LEZ.3 - MINERALI, ROCCE E MAGMI

O Si Al Ca altri K Na Mg Fe % in peso

crosta mantello terra

O 47 46 29.3 Si 27.2 21 14.7 Al 8.0 1.2 Fe 5.8 6.3 34.8 Ca 5.1 2.53 1.4 Mg 2.8 23 11.3 Na 2.3 K 1.7 altri <1 <1 <7

% peso % atomica raggio ionico % volume O 46.60 62.55 1.40 93.8 Si 27.72 21.22 0.42 0.9 Al 8.13 6.47 0.51 0.5 Fe 5.00 1.92 0.74 0.4 Ca 3.63 1.94 0.99 1.0 Na 2.83 2.64 0.97 1.3 K 2.59 1.42 1.33 1.8 Mg 2.09 1.84 0.66 0.3

La costituzione della Terra e dalla sua composizione

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

I minerali

Composizione chimica costante Forma e caratteristiche fisiche

specifiche Generalmente sostanze inorganiche e solide

Sostanze naturali

Metallo grezzo

I minerali sono

ROCCIA

ROCCIA

Aggregato naturale di uno o più minerali

Feldspati Feldspati Quarzo Quarzo Biotite Biotite Granito = roccia Granito = roccia ignea intrusiva ignea intrusiva composta composta essenzialmente da: essenzialmente da:

Minerali di tipo diverso (es.

Minerali di tipo diverso (es.

granito, basalto)

granito, basalto) 

 roccia polimineralicaroccia polimineralica

Un solo tipo di minerale (es.

Un solo tipo di minerale (es.

travertino, dunite)

travertino, dunite) 

Ma quali caratteristiche ha

un minerale?

Ma quali caratteristiche ha

un minerale?

•_{Materiale naturaleMateriale naturale} •_{Composto inorganicoComposto inorganico}

•_{Specifica composizione chimicaSpecifica composizione chimica} •_{Struttura cristallina definitaStruttura cristallina definita}

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.

Esistono circa 3000 tipi di minerali ….da qui la necessità

di classificarli … ma come?

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.

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.

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

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

salgemma

Salgemma NaCl

Densità

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

Peso di un ugual volume di acqua Peso del minerale

Struttura cristallina

ordinata

Trasparenza

Trasparente _Traslucido Opaco

Non consente una visione nitida dell’oggetto

Trasmette la luce

diffondendola ma non è trasparente

Gesso trasmette luce ed attraverso

il quale è possibile osservare un oggetto.

Quarzo

Impermeabile alla luce La maggior parte dei minerali metallici è opaca

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 Minerali idiocromatici

Il colore dipende esclusivamente dalla sua composizione chimica. Sono quindi dotati di colore

proprio dipende dalla

presenza di impurità. difetti strutturali nel reticolo (centri di colore)

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- .

• _{Una caratteristica essenziale dei minerali è la loro struttura cristallina. Una caratteristica essenziale dei minerali è la loro struttura cristallina.} • _{Il termine Cristallo non indica qualcosa di grande o necessariamente bello Il termine Cristallo non indica qualcosa di grande o necessariamente bello}

esteticamente.

esteticamente.

• _{Il vetro non è un minerale perchè: non ha nè strutture cristalline nè specifiche Il vetro non è un minerale perchè: non ha nè strutture cristalline nè specifiche}

composizioni chimiche.

composizioni chimiche.

Quando e perchè si formano i minerali?

Quando e perchè si formano i minerali?

•_{Precipitazione a basse temperaturePrecipitazione a basse temperature} •_{Ricristallizzazione (allo stato solido)Ricristallizzazione (allo stato solido)}

Definizione di roccia.

Problemi

Definizione di roccia.

Problemi

1)

1) Nella definizione di roccia si prescinde dalle caratteristiche meccaniche della Nella definizione di roccia si prescinde dalle caratteristiche meccaniche della sostanza (ossia se il materiale che stiamo considerando è coerente o incoerente

sostanza (ossia se il materiale che stiamo considerando è coerente o incoerente

meccanicamente):

meccanicamente):



Sabbia: aggregato di più minerali (quindi roccia)_{Sabbia: aggregato di più minerali (quindi roccia)}



 Arenaria: aggregato di più minerali (quindi roccia)Arenaria: aggregato di più minerali (quindi roccia)

2)

2) Ci sono rocce composte interamente da vetro (ossidiane). Ma allora non Ci sono rocce composte interamente da vetro (ossidiane). Ma allora non

sono rocce! (aggregato di più minerali). Per questo paradosso si parla

sono rocce! (aggregato di più minerali). Per questo paradosso si parla

anche di mineraloidi.

anche di mineraloidi.

3)

3) Ci sono rocce composte anche da materiale organico (carboni opp. rocce Ci sono rocce composte anche da materiale organico (carboni opp. rocce sedimentarie con fossili). Ma allora non sono rocce! (minerale = sostanza

sedimentarie con fossili). Ma allora non sono rocce! (minerale = sostanza

non organica). Per questo paradosso si parla anche di mineraloidi.

Elementi nativi

Minerali formati da un solo elemento:

Rame Oro Platino

Zolfo Argento Usi: Gioielli fotografia Usi: Fiammiferi Pesticidi Usi: Gioielli Ortodonzia Usi: Leghe con Zn Leghe con Sn Fili elettrici Ottone Bronzo Zolfo

Solfuri

Elemento metallico + 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.

Estrazione piombo

Blenda Zinco+Zolfo

Estrazione dello zinco

Cinabro Cinabro Mercurio+ Zolfo Si può utilizzare nell'affresco, tempera, olio ed acquerello. Pirite Ferro + Zolfo

Alogenuri

Cloro o Fluoro + altro elemento

Fluorite

Calcio + Fluoro

Usata per:

-produzione acido fluoridrico; -produzione alluminio;

-fabbricazione lenti e prismi.

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

Estrazione del ferro

Altri ossidi utili:

Bauxite Allumiinio Lattine

Stagno Saldature Cassiterite

Carbonati

Carbonio + Ossigeno + elemento metallico

CO₃

Calcite Aragonite

Porzione calcarea degli scheletri e delle conchiglie di alcuni organismi Produzione calce Componente di cementi Dolomite

Solfati

Zolfo + Ossigeno

SO₄

+ Elemento metallico

Gesso

Solfato di calcio Ca[SO₄] 2H₂O

Usi medicina calchi statue impronte Gessetti da lavagna 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

Silicati che costituiscono le

rocce

•quarzoquarzo •feldspatifeldspati •mica (e argille)mica (e argille) •anfibolianfiboli •pirossenipirosseni •olivineolivine •granatigranati I minerali che costituiscono più del 95% della

I minerali che costituiscono più del 95% della

crosta sono silicati.

crosta sono silicati.

Per questo motivo, i silicati sono i minerali più

Per questo motivo, i silicati sono i minerali più

importanti. I più diffusi di questi sono:

importanti. I più diffusi di questi sono:

Tra i non-silicati, i minerali più

Tra i non-silicati, i minerali più

abbondanti sulla superficie

abbondanti sulla superficie

terrestre sono i carbonati

Silicati

sono una classe di minerali composti

prevalentemente da ossigeno e silicio; in

particolare, la formula chimica di base comune a

tutti è SiO

.

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)

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.

Silicati

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.

Nesosilicati

Nesosilicati

I tetraedri isolati sono collegati da cationi come Mg2+, Fe2+ o Al3+)

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).

Inososilicati

Pirosseni

si presentano sotto forma di fibre più o meno lineari, relativamente flessibili, avvolte in masserelle

La composizione può essere espressa dalla formula generale W

0-1X2Y5Z8O22(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

Anfiboli

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

Fillosilicati

Fillosilicati

Fillosilicati

le argille sono principalmente composte da fillosilicati: la loro formula chimica generale è:

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.

Tectosilicati

I tectosilicati più diffusi sono il quarzo, i

feldspati e le zeoliti