i minerali

Materie:	Appunti
Categoria:	Scienze
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Data:	24.04.2006
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I MINERALI
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I minerali sono composti naturali formatisi attraverso processi geologici. Il termine "minerale" comprende non soltanto la composizione chimica ma anche la struttura cristallina del materiale. La composizione dei minerali varia dai semplici elementi chimici a semplici sali fino ad arrivare a silicati molto complessi (la maggior parte dei composti organici sono solitamente esclusi), con migliaia di forme conosciute. Lo studio dei minerali è detto mineralogia.
Cos'è un minerale?
La struttura cristallina si riferisce alla disposizione spaziale ordinata a lungo raggio degli atomi nella loro struttura molecolare. Esistono 14 disposizioni di base degli atomi nelle tre dimensioni e tutti i cristalli conosciuti rientrano in una di queste 14 disposizioni.
Sia la composizione chimica che la struttura cristallina concorrono a definire un minerale. Due o più minerali possono avere la stessa composizione ma differente struttura cristallina (sono detti polimorfi). Per esempio, la pirite e la marcasite sono entrambi solfuri di ferro. Analogamente, alcuni minerali hanno differente composizione chimica ma stessa struttura cristallina (sono detti isomorfi): halite (composta da sodio e cloro), galena (solfuro di piombo - composta da piombo e zolfo) e periclasio (composto da magnesio ed ossigeno) hanno tutti la stessa struttura cristallina cubica.
La struttura cristallina influenza notevolmente le proprietà fisiche di un minerale. Per esempio, diamante e grafite hanno la stessa composizione ma la la grafite è molto tenera mentre il diamante è il minerale più duro conosciuto.
Per essere classificata come minerale, una sostanza dev'essere solida ed avere una struttura cristallina. Dev'essere anche un corpo solido omogeneo di origine naturale con una composizione chimica ben definita. Alcune sostanze che non rientrano strettamente nella definizione, sono classificate come mineraloidi. I minerali conosciuti ad oggi sono oltre 4.000, della classificazione si occupa l'International Mineralogical Association, responsabile dell'approvazione e della denominazione di nuove specie rinvenute in natura.
Minerali e rocce
Minerale e roccia sono due cose diverse. Un minerale è un composto chimico con una data composizione ed una struttura cristallina ben definita. Una roccia è un miscuglio di una o più specie minerali in proporzione varia.
I minerali presenti nelle rocce possono variare molto. Alcuni minerali, come il quarzo, la mica o il talco son presenti ovunque mentre altri sono stati trovati solo in una o due località in tutto il mondo. Oltre la metà delle specie di minerali conosciute sono così rare che ne sono stati trovati solo pochi esemplari mentre altri sono conosciuti solo mediante uno o due granelli

Modalità di cristallizzazione: 1) Per solidificazione (raffreddamento) ad es. magma/lava 2) Per precipitazione di sostanze in acqua o per sovrasaturazione (raffreddamento) ad es. stalattiti/stalagmiti o per evaporazione del solvente (riscaldamento) ad es. saline 3) Per brinamento (da gas a solido) da vapori ad es.vapori di zolfo
Proprietà fisiche dei minerali
La classificazione di una specie minerale fra le oltre 4.000 conosciute, può essere molto semplice (per circa 200 specie) ma può anche essere molto difficoltosa per le specie più rare. Un minerale può essere identificato mediante alcune proprietà fisiche, alcune di esse possono essere sufficienti per arrivare ad un'identificazione sicura, in altri casi si rende necessario ricorrere ad analisi più approfondite (analisi chimica, diffrazione ai raggi X) costose e col rischio di danneggiare l'esemplare.
Le proprietà fisiche più utilizzate per l'identificazione sono:
• Durezza: la durezza di un minerale è la capacità di un minerale di resistere all'abrasione o alla scalfitura e si misura solitamente secondo la scala di Mohs di durezza dei minerali.
• Lucentezza indica il modo in cui la superficie del minerale interagisce con la luce e può variare da opaca a vetrosa.
• Colore: indica l'aspetto del minerale in luce riflessa (ciò che vede l'occhio nudo).
• Sfaldatura: descrive il modo in cui un minerale si sfalda cioè si separa in parti più piccole. Nelle sezioni sottili, la sfaldatura è visibile sotto forma di linee sottili attraverso il minerale.
• Frattura: descrive il modo in cui un minerale si rompe senza seguire i piani di sfaldatura.
• Peso specifico: è il peso di un minerale relativamente ad un analogo volume d'acqua.
• Altre proprietà: diversi tipi di luminescenza (come la fluorescenza in risposta ai raggi ultravioletti, la fosforescenza e la triboluminescenza), magnetismo, radioattività, malleabilità (risposta ai cambiamenti di forma dovuti ad azione meccanica).
Determinate specie minerali possono inoltre presentare un aspetto molto particolare dovuto a peculiari effetti ottici.
Proprietà chimiche dei minerali
I minerali possono essere classificati in gruppi in base alla composizione chimica. Qui di seguito i gruppi sono ordinati in base alla loro abbondanza nella crosta terrestre.
Silicati
Il gruppo di gran lunga più numeroso è quello dei silicati, composti per lo più da silicio ed ossigeno con l'aggiunta di ioni come magnesio, ferro e calcio. Alcuni importanti silicati, che entrano anche nella composizione di molte rocce, sono: feldspati, quarzo, olivine, pirosseni, granati e miche. La classificazione dei silicati va fatta analizzando la disposizione dei tetraedri SiO4,il quarzo non rientra in questa classificazione (SiO2).
Carbonati
I carbonati sono quei minerali contenenti l'anione (CO3)2- ed includono calcite ed aragonite (entrambi carbonato di calcio), dolomite (carbonato di magnesio e calcio) e siderite (carbonato di ferro). I carbonati sono formati per lo più dalle conchiglie del plancton depositatesi sul fondo marino. I carbonati si trovano anche negli ambienti sottoposti a forte evaporazione (per esempio il Grande Lago Salato dello Utah) o nelle regioni carsiche dove lo scioglimento ed il rideposito dei carbonati porta alla formazione di grotte, stalattiti e stalagmiti.
Solfati
I solfati contengono il catione solfato (SO4). I solfati si formano negli ambienti sottoposti a forte evaporazione dove acque molto saline evaporano lentamente permettendo la formazione di solfati e alogenuri sulla superficie dei sedimenti. I solfati più comuni sono l'anidrite (solfato di calcio), la celestina (solfato di stronzio) e il gesso (solfato di calcio idrato).
Alogenuri
Gli alugenuri sono il gruppo di minerali che formano i sali naturali e comprendono la fluorite, il sale comune (conosciuto come halite o salgemma) ed il sale di ammonio (cloruro d'ammonio). Gli alogenuri, come i solfati, si trovano frequentemente neegli ambienti sottoposti a forte evaporazione come il Mar Rosso.
Ossidi
Gli ossidi sono estremamente importanti per l'industria estrattiva poiché formano miniere di metalli importanti per l'economia. Di solito si formano come precipitati vicino alla superficie terrestre. Gli ossidi più comuni sono: l'ematite (ossido di ferro), lo spinello (ossido di magnesio ed alluminio - un costituente comune del mantello terrestre) e ghiaccio (ossido di idrogeno).
Solfuri
Molti solfuri sono importanti economicamente per l'estrazione dei metalli. I solfuri più comuni sono la calcopirite (solfuro di rame e ferro) e la galena (solfuro di piombo).
Fosfati
Il gruppo dei fosfati include minerali con l'unità tetraedrica AO4 dove A può essere fosforo, antimonio, arsenico o vanadio. Il fosfato di gran lunga più comune è l'apatite che è un minerale importante anche in biologia perché si trova nei denti e nelle ossa di molti animali.
Elementi nativi
Il gruppo degli elementi nativi include metalli ed elementi intermetallici (oro, argento, rame), semi-metalli e non metalli (antimonio, bismuto, grafite, zolfo). Questo gruppo comprende anche alcune leghe naturali come l'elettro (lega di oro ed argento), fosfuri, siliciuri, nitruri e carburi (i quali si trovano in natura solo in alcune rare meteoriti).