I MINERALI

1. I MINERALI I minerali sono i costituenti fondamentali delle rocce, i ‘’mattoni’’ da cui risulta edificato il pianeta. Minerali e rocce sono le uniche testimonianze dei processi attraverso cui si è evoluta e continua a evolversi la terra e sono la fonte di quelle risorse naturali il cui sfruttamento ha accompagnano tutto il cammino dell’uomo.

2. LA STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA • Nucleo: è la parte più interna della terra, è costituito principalmente da ferro e nichel (costituisce circa il 16% del volume della terra e ha una T = 4000 °C). • Mantello: rappresenta circa l’82 % del volume terrestre, si estende fino a circa 2900 km di profondità. La temperatura varia da poche centinaia di gradi fino a circa 3000 °C. E’ composto in prevalenza da Si, O, Fe, Mg. • Crosta:è l'involucro esterno della terra (circa l’1% del volume del pianeta). E' costituita da ROCCE a loro volta costituite da MINERALI. Le caratteristiche di una roccia o di un minerale dipendono dalle condizioni in cui si sono formati. • La crosta terrestre ha fornito e fornisce tutt'ora materiali diversi e utilissimi, basti pensare l'ossidiana e la selce nell'antichità, ferro e altre leghe, il petrolio, il carbone e i graniti.

3. I MINERALI I minerali sono sostanze naturali solide, aventi struttura cristallina (disposizione ordinata e regolare degli atomi che la costituiscono), caratterizzati da una composizione chimica ben definita e costante per ogni tipo di minerale e definibili quindi attraverso una precisa formula chimica. Sono elementi o composti puri, che non possono essere separati attraverso processi meccanici in componenti diversi. Alcuni minerali sono formati da un solo elemento [es. Oro (Au) e Argento (Ag)],la maggior parte sono il risultato della combinazione di due o più elementi legati tra di loro in un I singoli componenti non possono venire separati meccanicamente, come si può fare con un miscuglio, poiché sono uniti tra loro da legami chimici dovuti a forze di natura elettrica; rompendo tali legami il composto viene distrutto , poiché le sue proprietà sono diverse rispetto a quelle degli elementi che lo costituiscono COMPOSTO CHIMICO ELEMENTI CHIMICI Sono classificati nella tavola periodica

4. Principali elementi della crosta terrestre Il 98% in peso della crosta terrestre si compone di soli 8 elementi con assoluta prevalenza dell’ossigeno e del silicio che da soli arrivano al 75%.

5. I MINERALI Quasi tutti i minerali hanno una struttura cristallina, cioè un’ ‘’impalcatura interna’’ a livello atomico molto regolare e ordinata, che spesso si riflette in una forma esterna macroscopica altrettanto regolare: l’ abito cristallino. CRISTALLO Forma poliedrica, cioè un solido geometrico con facce, spigoli e vertici dovuti a un regolare accrescimento, atomo dopo atomo, a partire da una struttura tridimensionale elementare. La struttura interna di un cristallo (reticolo) è caratterizzata da una disposizione degli atomi nello spazio tale che una stessa configurazione si ripete a intervalli regolari nelle tre dimensioni. Si presenta come allineamenti regolari di atomi (filari) lungo i quali atomi della stessa natura o di natura diversa si susseguono a distanze fisse e sono separati da spazi vuoti. Ogni volta che un minerale può accrescersi senza ostacoli si sviluppa in cristalli singoli; se invece la crescita è ostacolata per lo sviluppo contemporaneo di altri cristalli (ed è il caso più frequente) ne risulta un massa di cristalli fittamente aggregati.

6. I MINERALI Un esempio semplice di reticolo è quello del cloruro di sodio (NaCl) il comune sale da cucina presente in natura come minerale, il salgemma. Nel reticolo del salgemma gli atomi di cloro e di sodio sono disposti in modo da occupare alternativamente i vertici di cubi ideali che si ripetono nello spazio in modo ordinato. Gli atomi di sodio e cloro si trovano nel rapporto 1:1 In realtà si tratta di ioni legati dalla forza dovuta all’attrazione elettrostatica tra due particelle di carica opposta. Gli ioni risultano strettamente ‘’impacchettati’’ il che assicura alla struttura una grande stabilità, perché la forza elettrostatica è tanto maggiore quanto minore è la distanza tra gli ioni. Cl- Na+

7. I MINERALI Il riconoscimento dei minerali si basa sull’analisi di alcune proprietà fisiche caratteristiche che dipendono dalla qualità e dalla disposizione degli elemtni che li costituiscono e dal tipo di legame chimico che li unisce: DUREZZA: è la proprietà di resistere all’abrasione o alla scalfitura e dipende dalla forza dei legami reticolari. Viene misurata in base alla scala di Mohscomposta da dieci minerali indicati in ordine di durezza crescente, ciascuno dei quali scalfisce quelli che lo precedono ed è scalfito da quelli che lo seguono. La scala di Mohs ha un valore puramente indicativo in quanto gli intervalli tra i valori rappresentati non sono costanti (cioè uguali all'unità), come è stato messo in evidenza dalle prove sperimentali del mineralogista Rosiwal. Lo studioso Mohs stilò una tabella per riconoscere i livelli di durezza dei minerali. Si tratta tuttavia di una prova di tipo relativo, cioè per confronto. Esiste anche una scala assoluta di durezza, calcolabile tramite lo sclerometro, che definisce la durezza in modo numerico.

8. I MINERALI SFALDATURA: è la proprietà per cui i cristalli, colpiti per urto, si rompono in singoli frammenti limitati da superfici piane e parallele tra loro (‘’piani di sfaldatura’’). Dipende dalla diversa forza dei legami tra gli atomi nelle diverse direzioni entro il cristallo. Anche i minerali molto duri (diamante) presentano piani di sfaldatura evidenti, la sfaldatura è infatti indipendente dalla durezza. Es. Un cristallo di salgemma si sfalda lungo le superfici che formano tra loro angoli diedri di 90°, per cui i frammenti sono tutti di forma cubica. FRATTURA: E' la rottura non piana e irregolare di un minerale. Dipende dal fatto che i legami del reticolo sono molto forti in tutte le direzioni. I frammenti che ne derivano sono di aspetto irregolare e tra loro diversi. Secondo l'aspetto la frattura viene detta: • concoide : Frattura che avviene lungo superfici lisce e curve (es. opale e ossidiana)

9. I MINERALI • terrosa : le superfici sono cosparse di minuscoli granuli (es. bauxite) • scheggiosa o fibrosa: con superfici cosparse di schegge o fibre (es. amianto)

10. I MINERALI LUCENTEZZA: misura il grado in cui la luce viene riflessa dalle facce di un cristallo. Si differenzia in • metallica : tipica di sostanze che assorbono totalmente la luce e che risultano opache (es. pirite) • non metallica : tipica di corpi più o meno trasparenti. Può essere descritta in termini qualitativi con una serie di aggettivi: • perlacea • vetrosa • resinosa Molti minerali se colpiti da luce ultravioletta possono anche emettere luce colorata dando luogo al cosiddetto fenomeno della fluorescenza, se al cessare della radiazione il fenomeno persiste ancora per un certo tempo, si parla di fosforescenza. Alcuni minerali contengono sostanze radioattive (es. uranio e torio) e possono emettere luce anche spontaneamente.

11. I MINERALI COLORE: è una proprietà molto evidente, ma meno diagnostica di altre, perché mentre alcuni minerali presentano sempre lo stesso colore (minerali idiocromatici), molti altri presentano colori diversi a seconda di impurità chimiche rimaste incluse nel reticolo durante la sua formazione (ioni diversi da quelli che caratterizzano quel minerale) o per particolari difetti in alcuni punti del reticolo (minerali allocromatici). Minerali idiocromatici Lapislazzulo Malachite Cinabro Minerali allocromatici Agata blu Ametista Quarzo ialino Quarzo affumicato

12. I MINERALI Riferita al colore è la tecnica dello striscio, che consiste nell’osservazione di un minerale in polvere, ottenuta sfregando il minerale su un frammento di porcellana ruvida, non vetrificata. Il vantaggio di tale osservazione è dovuto alla costanza del colore nello striscio per un determinato minerale. Per esempio l’ematite, dà sempre un colore rosso-bruno , anche se l’aggregato minerale di partenza può essere di colore nero o rosso o marrone. FUSIBILITA’: è la proprietà dei corpi solidi di passare dallo stato solido allo stato liquido mediante somministrazione di calore e dipende dalla temperatura di fusione dei minerali. I minerali fusibili fondono a una determinata temperatura detta punto di fusione, che costituisce un notevole dato diagnostico per il riconoscimento dei minerali. Esistono particolari metodi e apparecchiature per determinare il punto di fusione dei minerali, ma per averne una prima indicazione approssimativa ci si può servire di un metodo di confronto in cui si usano come termini di paragone gli elementi della scala di Kobell:

13. I MINERALI DENSITA’: è la massa per unità di volume (g/cm3), dipende dall’addensamento di atomi nel reticolo, per cui il suo valore è significativo anche per l’identificazione dei minerali. La densità dipende anche dalla pressione, variazioni di densità provocate da variazioni di pressione influiscono per esempio sul modo in cui nei minerali e nelle rocce si propagano le onde elastiche, come sono quelle associate ai terremoti. PROPRIETA ELETTRICHE: solo la grafite e i metalli sono buoni conduttori, poiché dotati di un reticolo contenente elettroni mobili. Altri minerali invece sono soggetti alla piezoelettricità, il fenomeno per cui alcuni corpi cristallini sottoposti a compressione possono polarizzarsi elettricamente (effetto piezoelettrico diretto) o deformarsi elasticamente (effetto piezometrico inverso) se influenzati dall’azione di un campo elettrico. PROPRIETA’ MAGNETICHE: quasi tutti i minerali sono diamagnetici, cioè non si lasciano attrarre da una calamita; i pochi che subiscono questo fenomeno si dicono paramagnetici. Gli unici minerali ad essere essi stessi delle calamite naturali sono quelli ferromagnetici, in grado di attrarre pezzi di ferro.

14. I MINERALI In rapporto alla loro struttura reticolare e alla composizione chimica i minerali vengono suddivisi in 8 classi. Le unità base di tale classificazione sono le SPECIE MINERALI stesso reticolo strutturale e stessa composizione chimica, in equilibrio con i parametri che caratterizzano l’ambiente in cui si formano (temperatura, pressione, concentrazioni chimiche). Le classi prendono il nome dall’anione (ione negativo) presente nel composto che ‘’coordina‘’ attorno a sé i cationi (ioni positivi) NON SILICATI Delle oltre 2000 specie di minerali note, le più abbondanti sono una ventina. Vengono in genere raggruppate tra quelle che comprendono i silicati (il gruppo più numeroso di minerali) e quelle che comprendono i non silicati (meno abbondanti, ma contengono specie di rilevante interesse economico).

15. I MINERALI ELEMENTI NATIVI Gli elementi nativi sono tutte sostanze costituite soltanto da atomi di un'unica specie, non si trovano quindi combinati con altri elementi, ma allo stato puro.Si suddividono in due sottoclassi: metalli (oro, argento, platino, ferro, mercurio, piombo) e non metalli (antimonio e bismuto, che sono semimetalli e carbonio, che è un non metallo). ARGENTO (Ag) PLATINO (Pt) RAME (Cu) ZOLFO (S) ORO (Au) MERCURIO (Hg) ARSENICO (As) ANTIMONIO (Sb) BISMUTO (Bi)

16. I MINERALI Il carbonio(C) dà luogo a due modificazioni estremamente diverse: la grafitee il diamante. La grande differenza fra questi due minerali è dovuta al modo in cui gli atomi di carbonio sono uniti fra loro. La grafite si trova in masse compatte, è di colore nero, è untuosa al tatto, ha indice di durezza bassissimo e  ha la proprietà di lasciare tracce sulla carta. A questa caratteristica deve il suo nome che deriva dal greco "grafein"che vuol dire scrivere. E' il prodotto finale della carbonizzazione di sostanze organiche. Ogni atomo di carbonio è legato ad altri tre in un piano composto di anelli esagonali fusi assieme. I piani sono tenuti insieme dalla sola Forza di vanderWaals e scivolano facilmente l'uno sull'altro.

17. I MINERALI A pressioni molto alte il carbonio forma un allotropo chiamato diamante, nel quale ogni atomo di carbonio è legato ad altri quattro. I diamanti hanno la stessa struttura cubica del silicio. Grazie alla forza del legame chimico carbonio-carbonio è la sostanza più dura presente in natura.

18. I MINERALI NON SILICATI Costituiscono solo una piccola parte della crosta terrestre e sono importanti soprattutto per lo svolgimento delle attività umane. Nella costituzione delle rocce i soli di una certa importanza sono i minerali carbonatici. SOLFURI Lo zolfo (S) è combinato con alcuni metalli e forma minerali per uso industriale. Cinabro (HgS) PIRITE (FeS2) PIRITE SOLE (FeS2) ANTIMONITE (Sb2S3) Galena (PbS) ORPIMENTO (As2S3) REALGAR (As4S4)

19. I MINERALI ALOGENURI Gli alogenuri costituiscono un gruppo piuttosto povero in minerali e sono caratterizzati dal fatto di contenere un alogenocome principale elemento. In natura l'alogeno più abbondante è ilcloro, seguito dal fluoro. SALGEMMA (NaCl) FLUORITE (CaF2)

20. I MINERALI OSSIDI - IDROSSIDI L'ossigeno è l'elemento più abbondante nella crosta terrestre e, data la sua grande reattività, numerosi sono i composti che si formano. Anche se la parola ossido fa pensare a qualcosa di poco appariscente non mancano ossidi di valore gemmologico come i rubinie gli zaffiriche non sono altro cheossidi di alluminio. Si considerano quindi ossidi  tutti i minerali formati dall'unione dell'ossigeno con un elemento metallico. CORINDONE (Al2O3) Rubino [Al2O3 con cromo] Zaffiro[Al2O3 con Fe e Ti] ‘’smeriglio’’ Alessandrite EMATITE (Fe2O3) MAGNETITE (Fe2O3) CRISOBERILLO(BeAl2O4)

21. I MINERALI OSSIDI - IDROSSIDI Gli idrossidi sono caratterizzati dal fatto di contenere all'interno della propria struttura cristallina l'ossidrile OH. Derivano dall’unione di un atomo di metallo con tanti gruppi OH quante sono le valenze del metallo stesso. IDROSSIDO DI ALLUMINIO o IDRARGILLITE [Al(OH)3] IDROSSIDO DI MAGNESIO O BRUCITE [Mg(OH)2] Vi sono poi idrossidi più rari tra cui quelli contenente vanadio. IDROSSIDO DI BORO o SASSOLITE [H3BO3]

22. I MINERALI CARBONATI Composti del carbonio e dell’ossigeno che acquistano una più marcata rilevanza, rispetto agli altri non silicati, nella costituzione delle rocce. CALCITE (CaCO3) ARAGONITE (CaCO3) DOLOMITE [CaMg(CO3)2] MALACHITE [Cu2(OH)2CO3] AZZURRITE [Cu3(OH)2(CO3)2] AURICALCITE (Zn,Cu)5(CO)2(OH)6 SMITHSONITE [ZnCO3] RODOCROSITE [MnCO3] LUDWIGITE

23. I MINERALI SOLFATI I  minerali di questa classe hanno avuto una genesi molto varia. Appartengono a questa classe i solfati e i cromati. I solfati sono molto diffusi, più rari i cromati per la presenza del cromo, elemento piuttosto raro. ALABASTRO GESSO [CaSO4·2H2O] "rose del deserto" CELESTINA [SrSO4] CROCOITE [Pb(CrO4)]

24. I MINERALI FOSFATI Questa classe comprende insieme ai fosfati anche gli arseniati e i vanadati. Molti minerali di questa classe presentano, infatti, la stessa formula chimica generale nella quale, però, l'arsenico e il vanadio possono comparire al posto del fosforo. TURCHESE [fosfato complesso con Cu e Al] APATITE [Ca5F(PO4)3]

25. I MINERALI SOSTANZE ORGANICHE Classe di interesse assai ristretto: non comprende veri minerali ma sostanze prevalentemente di natura organica. AMBRA • L'ambra non è un minerale, ma una resina fossile di alcune conifere (Pinussuccinifera). Presenta la proprietà di caricarsi elettricamente per effetto dello strofinio e di attirare, di conseguenza, oggetti leggeri. In effetti, l'elettricità ha preso il nome dal termine greco che la indica (Ηλεχτρον, Elektron). Per questa particolare proprietà, per il suo caratteristico colore, l’ambra è stata considerata una sostanza pregiata con cui fabbricare gioielli che avevano funzioni di amuleti contro gli spettri e le creature demoniache. Spesso vi sono inclusi resti di insetti e vegetali fossili. Sono molto diffuse le imitazioni, ma la vera ambra si riconosce dal penetrante odore di incenso che si diffonde quando brucia.    

26. I MINERALI AVORIO E' un materiale facile da lavorare e si presta per essere inciso e tagliato. I luoghi di provenienza sono l'Africa e l'Asia e le fonti di avorio diventano tanto più preziose quanto più sono rare. L'avorio di provenienza africana è considerato più pregiato di quello di provenienza asiatica. Contiene fosfato basico di calcio ma non è un minerale. Si parla impropriamente di avorio anche quando ci si riferisce al materiale di cui sono composti i denti di altri animali, come l'ippopotamo e il cinghiale, o di cui sono fatti i corni del rinoceronte anche se erroneamente in quanto questi sono composti da cheratina che è la stessa sostanza di cui sono fatte le unghie umane. Il commercio internazionale di avorio è stato bandito dalla CITES (Conferenza Intergovernativa della Convezione di Washington sulla salvaguardia delle specie in via d’estinzione) nel 1989 per arginare il declino della popolazione di elefanti uccisi a tale scopo.

27. I MINERALI COPALE Il copale è una resina vegetale molto simile all'ambra ed è prodotto da particolari piante tropicali. E' di colore giallo tendente al bruno-rossastro e, come l'ambra, presenta inclusioni animali e vegetali. E' molto tenera perchè la sua fossilizzazione è più recente e non è completa come quella dell'ambra. Nell'antico Egitto era usato per fare scarabei, bracciali ed altri monili rinvenuti anche nella tomba del faraone Tutankhamon. CORALLO Materiale ornamentale usato fin dall'antichità che presenta la particolarità di fare coincidere nella sua natura il regno animale, il regno vegetale e il regno minerale. Il corallo infatti è prodotto da piccoli animali marini (polipi) che vivono in colonie in acque calde e luminose e che secernono del carbonato di calcio con cui formano una sorte di rigido scheletro, lo sclerasse, in cui sono inseriti i singoli animaletti, collegati fra di loro. Questa struttura si sviluppa nel tempo fino ad acquistare un aspetto arborescente. I ritrovamenti più antichi, oggetti ed utensili vari, risalgono a circa 25000 anni a.C. e i primi gioielli risalgono a circa 4000 anni a.C. Il colore varia dal bianco latteo al rosso cupo. Le sue origini sono nel mar Mediterraneo, in Giappone, in Cina. Secondo un'antica leggenda greca, il corallo si sarebbe formato dal sangue della Medusa, una delle Gorgoni, alla quale Perseo aveva tagliato la testa; nell’aspetto esterno, arborescente e duro del corallo è possibile vedere un simbolismo con la testa della Medusa che aveva il potere di pietrificare chi la guardava.

28. I MINERALI COROZO E' il seme di una palma nana: la Phytelephas macrocarpa ed è considerato un avorio vegetale per una certa somiglianza, nel colore e nella consistenza, con il vero avorio. MADREPERLA La madreperla è lo strato più interno del guscio di alcuni molluschi. Si può presentare in diversi colori spesso distribuiti in maniera non omogenea con effetti di iridescenza.La madreperla è stata ricercata in ogni epoca; era già nota dal III° millennio a.C. in Mesopotamia e in Egitto e ora gode di un favore particolare in gioielleria.E' formata da microcristalli di aragonite sovrapposti l'uno sull'altro e disposti parallelamente alla superficie della valva del mollusco. La sua composizione è molto simile a quella della perla che però presenta i microcristalli disposti concentricamente intorno ad un nucleo.

29. I MINERALI Il legno silicizzato chiamato anche legno fossilesi può considerare un ossido di silicio. La sua formazione risale a circa 200 milioni di anni fa. In quei lontanissimi tempi esistevano estese foreste che furono sconvolte da immani catastrofi naturali. Gli alberi abbattuti furono trascinati da violenti inondazioni e vennero, a poco a poco, ricoperti da sedimenti vari. Lentamente la silice, trasportata dall'acqua, si infiltrò nel legno sostituendo gli atomi di carbonio e trasformando così dei vegetali in quasi minerali. In alcuni casi è ancora possibile riconoscere i caratteristici anelli di accrescimento della pianta. Il colore varia dal grigio al marrone tendente al rosso. E' un materiale che si presta bene per essere lavorato. LEGNO SILICIZZATO La più nota località di ritrovamento è la famosissima foresta pietrificata di Holbrook in Arizona Affinché possa avvenire una conservazione allo stato fossile di parte di una foresta deve esserci la coincidenza di una serie di fattori favorevoli: subsidenza della zona che elimini o riduca l'erodibilità della zona e favorisca la sedimentazione; sommersione dell'area da parte di acque che creano un ambiente prevalentemente anaerobico che impedisce l'ossidazione della materia organica e quindi la sua rapida distruzione; veloce deposizione di sedimenti clastici fini (da argille a sabbie argillose, quindi poco permeabili) che seppelliscono e quindi "sigillano" e preservano i tronchi da ulteriori degradazioni.

30. I MINERALI SILICATI I silicati sono i minerali più diffusi sulla Terra e costituiscono oltre il 90% dei minerali della crosta terrestre. Circa il 25% dei minerali conosciuti e il 40% dei più comuni appartengono a questa classe. Per esempio il suolo che si coltiva è in gran parte costituito da silicati; i materiali da costruzione sono in gran parte silicati o derivati dai silicati. Se si considera tutto il sistema solare anche la luna e i pianeti hanno una crosta fatta di silicati e ossidi. Tetraedro SiO4 L’unità fondamentale di tutti i silicati è il tetraedro [SiO4]4- (modulo strutturale). Poichè risulta particolarmente complesso classificare i silicati su basi chimiche è stata adottata una classificazione basata sul modo con cui è unito il gruppo tetraedrico [SiO4]4-che è comune a tutti i silicati. Ogni ossigeno di un tetraedro può essere condiviso con quello di un altro tetraedro indefinitamente.

31. I MINERALI • Dopo ossigeno e silicio, il più importante costituente della crosta terrestre è l’alluminio che ha una coordinazione tetraedrica con l’ossigeno, ma che ha dimensioni tali da poter avere anche una coordinazione ottaedrico e, quindi, può giocare un doppio ruolo: sostituire sia il silicio, che elementi come magnesio e ferro. • Anche calcio e sodio, con coordinazione cubica, fanno parte degli otto elementi più abbondanti nella crosta, hanno un raggio simile e possono sostituirsi, ma con sostituzione accoppiata per mantenere la neutralità: • Na++ Si4+ = Ca++ + Al3+ • Le sostituzioni ioniche nei silicati sono comuni, almeno quando si formano ad alte temperature; la temperatura infatti facilita le sostituzioni, mentre la pressione le inibisce. • Sulla base delle sostituzioni di questi elementi comuni possiamo scrivere una formula generale per tutti i • silicati: • XmYn(ZpOq)Wr • Dove: • X rappresenta grandi cationi con coordinazione 8 o superiore; • Y cationi di media grandezza in coordinazione 6; • Z piccoli cationi in coordinazione tetraedrica; • W normalmente rappresenta il gruppo ossidrile o cloro e fluoro.

32. I MINERALI Coordinazione degli elementi più comuni nei silicati XmYn(ZpOq)Wr X = grandi cationi con coordinazione 8 o superiore Y = cationi di media grandezza in coordinazione 6 Z = piccoli cationi in coordinazione tetraedrica

33. I MINERALI NESOSILICATI Nei nesosilicati i tetraedri SiO4 sono isolati e legati fra di loro da cationi interstiziali e le loro strutture dipendono principalmente dalla dimensione e dalla carica di questi cationi. L’impaccamento è abbastanza compatto per cui questi minerali sono generalmente duri e con alto peso specifico. L’abito dei nesosilicati è molto spesso equidimensionali, non essendo i tetraedri legati a catene, a strati, ecc. (Il prefisso "neso-" deriva dal greco nesos = isola, e indica una disposizione ad isole dell'edificio cristallino) • Comprendono: • Olivine • Granati • Zirconi • Silicati di alluminio

34. I MINERALI Olivine Sono la completa soluzione solida di forsterite (Mg2SiO4) e fayalite (Fe2SiO4) (rombiche). Generalmente si trovano in masse granulari e i cristalli sono la combinazione di diverse forme semplici (prismi, pinacoidi, bipiramide). Hanno frattura concoide, lucentezza vitrea e colore verde oliva con tonalità sempre più scura all’aumentare del ferro. Con il contenuto in ferro aumenta anche la densità. Da trasparenti a traslucide. Si riconosce per la durezza (7), la lucentezza, la frattura, il colore e la natura granulare. E’ un minerale delle rocce abbastanza comune (da accessorio a componente principale). La varietà trasparente (peridoto) è usata come gemma, mentre la normale olivina per il suo alto punto di fusione è coltivata per l’utilizzo come refrattario in fonderia. Peridoto Olivina

35. I MINERALI Granati Sono un gruppo di minerali molto comuni nelle rocce, specialmente in quelle metamorfiche, che comprende dei minerali cubici isostrutturali. Suddivisi in due serie, quella della pyralspite e quella dell’ugrandite. I nomi derivano dall’iniziali dei minerali di ciascuna serie. Per la prima: piropo, [Mg3Al2(SiO4)3]; almandino [Fe3Al2(SiO4)3]; spessartite [Mn3Al2(SiO4)3]; e, per la seconda uvarovite [Ca3Cr2(SiO4)3]; grossularia [Ca3Al2(SiO4)3]; andradite[Ca3Fe2(SiO4)3]. Sono generalmente in cristalli romboedrici o trapezoedrici o in combinazione delle due forme semplici. Hanno lucentezza da vitrea a resinosa, con colore che varia con la composizione. Si riconoscono per l’elevata durezza (6.5-7.5), per il colore e per la forma. L’andradite, di colore scuro, molto comune all’Isola d’ Elba, può essere il risultato di un metamorfismo di contatto di calcari con silice e minerali di ferro. La maggior parte dei granati viene utilizzata per farne delle gemme. Granati

36. I MINERALI Zircone (ZrSiO4, tetragonale). Si trova comunemente in cristalli prismatici terminati da bipiramidi, ma si rinviene anche in granuli di diverse dimensioni e forme. Ha lucentezza adamantina e colore vario con predominanza di tonalità brune. La struttura consiste di tetraedri isolati e cubi distorti. E’ un minerale metamittico a causa della autoirradiazione perché contiene sempre piccole quantità di Th e U. Caratteristiche distintive sono : colorazione, lucentezza, peso specifico (circa 5) e durezza (7.5). E’ un minerale accessorio di tutte le rocce ignee; si ritrova anche nelle sabbie (sabbie a zircone) per la sua grande resistenza all’alterazione. Oltre a essere utilizzato come gemma, è fonte di ossido di zirconio (ZrO2) che è una delle sostanze più refrattarie, tanto che è usato per la fusione del platino.

37. I MINERALI Silicati di alluminio Vanno sotto questo nome le tre modificazioni polimorfe del composto (Al2SiO5). Sono comuni nelle rocce metamorfiche di medio e alto grado. I tre minerali si differenziano per la coordinazione dell’alluminio; infatti, uno degli Al della formula è in coordinazione 6, mentre l’altro è in coordinazione 4 per la sillimanite, 5 per l’andalusite e 6 per la cianite. Sillimanite, rombica. Si trova in cristalli sottili e allungati, sfaldabili, spesso in gruppi paralleli e anche fibrosi (varietà fibrolite). Ha lucentezza vitrea e colore bruno, bianco o verde chiaro. Da traslucido a trasparente è caratterizzato dalla durezza (6-7) e dai cristalli sottili e allungati nella direzione di sfaldatura. E’ un minerale di metamorfismo di alta temperatura. Andalusite, rombica. Si trova, generalmente, in cristalli prismatici, con facce quasi quadrate, terminati dal pinacoide basale. Ha lucentezza vitrea e colore sul rosso o verde oliva; da trasparente a traslucido. La varietà chiastolite ha inclusioni carbonacee scure, disposte in modo regolare a formare una croce. Si distingue per l’abito e per la durezza (7.5). Viene utilizzato come gemma e per porcellane molto refrattarie (candele di accensione, ecc.). Cianite, triclina. Comune in cristalli tabulari, sfaldabili, allungati; si trova anche in aggregati molto appiattiti. Lucentezza da vitrea a perlacea, con colore che scurisce verso il centro dei cristalli, prevalentemente blu. Caratterizzata dai cristalli molto appiattiti, dalla buona sfaldatura, da colore e dalla durezza che varia parallelamente e perpendicolarmente all’allungamento. I cristalli trasparenti sono usati come gemme; è usata, come l’andalusite, per porcellane largamente refrattarie.

38. I MINERALI SOROSILICATI Sono caratterizzati sia da tetraedri isolati che da gruppi di due tetraedri uniti per il vertice. Sono minerali abbastanza rari; gli epidoti sono i sorosilicati più importanti. (Il prefisso "soro-" deriva dal greco soros = gruppo, e indica un reticolo cristallino formato da gruppi di tetraedri [SiO4]4-). Epidoto [Ca2(Al,Fe)Al2O(SiO4)(Si2O7)(OH)] I cristalli sono spesso prismatici allungati, ma si rinviene anche granulare e fibroso. Ha una sfaldatura basale perfetta, lucentezza vitrea, colore con tonalità di verde fino a nero. Caratteristiche distintive sono sfaldatura, colore e durezza (6-7).

39. I MINERALI CICLOSILICATI Sono costituiti da tetraedri SiO4 legati in anelli di 3, 4 o 6 tetraedri. La configurazione con 6 tetraedri è l’ossatura base della struttura dei ciclosilicati più comuni e importanti come il berillo e la tormalina.

40. I MINERALI Berillo(Be3Al2Si6O18, esagonale) Si trova quasi sempre in cristalli prismatici anche striati. Ha lucentezza vitrea, colori vari ed è trasparente o traslucido. Si riconosce per forma, colore. Anche se contiene Berillio (Be), elemento abbastanza raro, è piuttosto comune, specialmente in pegmatiti, graniti micascisti. Le sue varietà trasparenti colorate sono pietre preziose molto ricercate; lo smeraldo è di un colore verde intenso, l’acquamarina è blu verdastra e la morganite è di un rosa più o meno intenso. E’ la principale fonte di berillio. Tormalina(Na,Ca)(Li,Mg,Al)(Al,Fe,Mn)6(BO3)3(Si6O18)(OH), trigonale) Si trova quasi sempre in prismi trigonali, subordinatamente esagonali, striati e, talvolta terminati da piramidi. E’ dura (7-7.5), con peso specifico attorno a 3, ha lucentezza da vitrea a resinosa. I colori sono svariati e dipendono dalla composizione; talvolta anche uno stesso cristallo mostra diversi colori. Le varietà colorate: schorl (nera), dravite (bruna), rubellite (rosa), ecc. vengono utilizzate come gemme, anche se di pregio inferiore rispetto a quelle del berillo. Smeraldo Acquamarina Morganite Schorl Dravite Rubellite

41. I MINERALI INOSILICATI Sono minerali delle rocce molto importanti in cui i tetraedri SiO4 si legano in catene semplici (pirosseni) o doppie (anfiboli). I pirosseni e gli anfiboli, ambedue rombici e monoclini, hanno proprietà fisiche, chimiche e cristallografiche simili. Tranne che per la mancanza di (OH) nei pirosseni, i cationi presenti nei due tipi di catene sono gli stessi. Il colore, la lucentezza, la durezza delle specie analoghe sono simili, ma la presenza di (OH) negli anfiboli determina in questi un peso specifico leggermente più basso. La differenza evidente tra i due gruppi riguarda l’abito, prismatico tozzo nei pirosseni e prismatico allungato o aciculare negli anfiboli, e la sfaldatura.

42. I MINERALI Pirosseni XYZ2O6formula chimica generale dei pirosseni Dove: X rappresenta i cationi Na+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Mg2+,Li+; Y rappresenta i cationi Mn2+, Fe2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Ti4+; Z rappresenta Si4+ e Al3+ nel centro dei tetraedri Diagramma classificativo dei Pirosseni

43. I MINERALI Pirosseni rombici Sono una soluzione solida di enstatite(MgSiO3) e ferrosilite (FeSiO3). I cristalli, abbastanza rari, hanno abito e sfaldatura prismatica, ma di solito questi minerali sono massivi, fibrosi e lamellari. Hanno una durezza medio-alta (5.5-6) e una densità che aumenta con il contenuto in ferro. Sulle superfici di sfaldatura la lucentezza va da vitrea a perlacea; i termini magnesiaci sono poco colorati, mentre con l’aumento del ferro il colore passa da verde chiaro a verde oliva, fino a rossastro. Sono abbastanza riconoscibili per il colore, la lucentezza e la sfaldatura. I termini molto ricchi in ferro sono quasi neri e difficilmente si riconoscono dall’augite, pirosseno monoclino. Sono minerali comuni di molte rocce, principalmente gabbri, peridotiti, noriti e basalti. Sono anche detti pirosseni ferro-magnesiaci. Pirosseni monoclini I principali sono diopside (CaMgSi2O6), hedenbergite (CaFeSi2O6), che formano una soluzione solida completa, e augite, (Ca, Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6. I cristalli sono prismatici e frequentemente geminati, ma i possono trovare anche massivi, lamellari, colonnari, ecc. La durezza e la densità sono quasi uguali a quelle dei rombici, la lucentezza è vitrea, il colore aumenta con l’aumentare del ferro; l’augite è nera. Il riconoscimento si basa sulla forma dei cristalli e sulla sfaldatura poco buona. Hedenbergite e diopside sono comuni in rocce metamorfiche. L’augite è il pirosseno più comune e un minerale delle rocce molto importante. Sono anche detti pirosseni-calcici. Enstatite Ferrosilite Diopside Hedenbergite Augite

44. I MINERALI Anfiboli W0-1X2Y5Z8O22(OH,F)2formula chimica generale degli anfiboli Dove: W può essere Na+ o K +; X rappresenta i cationi Ca2+, Na+ ,Mn2+, Fe2+, Mg2+, Li+; Y rappresenta i cationi Mn2+, Fe2+, Mg2+, Fe3+ , Al3+, Ti4+; Z rappresenta Si4+ e Al3+ nel centro dei tetraedri Diagramma classificativo degli Anfiboli

45. I MINERALI Anfiboli rombici Sono molto rari; il principale è l’antofillite (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2, che si trova raramente in cristalli, mentre è comune in forma fibrosa. Ha una sfaldatura prismatica perfetta, una lucentezza vitrea e un colore vario (caratteristico il colore marrone chiodo di garofano). E’ un minerale di rocce metamorfiche ferro-magnesiaco. Anfiboli monoclini. Cummingtonite (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2 e grunerite Fe7Si8O22(OH)2 costituiscono una serie di minerali per la quale non si conoscono termini completamente magnesiaci. Hanno una sfaldatura perfetta, una lucentezza sericea e un colore con tonalità di marrone che insieme all’abito li caratterizza. Sono minerali di rocce metamorfiche. Tremolite Ca2Mg5Si8O22(OH)2 e actinolite Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2 costituiscono una serie con caratteristiche e ritrovamenti più o meno identiche ai minerali della serie cummingtonite-grunerite. Gli anfiboli con composizioni variazionali molto complesse vengono chiamati orneblende: si trovano in cristalli prismatici, ma anche con abito colonnare o fibroso,hanno sfaldatura perfetta, lucentezza vitrea, colori verde scuro o nero, e sono minerali comuni di rocce ignee e fibrose. Un’altra serie è quella degli anfiboli alcalini, dove c’è la presenza costante di sodio e, più raramente, potassio. Antofillite Cummingtonite Grunerite Tremolite Actinolite Orneblende

46. I MINERALI FILLOSILICATI Hanno un habitus appiattito (spesso lamellare) e una facilissima sfaldatura basale; sono generalmente teneri e leggeri e, spesso, flessibili ed elastici. Tutte queste caratteristiche nascono dal predominio, nella struttura di questi minerali, di strati di tetraedri SiO4 indefinitamente estesi. La maggior parte dei fillosilicati contengono gruppi (OH) posti al centro dell’anello di sei tetraedri. La grande importanza dei fillosilicati è dovuta al fatto che i prodotti di disgregazione delle rocce sono molto spesso questo tipo di minerali che, quindi, sono i principali costituenti dei suoli. L’alimentazione delle piante, la ritenzione dell’acqua nei suoli dalla stagione umida a quella secca, ecc. dipendono in gran parte dalle proprietà di questi minerali per cui la geologia dei fillosilicati è molto importante; le miche, ad esempio, sono i principali minerali degli scisti e sono molto comuni nelle rocce ignee. Sulla base delle loro caratteristiche morfologiche e genetiche, possiamo suddividerli in gruppi.

47. I MINERALI Gruppo del serpentino Le comuni modificazioni polimorfe del serpentino, Mg3Si2O5(OH)4, sono antigorite, lizardite e crisotilo (detto anche amianto bianco): le prime due sono massive e granulari con lucentezza untuosa, mentre la terza è fibrosa con lucentezza sericea e fa parte dei minerali responsabili dell’asbestosi, insieme a crocidolite (varietà dell’anfibolo riebeckite), amosite (varietà di grunerite), tremolite, antofillite, actinolite, ancora anfiboli fibrosi. Il gruppo del serpentino si riconosce per la lucentezza o per la fibrosità e per il colore. Il serpentino è un minerale abbondante e diffuso che, comunemente deriva dall’alterazione di silicati di magnesio, in specie olivine, anfiboli e pirosseni. Serpentino Antigorite Lizardite Amosite Crisotilo Crocidolite Tremolite Antofillite Actinolite

48. I MINERALI Gruppo dei minerali argillosi Sono i costituenti essenziali delle argille (da questo deriva il nome) che possono essere costituite, raramente, da un unico minerale argilloso, ma normalmente sono formate da più minerali argillosi associati con altri minerali come quarzo, feldspati, miche e carbonati. La struttura si basa su strati tetraedrici Si-O e strati ottaedrici (Mg, Fe, Al)-O e sono chiamati anche “sialliti”. T T O O T Caratteristiche comuni e peculiari sono l’estrema minutezza dei cristalli (lo studio morfologico è possibile solo al microscopio elettronico), la plasticità, più o meno accentuata, che nasce dalla miscelazione con piccole quantità di acqua, il forte contenuto in acqua dei reticoli cristallini, la refrattarietà quando sono sottoposti a disidratazione. I minerali argillosi sono essenzialmente silicati idrati di alluminio, che può essere sostituito parzialmente da magnesio o ferro, che possono avere come costituenti fondamentali gli alcalini e gli alcalino-terrosi. Kaolinite, Al2Si2O5(OH)4, triclina. Si presenta in sottili lamelle a contorno esagonale, ma normalmente è massiva, con sfaldatura basale perfetta, lucentezza terrosa e colore bianco, quando è puro. E’ uno dei minerali argillosi più comuni e deriva dall’alterazione atmosferica o idrotermale, principalmente, dei feldspati. Altri minerali argillosi comuni sono le montmorilloniti (t-o-t) e le illiti, strutturalmente simili alle miche. Kaolinite Montmorillonite Illite

49. I MINERALI Gruppo delle miche Sono formate da strati t-o-t con cationi interstrato, spesso K; sono monocline. I cristalli sono quasi sempre tabulari, con contorno esagonale e sfaldatura basale perfetta. Caratteristica di tutte le miche è la figura di percussione: un colpo con una punta smussata genera una figura a sei raggi. La disposizione pseudoesagonale dei tetraedri Si-O genera la possibilità di un diverso impilamento degli strati, per cui si possono avere diversi politipi. Sono importantissimi minerali delle rocce ignee, ma si trovano in tutti i tipi di rocce, che si formano a temperature più basse di anfiboli e pirosseni. Muscovite, KAl2(AlSi3O10)(OH)2, “mica chiara” e la biotite, K(Mg,Fe)(AlSi3O10)(OH)2, “mica scura” sono i due termini più diffusi. Muscovite Biotite Gruppo delle cloriti Vi appartengono alcuni minerali con proprietà fisiche, chimiche e strutturali simili, non distinguibili fra di loro se non con analisi chimiche quantitative e con appropriati studi ottici a raggi X. Sono caratterizzati dal colore verde, dall’abito e dalla sfaldatura uguali a quelli delle miche e dal non essere elastiche. Sono minerali comuni di rocce metamorfiche e diagnostici delle facies a scisti verdi. Cloriti

50. I MINERALI TECTOSILICATI Sono silicati dove i tetraedri di silicio formano un reticolo tridimensionalee costituiscono circa il 75% delle rocce della crosta terrestre. Gruppo della silice Al gruppo della silice appartengono i tectosilicati dove non c’è sostituzione ionica; un reticolo tridimensionale di tetraedri SiO2, infatti è elettricamente neutro e tutti gli altri tectosilicati si possono avere a partire dalla sostituzione Si-Al. Le modificazioni polimorfe della SiO2 sono diverse e il loro campo di stabilità dipende principalmente dalle condizioni di pressione e temperatura: le forme di alta temperatura hanno reticoli più espansi e, quindi, minor peso specifico, quelle di alta pressione, al contrario, reticoli più compatti e maggior peso specifico. Le tre forme polimorfe della silice (tridimite, cristobalite e quarzo) non sono facilmente interconvertibili, infatti si trovano tutte e tre come minerali, benchè sia tridimite che cristobalite siano rare in confronto al quarzo. Inoltre, ciascuna delle tre forme esiste in una modificazione a minore temperatura e in una a maggiore temperatura (α e β rispettivamente). Oltre a questi polimorfi esistono due sostanze amorfe: lechatelierite, un vetro silicio di composizione variabile, e opale, SiO2.nH2O, con una struttura di sfere di silice, localmente ordinate, e un contenuto di H2O molto variabile. Temperatura °C . Pressione (kilobar) Lechatelierite Opale