Laboratorio di petrografia I minerali, prima parte 1 Osserviamo: Osserviamo e descriviamo alcuni minerali (cristalli) Manipoliamo: 1) FORMA: geometrica (quale?) o irregolare 2) COLORE: uno solo (quale?) o diversi? 3) LUCENTEZZA: se lo muovo sotto la luce la riflette? Cosa mi ricorda? (un vetro, una madreperla, un metallo, seta, terra ) 4) SFALDATURA O FRATTURA: individuo delle facce piane o delle superfici irregolari? 1. SCALFIBILITÀ: provo a incidere il cristallo con l unghia con un chiodo di acciaio 2. SENSAZIONE TERMICA E DI PESO: soppeso con le mani per vedere se lo sento «leggero» o «pesante», «caldo» o «freddo» La maggior parte dei minerali che osserveremo oggi si presenta sotto forma di CRISTALLO cioè di MINERALE che ha potuto accrescersi assumendo una forma geometrica ben definita. I minerali però non sempre formano dei bei cristalli. 2 1
In conclusione dall osservazione macroscopica dei campioni possiamo affermare che i minerali sono: SOSTANZE SOLIDE, INORGANICHE, NATURALI caratterizzate da alcune PROPRIETÀ chimiche e fisiche omogenee e ben definite che ne permettono il riconoscimento: colore, abito cristallino, lucentezza, durezza e sfaldatura sono quelle più facilmente rilevabili empiricamente. Ma la domanda che ora dobbiamo porci è: da cosa dipendono queste proprietà? 3 Tutte le proprietà fisiche macroscopiche dei minerali sono la conseguenza del modo in cui sono fatti a livello microscopico cioè della loro STRUTTURA CRISTALLINA e della loro COMPOSIZIONE CHIMICA 4 2
STRUTTURA CRISTALLINA I minerali hanno una struttura cristallina, cioè a livello microscopico gli atomi (o ioni o molecole) si dispongono nello spazio in modo ordinato unendosi attraverso legami chimici (ionici, covalenti o a idrogeno) e formando un reticolo cristallino, un impalcatura fissa e caratteristica per ogni minerale. Il reticolo cristallino è determinato dalla ripetizione costante nello spazio della CELLA ELEMENTARE. 5 Per ogni data sostanza cristallina, la cella elementare può essere considerata come la più piccola unità tridimensionale rappresentativa della composizione chimica e della struttura cristallina di quel particolare minerale. Diamante: cella cristallina tetraedrica di soli atomi di carbonio 6 3
POLIMORFISMO Alcuni composti, a parità di composizione, possono presentare più di una struttura cristallina Rispecchiano le condizioni di pressione e temperatura alle quali si sono formati DIAMANTE GRAFITE C 7 I minerali hanno tutti una composizione chimica variabile entro certi limiti ma ben definita dunque esprimibile con una formula. Alcuni esempi: Generalmente i minerali sono composti da più elementi combinati in proporzioni definite Solo una minoranza dei minerali è composta da singoli elementi: ELEMENTI NATIVI COMPOSIZIONE CHIMICA Salgemma (Cloruro di sodio): NaCl Quarzo (biossido di silicio): SiO2 Zircone (silicato di zirconio): ZrSiO 4 Calcite/Aragonite ( carbonato di calcio): CaCO 3 Berillo (silicato di berillio): Be 3 Al 2 Si 6 O 18 Diamante/Grafite (carbonio): C Oro: Au Argento: Ag Rame: Cu La formula chimica esprime in modo sintetico i rapporti quantitativi tra i vari elementi contenuti nel minerale. Non contempla le impurità. 8 4
Torniamo alle PROPRIETA FISICHE DEI MINERALI: esse sono la manifestazione macroscopica dei caratteri microscopici dei minerali 9 FORMA = ABITO CRISTALLINO I cristalli presentano la forma geometrica di un solido (poliedro), delimitato da facce piane (facce cristalline) che s intersecano in modo tipico per ogni minerale e che definiscono nel loro insieme l ABITO CRISTALLINO. Salgemma: CUBI Granato: DODECAEDRO Berillo rosso: PRISMA ESAGONALE Miche: LAMINE ESAGONALI 10 5
Gli angoli tra le facce corrispondenti dei cristalli di uno stesso minerale, indipendentemente dalla dimensione e dalle differenze superficiali di forma, sono sempre uguali (legge della costanza dell angolo diedro) Se osservate dei cristalli apparentemente diversi per colore e dimensione ma che presentano lo stesso angolo tra facce corrispondenti significa che sono lo stesso minerale. Per esempio il quarzo Quarzo: PRISMA BIPIRAMIDALE ESAGONALE 11 La forma esterna di un cristallo è determinata principalmente dalla sua velocità di accrescimento SE I MINERALI HANNO CONDIZIONI IDEALI DI SPAZIO E DI TEMPO PER «CRESCERE» FORMANO CRISTALLI CON GEOMETRIE PERFETTE che rispecchiano la loro struttura interna. Raramente si osservano in natura cristalli isolati e ben formati. Di solito si presentano in aggregati: fibrosi, aciculari, fogliacei, scagliosi, a rosetta, a spirale, ecc. in cui i cristalli assumono forme imperfette o diverse date dallo spazio e dal tempo a disposizione. 12 6
I GEMINATI sono un caso particolare: è l associazione tra due o più cristalli che mettono in comune alcuni elementi cristallografici. E una sorta di compenetrazione tra cristalli. Tipica è quella a coda di rondine dei gessi. 13 COLORE AZZURRITE Il colore è una proprietà legata alla LUCE e alla composizione chimica: dipende dalle specie di ioni che assorbono più o meno fortemente alcuni colori dello spettro della luce MALACHITE Il colore è in questi caso diagnostico del minerale nel senso che lo caratterizza in maniera inequivocabile Il colore però dipende anche dalle impurità presenti in tracce (in quantità inferiore allo 0,1%) o da difetti nella struttura cristallina Il colore non è in questi casi un carattere diagnostico del minerale 14 7
BERILLO QUARZO Ametista Smeraldo, varietà trasparente del berillo con inclusi di atomi di cromo Quarzo ialino Ametista: ferro bivalente 15 Acquamarina, varietà trasparente del berillo con inclusi di atomi di ferro Quarzo affumicato danni da radiazione nella struttura del reticolo cristallino Quarzo citrino: ossidazione del ferro 15 LUCENTEZZA Misura il grado in cui la luce viene riflessa dalle superfici di un cristallo. Dipende dai tipi di atomi e dai loro legami e dalla perfezione delle facce. plagioclasio quarzo Non metallica, tipica dei corpi trasparenti: la luce passa attraverso; o traslucenti: in parte fa passare la luce e in parte la riflette Submetallica, corpi opachi in massa ma trasparenti in scaglie sottili Metallica, tipica dei corpi opachi: La luce viene quasi completamente assorbita, tranne una particolare banda di radiazioni luminose che viene riflessa se le superfici sono piane. Se le superfici sono irregolari e scabrose la luce viene diffusa e la lucentezza risulta terrosa o assente. pirite oro magnetite 16 8
Può essere ulteriormente specificata in: muscovite borace grassa vitrea berillo perlacea zolfo resinosa/grassa diamante talco Opaca o assente sericea adamantina turchese piombo Amianto crisotilo 17 SFALDATURA o FRATTURA ossidiana Sfaldatura: modalità di rottura secondo superfici piane parallele all abito cristallino. Inversamente proporzionale alla forza dei legami Frattura: modalità di rottura secondo superfici irregolari di aspetto scheggioso o ad andamento curvo 18 9
La struttura cristallina e le forze di legame tra i componenti chimici determinano la sfaldatura o la frattura del minerale 19 semi-duri DUREZZA teneri (Scalfiti da un unghia) Duri (scalfiscono l acciaio ma sono scalfiti dal vetro) Resistenza alla scalfittura: determinata dalla struttura cristallina e dalle forze di legame tra i componenti chimici (covalenti più forti dei ionici) semi-duri (Scalfiti dall acciaio) Durissimi (non sono scalfiti né da acciaio né da vetro) Attenzione che la durezza è anisotropa, cioè varia secondo la direzione. Ogni minerale scalfisce quelli che lo precedono ed è scalfito da quelli che lo seguono. Valore indicativo in quanto la differenza reale di durezza tra due minerali successivi varia anche notevolmente. Per esempio il corindone è circa sei volte più duro del topazio mentre il diamante risulta essere circa 140 volte più duro del corindone. 20 10
PROPRIETA OTTICHE Tutti i minerali hanno uno specifico un indice di rifrazione. Alcuni minerali sono monorifrangenti (isotropia di propagazione), la maggior parte birifrangenti. BIRIFRANGENZA : sdoppiamento di un raggio di luce incidente in due raggi rifratti, con diversa velocità di propagazione. DENSITÀ o PESO SPECIFICO Indica quante volte il corpo pesa più di un uguale volume di acqua Quasi tutti i minerali hanno peso specifico superiore a 1 g/cm 3 (quello dell'acqua). I minerali più comuni come quarzo, calcite e feldspato hanno un peso specifico variabile fra 2.65 e 2.76 g/cm 3 (sotto il 3 si dicono leggeri). I minerali ricchi in elementi metallici hanno peso specifico uguale o superiore a 5g/cm 3 (sopra al 5 si dicono molto pesanti). La galena ha peso specifico superiore a 7 e l'oro puro maggiore di 19 g/cm 3. La densità dipende dalla massa atomica degli atomi o degli ioni e dalla compattezza della struttura cristallina. 21 11