Mineralogia

Metastabilità

Un esempio tipico è quello di QUARZO ALFA e QUARZO BETA, e ne vediamo il diagramma PRESSIONE/TEMPERATURA. Quindi QUARZO ALFA e BETA sono relativi a due POLIMORFI di tipo DISTORSIVO. In condizioni AMBIENTALI, sulla SUPERFICIE TERRESTRE, abbiamo QUARZO ALFA.

1. POLIMORFISMO RICOSTRUTTIVO: Qui la STRUTTURA viene completamente DISTRUTTA e RICOSTRUITA da capo. Avrò quindi bisogno di un'ENERGIA di ATTIVAZIONE molto ELEVATA, e quindi NON avrò un processo di REVERSIBILITÀ, a meno che non sia in TEMPI GEOLOGICI.
2. Se io rimango in SUPERFICIE e ho realizzato COESITE, perché è andata ad ALTA PRESSIONE, questa poi rimane COESITE, perché NON ha ENERGIA SUFFICIENTE per attivare la TRASFORMAZIONE. In questo caso quindi la METASTABILITÀ è estremamente COMUNE.
3. Quindi rimanendo sempre nel diagramma di PRESSIONE/TEMPERATURA della SILICE, abbiamo le strutture che si formano ad ALTA PRESSIONE, ovvero COESITE e poi STISHOVITE.

POLIMORFISMO A STRATI O POLITIPISMO → Esso è tipico dei MINERALI con una STRUTTURA A STRATI, come i FILLOSILICATI, dove abbiamo dei FOGLI di TETRAEDRI. Nel CRISTALLO, che è TRIDIMENSIONALE, si deve immaginare la SOVRAPPOSIZIONE dei vari FOGLIETTI. Questi possono essere sovrapposti sempre con lo STESSO VETTORE di IMPILAMENTO, oppure possono essere impilati un po' TRASLATI, oppure possono essere impilati con un VETTORE di IMPILAMENTO sempre INCLINATO, o ancora posso impilarli come voglio, realizzando delle STRUTTURE DISORDINATE, e questo si chiama POLITIPISMO.

4) POLIMORFISMO CON CAMBIAMENTO DEL TIPO DI LEGAME → Questo è un SOTTOTIPO del POLIMORFISMO RICOSTRUTTIVO. L'esempio più famoso è quello delle FASI del CARBONIO, ovvero GRAFITE (sotto a sinistra) e DIAMANTE (sopra a sinistra).

5) POLIMORFISMO ORDINE-DISORDINE → Un esempio è quello del FELDSPATO POTASSICO, dove Al e Si stanno in COORDINAZIONE TETRAEDRICA, mentre il K, essendo "grosso".

sta nelle grandi CAVITA' deiFELDSPATI, in COORDINAZIONE 8 o 12

Ciò che si ORDINA e DISORDINA è la POSIZIONE di Al e Si nelTETRAEDRO!!!

Se io ho il POLIMORFO completamente ORDINATO, la CELLETTA ACCANTOsarà esattamente IDENTICA, con l'Al sempre in BASSO a DESTRA  E quindiquella CELLA, con quell'ORDINAMENTO, si RIPRODUCE, in manieraPERIODICA e ORDINATA, in TUTTA la STRUTTURA del FELDSPATOPOTASSICO

Posso anche avere una situazione di ORDINE PARZIALE, dove nella CELLAACCANTO ho sempre 3 Si e 1 Al, ma l'ALLUMINIO questa volta si èposizionato in una POSIZIONE DIVERSA rispetto alla CELLA PRECEDENTE

Si arriva poi alla situazione COMPLETAMENTE DISORDINATA  Nelle varieCELLE potrei avere 3 CELLE con SOLO SILICIO e 1 con 4 ALLUMINI, oppure2 e 2

Questi diversi GRADI DI ORDINE del Si e dell'Al nel TETRAEDRO, generano 3POLIMORFI DIVERSI per il FELDSPATO POTASSICO, che prendono anche 3NOMI diversi:

MICROCLINO

SANIDINO

ORTOCLASIO•

1) ISOMORFISMO di PRIMA SPECIE → Un esempio è quello delle OLIVINE&farr; Si chiama così perché viene COINVOLTA una SOLA COPPIA di IONI, enel caso dell’OLIVINA è una SOLA COPPIA diCATIONI (FERRO e MAGNESIO), che hanno la STESSA CARICA (2+) eRAGGI IONICI SIMILICi sono però anche altri ESEMPI, come la RODOCROESITE, e laSIDERITE&farr; Nel caso di questiCARBONATI, MANGANESE e FERRO sono completamente MISCIBILI ehanno un ISOMORFISMO di PRIMA SPECIE

2) ISOMORFISMO di SECONDA SPECIE →Si chiama così perchéCOINVOLGE DUE COPPIE di IONI, come nel caso dei PLAGIOCLASI,ovvero dell’ALBITE e dell’ANORTITENa e Ca hanno RAGGIO IONICO SIMILE, ma hanno CARICA DIVERSA →Quindi quindi far VICARIARE anche un’ALTRA COPPIA di CATIONI →E l’altraCOPPIA è formata da SILICIO e ALLUMINIOCi sono poi fenomeni di ISOMORFISMO che coinvolgono SIA ANIONI cheCATIONIcontemporaneamente, come per esempio il caso della

SELLAITE e del RUTILO → Qui si possono SCAMBIARE liberamente sia i CATIONI che gli ANIONI, ovviamente sempre RISPETTANDO l'EQUILIBRIO delle CARICHE

In altri casi si possono avere fenomeni di ISOMORFISMO che possono coinvolgere delle "VACANZE" o dei SITI INTERSTIZIALI

Una "VACANZA" sarebbe una MANCANZA nella STRUTTURA CRISTALLINA → Quindi per esempio ho sodio-cloro-sodio-cloro-BUCO-cloro, e quindi ho la MANCANZA di una CARICA POSITIVA

Un SITO INTERSTIZIALE è invece l'OPPOSTO, e quindi sodio-cloro-sodio-cloro-CLORO-cloro, e quindi c'è un CLORO in più

CRISTALLOFISICA

Le PROPRIETA' MISURABILI si dividono tra:

PROPRIETA' INVARIANTI → Vuol dire che la MISURA che si fa è sempre la STESSA, a prescindere dall'ORIENTAZIONE del mio CAMPIONE → Queste sono quindi delle GRANDEZZE SCALARI, che sono espresse con un NUMERO ma SENZA una DIREZIONE

PROPRIETA' VARIANTI → In questo caso la MISURA VARIA in

funzione dell'ORIENTAZIONE → Per descrivere questa MISURA ho quindi bisogno di una GRANDEZZA VETTORIALE, che ha un NUMERO, ma associato ha anche una DIREZIONE

Se io volessi rappresentare le PROPRIETA' con delle SUPERFICI AUSILIARIE, io posso rappresentare un MATERIALE che ha comportamento ISOTROPO con una SFERA!!

Io ho quindi INFINITE DIREZIONI, individuate dagli INFINITI VETTORI che delimitano questa SFERA, e il MODULO è sempre lo STESSO

Viceversa, se CAMBIA, il SOLIDO GEOMETRICO che mi descrive la PROPRIETA' FISICA, è un ELLISSOIDE → Quindi in funzione di COME GIRO il CRISTALLO, otterrò per quella PROPRIETA' FISICA delle MISURE DIVERSE

25/03/2022 CRISTALLOFISICA

Le PROPRIETA' FISICHE dei CRISTALLI riguardano PESO, DUREZZA, SFALDATURA, COLORE etc

Per quanto riguarda invece le INTERAZIONI ELETTROMAGNETICHE e la STRUTTURA CRISTALLINA, si parlerà di STRUMENTAZIONI ANALITICHE che sono fondamentali per lo STUDIO dei MINERALI e delle loro

COMPOSIZIONE CHIMICA e STRUTTURA CRISTALLINA

Dal punto di vista delle PROPRIETA' FISICHE, ce n'è qualcuna che può essere MISURATA, come il PESO di un MINERALE, o la DENSITA' o l'INDICE DI RIFRAZIONE. Altri invece sono caratteri che io posso descrivere SOLO in maniera QUALITATIVA, come l'ABITO di un CRISTALLO.

Delle PROPRIETA' MISURABILI poi, alcune sono INVARIANTI, il che vuol dire che NON VARIANO in funzione dell'ORIENTAZIONE del CAMPIONE, come appunto nel caso del PESO. Questa PROPRIETA' è quindi rappresentata con una GRANDEZZA SCALARE, un NUMERO, perché NON mi interessa conoscere la DIREZIONE, e si dice che il MINERALE ha un COMPORTAMENTO ISOTROPO per quella GRANDEZZA FISICA.

Viceversa ci sono delle PROPRIETA' che VARIANO con la DIREZIONE. Infatti se io misuro l'INDICE DI RIFRAZIONE di un CRISTALLO in una certa DIREZIONE ottengo un VALORE, e in un'altra DIREZIONE ottengo un ALTRO VALORE.

Questo caso quindi per rappresentarla avrò bisogno di una GRANDEZZA VETTORIALE che mi darà un MODULO, un NUMERO, ma che mi dice anche una DIREZIONE

RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DI PROPRIETÀ ISOTROPE ED ANISOTROPE

Queste vengono chiamate SUPERFICI AUSILIARIE → Esse aiutano a capire come VARIA una PROPRIETÀ FISICA all'interno dei vari MATERIALI (non solo minerali) → È chiaro che se una PROPRIETÀ FISICA rimane COSTANTE come VALORE, come MODULO, in tutte le DIREZIONI, la SUPERFICIE AUSILIARIA che rappresenta quella PROPRIETÀ, è una SFERA, perché in tutte le DIREZIONI avrò sempre lo STESSO MODULO, ovvero il RAGGIO della SFERA, e sempre lo STESSO NUMERO

Per tutti gli altri MATERIALI che hanno un COMPORTAMENTO FISICAMENTE ANISOTROPO, la SUPERFICIE che rappresenta la PROPRIETÀ è un ELLISSOIDE, a 2 o 3 ASSI → Quindi se poi misuro l'INDICE DI RIFRAZIONE in ORIENTAZIONI DIVERSE, otterrò VALORI DIVERSI, fino

al MASSIMO che è 10, nella direzione del VETTORE ROSSO

La DENSITÀ è la MASSA sul VOLUME, che si misura quindi in GRAMMI su CENTIMETRO CUBICO, mentre il PESO SPECIFICO mi indica la DENSITÀ del MATERIALE rispetto alla DENSITÀ dell'ACQUA, e quindi diventa un NUMERO SENZA UNITÀ di MISURA

Ma da cosa dipende la DENSITÀ di un MINERALE?

Essa dipende sia dalla STRUTTURA CRISTALLINA, che dalla COMPOSIZIONE CHIMICA - Nell'immagine si vedono per esempio 2 CARBONATI e 2 SILICATI che hanno esattamente la STESSA STRUTTURA CRISTALLINA, ma CAMBIA la COMPOSIZIONE CHIMICA - FORSTERITE e FAYALITE per esempio sono ISOMORFI (proprio perché hanno stessa struttura cristallina ma diversa composizione chimica), e sono 2 OLIVINE

Stessa cosa per i 2 CARBONATI che sono ARAGONITE e CERUSSITE, dove il fatto di avere CALCIO o PIOMBO va ovviamente ad INFLUIRE sulla DENSITÀ e sul PESO SPECIFICO

Questo è possibile, perché sono possibili tutti

i TERMINI INTERMEDI tra 3,3 e 4,4 perché sono possibili tutte le COMPOSIZIONI INTERMEDIE tra quelle di PUROFERRO e quelle di PURO MAGNESIO

Più sotto abbiamo invece un esempio di POLIMORFISMO, con MINERALI che hanno la STESSA COMPOSIZIONE CHIMICA ma con DIVERSA STRUTTURA CRISTALLINA, come per DIAMANTE e GRAFITE

Come faccio a MISURARE la DENSITÀ dei MINERALI o di qualsiasi MATERIALE?

La TECNICA più usata è il PICNOMETRO, anche se una PRIMA TECNICA era quella dei LIQUIDI PESANTI, che poi è stata BANDITA perché utilizzava dei LIQUIDI ad ELEVATA DENSITÀ che erano anche TOSSICI e che quindi comportava RISCHI.

Però il principio era banale, perché bastava un BARATTOLO di VETRO con un LIQUIDO PESANTE di cui CONOSCEVI la DENSITÀ, e ci si metteva il CRISTALLO e si vedeva se GALLEGGIAVA o se andava a FONDO. Se GALLEGGIAVA voleva dire che ovviamente aveva una DENSITÀ MINORE rispetto al LIQUIDO, e quindi si AGGIUNGEVANO

qualcosa al LIQUIDO che fosse più LEGGERO, fino a che il CRISTALLO rimaneva nel cosiddetto EQUILIBRIO DIFFERENTE, e NON andava né a GALLEGGIARE né a FONDO

A questo punto, sapendo QUANTO avevi AGGIUNTO, potevi arrivare a capire la DENSITÀ del CRISTALLO

Una MASSA NON è DIFFICILE da MISURARE, perché basta una BILANCIA, ma se io ho un CRISTALLO e ne devo misurare il VOLUME in maniera ACCURATA, soprattutto se è IRREGOLARE, è ben più DIFFICILE

NON c'è uno STRUMENTO come la bilancia

Si usano quindi il PICNOMETRO e la BILANCIA DI WESTPHAL

Il PICNOMETRO vanno fatte 3 MISURE:

- Prima si misura su una BILANCIA il PICNOMETRO (che è una BOTTIGLIA)