I Minerali

Un minerale è un corpo allo stato solido di origine naturale e inorganica, avente struttura interna ordinata e composizione chimica ben definita anche se variabile in campo ristretto. Nello specifico:

  • è allo stato solido a temperatura e pressione ambiente
  • è inorganico, ovvero è il risultato di processi chimici inorganici tenendo presente importanti eccezioni come per esempio il minerale calcite (CaCO3) prodotto anche da organismi che hanno la capacità di fissarlo per la costruzione di esoscheletri.
  • è di origine naturale, quindi non è sinteticamente prodotto dall’uomo in laboratorio
  • ha una disposizione atomica interna ordinata, chiamata struttura cristallina, ovvero ioni e molecole sono legati in strutture tridimensionali che si ripetono nello spazio a partire da una cella lementare (diversamente dai solidi amorfi che non hanno struttura ordinata, come ad esempio l’ossidiana o verto vulcanico)
  • ha una composizione chimica ben definita ovvero il rapporto tra anioni e cationi in un determinato minerale è fisso; per esempio nel minerale quarzo SiO2 il rapporto fra il catione Si4+ e l’anione O2- è di 1:2 ed è fisso. La composizione chimica può invece variare in campo ristretto, ovvero è presente spesso una sostituzione chimica fra ioni con caratteristiche di dimensione simile e medesima carica che non modificano il rapporto fisso anioni/cationi; per esempio il minerale Olivina, importante costituente del Mantello terrestre, esiste nei suoi termini estremi Forsterite Mg2SiO4 e Fayalite Fe2SiO4 e in tutti i termini percentuali di Mg e Fe intermedi, così che la sua composizione chimica è indicata con (Mg, Fe)2SiO4 indicando la possibile sostituzione chimica fra i cationi Mg2+ e Fe2+ di stessa carica e dimensione simile.

I minerali possono formarsi principalmente nelle seguenti condizioni:
– dal raffreddamento di un magma, nelle rocce ignee
– precipitazione da soluzione acquosa, nelle rocce sedimentarie o nei depositi idrotermali
– per attività biologica (p.e. nella formazione di esoscheletri)
– in processi di erosione, diagenesi e metamorfismo
– per precipitazione da vapori, più raramente in alcuni casi di attività vulcaniche nei pressi della bocca eruttiva.

Per definizione tutti i minerali sono cristalli e la struttura cristallina dipende dal contesto nel quale si forma il minerale; infatti la temperatura influisce sulla “vibrazione” di un atomo e quindi sullo spazio a lui necessario per risiedere nella struttura cristallina mentre la pressione tende ad impacchettare gli atomi avvicinandoli. Minerali con la stessa composizione chimica ma struttura cristallina diversa sono chiamati polimorfi; per esempio:
– il composto Al2SiO5 (silicato di alluminio) ha tre diversi polimorfi: Cianite (stabile ad alte pressioni), Andalusite (stabile a basse pressioni) e Sillimanite (stabile ad alte temperature)
– il carbonio ha due polimorfi; la grafite (minerale tenero, stabile a basse pressioni e temperature) ed il diamante (la sostanza naturale più dura, stabile ad alte pressioni e temperature).

L’ossigeno (O) e il silicio (Si) sono i due elementi maggiormente presenti nella crosta terrestre con percentuali in peso rispettivamente del 46% e del 28% circa; l’ossigeno occupa addirittura un volume di oltre il 90% della crosta terrestre e attraverso sopratutto il gruppo dei silicati e altri composti chimici come ossidi, carbonati, solfati e idrossidi, è compreso nella stragrande maggioranza dei minerali che formano le rocce.

Il gruppo dei silicati rappresenta più del 90% dei minerali costituenti le rocce della crosta terrestre; questi minerali hanno struttura fondamentale rappresentata dalle svariate possibilità di unione dei gruppi tetraedrici (SiO4)4- formati da un atomo di silicio (più piccolo) al centro e quattro atomi di ossigeno (più grandi) ai vertici del tetraedro. Le molteplici combinazioni spaziali fra i tetraedri, che possono condividere da nessuno a 4 atomi di ossigeno, e la presenza di cationi interstiziali (di Fe, Mg, Al, Na, Ca, K, …) determinano diversi reticoli cristallini dai quali derivano le caratteristiche di ogni tipologia di silicato.

  • Nesosilicati. I tetraedri sono isolati ed interagiscono con cationi interstiziali; il denso impacchettamento atomico determina un alto peso specifico, durezza e sfaldatura pressochè assente. Esempi di Nesosilicati sono il gruppo dell’Olivina (Forsterite, Fayalite), il gruppo del Granato (Piropo, Almandino, ..), il gruppo Al2SiO5 (Andalusite, Sillimanite,Cianite, ..), lo Zircone.
  • Sorosilicati. Appartengono a questa categoria numerosi minerali (come il gruppo degli Epidoti); la struttura di questo minerale è caratterizzata da coppie di tetraedri che mettono in condivisione un atomo di ossigeno.
  • Ciclosilicati. sono silicati caratterizzati da una struttura ad anello formata dall’unione di 3, 4 o 6 tetraedri; l’associazione di 3 tetraedri è molto rara mentre l’associazione a 6 tetraedri è caratteristica dei minerali Tormalina e Berillo.
  • Inosilicati. i tetraedri formano lunghe catene singole (come nei Pirosseni) o doppie (come negli Anfiboli).
  • Fillosilicati. importante gruppo di silicati caratterizzato dall’aggregazione dei tetraedri a formare piani mettendo in condivisione 3 ossigeni; questi minerali risultano quindi formati da una struttura a strati che induce una buona/ottima sfaldabilità lungo i piani di tetraedri, uniti fra loro tramite deboli interazioni elettriche tramite cationi interstiziali; la maggior parte dei fillosilicati è idrato ovvero nella struttura è presente l’ossidrile (OH). A questo gruppo di silicati appartengono le miche (Muscovite, Biotite, ..), i minerali argillosi (Talco, Caolinite, ..), il gruppo dei Serpentino e della Clorite.
  • Tectosilicati. a questo gruppo (che annovera il 60% dei minerali della crosta terrestre) appartengono importantissimi minerali come i Feldspati, i Feldspatoidi e il Quarzo; questi silicati hanno una struttura formata da un’impalcatura tridimensionale di tetraedri che mettono in condivisione 4 atomi di ossigeno ed hanno proprietà come elevata durezza e difficile sfaldabilità.

I carbonati sono un gruppo di minerali caratterizzati dall’anione (CO3)2- come per esempio Calcite/Aragonite, Dolomite e Magnesite; si presentano come fragili e sfaldabili.

I solfati sono un gruppo di minerali fragili e teneri caratterizzati dall’anione (SO4)2- tra i quali il Gesso, l’Anidre, la Barite. Questi minerali sono noti come evaporiti in quanto si formano in seguito all’evaporazione dell’acqua in bacini non comunicanti col mare o con un apporto di acqua (per pioggia o fiumi) inferiore al tasso di evaporazione.

Gli alogenuri sono minerali in cui l’anione principale è un alogeno; sono idrosolubili e teneri, presenti in ambienti con forte evaporazione; esempi di questi minerali sono l’Halite (salgemma) e la Fluorite.

Gli ossidi sono composti semplici o multipli caratterizzati dall’anione O2- con uno o più elementi a formare minerali economicamente importanti per l’estrazione di alcuni materiali in essi contenuti come per esempio la Cuprite (rame), Ematite e Magnetite (ferro), Cassiterite (stagno). Gli idrossidi sono invece caratterizzati dalla presenza dell’anione (OH)- come nel minerale Bauxite, fonte principale per l’estrazione dell’alluminio.

I solfuri sono composti dello zolfo che si lega ad altri metalli e semimetalli originando minerali teneri e con elevato peso specifico come la Pirite (FeS2), la Galena (PbS).

I fosfati sono un gruppo di minerali caratterizzati dall’unità tetraedrica AO4, dove A può essere fosforo (F), Arsenico (As), Antimonio (Sb), Vanadio (V); il fosfato più comune è l’apatite con formula Ca5(PO4)3 (F, Cl, OH).

Gli elementi nativi sono minerali composti da un unico elemento puro e non legato ad altri elementi, come oro, argento, rame, zolfo, grafite, diamante.

I minerali si distinguono per alcune caratteristiche fisiche determinate dalla loro struttura (abito cristallino) e composizione chimica: peso specifico, durezza, lucentezza e diafanità, colore, striscio (traccia di un colore specifico lasciata da un minerale sfregato su una superficie abrasiva più dura), frattura e sfaldatura, magnetismo, radioattività, reazione agli acidi.

Gli elementi della Crosta Terrestre <– Torna a pagina