I Minerali: composizione chimica e struttura cristallina

I Minerali: Definizione e Caratteristiche

Un minerale è una sostanza naturale solida, con due caratteristiche fondamentali:

• Una composizione chimica ben definita;
• Una disposizione ordinata e regolare degli atomi che la costituiscono, fissa e costante per ogni tipo di materiale.

Quasi tutti i minerali hanno una struttura cristallina cioè una "impalcatura" interna, regolare e ordinata, invisibile perché a livello atomico. Da questa si origina la forma esterna del minerale, che invece è ben visibile e altrettanto regolare, il cosiddetto abito cristallino o cristallo. L'ABITO CRISTALLINO rappresenta quindi l'aspetto esterno di un cristallo

Cella Elementare e Reticolo Cristallino

Ogni cristallo ha dunque una struttura geometrica elementare (detta appunto CELLA ELEMENTARE) che ha una disposizione geometrica tridimensionale, tipica di ogni minerale. Il ripetersi di questa cella elementare in tutte le direzioni dello spazio da origine a quello che viene chiamato RETICOLO CRISTALLINO che genera la forma esterna del minerale

Questa è ad esempio la CELLA ELEMENTARE CUBICA del Cloruro di sodio (NaCl), il comune sale da cucina, che si trova in grande quantità nei mari ma anche in giacimenti terrestri sotto forma di salgemma. Il ripetersi di questa cella elementare darà origine al tipico cristallo atomo di sodio (Na) atomo di cloro (CI)

Proprietà Fisiche dei Minerali

Alla composizione chimica e all'abito cristallino, si associano alcune proprietà fisiche, che aiutano il riconoscimento dei minerali:

• La DUREZZA ovvero la proprietà di resistere all'abrasione o alla scalfittura e dipende dalla forza dei legami reticolari; viene misurata in base alla scala di Mohs, una successione determinata di 10 minerali, ciascuno dei quali può scalfire le facce del minerale che lo precede nella scala ma viene scalfito dal minerale che lo segue.
• La SFALDATURA ovvero la tendenza di un minerali a rompersi per urto secondo superfici piane, parallele a una o più facce dell'abito cristallino.
• La LUCENTEZZA ovvero il grado in cui la luce viene riflessa dalle facce di un cristallo e si distingue in metallica (tipica di sostanze che assorbono totalmente la luce e risultano opache) e non metallica (tipica dei corpi più o meno trasparenti).
• Il COLORE.
• La DENSITA' o MASSA VOLUMICA (massa per unità di volume, nel SI si misura in kg/m3), che dipende direttamente dall'addensamento di atomi nel reticolo.

Scala di Mohs

1. talco facilmente scalfito dall'unghia
2. gesso facilmente scalfito dall'unghia
3. calcite scalfito con una moneta di rame
4. fluorite facilmente scalfito dalla lama di acciaio di un coltello
5. apatite scalfito dalla lama di acciaio di un coltello o dal vetro
6. ortoclasio scalfito da un filo metallico, scalfisce il vetro
7. quarzo scalfisce l'acciaio e il vetro
8. topazio più duro della maggior parte degli oggetti comuni
9. corindone più duro della maggior parte degli oggetti comuni
10. diamante il materiale più duro conosciuto

Minerali Amorfi

La maggior parte dei solidi, come abbiamo visto, è di natura cristallina e le molecole di cui essi si compongono sono disposte con un ordine in ogni direzione che definisce un reticolo cristallino Esistono solidi che non hanno struttura cristallina, detti SOLIDI AMORFI Un solido amorfo è un solido in cui non c'è ordine nelle posizioni degli atomi o delle molecole che lo costituiscono. Lo stato amorfo, in qualche modo, può essere considerato come uno stato intermedio tra il solido e il liquido

Esempi di Minerali Amorfi

Il vetro comune è il più tipico materiale amorfo, tanto che lo stato amorfo viene talvolta anche detto "stato vetroso". 0 · Si Una famosa sostanza amorfa è l'OSSIDIANA, un particolare tipo di vetro vulcanico

Classificazione dei Minerali

Sono fondamentalmente divisi in 9 classi:

• SILICATI
• OSSIDI
• CARBONATI
• SOLFATI E SOLFURI
• ELEMENTI NATIVI
• ALOGENURI
• BORATI
• FOSFATI
• MINERALI ORGANICI

Silicati

I silicati sono i minerali più abbondanti della crosta terrestre: da soli rappresentano l'80% dei materiali che affiorano sulla superficie del pianeta. Si chiamano così perché contengono silicio (Si). Oltre al silicio, vi si trovano l'ossigeno (O) e spesso altri elementi. Il reticolo cristallino dei silicati ha forma di tetraedro - Si 1 0 0 CELLA ELEMENTARE SILICATO

Gruppi di Silicati

A loro volta i silicati si dividono in diversi gruppi a seconda di come sono legati tra loro i tetraedri Oxygen Nesosilicati topazio Tetraodri indipendenti (SiO) Catena doppia infinita di tetraedri (Si,01)* Inosilicati Catena doppia Sorosilicati Tetradri doppi uniti: (Si,O,y Foglio infinito di tetraedri (Si, O ª Fillosilicati Ciclosilicati berillo Anelli di tetroedri (e. Si,012)12- smeraldo Network infinito di tetraedri (SiO.) Tectosilicati quarzo acquamarina Inosilicati catena singola Catena singola infinita di tetroedri (Si,O,)+

Ossidi

Gli ossidi contengono - come suggerisce il nome - ossigeno, combinato con elementi detti metallici, come il ferro (Fe), l'alluminio (Al), il cromo (Cr) ecc. Tra i minerali appartenenti a questa classe possiamo trovare il CORINDONE, pietra durissima che, a seconda delle impurità che contiene, può dare origine a bellissime gemme come il rubino e lo zaffiro

Carbonati

I carbonati sono composti da uno o più ioni metallici positivi combinati con uno ione carbonato (CO2) 2 -. I minerali più comuni di questa classe sono la calcite, CaCO2, e la dolomite, CaMg(CO2)2.

Solfuri e Solfati

I solfuri e i solfati contengono zolfo (S). La pirite è un solfuro molto comune. Uno dei solfati più comuni è invece il gesso.

Elementi Nativi

Gli elementi nativi consistono in masse pure di un singolo elemento. Tra gli esempi possiamo trovare minerali metallici come l'oro, in forma granulare o di pepita oppure non metallici come il diamante o la grafite formati entrambi da Carbonio purissimo. Sono esempi di minerali che in natura si trovano allo stato nativo, cioè sono puri, non combinati con altri.

Alogenuri

Gli alogenuri sono costituiti dalla combinazione di uno o più elementi (generalmente dei metalli) con il cloro, lo iodio e il bromo (chiamati nel loro complesso alogeni). Trovano largo impiego nell'industria alimentare e chimica (fertilizzanti), oltre che per l'estrazione di alcuni metalli pregiati, tra cui l'argento. Un esempio di alogenuro è il salgemma (NaCl).

Borati

Un piccolo gruppo di minerali (circa il 2% del totale), contenenti boro. Vengono usati proprio per estrarre questo elemento

Fosfati

I fosfati contengono uno ione fosfato legato a uno o più elementi metallici. Trovano impiego nell'industria chimica

Minerali Organici

Questa classe comprende una cinquantina di specie, sono formati da compounds organici. Questi minerali entrano a far parte dei CALCOLI RENALI