Minerali e rocce Un minerale è un composto chimico che si trova in natura, come costituente della litosfera, che ha una ben determinata composizione ed una struttura cristallina ben definita. Ad oggi sono noti oltre 4000 tipi di minerali. Una roccia è un miscuglio di più specie minerali in diverse proporzioni e pertanto, diversamente da un minerale, la composizione chimica di una roccia non è esprimibile con una formula chimica. Se un minerale esiste in natura in grande quantità, tanto da costituire parte integrante della crosta terrestre, viene chiamato roccia semplice. Un cristallo è un solido geometrico con facce, spigoli e vertici dovuti a un regolare accrescimento, atomo dopo atomo, a partire da una struttura tridimensionale elementare. Le proprietà fisiche dei minerali dipendono dalla composizione chimica, dal tipo di legame chimico e dalla struttura cristallina La forma esterna dei cristalli è l espressione della loro disposizione atomica interna ordinata. L aspetto esterno di un cristallo viene indicato con il termine abito cristallino. Abito cristallino = è la descrizione delle forme e degli aggregati che un determinato minerale può assumere in natura. Un minerale assume un determinato abito in funzione di: simmetria del reticolo cristallino degli elementi che lo compongono; modalità di accrescimento temperatura, pressione, tempo e spazio a disposizione, ecc. Punto di fusione Il fenomeno della fusione di solidi cristallini è caratterizzato da 2 regole: un corpo puro fonde sempre alla stessa temperatura, detta punto di fusione, che dipende solo dalla natura del corpo e dalla pressione alla quale è sottoposto; la temperatura del corpo rimane inalterata durante tutto il processo di fusione. Nei minerali amorfi invece la fusione graduale: solido pastoso liquido La durezza = resistenza che un minerale oppone ad essere scalfito, viene misurata con la scala di Mohs che si basa sul criterio empirico della scalfittura. Con riferimento a dieci minerali sono stabiliti livelli di durezza crescente da 1 (talco) a 10 (diamante), in modo tale che ogni minerale qualificato con uno di questi livelli scalfisce quello di livello inferiore ed è scalfito da quello di livello superiore. La sfaldatura = è la tendenza di un minerale a rompersi per urto secondo superfici piane, parallele ad una o più facce dell abito cristallino.
La frattura = è la tendenza di un minerale a rompersi per urto, generando frammenti aventi superfici irregolari o di aspetto scheggioso, o ancora, ad andamento curvo. La lucentezza = proprietà che indica la capacità di un minerale di riflettere la luce. La lucentezza metallica è quella tipica di minerali metallici (cromo, acciaio, rame, oro); solfuri (pirite e galena); ossidi (ematite) che riflettono la maggior parte della luce incidente. Questi minerali sono infatti opachi alla luce e non si lasciano attraversare anche se hanno spessori molto sottili. I minerali non metallici, invece, sono quelli che si lasciano attraversare (seppur in modo variabile) dalla luce. Il colore = è dovuto ad un assorbimento preferenziale di varie lunghezze d onda fra le innumerevoli che compongono lo spettro della luce bianca. È strettamente dipendente dal chimismo e dalla struttura. Minerali idiocromatici: hanno sempre lo stesso colore (pirite) Minerali allocromatici: hanno colori diversi che dipendono dalle impurità (quarzo) Classificazione dei minerali Solamente otto elementi costituiscono il 98% della crosta terrestre. L Ossigeno costituisce il 47% della crosta terrestre! L Ossigeno molecolare in natura si trova allo stato gassoso, ma legato ad altri elementi chimici può formare composti solidi, nel nostro caso minerali e rocce. I minerali vengono classificati in base alla loro composizione chimica, in particolare in base allo ione negativo, le principali classi sono: a) Silicati [SiO 4 ] 4 b) Carbonati [CO 3 ] 2 c) Solfati [SO 4 ] 2 d) Solfuri [S] 2 e) Alogenuri [Cl] 1, [Cl] 1 f) Ossidi e idrossidi [O] 2, [OH] 1 g) Elementi nativi
I SILICATI Il gruppo di minerali di gran lunga più numeroso è quello dei silicati, che costituiscono circa il 90% della crosta terrestre. I silicati entrano nella composizione di moltissime rocce. I più importanti silicati sono: feldspati, olivine, pirosseni, granati e miche. Il silicio forma anche il quarzo SiO 2, costituente fondamentale di moltissime rocce. La struttura base di tutti i silicati è il tetraedro formato da un atomo di silicio e quattro di ossigeno, con un eccesso di 4 cariche negative. I silicati possono essere classificati secondo la disposizione dei gruppi tetraedrici: questi possono essere isolati oppure disposti a catena, a strati, in modo tridimensionale a seconda della maniera in cui sono collegati. Se i tetraedri sono isolati le cariche negative vengono neutralizzate da cationi metallo; aumentando gli atomi di ossigeno di un tetraedro condivisi, quindi legati al due atomi di silicio, diminuiscono le cariche negative da neutralizzare e quindi gli ioni positivi nel cristallo. Nei tettosilicati tutti e quattro gli atomi di ossigeno sono condivisi di conseguenza non vi sono cariche negative da neutralizzare, il quarzo ha formula SiO 2. Negli allumosilicati alcuni atomi di silicio sono sostituiti da atomi di alluminio [AlO 4 ] 5-,per cui anche se i quattro atomi di ossigeno sono condivisi il tetraedro ha ancora una carica negativa perchè l alluminio che sostituisce il silicio nel centro ha un protone in meno. I vari gruppi di silicati risultano dalla diversa disposizione degli ioni silicato (tetraedri) Nesosilicati Olivina: silicato di ferro e magnesio, con tetraedri isolati Inosilicati Pirosseni e anfiboli: silicato complessi, contenenti sodio, potassio, calcio, ferro, magnesio, ecc. con tetraedri formanti catene singole e doppie
Fillosilicati Miche: silicati complessi, contenenti potassio, sodio, calcio, alluminio, magnesio e ferro, con i tetraedri disposti a formare strati ripetuti Tectosilicati Feldspati: silicati complessi contenenti sodio, potassio e calcio, con i tetraedri disposti in una struttura tridimensionale Il quarzo (SiO 2 ) è un minerale molto diffuso. I carbonati (ione CO 3 2 ) Calcite e aragonite sono minerali polimorfi, hanno la stesa composizione (carbonato di calcio CaCO 3 ), ma diverso reticolo cristallino. Solfati (ione SO 4 2 ) Un esempio di solfato è il gesso, minerale costituito da solfato di calcio idrato (CaSO 4 2H 2 O) con durezza 2 nella scala di Mohs. L anidrite è solfato di calcio anidro. I solfuri (ione S 2 ) La pirite e un minerale molto diffuso, di colore giallo chiaro con lucentezza metallica Alogenuri (ione Cl,F ) Il salgemma è un minerale (detto sale di miniera), generalmente incolore oppure variamente colorato in rosso, violetto, nero ecc., per impurità varie, con lucentezza vitrea; è cloruro di sodio, NaCl. Ossidi e idrossidi Sono ossidi e idrossidi di metalli:
La bauxite è costituita da un idrossido di alluminio di composizione molto variabile rispetto al tenore in acqua, Al 2 O 3 nh 2 O Gli ossidi di ferro: ematite, magnetite. Elementi nativi Sono minerali formati da un solo elemento, i più comuni sono i metalli nobili (Au, Ag, Pt) e il carbonio che è un altro esempio di polimorfismo perché più cristallizzare come grafite o come diamante.