Capitolo 3 - I Minerali nelle Rocce
Capitolo 3 – I minerali delle rocce: riconoscimento, proprietà tecniche, utilizzi Minerali: sostanze naturali, solide, con una composizione chimica definita ed una struttura cristallina (impalcatura di ioni e atomi fissa e caratteristica per ciascun minerale) Struttura del reticolo cristallino: disposizione interna degli atomi
Struttura cristallina del cloruro di sodio (salgemma) 60
PROPRIETA’ FISICHE DEI MINERALI Abito cristallino (forma geometrica) : ogni minerale ha una configurazione esterna propria e distinta, oltre che una ben definita disposizione interna degli atomi
Abito cristallino di alcuni tra i più importanti minerali
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PROPRIETA’ FISICHE DEI MINERALI
Forme di alcuni minerali: (a) cubo (salgemma), (b) dodecaedro (granato); (c) ottaedro (diamante, fluorite); (d) prisma esagonale (quarzo) 62
PROPRIETA’ FISICHE DEI MINERALI Densità: rapporto tra la sua massa e l’unità di volume (kN/m3). In base alla densità, i vari minerali si distinguono in: - leggerissimi: <20 kN/m3 (opale, zolfo, ambra) - leggeri: 20-30 kN/m3 (quarzo, calcite, dolomite, salgemma, gesso, grafite, ortoclasio, plagioclasi, talco, muscovite, serpentino) - pesanti: 30-50 kN/m3 (anidrite, diamante, corindone, olivina, granato, orneblenda, biotite) - molto pesanti: 50-100 kN/m3 (ematite, magnetite, pirite) - pesantissimi: >100 kN/m3 (oro, argento, platino, mercurio)
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PROPRIETA’ FISICHE DEI MINERALI Durezza: resistenza che un minerale oppone alla scalfitura. Scala di Mohs (basata sul principio che ogni termine scalfisce il precedente ed è scalfito dal seguente): 1. Talco 2. Gesso
Rigabili con l’unghia
3. Calcite 4. Fluorite
Rigabili con il temperino
5. Apatite 6. Ortoclasio
Rigabili con difficoltà dal temperino
7. Quarzo 8. Topazio 9. Corindone 10.Diamante
Non rigabili con il temperino: rigano il vetro
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SCALA DI MOHS Rigabili con l’unghia 1. Talco 2. Gesso
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SCALA DI MOHS Rigabili con il temperino 3. Calcite
4. Fluorite
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SCALA DI MOHS Rigabili con difficoltà dal temperino 5. Apatite
6. Ortoclasio
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SCALA DI MOHS Non rigabili con il temperino: rigano il vetro 7. Quarzo
8. Topazio
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SCALA DI MOHS Non rigabili con il temperino: rigano il vetro 9. Corindone
10. Diamante
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PROPRIETA’ FISICHE DEI MINERALI Sfaldatura e frattura: un corpo sollecitato meccanicamente si rompe secondo superfici irregolari (frattura) o secondo piani ben definiti (sfaldatura), che dipendono dalla struttura. Frattura concoide: superficie di frattura curva e liscia.
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PROPRIETA’ FISICHE DEI MINERALI
Tipi di sfaldature ed alcuni minerali in cui si verificano
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PROPRIETA’ FISICHE DEI MINERALI Tenacità: definisce il modo con cui il minerale si deforma sotto un’azione meccanica. I minerali possono essere: - fragili: si rompono facilmente in pezzi - malleabili: possono essere appiattiti in fogli senza rompersi - settili: si tagliano con una lama - flessibili: si piegano facilmente - elastici: ritornano allo stato originario quando non soggetti più alla sollecitazione
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MINERALI NON SILICATI Quarzo
SiO2
Sfaldatura/frattura: frattura concoide Durezza: 7 Proprietà ottiche: da trasparente a traslucido*, color vitreo o incolore o lievi colorazioni (viola, rosa, ecc.) dovute ad impurezze
* traslucido: lascia passare la luce ma non permette di distinguere nettamente i contorni delle cose poste dietro di esso 73
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MINERALI NON SILICATI Quarzo
SiO2
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MINERALI NON SILICATI Quarzo
SiO2
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MINERALI NON SILICATI
Quarzo all’interno di un granito
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MINERALI NON SILICATI Calcite
CaCO3
Sfaldatura/frattura: sfalda secondo facce romboedro Durezza: 3 Proprietà ottiche: trasparente, colore variabile: incolore, bianco, rosa, ecc.
Dolomite Ca Mg (CO3)2 Sfaldatura/frattura: sfalda secondo facce romboedro Durezza: 4 Proprietà ottiche: trasparente o traslucida, colore variabile: incolore, bianca, rosa, giallastra 77
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MINERALI NON SILICATI
Calcite
Dolomite
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MINERALI NON SILICATI Salgemma
NaCl
Sfaldatura/frattura: sfalda in cubi Durezza: 2.5 Proprietà ottiche: da trasparente a traslucido, colore variabile (prevalentemente bianco)
Gesso
(CaSO4) 2H2O
Sfaldatura/frattura: sfaldabile in lame e scagliette Durezza: 2 Proprietà ottiche: trasparente, colore bianco, grigio, giallastro, bruno 79
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MINERALI NON SILICATI Anidrite
CaSO4
Sfaldatura/frattura: sfalda secondo coppie di facce parallele Durezza: 3 Proprietà ottiche: da trasparente a traslucida, colore grigio, bianco o azzurro
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MINERALI NON SILICATI Grafite
C
Sfaldatura/frattura: perfettamente sfaldabile in lamine Durezza: 1 Proprietà ottiche: opaca, nera
Diamante C Sfaldatura/frattura: perfetta sfaldatura ottaedrica Durezza: 10 Proprietà ottiche: trasparente, colore variabile: incolore, giallastro, verde, nero, bruno, grigio 81
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MINERALI NON SILICATI Corindone
Al2O3
Sfaldatura/frattura: non sfalda ma si frattura secondo superfici piane Durezza: 9 Proprietà ottiche: da trasparente a traslucido a semiopaco, colore variabile: rosso, azzurro, giallo, verde
Ematite
Fe2O3
Sfaldatura/frattura: priva di sfaldatura Durezza: 5.5 Proprietà ottiche: opaca, colore nero o rosso
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MINERALI NON SILICATI Magnetite Fe’’ Fe’’’2 O4 Sfaldatura/frattura: priva di sfaldatura, frattura secondo superfici piane Durezza: 6 Proprietà ottiche: opaca, nera
Pirite FeS2 Sfaldatura/frattura: difficilmente sfaldabile Durezza: 6.5 Proprietà ottiche: opaca, colore giallo 83
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MINERALI SILICATI Sono i più importanti componenti delle rocce Sono costituiti da gruppi SiO4 legati in modo da formare un tetraedro, entità fondamentale del loro reticolo cristallino, con l’atomo di silicio al centro e quattro atomi di ossigeno ai vertici
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MINERALI SILICATI Si dividono in: 1. Nesosilicati: tetraedri isolati uniti da un catione 2. Sorosilicati: gruppi di due tetraedri, uniti per un vertice, separati tra loro da cationi 3. Ciclosilicati: anelli di 3, 4 o 6 tetraedri 4. Inosilicati: tetraedri uniti a formare catene semplici o doppie 5. Fillosilicati: maglia piana di tetraedri 6. Tectosilicati: maglie complesse di tetraedri
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MINERALI SILICATI
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MINERALI SILICATI Nesosilicati
Olivine
(Mg, Fe)2 [SiO4] Sfaldatura/frattura: frattura concoide Durezza: 6.5 - 7 Proprietà ottiche: da trasparenti a traslucide, colore da verde oliva a giallastro
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MINERALI SILICATI Olivina
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MINERALI SILICATI Nesosilicati
Granati
(Mg, Fe2+, Ca)3 (Al, Cr, Fe3+)2 [SiO4]3 Sfaldatura/frattura: frattura concoide Durezza: 7 Proprietà ottiche: da opachi a traslucidi colore variabile: rosso, verde, bruno, ecc.
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MINERALI SILICATI Ciclosilicati
Tormaline
Na (Mg, Fe)3 Al6 [(OH)4](BO3)3[Si6O18] Sfaldatura/frattura: frattura concoide Durezza: 7 Proprietà ottiche: da opachi a traslucidi, colore molto variabile
Struttura cristallina dei ciclosilicati, costituiti da gruppi di 3, 4 o 6 tetraedri 90
MINERALI SILICATI Inosilicati
Pirosseni: inosilicati a catena semplice Sfaldatura/frattura: sfaldabili in forme prismatiche Durezza: 6 - 7 Proprietà ottiche: da opachi a traslucidi, colore nero, verde, bruno ecc.
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MINERALI SILICATI Pirosseni (rombici) Enstatite Bronzite Iperstene
Pirosseni (monoclini) Diopside Hedembergite Egirina Augite Dallagio 92
MINERALI SILICATI Enstatite (pirosseno rombico)
Augite (pirosseno monoclino)
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MINERALI SILICATI Inosilicati
Anfiboli: inosilicati a catena doppia Sfaldatura/frattura: perfettamente sfaldabili in prismi Durezza: 5 - 6 Proprietà ottiche: traslucidi, colore verde scuro, nero (bianco) Principale: Orneblenda
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MINERALI SILICATI Orneblenda
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MINERALI SILICATI Orneblenda
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MINERALI SILICATI Fillosilicati
Talco
Mg3(OH)2 [Si4O10] Sfaldatura/frattura: sfaldabile in lamine Durezza: 1 Proprietà ottiche: traslucido, colore bianco
Serpentino
Mg6(OH)8 [Si4O10]
Sfaldatura/frattura: sfaldabile in lamine o in fibre Proprietà ottiche: opaco, colore verde o bianco giallastro Amianto: varietà di serpentino
Struttura cristallina dei fillosilicati
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MINERALI SILICATI Fillosilicati: miche
Muscovite
KAl2(OH,F)2[(AlSi3O10)] Sfaldatura/frattura: sfaldabile in lamine Durezza: 3 Proprietà ottiche: trasparente o traslucida, colore biancoargento o bianco-giallo (mica chiara)
Biotite
K (Mg, Fe, Mn)3(OH,F)2[(AlSi3O10)]
Sfaldatura/frattura: perfettamente sfaldabile in lamine Durezza: 2.5 - 3 Proprietà ottiche: trasparente o traslucida, colore nero, bruno o verde scuro (mica bruna)
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MINERALI SILICATI Muscovite
Biotite
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MINERALI SILICATI Fillosilicati: minerali delle argille Argille: aggregati di materiale di varia natura con granulometria inferiore a 0.002 mm (si veda rocce sedimentarie), i cui costituenti principali sono granuli di quarzo, polveri, aggregati di sostanze organiche e soprattutto alcuni fillosilicati denominati minerali delle argille. Seguenti gruppi: - gruppo delle caoliniti - gruppo delle smectiti (montmorilloniti) - gruppo delle illiti
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MINERALI SILICATI Fillosilicati: minerali delle argille Struttura cristallina particolare che si differenzia rispetto ad altri fillosilicati: - strati piani a maglia esagonale (T) - strati costituiti da ottaedri (O), che possono essere di due tipi, con un atomo di Mg o di Al rispettivamente che lega 6 ossidrili (OH)
Strato a maglia esagonale (T)
Strato ottaedrico (O)
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MINERALI SILICATI Fillosilicati: minerali delle argille Si possono avere pacchetti di due strati TO (caoliniti) oppure pacchetti di tre strati TOT (illiti e smectiti)
Pacchetti a due strati (TO) o a tre strati (TOT)
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MINERALI SILICATI Fillosilicati: minerali delle argille
Gruppo delle Caoliniti Struttura cristallina: TO Sfaldatura/frattura: sfaldatura perfetta lungo gli strati Durezza: 2.5 Proprietà ottiche: opaca o traslucida, colore da grigio giallastro a bruno
Gruppo delle Smectiti (Montmorilloniti) Struttura cristallina: TOT Sfaldatura/frattura: si disgregano Durezza: variabile Proprietà ottiche: opaca, colore grigio - bianco
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MINERALI SILICATI Fillosilicati: minerali delle argille
Gruppo delle Illiti Struttura cristallina: TOT Sfaldatura/frattura: poco disgregabili Durezza: variabile Proprietà ottiche: opaca, colore bianco, grigio, incolore in lamelle Fillosilicati
Gruppo delle Cloriti Hanno struttura simile ma non fanno parte dei “minerali delle argille” Struttura cristallina: TOT Sfaldatura/frattura: sfaldabile in lamelle Durezza: variabile Proprietà ottiche: traslucida, colore verde - giallastro
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MINERALI SILICATI Caratteristiche dei minerali argillosi I minerali delle argille sono di piccole dimensioni e presentano una elevata superficie specifica (per unità di peso). Tali particelle hanno un eccesso di carica negativa sulla superficie, a causa della loro struttura interna. Adsorbimento di acqua: le molecole d’acqua si comportano come dipoli elettrici che vengono legati facilmente (legame idrogeno) alla superficie di questi minerali
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MINERALI SILICATI Minerale argilloso
% di H2O adsorbita
Caoliniti Illiti Smectite calcica Smectite sodica
da 80% a 140% da 70% a 150% 240% 800%
Il forte adsorbimento di acqua dei minerali argillosi spiega il fenomeno del rigonfiamento delle argille Minerale argilloso
Espansione dl/l %
Caoliniti Illiti Smectite sodica Smectite calcica
dal 5 al 60% dal 15 al 120% dal 1400 al 2000% dal 45 al 145% 106
MINERALI SILICATI Tectosilicati: Feldspati Famiglia di minerali che formano da soli più della metà della crosta terrestre. Possono essere considerati come composti da tre termini puri: Feldspato potassico
Plagioclasi
Microclino Ortoclasio Sanidino
Feldspato sodico Feldspato calcico
k[AlSi3O8]
Albite Anortite
Na[AlSi3O8] Ca[Al2Si2O8]
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MINERALI SILICATI Tectosilicati: Feldspati
Feldspato potassico (k-feldspato): Microclino, ortoclasio, sanidino Si differenziano per una diversa struttura cristallina. Ortoclasio e microclino: rocce intrusive; sanidino: rocce effusive. Sfaldatura/frattura: sfaldano secondo piani paralleli Durezza: 6 Proprietà ottiche: trasparenti o traslucidi, colore bianco, rosa, rosso
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MINERALI SILICATI Ortoclasio
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MINERALI SILICATI Tectosilicati: Feldspati
Plagioclasi Si tratta di miscele con diverse % di Na e Ca tra i due termini estremi Albite ed Anortite. Serie dei plagioclasi: Albite, Oligoclasio, Andesina, Labradorite, Bytownite, Anortite Sfaldatura/frattura: sfaldano lungo piani perpendicolari Durezza: 6 Proprietà ottiche: trasparenti e traslucidi, colore bianco o incolore
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MINERALI SILICATI Plagioclasi
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MINERALI SILICATI Labradorite (plagioclasio)
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MINERALI NON SILICATI
Plagioclasi all’interno di un granito (bianchi)
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MINERALI SILICATI Tectosilicati: Feldspatoidi Si tratta di un’altra famiglia di minerali presenti soprattutto in rocce effusive ricche di potassio e sodio. Minerali più importanti: Nefelina e Leucite
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