Struttura e classificazione dei minerali nella crosta terrestre

La crosta terrestre e i suoi elementi

I minerali e le rocce costituiscono la parte più esterna del nostro pianeta: la crosta terrestre. Gli elementi che sono maggiormente presenti nella crosta terrestre sono: ossigeno, silicio, alluminio, ferro, calcio, sodio, potassio, magnesio, titanio e idrogeno. Si distinguono due tipi di crosta: continentale e oceanica. La crosta continentale è costituita da rocce diverse e ha uno spessore maggiore, ma entrambe poggiano su uno strato di rocce più dense chiamato mantello. Le rocce sono agglomerati di minerali. Il minerale è un composto chimico solido che ha conformazione spaziale caratteristica e specifica degli atomi, detta struttura cristallina. In mineralogia, si definisce cristallo un corpo solido, naturale o artificiale, che si presenta con una forma esterna poliedrica, geometricamente definibile, delimitata da superfici piane (facce) disposte regolarmente. In natura si trovano soprattutto silicio, ossigeno, alluminio, sodio, calcio, ferro e magnesio. Sono presenti anche altri elementi, ma in quantità percentuali minori.

Quali sono le proprietà e la classificazione dei minerali?

Due importanti proprietà dei minerali sono:

1. polimorfismo: minerali con la stessa composizione chimica possono rappresentare un diverso abito cristallino, a seconda delle condizioni di pressione e temperatura del loro ambiente di formazione.

2. isomorfismo: fenomeno per cui minerali diversi per la composizione possono avere una struttura cristallina analoga  vicarianza: alcuni ioni possono sostituirne altri all’interno del reticolo cristallino a patto che abbiano dimensioni simili.

Altre caratteristiche fisiche dei minerali sono:

• colore

• durezza: resistenza all’abrasione e alla scalfitura.

• densità: massa per unità di superficie.

• lucentezza: grado in cui la luce è riflessa dal cristallo.

• sfaldatura: tendenza a rompersi, secondo superficie piane regolari di norma parallele alle facce del cristallo.

• Frattura: tendenza a rompersi, con fratture irregolari, scheggiose, uncinate o a curva.

• proprietà ottiche: importanti per lo studio e il riconoscimento del minerale.

• luminescenza: emissione di luce da parte del minerale se sollecitato da raggi UV.

I minerali si classificano in:

• silicati: contengono silicio.

• non silicati: non contengono silicio.

Silicati e la loro struttura

I silicati: I silicati sono i minerali più abbondanti sulla crosta terrestre.

Il silicio in chimica organica è l’elemento fondamentale e può costruire catene più o meno semplici, sottoforma di tetraedro. Nei silicati è presente il tetraedro silicio – ossigeno: al centro c’è lo ione silicio che si lega a 4 ioni ossigeno. L’ossigeno è fortemente elettronegativo e tende ad acquistare gli ioni del silicio che li perde  ne deriva uno ione poliatomico SiO4-.

Tipi di silicati e loro caratteristiche

Siccome lo ione silicato non è elettricamente neutro, il tetraedro può raggiungere la neutralità in tre modi:

• Legandosi unicamente a ioni metallici  nessuna condivisione di atomi di ossigeno.

• Legandosi in parte a ioni metallici e in parte mettendo in comune gli atomi di ossigeno con tetraedri adiacenti (caso più diffuso) il numero di atomi di ossigeno condivi aumenta e diminuisce quello degli ioni che entrano nella struttura del minerale.

• Mettendo in comune tutti gli atomi di ossigeno con i tetraedri adiacenti.

In base alla modalità con cui lo ione silicato raggiunge l’elettroneutralità si hanno:

• Tetraedro isolato: per compensare l’ossigeno c’è uno ione metallico (es. olivine).

• Coppie di tetraedri: un atomo di ossigeno è condiviso e ci sono anche ioni metallici. È formato da due tetraedri uniti per un vertice.

• Tetraedro ad anello: ogni tetraedro condivide due atomi di ossigeno con tetraedri adiacenti.

• Tetraedro a catena: tetraedri uniti tra loro a formare catene lineari indefinite. Questa disposizione può essere semplice o doppia. Se è semplice ogni tetraedro condivide due atomi di ossigeno con due tetraedri adiacenti (es. pirosseni), se è doppia i tetraedri condividono alternativamente due o tre atomi di ossigeno (es. anfiboli).

• Piani di tetraedri: un tetraedro condivide tre atomi di ossigeno con altrettanti tetraedri adiacenti a formare dei piani di esagoni (es. miche).

• Rete tridimensionale di tetraedri: i quattro atomi di ossigeno del tetraedro sono in comune con tetraedri vicini in modo che ogni atomo di ossigeno è legato a due atomi di silicio (es. feldspati). In questo modo si origina il quarzo. Quando l’alluminio sostituisce atomi di silicio all’interno dell’impalcatura tridimensionale si hanno gli alluminosilicati.

Gli ioni metallici sono: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Fe3+, Fe2+, Al3+.

I silicati inoltre si distinguono in:

• Femici: se sono presenti ferro e magnesio (olivina, pirosseni, anfiboli, mica).

• Sialici: se sono presenti silicio e alluminio (feldspati,quarzo).

Non silicati e loro categorie

I NON SILICATI:

i minerali non silicati sono quelli dove non compare il tetraedro silicio – ossigeno. Ci sono sei tipi principali di non silicati:

• Elementi nativi

• Solfuri

• Aloidi

• Ossidi e idrossidi

• Carbonati: tra cui la dolomite CaMg(CO3)2

• Solfati: tra cui il gesso CaSO4 x 2H2O --> è un idrato.