Minerali, rocce e magmi
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La costituzione della Terra e dalla sua composizione
O Si Al Fe Ca Mg Na K altri
% in peso crosta mantello 47 46 27.2 21 8.0 5.8 6.3 5.1 2.53 2.8 23 2.3 1.7 <1 <1
terra 29.3 14.7 1.2 34.8 1.4 11.3 <7
La composizione della crosta terrestre, su cui viviamo. Na K Mg Ca Fe Al
altri
O
Si
O Si Al Fe Ca Na K Mg totale
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% peso 46.60 27.72 8.13 5.00 3.63 2.83 2.59 2.09 98.59
% atomica raggio ionico % volume 62.55 1.40 93.8 21.22 0.42 0.9 6.47 0.51 0.5 1.92 0.74 0.4 1.94 0.99 1.0 2.64 0.97 1.3 1.42 1.33 1.8 1.84 0.66 0.3 100.00
100.00
composizione della crosta terrestre • ossigeno: 46,6%; • silicio: 27,7%; • alluminio: 8,1%; • ferro: 5,0%; • calcio: 3,6%; sodio: 2,8%; potassio: 2,6%; magnesio: 2,1% costituiscono quasi il 99% e sono detti elementi maggiori. • Fosforo, titanio, e manganese 1% e 0,1% elementi minori. • Gli altri elementi (inferiori allo 0,1%) sono detti elementi in traccia.
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I minerali
Minerale
Latino medievale mineralis
Parola gallica meìina
Metallo grezzo
I minerali sono
Sostanze naturali
Composizione chimica costante Forma e caratteristiche fisiche specifiche Generalmente sostanze inorganiche e solide
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ROCCIA
Aggregato naturale di uno o più minerali Minerali di tipo diverso (es. granito, basalto) roccia
polimineralica
Un solo tipo di minerale (es. travertino, dunite) roccia
monomineralica
Granito = roccia ignea intrusiva composta essenzialmente da: Copyright © 2006 Zanichelli editore
Feldspati Quarzo Biotite
Ma quali caratteristiche ha un minerale? •Materiale naturale •Composto inorganico •Specifica composizione chimica •Struttura cristallina definita •Proprietà fisiche ben definite
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Struttura cristallina Un cristallo è una formazione minerale solida che ha una disposizione periodica e ordinata di atomi ai vertici di una che si chiama reticolo cristallino; la presenza del reticolo conferisce al cristallo una forma geometrica definita.
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Proprietà fisiche dei minerali Esistono circa 3000 tipi di minerali ….da qui la necessità di classificarli … ma come? Durezza Proprietà fisiche
Lucentezza
Colore
Struttura cristallina Proprietà magnetiche Densità Sfaldatura Copyright © 2006 Zanichelli editore
Durezza Definizione: resistenza che oppone quando viene scalfito
Ogni minerale scalfisce quello che lo precede e viene scalfito da quello che lo segue
Particolarità: Diamante e grafite stessa composizione chimica ma con classi di durezza diverse: -grafite primo o secondo grado; -diamante decimo grado.
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Sfaldatura La sfaldatura è la tendenza dei minerali a rompersi parallelamente a piani di atomi. Numerosi minerali (come il quarzo e l'opale) non si sfaldano ma si spezzano irregolarmente: le fratture si distinguono in piane, disuguali, concoidi, ruvide.
Diamante
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Grafite
Lucentezza indica il modo di riflettere la luce. La lucentezza dipende dal rapporto tra la quantità di luce che viene riflessa e quella che viene rifratta ed assorbita;.
Metallica
Adamantina
Vitrea
salgemma Salgemma NaCl Copyright © 2006 Zanichelli editore
IMPORTANZA La lucentezza é un parametro commercialmente importante, la più apprezzata é senz‘altro quella adamantina, tipo di lucentezza che rende spesso indimenticabile un minerale o una gemma
Densità
Peso del minerale
Densità Peso di un ugual volume di acqua
densità da 1 a 2 : minerali leggeri densità da 2 a 4 : minerali medi densità da 4 a 6 : minerali pesanti densità superiore a 6 : minerali molto pesanti
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Struttura cristallina
ordinata
Reticolo cristallino
Minerale cristallino Disposizione atomi e molecole
disordinata
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Minerale amorfo
Trasparenza
Trasparente
trasmette luce ed attraverso il quale è possibile osservare un oggetto.
Traslucido
La maggior parte dei minerali metallici è opaca Non consente una visione nitida dell’oggetto
Quarzo Trasmette la luce diffondendola ma non è trasparente
Gesso
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Opaco
Impermeabile alla luce
Colore incolori: assorbono tutte le radiazioni Colorati: assumono il colore delle lunghezze d’onda che riflettono
La colorazione non sempre può essere utilizzata per il riconoscimento di un minerale Minerali allocromatici
dipende dalla presenza di impurità. difetti strutturali nel reticolo (centri di colore)
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Minerali idiocromatici
Il colore dipende esclusivamente dalla sua composizione chimica. Sono quindi dotati di colore proprio
CLASSIFICAZIONE dei minerali (l'elenco comprende solo i minerali che più frequentemente sono presenti nelle rocce):
ELEMENTI: Cu, Ag, Au, C (diamante, grafite) OSSIDI: quarzo SiO2, bauxite (Al2O3. 3H2O) ematite Fe2O3 e magnetite CARBONATI: calcite CaCO3 , dolomite Ca, Mg (CO3)2 SOLFATI: gesso CaSO4 . 2 H2O FOSFATI: apatite (fosfato di Ca e altri elementi) SOLFURI: pirite FeS2 ALOIDI o Alogenuri: salgemma NaCl fluorite CaF2 SILICATI: silicio, ossigeno e metalli e sono caratterizzati dalla presenza di tetraedri ("piramidi" a base triangolare con quattro facce eguali tra loro) corrispondenti al gruppo (SiO 4)4- . Copyright © 2006 Zanichelli editore
Quando e perchè si formano i minerali? •Cristallizzazione per raffreddamento •Precipitazione a basse temperature •Ricristallizzazione (allo stato solido) • Una caratteristica essenziale dei minerali è la loro struttura cristallina. • Il termine Cristallo non indica qualcosa di grande o necessariamente bello esteticamente. • Il vetro non è un minerale perchè: non ha nè strutture cristalline nè specifiche composizioni chimiche.
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Definizione di roccia. Problemi 1) Nella definizione di roccia si prescinde dalle caratteristiche meccaniche della
sostanza (ossia se il materiale che stiamo considerando è coerente o incoerente meccanicamente): Sabbia: aggregato di più minerali (quindi roccia) Arenaria: aggregato di più minerali (quindi roccia) 2) Ci sono rocce composte interamente da vetro (ossidiane). Ma allora non sono rocce! (aggregato di più minerali). Per questo paradosso si parla anche di mineraloidi.
3) Ci sono rocce composte anche da materiale organico (carboni opp. rocce sedimentarie con fossili). Ma allora non sono rocce! (minerale = sostanza non organica). Per questo paradosso si parla anche di mineraloidi.
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Elementi nativi Minerali formati da un solo elemento:
Argento Usi: Gioielli fotografia
Rame
Oro
Platino
Zolfo Zolfo
Usi: Leghe con Zn Leghe con Sn Fili elettrici
Ottone Bronzo
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Usi: Gioielli Ortodonzia
Usi: Fiammiferi Pesticidi Vernici
Solfuri Elemento metallico + Zolfo Cinabro Mercurio+ Zolfo Galena Piombo + Zolfo Il nome deriva dal greco γαλήνη = mare calmo. Descritto per la prima volta da Plinio il Vecchio come minerale di piombo.
Blenda Zinco+Zolfo
Cinabro Si può utilizzare nell'affresco, tempera, olio ed acquerello.
Pirite Ferro + Zolfo
Estrazione piombo
Estrazione dello zinco Produzione ferro ed acido solforico
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Alogenuri Cloro o Fluoro + altro elemento Fluorite Calcio + Fluoro
Usata per: -produzione acido fluoridrico; -produzione alluminio; -fabbricazione lenti e prismi.
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Salgemma Cloro + Sodio
il sale è indispensabile all‘ uomo. Per questo già nella preistoria il commercio del sale aveva un'enorme importanza; fu menzionato in molte opere greche e latine, gli furono dedicate strade (la Salaria era una importante via per il commercio).
Ossidi Ossigeno + elemento metallico Ematite Ossido di ferro
Altri ossidi utili: Bauxite
Cassiterite Estrazione del ferro
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Allumiinio
Stagno
Lattine
Saldature
Carbonati Carbonio + Ossigeno + elemento metallico CO3 Calcite
Produzione calce Componente di cementi
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Aragonite
Porzione calcarea degli scheletri e delle conchiglie di alcuni organismi
Dolomite
Solfati Zolfo + Ossigeno +
Elemento metallico
SO4 Gesso Solfato di calcio Ca[SO4] 2H2O
Usi medicina calchi statue impronte Gessetti da lavagna
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Barite Solfato di bario Ba[SO4]
Usi Produzione zavorre per lavatrici, gru Produzione calcestruzzo pesante Produzione di colori Fuochi d’artificio
Silicati che costituiscono le rocce I minerali che costituiscono più del 95% della crosta sono silicati. Per questo motivo, i silicati sono i minerali più importanti. I più diffusi di questi sono:
Tra i non-silicati, i minerali più abbondanti sulla superficie terrestre sono i carbonati
•quarzo •feldspati
•mica (e argille) •anfiboli •pirosseni •olivine •granati
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Silicati sono una classe di minerali composti prevalentemente da ossigeno e silicio; in particolare, la formula chimica di base comune a tutti è SiO4.
A livello geometrico, questi atomi sono disposti in modo da formare un tetraedro (al centro vi è l'atomo di silicio, ai quattro vertici gli atomi di ossigeno) Copyright © 2006 Zanichelli editore
Silicati Il numero di ossidazione del silicio pari a +4, e quello dell'ossigeno a -2, ne risulta che complessivamente ogni tetraedro presenterà un eccesso di carica negativa (precisamente una carica di -4) che tende a distribuirsi sui quattro atomi di ossigeno: da ciò la presenza (più o meno elevata a seconda del tipo di silicato) di cationi metallici, attratti dall'anione tetraedrico. Questi metalli sono solitamente ferro, magnesio, potassio, sodio e calcio, ed hanno una funzione fondamentale nel legare tra loro le diverse strutture silicatiche complesse formate dai tetraedri. Copyright © 2006 Zanichelli editore
Nesosilicati I gruppi SiO4 sono isolati; gli ossigeni ai vertici dei tetraedri sono legati esclusivamente a metalli diversi dal silicio. Ogni tetraedro è collegato agli altri non direttamente, ma da atomi (prevalentemente Fe ed Al) che fanno da ponte fra i vertici dei tetraedri stessi. Sono minerali nel cui reticolo cristallino vi è molto spazio per i metalli (il più basso rapporto SiO4/metalli) per i quali, non essendovi atomi di ossigeno in comune fra i tetraedri, vale il rapporto numerico Si:O = 1:4.
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Nesosilicati I tetraedri isolati sono collegati da cationi come Mg2+, Fe2+ o Al3+) Un esempio è l’olivina (Mg,Fe)2SiO4
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Inososilicati Gli inosilicati (dal greco INOS, fibra) sono silicati in cui i tetraedri si uniscono per formare catene singole o doppie,(rarissime sono le catene triple) la cui rispettiva formula chimica è Si2O6 e Si4O11. Agli inosilicati appartengono due importanti costituenti delle rocce i pirosseni (a catena singola) e gli anfiboli (a catena doppia).
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Pirosseni formula chimica schematizzabile in XYZ2O6 , dove: X e Y rappresentano cationi metallici come Na+, Ca2+, Fe2+, Mg2+ e Li+ Z rappresenta Si4+ e Al3+ nei siti tetraedrici delle catene.
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Anfiboli
si presentano sotto forma di fibre più o meno lineari, relativamente flessibili, avvolte in masserelle La composizione può essere espressa dalla formula generale W01X2Y5Z8O22(OH,F)2, dove W indica Na e K, X indica Ca, Na, Mn, Fe, Mg, Li, Y indica Mn, Fe, Mg, Al, Ti, Z indica Si e Al.
La struttura degli anfiboli si basa su di una catena doppia Si4O12
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Fillosilicati I fillosilicati (dal greco phyllon, foglia) sono silicati caratterizzati da una struttura a strati a simmetria tetraedrica e ogni tetraedro tende a legarsi con altri tre tramite degli ossigeni ponte. La formula chimica è Si2O5. Generalmente sono teneri, con basso peso specifico e le lamelle di sfaldatura possono essere flessibili o elastiche. La maggior parte dei fillosilicati contengono ossidrili (OH), posizionati all'interno degli anelli esagonali di tetraedri. Esempi di fillosilicati sono muscovite e biotite che appartengono ai minerali denominati miche
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Fillosilicati le argille sono principalmente composte da fillosilicati: la loro formula chimica generale è: Al2.2SiO2.2H2O
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Tectosilicati I tectosilicati (o tettosilicati, dal greco tecton, costruttore) sono silicati caratterizzati da una struttura di tetraedri uniti in gruppi di quattro ove due tetraedri sono orientati verso il basso e due verso l'alto, formando la caratteristica struttura definita a doppio collo d'oca, ogni tetraedro condivide 3 dei 4 ossigeni presenti nel monomero base dei silicati La formula chimica è SiO2. I tectosilicati costituiscono circa il 64% della crosta terrestre.
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Tectosilicati I tectosilicati più diffusi sono il quarzo, i feldspati e le zeoliti
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