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:
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.
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.