Corso di Mineralogia

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1 Corso di Mineralogia II anno I semestre Prof. Anna Garavelli Prof. Sandro Monno Mi potete trovare al IV piano Palazzo Scienze della Terra, stanza N. 24, tutti i giorni dopo le Tel [email protected] 1

2 Dettagli sul corso E necessaria la frequenza Lezioni frontali in classe ed esercitazioni in laboratorio (6 CFU 62 ore) Lunedi Martedi Mercoledi Esame a fine corso Esoneri intermedi (quiz a domanda aperta o risposta multipla) 2

3 Orario Lunedì Martedì Mercoledì Giovedì Venerdì Chimica fisica (Aula 10) Chimica fisica (Aula 10) Chimica organica (Aula 2 - Dip. Chimica) Chimica organica (Aula 2 - Dip. Chimica) Mineralogia + Eserc. (Aula 7 - Aula 10) Mineralogia (Aula 10) Mineralogia + Eserc. (Aula 7 - Aula 1) Informatica Laboratorio (III piano dip. Informatica) Chimica fisica (Aula 1) Chimica organica (Aula 5 - Dip. Chimica) Informatica (Aula C - Dip. Fisica) Chimica organica (Aula 5 - Dip. Chimica) Informatica (Aula 1) Inglese (Aula C - Dip. Fisica)

4 Libro di Testo : MINERALOGIA C. KLEIN Edito da Zanichelli Le dispense delle lezioni sono reperibili sulla mia pagina web cercate con google Anna Garavelli + didattica e le trovate facilmente 4

5 Programma del corso Definizioni di minerali e rocce Proprietà fisiche osservabili a scala macroscopica Elementi di cristallochimica e legami tra particelle Stabilità dei minerali e reazioni allo stato solido Elementi di cristallografia e sistemi cristallini Metodi analitici di analisi mineralogica : microscopia ottica - diffrattometria RX spettroscopia microraman Classificazione sistematica di minerali 5

6 Ma perché studiare mineralogia in un corso di Laura dedicato allo studio dei Beni Culturali??? 6

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9 Materiali di interesse per i beni culturali ed oggetto di studio della Mineralogia Materiali lapidei quarzite ossidiana marmo gemme Ceramica Vetro Metalli puri leghe Materiali pittorici pigmenti coloranti leganti Materiali organici residui umani residui alimentari residui vegetali sostanze naturali 9

10 Quarzite : roccia composta principalmente da quarzo (SiO2) e derivante per metamorfismo dall arenaria. Di aspetto biancastro e per lo più opaca (a differenza del quarzo), essa è molto dura e molto resistente agli agenti atmosferici, e per questo usata come materiale per costruzioni o monumenti. Cave di Gebel el Ahmar Sulla base del contenuto di metalli: la quarzite roviene dalle cave di Gebel el Ahmar (600 Km N) Colossi di Memnone 10

11 Ossidiane 11

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14 Madonna dell Odegitria - Tesoro di San Nicola Dovevano essere tutti rubini.. e invece son perloppiu granati 14

15 Reliquiario di San Sebastiano 15

16 Reliquiario di San Gregorio Magno 16

17 Ceramica Terra Sigillata Esercito di terracotta 17

18 Vetri (solidi amorfi) 18

19 I metalli 19

20 Blu egiziano (sabbia, calcare, sali di rame) Pigmenti antichi Blu Maya (indaco, argilla bianca) 20

21 Inizio Fine Inizio Pigmento utilizzo utilizzo utilizzo Pigmento < 1300 Asfalto, idrocarburi 1800 Bario Solfato, BaSO 4 Azzurrite, 2CuCO 3 Cu(OH) Giallo Cromo, PbCrO 4 Azzurrite + Giallo Piombo o Giallo Stagno 1800 Rosso Cromo, PbCrO 4 Pb(OH) 2 Azzurrite + Giallo Ocra 1800 Giallo Indiano, Ca o Mg euxantato Bitume, idrocarburi 1800 Verde Cromo (Blu di Prussia + Giallo Cromo) Blu verditer, 2CuCO 3 Cu(OH) Blu Cobalto, CoO Al 2O 3 vetroso Bianco osso, Ca 3(PO 4) Blu Ceruleo, CoO nsno 2 Nero osso, Ca 3(PO 4) Bario Cromato, BaCrO 4 Nerofumo, carbone 1810 Calcio Carbonato, CaCO 3 Calcite, CaCO 3 (dal terreno) 1817 Giallo Cadmio, CdS Carbone di legna, carbone 1824 Ultramarino (sintetico), silicato di Na, S e Al Cinabro (Vermiglio), HgS 1825 Rosso Cromo, PbCrO 4 Pb(OH) 2 Rame resinato, sali di Cu in balsamo 1825 Viridiana, Cr 2O 3 2H 2O Blu Egiziano, CaCuSi 4O Alizarina (naturale), 1,2-diidrossiantrachinone Gamboge, resina gommosa 1825 Bianco Zinco, ZnO Terra Verde, silicato di Fe, Mg, Al e K 1836 Giallo Stronzio, SrCrO 4 Gesso, CaSO 4 2H 2O 1834 Verde Cobalto, CoO xzno Indaco, C 16H 10N 2O Bario Solfato, BaSO 4 Terre Ferrose, Fe 2O 3 xh 2O 1842 Vermiglio Antimonio, Sb 2S 3 Giallo Piombo-Stagno Giallo Zinco, ZnCrO 4 Bianco Piombo, 2PbCO 3 Pb(OH) Blu di Prussia + Giallo Cadmio, Fe 4(Fe(CN) 6) 3 + CdS Litargirio, PbO 1850 Blu Cobalto + Giallo Napoli, CoO Al 2O 3 vetroso + Pb 3(SbO 4) 2 Robbia, 1,2-diidrossiantrachinone Al(OH) Blu Cobalto + Giallo Cadmio, CoO Al 2O 3 vetroso + CdS Malachite, CuCo 3 Cu(OH) Giallo Cobalto, CoK 3(NO 2) 6 H 2O Massicot, PbO 1850 Ossidi di Ferro Minio (Rosso Piombo), Pb 3O Verde Ultramarino Oro Mosaico, SnS Carbone-Pece (Malva) Orpimento, As 2S Violetto Cobalto, Co 3(AsO 4) 2 Realgar, As 2S Cromo Ossido, Cr 2O 3 Rosso Piombo, Pb 3O Nerofumo, carbone Zafferano, colorante organico senza mordente 1868 Alizarina (sintetica), 1,2-didrossiantrachinone Terra Verde, silicati di Fe, Mg, Al e K 1871 Nero Manganese, MnO Ultramarino (naturale), silicato di Na, S e Al Litofono, ZnS + BaSO 4 Verdigris, Cu(C 2H 3O 2) 2 Cu(OH) Polvere di Alluminio, Al Vermiglio (Cinabro), HgS 1890 Violetto Manganese, Mn(NH 4) 2(P 2O 7) Terre d ombra 1900 Bario Solfato, BaSO Bianco Bismuto 1910 Rosso Cadmio, Cd(S, Se) Cocciniglia, colorante organico con mordente 1916 Bianco Titanio, TiO Smalto, vetro a base di silicato di Co e K Bianco Antimonio, Sb 2O Grafite 1926 Rosso Cadmio, CdS + BaSO Marrone Van Dike, carbone 1927 Giallo Cadmio, CdS + BaSO Giallo Napoli, Pb 3(SbO 4) Arancio Molibdeno, 7PbCrO 4 2PbSO 4 PbMoO Blu di Prussia, Fe 4(Fe(CN) 6) Blu Manganese, Ba(MnO 4) 2 BaSO Blu di Prussia + Giallo Ocra 1935 Blu Ftalocianina, Cu ftalocianina 1778 Verde Scheele, CuHAsO Verde Ftalocianina, Cu ftalocianina clorinata 1781 Giallo Turner, PbOCl Blu Manganese, Ba(MnO 4) 2 + BaSO Verde Smeraldo, Cu(C 2H 3O 2) 2 3Cu(AsO 2) Arancio Mercadiano 21

22 Materiali di interesse per i beni culturali ed oggetto di studio della Mineralogia Materiali lapidei quarzite ossidiana marmo gemme Ceramica Vetro Metalli puri leghe Materiali pittorici pigmenti coloranti leganti Materiali organici residui umani residui alimentari residui vegetali sostanze naturali 22

23 Materiali organici Ambra Avorio Tessuti 23

24 Cosa è un minerale? Nella definizione più accettata, un minerale è un solido cristallino omogeneo, generalmente inorganico, formatosi in condizioni naturali, con una formula chimica ben definita ed un ordinato arrangiamento delle particelle (atomi, ioni, etc.) 24

25 omogeneo Per solido omogeneo si intende una singola sostanza solida (fase) che non può essere fisicamente separata in composti più semplici. Una fase è un sistema chimicamente omogeneo al suo interno, distinto e meccanicamente separabile dal resto del sistema in cui è immerso. 25

26 omogeneo Le rocce (anche se monomineraliche) non sono minerali perchè costituite da più fasi diverse che fisicamente separabili una dall altra. altra. 26

27 inorganico Un composto organico formatosi per azione di organismi viventi non è generalmente considerato un minerale. Il carbonato conchiliare viene considerato un minerale perchè identico a composti formatisi per processi puramente inorganici. L ambra rientra tra i minerali perche seppur e una sostanza di origine organica si e formata per processi puramente inorganici. 27

28 Formatosi in condizioni naturali un materiale è considerato minerale se e solo se esso è una sostanza consolidata prodottasi in Natura per processi del tutto naturali, ossia processi nei quali non vi sia alcun intervento dell'attivita attivita' ' umana. Il termine Natura non si riferisce al solo ambiente terrestre ma si estende a tutto l'universo. Pertanto, si formano minerali anche negli spazi fuori dalla Terra. Ne sono testimonianza diretta i minerali delle meteoriti 28

29 Occorre distinguere fra processi che avvengono in Natura e 'processi naturali'. Anche una sostanza prodotta in laboratorio con una reazione chimica è il risultato di un processo naturale: le reazioni chimiche sono espressioni di leggi intrinseche della Natura; tuttavia, dato che la reazione è innescata e/o controllata dall'uomo, il processo non è soltanto naturale. 29

30 I materiali cristallini prodotti dall'uomo sono detti materiali sintetici I materiali sintetici possono produrre minerali quando reagendo con l'ambiente che li circonda formano un nuovo composto cristallino 30

31 formula chimica definita Un minerale è un singolo elemento chimico o composto la cui composizione può essere espressa da una formula chimica Quarzo SiO 2 31

32 formula chimica definita La composizione di un minerale non è necessariamente fissa (es. Olivine con composizione variabile da Mg2SiO4 a Fe2SiO4). Nonostante ciò, la variazione deve avvenire entro certi limiti (dettati dall organizzazione strutturale) e poter essere espressa mediante una formula chimica stechiometrica o non stechiometrica (Mg,Fe)2SiO4 32

33 ordinato arrangiamento delle particelle Qualsiasi composto chimico omogeneo, naturale, ed esprimibile mediante una formula chimica non può essere considerato un minerale se non ha il requisito fondamentale dell ordinamento interno, cioe della cristallinità. Esistono tuttavia vari materiali di formazione del tutto naturale la cui struttura interna non possiede il requisito fondamentale della cristallinità. Tali sostanze non vengono considerati minerali ma si parla di mineraloidi 33

34 Un minerale è quindi Una fase cristallina naturale ogni minerale, per essere correttamente definito,, necessita della definizione della sua composizione chimica (natura delle particelle che lo compongono) e del modo con cui le particelle sono organizzate nello spazio tridimensionale (ordinamento interno). 34

35 Sia la natura chimica delle particelle che il loro ordinamento sono condizioni necessarie ma da sole non sufficienti per la definizione di minerale. Riprendendo l esempio l fatto precedentemente per la forsterite (Mg2SiO4) e la fayalite (Fe2SiO4), tali minerali differiscono tra di loro solo per la presenza nei due membri di due elementi diversi (Mg+ e Fe+) ) che hanno stessa valenza e raggio ionico. Tali elementi possono sostituirsi tra loro in tutte le proporzioni p senza variazione della struttura interna del minerale, dando luogo,, nella serie delle olivine, ad una soluzione solida tra i due end members. Le fasi intermedie manterranno in questo caso lo stesso ordinamento nto interno dei due end members e la serie può essere chiamata Serie Isomorfa. 35

36 Puo accadere inoltre che lo stesso composto esista con differenti organizzazioni strutturali. Ognuna delle diverse organizzazioni strutturali rappresenta quindi un minerale distinto, in genere stabile in determinate e proprie condizioni di Pressione e Temperatura. Ogni modificazione dello stesso composto è chiamata Polimorfo. 36

37 C (carbonio) : diamante, grafite 37

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