Corso di Laurea in SCIENZE NATURALI Facoltà di Scienze MM.FF.NN Mineralogia sistematica Silicati
Tettosilicati Radicale (SiO 2 ) Impalcatura 3-D di tetraedri di silicio Proprieta fisiche e simmetria variabili
GRUPPO DELLA SILICE (SIO2 ) Al gruppo della silice appartengono i tectosilicati dove non c è sostituzione ionica; un reticolo tridimensionale di tetraedri SiO2, infatti è elettricamente neutro, e tutti gli altri tectosilicati si possono avere a partire dalla sostituzione Si - Al. Le modificazioni polimorfe della SiO2 sono riportate nella tabella. Il campo di stabilità di questi polimorfi dipende principalmente dalle condizioni di pressione e temperatura: le forme di alta temperatura hanno reticoli più espansi e, quindi, minor peso specifico, quelle di alta pressione, al contrario, reticoli più compatti e maggior peso specifico. Oltre a questi polimorfi esistono due sostanze amorfe: lechatelierite, una silice vetrosa di composizione variabile, e opale, SiO2.nH2O, con una struttura di sfere di silice, localmente ordinate, e un contenuto di H2O molto variabile.
Tectosilicati Stishovite Quarzo α Coesite β- quartz α- quartz Cristobalite Tridymite Liquid Proiezione 001 classe 32
Quarzo β a 581 o C Tectosilicati Stishovite Coesite β- quartz α- quartz Cristobalite Tridymite Liquid Proiezione 001 classe 622
Tettosilicati Cristobalite: possiede la simmetria massima e la struttura più aperta Stishovite Coesite β- quartz α- quartz Cristobalite Tridymite Liquid Proiezione 001 cubica
Tettosilicati Stishovite isostrutturale con il rutilo, TiO 2 Stishovite Coesite β- quartz α- quartz Cristobalite Tridymite Liquid Alta Pressione Si VI
Tectosilicati Quarzo α Stishovite Si IV Si VI
SiO 2 Quarzo SiO 2 Opale SiO 2 nh 2 O (amorfo)
Quarzo: piezoelettrico, trigonale nella forma α ed esagonale nella forma β. Ha durezza 7 e densità 2.65 g/cm3. E componente delle rocce magmatiche acide, sia plutoniche che vulcaniche. Forma cristalli di dimensioni variabilissime. Quelli idrotermali hanno colori diversi (ametista, affumicato, citrino). Esiste anche una forma di quarzo microcristallino detta calcedonio (corniola, agata, onice). Può avere origine secondaria (sabbia quarzosa se incoerente, arenaria se ricementato) o di neoformazione, metamorfica. Quello di origine sedimentaria costituisce selci e diaspri. Tridimite: ha durezza 7 e densità 2.37 g/cm3. Si trova in alcune lave acide raffreddate rapidamente a bassa pressione. Può contenere (OH)-. Cristobalite: ha durezza 6.5 e densità 2.33 g/cm3. Cristallizza da gel di silice anche a bassa T. Silice idrata: Si forma da un gel di silice in condizioni idrotermali di bassa T ed in fase sedimentaria. Può formarsi anche da concentrazione di resti biologici quali radiolari, diatomee o spicole di spugne. E detta opale ed è amorfa. Contiene da 3 a 10 wt% di acqua. Ha durezza 6. Apprezzate le forme di opale nobile e di fuoco.
Quarzo
Tectosilicati Feldspati Se entra Al 3+ al posto di Si 4+ un catione monovalente, Na +, K + e necessario per il bilancio di carica Se entrano 2 Al 3+ al posto di Si 4+ allora il Ca 2+ bilancia Albite: NaAlSi 3 O 8
Feldspati
Feldspati (Ortoclasio) (albite) (Anortite) I feldspati di Ba, celestina (BaAl 2 Si 2 O 8 ) e ialofane (Ba,K)(Al,Si) 2 Si 2 O 8, sono rari.
La serie degli alcalifeldpsati ha soluzioni solide complete solo ad alta T. Feldspati Fra KAlSi 3 O 8 e CaAl 2 Si 2 O 8 si hanno soluzioni solide molto limitate. La serie dei plagiocasi ha soluzioni solide complete solo ad alta T.
Feldspati alcalini β c a Cristallo omogeneo X 1 T 1 T 2 T 3 Lamelle di essoluzione (pertiti) parallele a (001) Inspessamento di lamelle di essoluzione parallele a (001) X 6 X 4 X 2 X 1 X 3 X 5 Pertiti (essoluzioni di albite nel microclino)
Feldspato potassico Lucentezza perlacea KAlSi 3 O 8
Plagioclasio (Ca,Na)AlSi 3 O 8 La Geminazione e responsabile delle strie
Plagioclasi Geminato Albite Zonatura chimica
Feldspati Caratterizzare senza ambiguità un feldspato richiede la conoscenza sia della sua composizione chimica che della sua struttura (distrubuzione di Si e Al nei siti tetredrici) In genere, il microclino è caratteristico di rocce cristallizate ad elevata profondità e di pegmatiti, l ortoclasio di rocce intrusive formatesi a temperature intermedie e il sanidino di rocce effusive di alta temperatura.
Struttura Sanidino (C2/m) Distribuzione Al-Si completamente disordinata. K + (CN = 9), occupa cavità di grosse dimensioni. E in posizione speciale su un piano di simmetria perpendicolare all asse b. Lo scheletro di tetraedri consiste di anelli di 4 tetraedri collegati in catene (tipo doppio albero a gomito) parallelel all asse a.
Feldspati Sono i minerali più comuni della crosta terrestre. Sono tettosilicati con impalcatura di tetraedri (Si,Al)O 4 formata da catena doppie note come doppio collo d oca con spazi liberi nei quali trovano posto i cationi. I punti neri indicano le posizioni del Si. Le linee trattegiate in (b) indicano i legamo fra tetraedri adiacenti
Ordinamento cationico nei feldspati Modo I: Sanidino (s.g. C2/m). Disordine completo. Al e si sono distribuiti in modo casuale fra i 4 tetraedri. La struttura e monoclina. Modo II Ortoclasio (s.g. C2/m). Tutto Al e collocato nei siti T1. I siti T2 contengono solo Si. Il piano di riflessione e ancora conservato Modo III: Microclino (s.g. C1). L Al e ordinato in un solo sito T1. Questo distrugge il piano di riflessione e la struttura diventa triclina. Modo IV: Anortite (s.g. P1). Si e Al occupano in modo alternato i siti T1 e T2.La struttura e triclina
Rispetto al sanidino, nella struttura dell albite si verifica una distorsione del sito del cationico. Il catione Na + (CN = 7) e troppo piccolo per le dimensioni del sito e la simmetria descresce da monclina a triclina
Feldspatoidi (Feldspati poveri in Si)
Feldspatoidi (Feldspati poveri in Si) Comuni in rocce ignee alkaline sottosature in SiO2 Leucite KAlSiO 4 Nefelina (Na,K)AlSiO 4 Sodalite Na 8 (AlSiO 4 ) 6 Cl 2
Zeoliti Gruppo di silicati idrati. Sono aluminosilicati con impalalcatura tetctosilicatica e ioni Na +, K + e H 2 O in quantità variabile. Struttura ancor più «aperta» di quella dei felspati. I tetraedri formano un network continuo di canali e cavità con dimensioni variabili. L H 2 O è legata debolmente attraverso legami ad idrogeno agli anioni del reticolo. Può abbandonare la struttura tramite riscaldamento attraverso i canali, abbandonando la struttura senza causarne il collasso. Le linee uniscono le posizioni occupata dagli atomi di Si e Al tetredrici. Le zeoliti sono tipici minerali secondari e si rinvengono spessissimo in cavità e fessure di rocce vulcaniche (soprattutto basalti), nonchè per deposizione idrotermale.
Zeoliti: applicazioni Essicamento.La struttura si può facilmente reidratarsi per immersione in H 2 O o per assorbimento di vapore acqueo. Scambio catonico. I cationi Na +, K + e Ca 2+ sono legati debolmente all impalcatura tetraedrica e possono essere falcimenti rimossi e scambiati da ioni in soluzione (Es. adolcitori di acqua dura, ovvero con alte concentrazioni di Ca 2+ o rimozioni di ioni pericolosi da scorie radioattive) Zeolite 3A come essiccatore chimico
Zeoliti applicaiozni Catalizzatori: selettività sui reagenti: solo le molecole con dimensioni più piccole di un valore critico possono entrare nei pori e raggiungere i siti attivi. Ad esempio, un idrocarburo lineare può venire assorbito e uno ramificato no. selettività sui prodotti: solo i prodotti di una certa dimensione possono lasciare i siti attivi e diffondere attraverso i canali come illustrato nella Figura seguente per il caso dello xilene. Si possono formare tre isomeri nelle cavità zeolitiche, ma solo la forma para- è in grado di uscire. selettività sullo stato di transizione: alcune reazioni non avvengono in quanto lo stato di transizione (complesso attivato) richiede più spazio di quanto non sia disponibile nelle cavità. Un esempio è quello illustrato in Figura della transalchilazione dei dialchilbenzeni.
Settacci molecolari. Le molecole troppo grosse per passare attraversoi canali sono escluse (es. un diametro dei canali di 4.5 Å può essere attraversato solo dal n-ottano, un idrocarburo lineare( con dimaetro di 4.3 Å), e non da isotanni ramificati (diametro 5 Å)
Zeoliti Proprietà: Elevato grado di idratazione Bassa densità e grande volume delle cavità qunado disidratate Stabilità della struttura cristallina anche nello stato disidratato Canale regolari con dimensioni molecolari Capacità di assorbire gas e vapori Propietà catlitiche. Alcune potenziali applicazioni Rimozione dello ione ammonio negli scarichi fognarie, lettiere per animali domestici Controllo degli odori Rimozione metalli pesanti da scarichi industiali, minerari e scorie radioaative Applicazioni in agricoltura come correttori di suoli e additivi per mangimi.
Silicati Mica Feldspato Olivina Quarzo Pirosseno
Testi/Bibliografia Per la parte generale e sistematica è consigliato il seguente testo: C. KLEIN - Mineralogia, Zanichelli 2004.