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Minerale

 

Descrizione

I minerali, dal latino medievale minerale (m), derivato del francese antico minière, "miniera", sono corpi naturali inorganici allo stato solido, formatisi attraverso processi geologici, fisici e chimici.

Nell'industria estrattiva si tende ad attribuire il termine minerale anche a sostanze allo stato liquido o gassoso estraibili dal sottosuolo, tipico il caso del metano. Un minerale può essere costituito da un solo elemento chimico, come l'oro (Au), oppure da uno o più elementi legati assieme in un composto chimico, come ad esempio il quarzo (SiO2).

Il termine "minerale" comprende non soltanto la composizione fisica ma anche la struttura cristallina del materiale. La composizione dei minerali varia dai semplici elementi chimici a sali fino ad arrivare a silicati molto complessi (la maggior parte dei composti organici sono solitamente esclusi), con migliaia di forme conosciute. La scienza che studia i minerali è definita mineralogia e li classifica.

Il minerale è un corpo solido cristallino, con composizione chimica definita o variabile in campo ristretto. La maggior parte dei minerali è caratterizzata dall'avere una ben precisa struttura cristallina. A livello atomico i minerali cristallini infatti possiedono un reticolo cristallino formato dalla ripetizione di una struttura geometrica detta cella elementare.

Un cristallo è un corpo solido a facce piane riconducibile a una determinata figura geometrica. La struttura si riferisce alla disposizione spaziale ordinata a lungo raggio degli atomi nella loro struttura molecolare.

Esistono 32 disposizioni di base degli atomi nelle tre dimensioni e tutti i cristalli conosciuti rientrano in una di queste 32 disposizioni.

Alcune specie minerali si presentano allo stato liquido come il mercurio (Hg) mentre altri, come l'opale, hanno struttura amorfa quindi non possiedono una struttura cristallina. Questi ultimi sono detti minerali metamittici.

Alcuni minerali inoltre presentano il fenomeno dell'isomorfismo, cioè può verificarsi che due o più minerali presentino identica struttura atomica e composizione chimica analoga. 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 medesima composizione chimica ma le loro differenti strutture cristalline rendono la grafite molto tenera ed il diamante molto duro (è il materiale più duro conosciuto).

Per essere classificata come minerale, una sostanza deve essere solida ed avere una struttura cristallina. Deve 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 (IMA), responsabile dell'approvazione e della denominazione di nuove specie rinvenute in natura.

 

Minerali e rocce

Minerale e roccia sono termini che indicano materiali ben distinti fra loro:

un minerale è un composto chimico che si trova in natura, che ha una ben determinata composizione ed una struttura cristallina ben definita. Un cristallo è un corpo solido a facce piane riconducibile a una determinata figura geometrica. Ad oggi sono noti oltre 2.000 tipi di minerali, classificati in 3 gruppi a loro volta suddivisi in 7 sistemi comprendenti ciascuno 32 classi di simmetria;

una roccia è un miscuglio di più specie minerali in diverse proporzioni e pertanto, diversamente da un minerale, la composizione chimica di una roccia non è esprimibile con una formula chimica.

La diffusione dei minerali è molto varia: un certo numero di specie minerali (come il quarzo, la mica e l'ortoclasio) sono alla base della composizione di numerose rocce e, pertanto, estremamente diffusi nella crosta terrestre.

Molte specie minerali sono viceversa accessorie, ossia non necessariamente presenti nelle rocce che tipicamente li ospitano. Queste specie sono pertanto meno frequenti delle prime (se non decisamente rare).

Oltre a questo, numerose specie minerali sono presenti solo occasionalmente e, in certi casi, di talune specie sono stati rinvenuti pochi campioni e di dimensioni ridotte.

Modalità di cristallizzazione:

  1. Per solidificazione in seguito a raffreddamento di materiali puri, come nel caso del magma o lava;

  2. Per precipitazione e evaporazione da sostanze disciolte in acqua, per sovrasaturazione (raffreddamento), ad esempio stalattiti/stalagmiti, o per evaporazione del solvente (riscaldamento), ad esempio saline;

  3. Per brinamento (da gas a solido) da vapori, ad esempio, di zolfo;

  4. Per sublimazione da vapori caldi;

  5. Per attività biologica;

  6. Per trasformazioni solido - solido determinate dal mutare delle condizioni fisiche di equilibrio (pressione e temperatura principalmente) in cui un minerale si trova (ad esempio: pirosseno, granato).

 

Proprietà fisiche dei minerali

La classificazione di una specie minerale fra le oltre 4.000 conosciute, può essere molto semplice (per circa 300 specie) ma può anche essere molto difficoltosa per le specie più rare. Un minerale può essere identificato mediante alcune proprietà fisiche e chimiche, 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 con il rischio di danneggiare l'esemplare.

Le proprietà fisiche più utilizzate per l'identificazione sono:

Durezza: la durezza di un minerale è misurata dalla capacità di un minerale di scalfire o essere scalfito da altri minerali e si misura solitamente secondo la scala di Mohs di durezza dei minerali, con valori crescenti da 1 (talco) a 10 (diamante).

Lucentezza: indica il modo in cui la superficie del minerale interagisce con la luce e può variare da opaca a vetrosa. Si divide in lucentezza metallica, (che riflette completamente la luce) e lucentezza non metallica (che invece la rifrange).

Colore: indica l'aspetto del minerale in luce riflessa (ciò che vede l'occhio nudo). Il colore di un minerale può dipendere esclusivamente dalla sua composizione chimica (come nel caso dei minerali idiocromatici), oppure dalla presenza di impurità (come nel caso dei minerali allocromatici). Il colore, facile da individuare, in molti casi non è diagnostico per il riconoscimento poiché la stessa specie mineralogica può presentare differenti colorazioni.

Peso specifico dei minerali: quasi tutti i minerali hanno peso specifico superiore a 1 (quello dell'acqua). Minerali come quarzo, calcite e feldspato hanno peso specifico uguale a 3. I minerali ricchi in elementi metallici hanno peso specifico uguale o superiore a 5. La galena ha peso specifico superiore a 7 e l'oro puro maggiore di 19.

Birifrangenza: proprietà ottica, evidenziabile in luce trasmessa, ossia interponendo il minerale tra la fonte luminosa e l'osservatore. Attraverso un cristallo con proprietà birifrangenti è possibile osservare gli oggetti con contorni sdoppiati (classico esempio è la calcite).

Sfaldatura: descrive il modo in cui alcuni minerali si sfaldano. Nella sfaldatura un minerale si frammenta in parti più piccole, lungo alcuni piani preferenziali di cristallizzazione, mantenendo costanti i valori angolari tra le diverse facce dei frammenti, in altri termini l'aspetto esterno cristallino si mantiene anche nei frammenti più minuti. Nelle sezioni sottili, la sfaldatura è visibile sotto forma di famiglie di linee sottili, parallele entro la singola famiglia, ed intersecantisi ad angoli costanti, attraverso il minerale.

Frattura: descrive il modo in cui un minerale si rompe senza seguire i piani di sfaldatura. Solitamente le superfici di fratturazione non sono piane, ma hanno una morfologia irregolare, presentandosi a forma concoidale, irregolare, fibrosa.

Densità: è la massa del minerale, relativa ad 1 cm³ di volume. Viene misurata con l'ausilio di una bilancia di precisione e di un picnometro.

Conducibilità: consiste nel verificare se il minerale è un buon conduttore elettrico.

Altre proprietà: diversi tipi di luminescenza (come la fluorescenza in risposta ai raggi ultravioletti, la fosforescenza e la triboluminescenza), magnetismo e paramagnetismo, radioattività, malleabilità (risposta ai cambiamenti di forma dovuti ad azione meccanica).

Queste ultime caratteristiche sono tuttavia difficilmente utilizzabili come strumenti diagnostici.

Determinate specie minerali possono infine presentare un aspetto molto particolare dovuto a peculiari effetti ottici.

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.

 

Classificazione dei minerali (_)

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. I Silicati tendono a essere duri, da trasparenti a traslucidi e di peso specifico medio.

 

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 Gran 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 l'anione solfato (SO4)2-. 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).

 

Alogeni (_)

Gli alogenuri 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 negli ambienti sottoposti a forte evaporazione come il Mar Rosso.

 

Ossidi e Idrossidi

Gli ossidi sono estremamente importanti per l'industria estrattiva poiché in molti casi da questi si estraggono metalli importanti per l'economia. Di solito si formano come precipitati vicino alla superficie terrestre.

Gli ossidi più comuni sono: il quarzo (ossido di silicio), abbondantissimo nelle rocce, l'ematite (ossido di ferro), lo spinello (ossido di magnesio ed alluminio, un costituente comune del mantello terrestre).

 

Solfuri

I Solfuri sono composti chimici in cui lo zolfo è combinato con elementi metallici e semimetallici. 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).

Molti solfuri hanno lucentezza metallica, sono teneri e con elevato peso specifico. Alcuni hanno lucentezza non metallica o sono più duri. Cristalli ben formati e con elevato grado di simmetria costituiscono la regola.

 

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 (oro, argento, rame), alcuni composti intermetallici, 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).

 

Voci correlate

- Geologia;

- Pedologia;

- Mineralogia;

- Classificazione dei minerali;

- Meteora;

 

Tratto da Wikipedia, elaborato e modificato.