Minerali, rocce e magmi. Copyright 2006 Zanichelli editore

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1 Minerali, rocce e magmi

2 La costituzione della Terra e dalla sua composizione O Si Al Fe Ca Mg Na K altri % in peso crosta mantello <1 <1 terra <7 La composizione della crosta terrestre, su cui viviamo. Na K Mg Ca Fe Al altri O Si O Si Al Fe Ca Na K Mg totale % peso % atomica raggio ionico % volume

3 composizione della crosta terrestre ossigeno: 46,6%; silicio: 27,7%; alluminio: 8,1%; ferro: 5,0%; calcio: 3,6%; sodio: 2,8%; potassio: 2,6%; magnesio: 2,1% costituiscono quasi il 99% e sono detti elementi maggiori. Fosforo, titanio, e manganese 1% e 0,1% elementi minori. Gli altri elementi (inferiori allo 0,1%) sono detti elementi in traccia.

4 I minerali Minerale Latino medievale mineralis Parola gallica meìina Metallo grezzo I minerali sono Sostanze naturali Composizione chimica costante Forma e caratteristiche fisiche specifiche Generalmente sostanze inorganiche e solide

5 ROCCIA Aggregato naturale di uno o più minerali Minerali di tipo diverso (es. granito, basalto) roccia polimineralica Un solo tipo di minerale (es. travertino, dunite) roccia monomineralica Granito = roccia ignea intrusiva composta essenzialmente da: Feldspati Quarzo Biotite

6 Ma quali caratteristiche ha un minerale? Materiale naturale Composto inorganico Specifica composizione chimica Struttura cristallina definita Proprietà fisiche ben definite

7 Struttura cristallina Un cristallo è una formazione minerale solida che ha una disposizione periodica e ordinata di atomi ai vertici di una che si chiama reticolo cristallino; la presenza del reticolo conferisce al cristallo una forma geometrica definita.

8 Proprietà fisiche dei minerali Esistono circa 3000 tipi di minerali.da qui la necessità di classificarli ma come? Durezza Proprietà fisiche Lucentezza Colore Struttura cristallina Proprietà magnetiche Densità Sfaldatura

9 Durezza Definizione: resistenza che oppone quando viene scalfito Ogni minerale scalfisce quello che lo precede e viene scalfito da quello che lo segue Particolarità: Diamante e grafite stessa composizione chimica ma con classi di durezza diverse: -grafite primo o secondo grado; -diamante decimo grado.

10 Sfaldatura La sfaldatura è la tendenza dei minerali a rompersi parallelamente a piani di atomi. Numerosi minerali (come il quarzo e l'opale) non si sfaldano ma si spezzano irregolarmente: le fratture si distinguono in piane, disuguali, concoidi, ruvide. Diamante Grafite

11 Lucentezza indica il modo di riflettere la luce. La lucentezza dipende dal rapporto tra la quantità di luce che viene riflessa e quella che viene rifratta ed assorbita;. Metallica Adamantina Vitrea salgemma Salgemma NaCl IMPORTANZA La lucentezza é un parametro commercialmente importante, la più apprezzata é senz altro quella adamantina, tipo di lucentezza che rende spesso indimenticabile un minerale o una gemma

12 Densità Peso del minerale Densità Peso di un ugual volume di acqua densità da 1 a 2 : minerali leggeri densità da 2 a 4 : minerali medi densità da 4 a 6 : minerali pesanti densità superiore a 6 : minerali molto pesanti

13 Struttura cristallina ordinata Reticolo cristallino Minerale cristallino Disposizione atomi e molecole disordinata Minerale amorfo

14 Trasparenza Trasparente trasmette luce ed attraverso il quale è possibile osservare un oggetto. Traslucido La maggior parte dei minerali metallici è opaca Non consente una visione nitida dell oggetto Quarzo Trasmette la luce diffondendola ma non è trasparente Gesso Opaco Impermeabile alla luce

15 Colore incolori: assorbono tutte le radiazioni Colorati: assumono il colore delle lunghezze d onda che riflettono La colorazione non sempre può essere utilizzata per il riconoscimento di un minerale Minerali allocromatici dipende dalla presenza di impurità. difetti strutturali nel reticolo (centri di colore) Minerali idiocromatici Il colore dipende esclusivamente dalla sua composizione chimica. Sono quindi dotati di colore proprio

16 CLASSIFICAZIONE dei minerali (l'elenco comprende solo i minerali che più frequentemente sono presenti nelle rocce): ELEMENTI: Cu, Ag, Au, C (diamante, grafite) OSSIDI: quarzo SiO2, bauxite (Al2O3. 3H2O) ematite Fe2O3 e magnetite CARBONATI: calcite CaCO3, dolomite Ca, Mg (CO3)2 SOLFATI: gesso CaSO4. 2 H2O FOSFATI: apatite (fosfato di Ca e altri elementi) SOLFURI: pirite FeS2 ALOIDI o Alogenuri: salgemma NaCl fluorite CaF2 SILICATI: silicio, ossigeno e metalli e sono caratterizzati dalla presenza di tetraedri ("piramidi" a base triangolare con quattro facce eguali tra loro) corrispondenti al gruppo (SiO 4)4-.

17 Quando e perchè si formano i minerali? Cristallizzazione per raffreddamento Precipitazione a basse temperature Ricristallizzazione (allo stato solido) Una caratteristica essenziale dei minerali è la loro struttura cristallina. Il termine Cristallo non indica qualcosa di grande o necessariamente bello esteticamente. Il vetro non è un minerale perchè: non ha nè strutture cristalline nè specifiche composizioni chimiche.

18 Definizione di roccia. Problemi 1) Nella definizione di roccia si prescinde dalle caratteristiche meccaniche della sostanza (ossia se il materiale che stiamo considerando è coerente o incoerente meccanicamente): Sabbia: aggregato di più minerali (quindi roccia) Arenaria: aggregato di più minerali (quindi roccia) 2) Ci sono rocce composte interamente da vetro (ossidiane). Ma allora non sono rocce! (aggregato di più minerali). Per questo paradosso si parla anche di mineraloidi. 3) Ci sono rocce composte anche da materiale organico (carboni opp. rocce sedimentarie con fossili). Ma allora non sono rocce! (minerale = sostanza non organica). Per questo paradosso si parla anche di mineraloidi.

19 Elementi nativi Minerali formati da un solo elemento: Argento Usi: Gioielli fotografia Rame Oro Platino Zolfo Zolfo Usi: Leghe con Zn Leghe con Sn Fili elettrici Ottone Bronzo Usi: Gioielli Ortodonzia Usi: Fiammiferi Pesticidi Vernici

20 Solfuri Elemento metallico + Zolfo Cinabro Mercurio+ Zolfo Galena Piombo + Zolfo Il nome deriva dal greco γαλήνη = mare calmo. Descritto per la prima volta da Plinio il Vecchio come minerale di piombo. Blenda Zinco+Zolfo Cinabro Si può utilizzare nell'affresco, tempera, olio ed acquerello. Pirite Ferro + Zolfo Estrazione piombo Estrazione dello zinco Produzione ferro ed acido solforico

21 Alogenuri Cloro o Fluoro + altro elemento Fluorite Calcio + Fluoro Usata per: -produzione acido fluoridrico; -produzione alluminio; -fabbricazione lenti e prismi. Salgemma Cloro + Sodio il sale è indispensabile all uomo. Per questo già nella preistoria il commercio del sale aveva un'enorme importanza; fu menzionato in molte opere greche e latine, gli furono dedicate strade (la Salaria era una importante via per il commercio).

22 Ossidi Ossigeno + elemento metallico Ematite Ossido di ferro Altri ossidi utili: Bauxite Cassiterite Estrazione del ferro Allumiinio Stagno Lattine Saldature

23 Carbonati Carbonio + Ossigeno + elemento metallico CO3 Calcite Produzione calce Componente di cementi Aragonite Porzione calcarea degli scheletri e delle conchiglie di alcuni organismi Dolomite

24 Solfati Zolfo + Ossigeno + Elemento metallico SO4 Gesso Solfato di calcio Ca[SO4] 2H2O Usi medicina calchi statue impronte Gessetti da lavagna Barite Solfato di bario Ba[SO4] Usi Produzione zavorre per lavatrici, gru Produzione calcestruzzo pesante Produzione di colori Fuochi d artificio

25 Silicati che costituiscono le rocce I minerali che costituiscono più del 95% della crosta sono silicati. Per questo motivo, i silicati sono i minerali più importanti. I più diffusi di questi sono: Tra i non-silicati, i minerali più abbondanti sulla superficie terrestre sono i carbonati quarzo feldspati mica (e argille) anfiboli pirosseni olivine granati

26 Silicati sono una classe di minerali composti prevalentemente da ossigeno e silicio; in particolare, la formula chimica di base comune a tutti è SiO4. A livello geometrico, questi atomi sono disposti in modo da formare un tetraedro (al centro vi è l'atomo di silicio, ai quattro vertici gli atomi di ossigeno)

27 Silicati Il numero di ossidazione del silicio pari a +4, e quello dell'ossigeno a -2, ne risulta che complessivamente ogni tetraedro presenterà un eccesso di carica negativa (precisamente una carica di -4) che tende a distribuirsi sui quattro atomi di ossigeno: da ciò la presenza (più o meno elevata a seconda del tipo di silicato) di cationi metallici, attratti dall'anione tetraedrico. Questi metalli sono solitamente ferro, magnesio, potassio, sodio e calcio, ed hanno una funzione fondamentale nel legare tra loro le diverse strutture silicatiche complesse formate dai tetraedri.

28 Nesosilicati I gruppi SiO4 sono isolati; gli ossigeni ai vertici dei tetraedri sono legati esclusivamente a metalli diversi dal silicio. Ogni tetraedro è collegato agli altri non direttamente, ma da atomi (prevalentemente Fe ed Al) che fanno da ponte fra i vertici dei tetraedri stessi. Sono minerali nel cui reticolo cristallino vi è molto spazio per i metalli (il più basso rapporto SiO4/metalli) per i quali, non essendovi atomi di ossigeno in comune fra i tetraedri, vale il rapporto numerico Si:O = 1:4.

29 Nesosilicati I tetraedri isolati sono collegati da cationi come Mg2+, Fe2+ o Al3+) Un esempio è l olivina (Mg,Fe)2SiO4

30 Inososilicati Gli inosilicati (dal greco INOS, fibra) sono silicati in cui i tetraedri si uniscono per formare catene singole o doppie,(rarissime sono le catene triple) la cui rispettiva formula chimica è Si2O6 e Si4O11. Agli inosilicati appartengono due importanti costituenti delle rocce i pirosseni (a catena singola) e gli anfiboli (a catena doppia).

31 Pirosseni formula chimica schematizzabile in XYZ2O6, dove: X e Y rappresentano cationi metallici come Na+, Ca2+, Fe2+, Mg2+ e Li+ Z rappresenta Si4+ e Al3+ nei siti tetraedrici delle catene.

32 Anfiboli si presentano sotto forma di fibre più o meno lineari, relativamente flessibili, avvolte in masserelle La composizione può essere espressa dalla formula generale W01X2Y5Z8O22(OH,F)2, dove W indica Na e K, X indica Ca, Na, Mn, Fe, Mg, Li, Y indica Mn, Fe, Mg, Al, Ti, Z indica Si e Al. La struttura degli anfiboli si basa su di una catena doppia Si4O12

33 Fillosilicati I fillosilicati (dal greco phyllon, foglia) sono silicati caratterizzati da una struttura a strati a simmetria tetraedrica e ogni tetraedro tende a legarsi con altri tre tramite degli ossigeni ponte. La formula chimica è Si2O5. Generalmente sono teneri, con basso peso specifico e le lamelle di sfaldatura possono essere flessibili o elastiche. La maggior parte dei fillosilicati contengono ossidrili (OH), posizionati all'interno degli anelli esagonali di tetraedri. Esempi di fillosilicati sono muscovite e biotite che appartengono ai minerali denominati miche

34 Fillosilicati le argille sono principalmente composte da fillosilicati: la loro formula chimica generale è: Al2.2SiO2.2H2O

35 Tectosilicati I tectosilicati (o tettosilicati, dal greco tecton, costruttore) sono silicati caratterizzati da una struttura di tetraedri uniti in gruppi di quattro ove due tetraedri sono orientati verso il basso e due verso l'alto, formando la caratteristica struttura definita a doppio collo d'oca, ogni tetraedro condivide 3 dei 4 ossigeni presenti nel monomero base dei silicati La formula chimica è SiO2. I tectosilicati costituiscono circa il 64% della crosta terrestre.

36 Tectosilicati I tectosilicati più diffusi sono il quarzo, i feldspati e le zeoliti