Minerali, rocce e magmi - dentrolamateria.files.wordpress.com · Sabbia: aggregato di più minerali...
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O
Si
Al
Ca
altriKNa
Mg
Fe
% in pesocrosta mantello terra
O 47 46 29.3Si 27.2 21 14.7Al 8.0 1.2Fe 5.8 6.3 34.8Ca 5.1 2.53 1.4Mg 2.8 23 11.3Na 2.3K 1.7
altri <1 <1 <7
% peso % atomica raggio ionico % volumeO 46.60 62.55 1.40 93.8Si 27.72 21.22 0.42 0.9Al 8.13 6.47 0.51 0.5Fe 5.00 1.92 0.74 0.4Ca 3.63 1.94 0.99 1.0Na 2.83 2.64 0.97 1.3K 2.59 1.42 1.33 1.8Mg 2.09 1.84 0.66 0.3
totale 98.59 100.00 100.00
La costituzione della Terra e dalla sua composizione
La composizione della crosta terrestre, su cui viviamo.
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composizione della crosta terrestre
• ossigeno: 46,6%;
• silicio: 27,7%;
• alluminio: 8,1%;
• ferro: 5,0%;
• calcio: 3,6%; sodio: 2,8%; potassio: 2,6%; magnesio: 2,1%
costituiscono quasi il 99% e sono detti elementi maggiori.
• Fosforo, titanio, e manganese 1% e 0,1% elementi minori.
• Gli altri elementi (inferiori allo 0,1%) sono detti elementi in traccia.
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I minerali
Composizione chimica costante
Forma e caratteristiche fisiche specifiche
Generalmente sostanze inorganiche e solide
Sostanze naturali
Metallo grezzo
I minerali sono
Minerale Latino medievale mineralis Parola gallica meìina
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ROCCIAROCCIAAggregato naturale di uno o più minerali
FeldspatiFeldspati
QuarzoQuarzo
BiotiteBiotite
Granito = roccia Granito = roccia ignea intrusiva ignea intrusiva composta composta essenzialmente da:essenzialmente da:
Minerali di tipo diverso (es. Minerali di tipo diverso (es. granito, basalto)granito, basalto)
roccia polimineralicaroccia polimineralica
Un solo tipo di minerale (es. Un solo tipo di minerale (es. travertino, dunite)travertino, dunite)
roccia monomineralicaroccia monomineralica
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Ma quali caratteristiche ha un minerale?Ma quali caratteristiche ha un minerale?
•Materiale naturaleMateriale naturale•Composto inorganicoComposto inorganico•Specifica composizione chimicaSpecifica composizione chimica•Struttura cristallina definitaStruttura cristallina definita•Proprietà fisiche ben definiteProprietà fisiche ben definite
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Struttura cristallina
Un cristallo è una formazione minerale solida che ha una disposizione periodica e ordinata di atomi ai vertici di una che si chiama reticolo cristallino; la presenza del reticolo conferisce al cristallo una forma geometrica definita.
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Esistono circa 3000 tipi di minerali ….da qui la necessità di classificarli … ma come?
Durezza
Proprietà fisiche
Struttura cristallina
Densità
Proprietà magnetiche
Lucentezza Colore
Sfaldatura
Proprietà fisiche dei minerali
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Durezza
Definizione: resistenza che oppone quando viene scalfitoOgni minerale scalfisce quello che lo precede e viene scalfito da quello che lo segue
Particolarità:
Diamante e grafite stessa composizione chimica ma con classi di durezza diverse: -grafite primo o secondo grado;-diamante decimo grado.
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Sfaldatura
La sfaldatura è la tendenza dei minerali a rompersi parallelamente a piani di atomi.
Numerosi minerali (come il quarzo e l'opale) non si sfaldano ma si spezzano irregolarmente: le fratture si distinguono in piane, disuguali, concoidi, ruvide.
Diamante Grafite
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Lucentezza
indica il modo di riflettere la luce. La lucentezza dipende dal rapporto tra la quantità di luce che viene riflessa e quella che viene rifratta ed assorbita;.
Metallica Adamantina Vitrea IMPORTANZALa lucentezza é un parametro commercialmente importante, la più apprezzata é senz‘altro quella adamantina, tipo di lucentezza che rende spessoindimenticabile un minerale o una gemma
salgemma
Salgemma NaCl
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Densità
densità da 1 a 2 : minerali leggeri
densità da 2 a 4 : minerali medi
densità da 4 a 6 : minerali pesanti
densità superiore a 6 : minerali molto pesanti
Peso di un ugual volume di acqua
Peso del minerale
Densità
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Struttura cristallina
ordinata
disordinata
Reticolo cristallino
Minerale cristallino
Disposizione atomi e
molecole
Minerale amorfo
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Trasparenza
Trasparente Traslucido Opaco
Non consente una visione nitida dell’oggetto
Trasmette la luce diffondendola ma non è trasparente
Gesso
trasmette luce ed attraverso il quale è possibile osservare un oggetto.
Quarzo Impermeabile alla luce
La maggior parte dei minerali metallici è opaca
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Colore
incolori: assorbono tutte le radiazioni
Colorati: assumono il colore delle lunghezze d’onda che riflettono
La colorazione non sempre può essere utilizzata per il riconoscimento di un minerale
Minerali allocromatici Minerali idiocromatici
Il colore dipende esclusivamente dalla sua composizione chimica. Sono quindi dotati di colore proprio
dipende dalla presenza di impurità. difetti strutturali nel reticolo (centri di colore)
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CLASSIFICAZIONE dei minerali
(l'elenco comprende solo i minerali che più frequentemente sono presenti nelle rocce):
ELEMENTI: Cu, Ag, Au, C (diamante, grafite)
OSSIDI: quarzo SiO2, bauxite (Al2O3. 3H2O) ematite Fe2O3
e magnetite
CARBONATI: calcite CaCO3 , dolomite Ca, Mg (CO3)2
SOLFATI: gesso CaSO4 . 2 H2O
FOSFATI: apatite (fosfato di Ca e altri elementi)
SOLFURI: pirite FeS2
ALOIDI o Alogenuri: salgemma NaCl fluorite CaF2
SILICATI: silicio, ossigeno e metalli e sono caratterizzati dalla presenza di tetraedri ("piramidi" a base triangolare con quattro facce eguali tra loro) corrispondenti al gruppo (SiO4)4- .
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• Una caratteristica essenziale dei minerali è la loro struttura cristallina. Una caratteristica essenziale dei minerali è la loro struttura cristallina. • Il termine Cristallo non indica qualcosa di grande o necessariamente bello Il termine Cristallo non indica qualcosa di grande o necessariamente bello
esteticamente.esteticamente.• Il vetro non è un minerale perchè: non ha nè strutture cristalline nè specifiche Il vetro non è un minerale perchè: non ha nè strutture cristalline nè specifiche
composizioni chimiche.composizioni chimiche.
Quando e perchè si formano i minerali?Quando e perchè si formano i minerali?
•Cristallizzazione per raffreddamentoCristallizzazione per raffreddamento•Precipitazione a basse temperaturePrecipitazione a basse temperature•Ricristallizzazione (allo stato solido)Ricristallizzazione (allo stato solido)
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Definizione di roccia. ProblemiDefinizione di roccia. Problemi
1) 1) Nella definizione di roccia si prescinde dalle caratteristiche meccaniche della Nella definizione di roccia si prescinde dalle caratteristiche meccaniche della sostanza (ossia se il materiale che stiamo considerando è coerente o incoerente sostanza (ossia se il materiale che stiamo considerando è coerente o incoerente meccanicamente):meccanicamente):
Sabbia: aggregato di più minerali (quindi roccia)Sabbia: aggregato di più minerali (quindi roccia) Arenaria: aggregato di più minerali (quindi roccia)Arenaria: aggregato di più minerali (quindi roccia)2) 2) Ci sono rocce composte interamente da vetro (ossidiane). Ma allora non Ci sono rocce composte interamente da vetro (ossidiane). Ma allora non
sono rocce! (aggregato di più minerali). Per questo paradosso si parla sono rocce! (aggregato di più minerali). Per questo paradosso si parla anche di mineraloidi.anche di mineraloidi.
3)3) Ci sono rocce composte anche da materiale organico (carboni opp. rocce Ci sono rocce composte anche da materiale organico (carboni opp. rocce sedimentarie con fossili). Ma allora non sono rocce! (minerale = sostanza sedimentarie con fossili). Ma allora non sono rocce! (minerale = sostanza non organica). Per questo paradosso si parla anche di mineraloidi.non organica). Per questo paradosso si parla anche di mineraloidi.
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Elementi nativiMinerali formati da un solo elemento:
Rame OroPlatino
Zolfo
Argento
Usi:Gioielli
fotografia
Usi:FiammiferiPesticidiVernici
Usi:GioielliOrtodonzia
Usi:Leghe con ZnLeghe con SnFili elettrici
Ottone
Bronzo
Zolfo
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Solfuri
Elemento metallico + Zolfo
Galena Piombo + Zolfo Il nome deriva dal greco γαλήνη = mare calmo. Descritto per la prima volta da Plinio il Vecchio come minerale di piombo.
Estrazione piombo
Blenda Zinco+Zolfo
Estrazione dello zinco
Cinabro
CinabroMercurio+ Zolfo
Si può utilizzare nell'affresco, tempera, olio ed acquerello.
PiriteFerro + Zolfo
Produzione ferro ed acido solforico
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Alogenuri
Cloro o Fluoro + altro elemento
Fluorite Calcio + Fluoro
Usata per:-produzione acido fluoridrico;-produzione alluminio;-fabbricazione lenti e prismi.
SalgemmaCloro + Sodio
il sale è indispensabile all‘ uomo. Per questo già nella preistoria il commercio del sale aveva un'enorme importanza; fu menzionato in molte opere greche e latine, gli furono dedicate strade (la Salaria era una importante via per il commercio).
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Ossidi
Ossigeno + elemento metallico
Ematite Ossido di ferro
Estrazione del ferro
Altri ossidi utili:
Bauxite Allumiinio Lattine
Stagno SaldatureCassiterite
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Carbonati
Carbonio + Ossigeno + elemento metallico
CO3
Calcite Aragonite
Porzione calcarea degli scheletri e delle conchiglie di alcuni organismi
Produzione calce Componente di cementi
Dolomite
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Solfati
Zolfo + Ossigeno
SO4
+ Elemento metallico
Gesso Solfato di calcio Ca[SO4] 2H2O
Usi medicina
calchi statue
impronte Gessetti da
lavagna
BariteSolfato di bario Ba[SO4]
Usi Produzione zavorre per lavatrici, gru
Produzione calcestruzzo pesante Produzione di colori
Fuochi d’artificio
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Silicati che costituiscono le rocce
Silicati che costituiscono le rocce
•quarzoquarzo•feldspatifeldspati
•mica (e argille)mica (e argille)•anfibolianfiboli
•pirossenipirosseni•olivineolivine
•granatigranati
I minerali che costituiscono più del 95% della I minerali che costituiscono più del 95% della crosta sono silicati. crosta sono silicati. Per questo motivo, i silicati sono i minerali più Per questo motivo, i silicati sono i minerali più importanti. I più diffusi di questi sono:importanti. I più diffusi di questi sono:
Tra i non-silicati, i minerali più Tra i non-silicati, i minerali più abbondanti sulla superficie abbondanti sulla superficie terrestre sono i carbonatiterrestre sono i carbonati
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Silicati
sono una classe di minerali composti prevalentemente da ossigeno e silicio; in particolare, la formula chimica di base comune a tutti è SiO4.
A livello geometrico, questi atomi sono disposti in modo da formare un tetraedro (al centro vi è l'atomo di silicio, ai quattro vertici gli atomi di ossigeno)
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Il numero di ossidazione del silicio pari a +4, e quello dell'ossigeno a -2, ne risulta che complessivamente ogni tetraedro presenterà un eccesso di carica negativa (precisamente una carica di -4) che tende a distribuirsi sui quattro atomi di ossigeno: da ciò la presenza (più o meno elevata a seconda del tipo di silicato) di cationi metallici, attratti dall'anione tetraedrico.
Questi metalli sono solitamente ferro, magnesio, potassio, sodio e calcio, ed hanno una funzione fondamentale nel legare tra loro le diverse strutture silicatiche complesse formate dai tetraedri.
SilicatiSilicati
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I gruppi SiO4 sono isolati; gli ossigeni ai vertici dei tetraedri sono legati esclusivamente a metalli diversi dal silicio. Ogni tetraedro è collegato agli altri non direttamente, ma da atomi (prevalentemente Fe ed Al) che fanno da ponte fra i vertici dei tetraedri stessi.
Sono minerali nel cui reticolo cristallino vi è molto spazio per i metalli (il più basso rapporto SiO4/metalli) per i quali, non essendovi atomi di ossigeno in comune fra i tetraedri, vale il rapporto
numerico Si:O = 1:4.
NesosilicatiNesosilicati
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Nesosilicati
I tetraedri isolati sono collegati da cationi come Mg2+, Fe2+ o Al3+)
Un esempio è l’olivina (Mg,Fe)2SiO4
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Gli inosilicati (dal greco INOS, fibra) sono silicati in cui i tetraedri si uniscono per formare catene singole o doppie,(rarissime sono le catene triple) la cui rispettiva formula chimica è Si2O6 e Si4O11.
Agli inosilicati appartengono due importanti costituenti delle rocce i pirosseni (a catena singola) e gli anfiboli (a catena doppia).
InososilicatiInososilicati
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Pirosseni
formula chimica schematizzabile in XYZ2O6 , dove:
X e Y rappresentano cationi metallici come Na+, Ca2+, Fe2+, Mg2+ e Li+
Z rappresenta Si4+ e Al3+ nei siti tetraedrici delle catene.
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si presentano sotto forma di fibre più o meno lineari, relativamente flessibili, avvolte in masserelle
La composizione può essere espressa dalla formula generale W0-
1X2Y5Z8O22(OH,F)2,
dove
W indica Na e K,
X indica Ca, Na, Mn, Fe, Mg, Li,
Y indica Mn, Fe, Mg, Al, Ti,
Z indica Si e Al.
La struttura degli anfiboli si basa su di una catena doppia Si4O12
AnfiboliAnfiboli
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I fillosilicati (dal greco phyllon, foglia) sono silicati caratterizzati da una struttura a strati a simmetria tetraedrica e ogni tetraedro tende a legarsi con altri tre tramite degli ossigeni ponte. La formula chimica è Si2O5.
Generalmente sono teneri, con basso peso specifico e le lamelle di sfaldatura possono essere flessibili o elastiche. La maggior parte dei fillosilicati contengono ossidrili (OH), posizionati all'interno degli anelli esagonali di tetraedri. Esempi di fillosilicati sono muscovite e biotite che appartengono ai minerali denominati miche
FillosilicatiFillosilicati
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FillosilicatiFillosilicatile argille sono principalmente composte da fillosilicati: la loro formula chimica generale è:Al2.2SiO2.2H2O
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I tectosilicati (o tettosilicati, dal greco tecton, costruttore) sono silicati caratterizzati da una struttura di tetraedri uniti in gruppi di quattro ove due tetraedri sono orientati verso il basso e due verso l'alto, formando la caratteristica struttura definita a doppio collo d'oca, ogni tetraedro condivide 3 dei 4 ossigeni presenti nel monomero base dei silicati
La formula chimica è SiO2. I tectosilicati costituiscono circa il 64% della crosta terrestre.
TectosilicatiTectosilicati