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I minerali e le rocce

I minerali sono raggruppabili in diverse famiglie a seconda della loro composizione chimica; si dividono in silicati, contenenti ossigeno e silicio, e non silicati.
I minerali sono definiti da precise formule chimiche e in natura si trovano con abito cristallino, cioè con forma geometrica riconoscibile, e abito amorfo, in cui non è riconoscibile una forma geometrica. Essi si trovano per lo più aggregati tra loro a formare le rocce.

I cristalli
I corpi allo stato solido risultano molto compatti e con forti legami che tengono unite le particelle. Esistono solidi cristallini caratterizzati da:
- Forma geometrica;
- Anisotropia (le loro proprietà fisiche variano a seconda della direzione);

- Punto di fusione ben definito per ogni sostanza.
I solidi amorfi invece sono:
- Isotropi (le loro proprietà fisiche rimangono uguali);
- Con struttura interna disordinata.
I minerali si formano a partire da sostanze fuse che si raffreddano o da soluzioni sature i cui composti precipitano in funzione della loro solubilità. Se una massa fusa si raffredda lentamente, si viene a creare una forma geometrica precisa detta reticolo cristallino. Viceversa se il raffreddamento è rapido, si crea un corpo informe e disordinato. Le particelle che creano un cristallo possono essere ioni, atomi o molecole. La loro disposizione ordinata crea dei filari, che uniti insieme formano il piano reticolare. Più piani formano il reticolo cristallino. La struttura dei cristalli è studiata dalla cristallografia che studia i cristalli ideali sulla base dei quali si possono ricondurre quelli reali. I cristalli reali sono generalmente imperfetti geometricamente, ma si possono comunque classificare a secondo della forma.
I cristalli si possono classificare in quattro gruppi:
- cristalli ionici, formati da ioni positivi e ioni negativi tenuti insieme da forza elettrostatica. Gli ioni tendono ad aggregarsi strettamente in modo da formare una struttura compatta. Sono cristalli ionici il cloruro di sodio, la fluorite e il corindone.
- cristalli covalenti, costituiti da atomi uniti da legami covalenti, a formare un’unica molecola gigante molto stabile. Sono cristalli covalenti il quarzo, il diamante e la grafite.
- cristalli molecolari, che hanno come componenti le molecole legate fra loro da legami di Van der Waals o ponti di idrogeno. Un cristallo molecolare è il ghiaccio.
- cristalli metallici, caratterizzati da atomi identici tra loro, uniti in modo compatto per dare tre tipi di strutture: esagonale, cubica a facce centrate e cubica a corpo centrato.
I quattro tipi di cristalli descritti presentano diverse caratteristiche: i cristalli ionici e covalenti sono ad alto punto di fusione; i cristalli ionici sono più densi di quelli covalenti. I cristalli metallici conducono corrente elettrica e i covalenti no, mentre quelli ionici la conducono soltanto se fusi o in soluzione acquosa.
Le caratteristiche fisiche:
- colore: il colore è dovuto alla riflessione della luce sulle superfici esposte del cristallo. Può essere una proprietà della sostanza pura o di impurezze del cristallo. I composti incolori sono generalmente ionici. I composti colorati contengono di solito elementi di transizione come il ferro e il cromo, che sono in grado di assorbire determinate lunghezze d’onda della luce. Poiché il colore del minerale solido non è sempre affidabile, si ricorre al colore della polvere cioè al colore lasciato dal minerale su una tavoletta di porcellana ruvida. Se il colore della polvere coincide con quello del minerale si parlerà di minerali idiocromatici, se il colore è diverso si parla di minerali allorcomatici.
- lucentezza, sapore e denisità: il modo in cui un minerale riflette la luce gli conferisce più o meno lucentezza, che dipende dall’indice di rifrazione del cristallo rispetto all’aria circostante. I minerali contenenti legami covalenti hanno maggiore lucentezza, mentre quelli con legami ionici hanno una lucentezza minore. Possono essere strumenti utili per il riconoscimento di un minerale anche il tatto e il sapore. La densità relativa è invece il rapporto tra la massa di un campione di minerale e un ugual volume di acqua distillata a 4°C. la densità si misura agganciando un minerale sotto uno dei due piatti di una bilancia ed effettuando due pesate: la prima al minerale, la seconda al volume dell’acqua distillata spostata dal minerale stesso.
- durezza: la durezza viene valutata utilizzando la scala di Mohs, che individua 10 gradi corrispondenti a 10 minerali. La durezza dipende dalla forza dei legami chimici presenti nel cristallo. Il cristallo più duro in assoluto è il diamante, il più tenero è il talco. La scala di Mohs non è composta però da scalini equivalenti. La differenza di durezza tra diamante e corindone è infatti maggiore di quella che c’è tra talco e gesso.
- tenacità e sfaldabilità: la tenacità è la resistenza opposta dal cristallo a una sollecitazione meccanica. Un minerale è fragile se la polvere provocata dalla lama salta via facilmente; è tenero se la polvere si deposita ai lati della lama; è settile se non origina polvere. I minerali duttili sono riducibili a fili, quelli malleabili in lamine. Alcuni minerali sono flessibili ed elastici (si piegano senza rompersi e tornano alla forma originale) o solo flessibili.
- temperatura di fusione: ogni minerale ha la propria temperatura di fusione. La scala Kobell riporta una serie di minerali in ordine crescente di punto di fusione, partendo dalla stibina fino al quarzo. La temperatura di fusione è direttamente proporzionale ai legami che tengono insieme il cristallo.
- altre proprietà: esistono inoltre altre proprietà come la fluorescenza o fosforescenza, la radioattività, le proprietà ottiche (birifrangenza e potere rotatorio specifico), e le proprietà magnetiche.

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