per l elevata pressione sovrastante la lava forma blocchi ovoidali. La crosta oceanica contiene minerali ricchi di ferro e magnesio perciò risulta più densa della crosta continentale che è formata da silicati meno densi (fig. 3) La crosta continentale La crosta continentale è per sua natura meno omogenea di quella oceanica ed è composta da rocce di diversa origine; in generale contiene più silicio, alluminio e potassio, perciò è meno densa della crosta oceanica (fig. 4). I minerali più abbondanti sono quarzo, feldspati e mica, mentre degli elementi chimici più abbondanti sono l'ossigeno (46,6%), silicio (27,7%), alluminio (8,1%), ferro (5,0%), calcio (3,6%), sodio (2,8%), potassio (2,6%) e magnesio (2,1%) Definizione di minerale Sostanza inorganica di origine naturale con composizione chimica definita ma non fissa e struttura cristallina regolare Si formano naturalmente I minerali si formano attraverso processi naturali dentro la Terra come eruzioni vulcaniche, precipitazioni di solidi da un liquido e dissoluzione di minerali preesistenti. Oggi, scienziati, ingegneri sono in grado di produrre diverse ceramiche, e altre sostanze con una composizione chimica e una struttura cristallina specifica, ma nessuno di questi prodotti chimici di sintesi è considerato un vero minerale (fig. 5) Sono solidi Liquidi e gas non sono considerati minerali, in gran parte perché la loro struttura è in continua evoluzione, il che significa che non hanno la caratteristica struttura del cristallo. I minerali non sono solo duri ma sono solidi cristallini (fig. 6) Formati attraverso un processo inorganico Qualsiasi materiale prodotto attraverso l'attività biologica - come foglie, ossa, conchiglie, o tessuti animali - non è considerato un minerale. Anche se una volta erano materia vivente, nei fossili i tessuti viventi sono stati generalmente sostituito con un processo inorganico dopo essere stati sepolti, di conseguenza, sono considerati anche dei minerali. (fig. 7) Composizione chimica stabilita La maggior parte dei minerali sono presenti sulla terra come composti chimici, la cui composizione può essere espressa da una formula chimica. La formula chimica del sale, o salgemma, è NaCl, il che significa che per ogni Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Dollaro di marcasite fossile Fig. 7

2 molecola di sale troviamo un atomo di sodio (Na) e un atomo di cloro (Cl). Altri minerali comuni sono molto formule più complesse, come la muscovite (KAl 2 (AlSi 3 O 10 ) (OH) 2 ). Alcuni minerali come la grafite, sono composti da un unico tipo di atomo (il carbonio); in questo caso, dunque la formula chimica della grafite è scritto semplicemente con una C (fig. 8). Tutti i minerali sono definiti dalla loro composizione chimica. (oltre che dal tipo di reticolo cristallino) ma non fissa Al contrario delle formule chimiche dei prodotti di sintesi molti minerali contengono impurezze di altri atomi che possono far variare il colore del minerale. Il quarzo, per esempio, formula chimica SiO 2, in generale, non ha colore nella sua forma pura tuttavia la presenza di una piccola quantità di titanio (Ti), provoca un colore violaceo come nel quarzo ametista; anche i corindoni mostrano un elevata variabilità dei colori dovuti a questo tipo di impurezze (fig. 9) 10.3 La struttura cristallina La composizione chimica di un minerale si riflette in una disposizione regolare e ripetitiva degli atomi, chiamata la struttura cristallina. La coppia di minerali diamante-grafite è un esempio estremo dell'importanza della struttura cristallina. Questi due minerali sono molto differenti l'un l'altro, hanno esattamente la stessa formula chimica, ma una struttura cristallina molto diversa. Nella grafite gli atomi di atomi di carbonio sono uniti in un piano piatto, questi piani di carbonio sono collegati tra loro da deboli forze attrattive. Per contro, in un diamante ogni atomo di carbonio è fortemente legato a quattro atomi di carbonio che lo circondano in una struttura tridimensionale. Questo produce la sostanza naturale più dura presente sulla terra. (fig. 10) I minerali amorfi I minerali hanno una struttura amorfa quando gli ioni, atomi o molecole si dispongono disordinatamente come nell opale (fig. 10) 10.4 Le proprietà fisiche dei minerali In molti casi, per identificare un minerale, sono sufficienti le sue proprietà fisiche: il colore, la sfaldatura, tenacità, elasticità, lucentezza, peso specifico Peso specifico Si definisce peso specifico il rapporto tra il peso di una certa quantità di minerale e di un uguale volume di acqua distillata a 4 C Durezza In mineralogia, la durezza viene definita come la resistenza alla scalfittura sulla superficie liscia di un minerale. Una superficie tenera si graffia più facilmente di una dura perciò un minerale duro, come il diamante, scalfisce uno più tenero, come la grafite; la situazione inversa non potrà mai verificarsi. La durezza relativa dei minerali è determinata dalla scala di durezza Mohs, dal nome del mineralogista tedesco Friedrich Mohs che la propose. Su questa scala, i dieci minerali più comuni sono classificati in ordine di durezza crescente. (fig. 12) Prove di durezza Talco 1, gesso 2; (sono rigati da un unghia); calcite 3, (si riga con una moneta di rame); Fig. 8 Fig. 9 salgemma Fig. 10 Fig. 11 Fig. 12 Fig. 13 grafite Galena M. Julcani

3 fluorite, 4, apatite 5; (sono graffiati da una lama di coltello o di vetro della finestra); ortoclasio (feldspato) 6, quarzo 7, topazio 8, corindone 9, (graffiano la lama di un coltello o il vetro di una finestra); diamante 10; (riga tutti) La durezza di un campione si ottiene determinando quale minerale della scala di Mohs lo riga; così la galena che ha una durezza di 2,5 può rigare il gesso ma viene rigata dalla calcite (fig. 13) Tenacità Si definisce tenacità la resistenza di un minerale ad essere rotto, piegato o schiacciato Esistono diverse categorie di tenacità. Fragile: si rompe o si riduce in polvere facilmente. Malleabili: possono essere trasformati in fogli sottili se sottoposti a pressione. Tenero: può essere tagliato con un coltello. Duttile: può essere allungato in fili. Elastico: recupera la sua forma precedente, dopo aver lasciato la forza che agisce su di esso. Flessibile: recupera la sua forma originale quando la forza agisce su di esso cessa Frattura Frattura: è la forma irregolare che mostra un minerale quando si rompe senza sfaldarsi può essere fibrosa concoide o irregolare (fig. 14 e 15) Sfaldatura La sfaldatura è la proprietà che hanno alcuni minerali di rompersi secondo superfici piane parallele ad alcune facce del cristallo (fig. 16) Lucentezza La lucentezza è aspetto che assume la superficie di un minerale quando riflette la luce; può essere metallica adamantina (diamante), cerea (alabastro), metallica (galena), resinosa (zolfo), vitrea (quarzo), grassa (turchese), madreperlacea (biotite)(fig. 17) Trasparenza La trasparenza è la proprietà che hanno i corpi di trasmettere la luce. In base a questo i minerali possono essere: Opachi: non si lasciano attraversare dalla luce. Trasparenti: lasciano passare la luce e gli oggetti possono essere visti dietro ad essi. Translucidi: lasciare che la luce, ma non può vedere gli oggetti attraverso essi. (fig. 18) Colore In senso stretto il colore non può essere considerato come un elemento diagnostico; alcuni minerali presentano sempre lo stesso colore es. dioptasio e azzurrite, il questo caso è diagnostico e il minerale è idiocromatico Spesso però lo stesso minerale può presentare colori diversi es. quarzo, apatite e fluorite; in questo caso il colore non è diagnostico e il minerale è allocromatico 10.5 La classificazione dei minerali La classificazione dei minerali si basa sulla loro composizione chimica Si possono distinguere otto classi principali Classe I: elementi nativi Classe II: solfuri Classe III: alogenuri Fig. 14 frattura concoide Fig. 15 frattura fibrosa Fig. 16 Fig. 17 Fig. 18 Oro nativo Fig. 19 oro

4 Classe IV: ossidi e idrossidi Classe V: carbonati nitrati e borati Classe VI: solfati e wolframati Classe VII: fosfati Classe VIII: silicati Classe I: elementi nativi Sono minerali che si presentano come elementi isolati senza combinarsi con gli altri. In base alle loro caratteristiche più generali si possono raggruppare in due categorie: metalli (fig. 19) e non metalli (fig. 20) Classe II: solfuri Include un ampio gruppo di minerali formati dalla combinazione di zolfo con un elemento metallico (fig. 21) Classe III: alogenuri Sono formati dalla combinazione di cloro, fluoro, bromo e iodio con metalli che danno origine a cloruri, solfuri, bromuri e ioduri Classe IV: ossidi e idrossidi Comprende minerali costituiti da uno o più elementi, di solito metalli, combinati con l'ossigeno o acqua (fig. 22). Sono molto abbondanti nella crosta terrestre esposta all'azione dell'atmosfera Classe V: carbonati, nitrati e borati I carbonati sono formati dall anione carbonato (CO 3 2- ) combinato con un metallo (gli anioni sono atomi con carica negativa) Classe VI: solfati e wolframati Sono minerali che si caratterizzano per la presenza dell anione SO 4 2- combinato con un metallo Classe VII: fosfati Minerali poco abbondanti formati dall unione dell anione fosfato (PO 3-4 ) con un metallo. Gli elementi del gruppo sono di origine magmatica Classe VIII: silicati I minerali che fanno parte di questo gruppo sono formati dalla combinazione di silice con altri ossidi e per la loro abbondanza costituiscono l 80% della litosfera (fig. 23) 10.6 La genesi dei minerali Il processo che porta alla formazione dei minerali prende il nome di cristallizzazione Esistono fondamentalmente tre modalità diverse che portano alla formazione dei minerali: Cristallizzazione per evaporazione e precipitazione Cristallizzazione per raffreddamento Cristallizzazione per sublimazione Cristallizzazione per evaporazione Si tratta di minerali che si formano a partire da soluzioni acquose calde in via di raffreddamento. Al diminuire della temperatura, si formano via via cristalli di specie mineralogiche diverse, a seconda della composizione chimica della soluzione Cristallizzazione per raffreddamento I minerali possono formarsi per raffreddamento di un materiale fuso (per esempio la lava eruttata da un vulcano). Gli atomi o i gruppi di atomi si aggregano per formare i minerali che possono formarsi a seconda della natura del fuso Cristallizzazione per sublimazione Fig. 20 diamante Fig. 21 Cinabro Fig. 22 Ematite Cinabro (HgS) Corindone Al 2 O 3 Fig. 23 Tormalina Fig. 24 Ematite Fe 2 O 3

5 Si formano così i minerali che cristallizzano direttamente dai vapori caldi. Le esalazioni vulcaniche, per esempio, possono determinare la formazione di cristalli su superfici relativamente fredde vicine alla zona di fuoriuscita dei vapori 10.7 Le Gemme Col termine gemma indichiamo quell insieme di minerali che per la loro particolare bellezza vengono appositamente tagliati per metterne in risalto le loro particolari proprietà (fig. 24) La scienza che studia le gemme è detta gemmologia ma basta la bellezza Non sempre la bellezza fa di una pietra una buona gemma La fluorite è certamente una delle pietre più belle ma è tenera e facilmente sfaldabile e questo la rende poco adatta ad essere incastonata (fig. 25) Caratteristiche di una pietra Deve essere dura Deve essere rara Deve essere lucente Deve essere trasparente Deve essere limpida Deve avere colori smaglianti Deve possedere caratteristiche particolari (gatteggiamenti, asterismi, colori cangianti) (fig, 26) Il taglio della pietra Il taglio procede in tre fasi Sbozzatura Sfaccettatura Politura Si fa tutto questo per valorizzare la pietra Se sono trasparenti le pietre si sfaccettano (fig. 27) Se sono opache si fanno i tagli a superficie curva (cabochon Fig. 28) Classificazione delle pietre Le pietre si distinguono in: Pietre preziose (diamante, rubino, smeraldo, zaffiro) Pietre semipreziose (tormalina, turchese, topazio, ametista) Pietre dure (quarzo, onice, agata, malachite, corniola) L unità di peso delle pietre è il carato ct 1 ct = 0,2 g Fig. 25 Fig. 26 Asterismo Fig. 27 Smeraldo e alessandrite