Riassunto esame mineralogia, prof. Langella, libro consigliato Mineralogia, Klein

Blenda ZnS Pirite FeS 2

Calcopirite CuFeS Marcasite FeS

2 2

Pirrotina Fe S Molibdenite MoS

1-x 2

Niccolite NiAs Cobaltite (Co,Fe)AsS

Millerite NiS Arsenopirite FeAsS

Pentlandite (Fe,Ni) S Skutterudite (Co,Ni)As

9 8 3

Covellina CuS

I solfuri hanno un’importanza particolare anche dal punto di vista economico poiché da minerali di

questo tipo si estraggono molti dei metalli di uso più comune. I solfuri possono avere:

• Genesi liquido – magmatica; ha luogo a temperatura molto elevata (~ 600°C) quando da un

magma si segrega allo stato liquido una massa di solfuri (a volte insieme a metalli nativi).

• Genesi pneumatolica; processo non comune nella formazione di solfuri.

• Genesi idrotermale; processo comune nella formazione di solfuri.

• Genesi sedimentaria.

In corrispondenza degli affioramenti dei giacimenti a solfuri si hanno spesso fenomeni di

alterazione, dissoluzione e riprecipitazione piuttosto vistosi.

Alogenuri. - -

La classe degli alogenuri è caratterizzata dalla dominanza degli ioni alogeni elettronegativi Cl , Br ,

- -

F e I . Questi ioni sono grandi, hanno una carica di (-19 e si polarizzano facilmente. Quando si

combinano con cationi relativamente grandi, debolmente polarizzati e di bassa valenza, sia cationi

che anioni si comportano come corpi sferici quasi perfetti. L’impaccamento di queste unità sferiche

porta alla formazione di strutture che hanno le simmetrie più elevate fra tutti i minerali. Poiché le

deboli cariche elettrostatiche sono disperse su tutta la superficie di ioni quasi sferici gli alogenuri

sono il migliore esempio di legami ionici puri. Gli alogenuri cubici hanno tutti durezze

relativamente basse e punti di fusione da moderati ad alti e sono cattivi conduttori di calore ed

elettricità quando sono allo stato solido. Qualunque conduzione di elettricità avviene per elettrolisi

(trasporto di ioni e non di elettroni). Con il crescere della temperatura gli ioni sono liberati

dall’agitazione termica e la conducibilità elettrica cresce rapidamente divenendo eccellente allo

stato fuso. Quando gli ioni alogeni si combinano con cationi più piccoli e polarizzabili di quelli dei

metalli alcalini si hanno strutture con simmetria inferiore e i legami che si formano hanno proprietà

parzialmente covalenti. In tali strutture l’acqua e l’ossidrile possono essere costituenti fondamentali.

Alcuni alogenuri sono rappresentati dalla fluorite (CaF ) e dai minerali di genesi evaportica come la

2

salgemma NaCl.

Ossidi ed idrossidi.

I minerali del gruppo degli ossidi sono composti naturali nei quali l’ossigeno si trova combinato con

uno o più metalli. Gli ossidi vengo raggruppati in ossidi semplici e ossidi multipli. Gli ossidi

semplici, composti da metallo e ossigeno, sono di vari tipi con differenti rapporti X : O (rapporti tra

il metallo e l’ossigeno) quali X O, XO, X O . In questa classe vi sono molti minerali di notevole

2 2 3

importanza economica come i principali minerali del ferro (ematite e magnetite), del cromo

(cromite), del manganese (pirolusite e idrossidi di manganite e romanechite), dello stagno

(cassiterite) e dell’uranio (uraninite). Il tipo di legame nelle strutture degli ossidi è generalmente di

tipo ionico forte in contrasto con le strutture dei solfuri nelle quali si hanno legami ionici, covalenti

e metallici. All’interno di questa classe di minerali si distinguono altri tre gruppi:

Il gruppo dell’ematite (tipo X O ); i minerali che appartengono a questo gruppo presentano

1) 2 3

strutture che si basano sull’impacchettamento esagonale compatto di ossigeni con i cationi

metallici posizionati nelle cavità ottaedriche presenti nella struttura.

Il gruppo del rutilio (tipo XO ); i minerali che appartengono a questo gruppo presenta una

2) 2

disposizione a catena degli ottaedri.

Il gruppo degli spinelli (tipo XY O ); i minerali appartenenti a questo gruppo hanno una

3) 2 4

struttura basata su un impaccamento di ossigeni approssimativamente cubico compatto

secondo la direzione dei piani della struttura. -

Gli idrossidi presentano una struttura caratterizzata dalla presenza di gruppi ossidrili (OH) o da

-

molecole di H O. La presenza dei gruppi (OH) ha come risultato che la forza dei legami in queste

2

strutture è generalmente molto più debole che negli ossidi. Del gruppo degli idrossidi fanno parte la

2+ 84+

brucite (Mg(OH) ), la manganite (MnO(OH)), la romanechite (BaMn Mn O (OH) ) e vari

2 16 4

minerali facenti parti del gruppo della goethite (diasporo, goethite e bauxite).

Nitrati, carbonati e borati.

Questi gruppi di minerali, molto diversificati dal punto di vista chimico, vengono trattati insieme

poiché la maggior parte di essi contiene complessi anionici che formano unità strettamente legate

2-

nelle strutture. I complessi anionici (CO ) dei carbonati sono unità fortemente legate e non

3

condividono ossigeni fra di essi. I gruppi triangolari dei carbonati sono le unità costruttive di base di

tutti i minerali del gruppo dei carbonati e sono in gran parte responsabili delle peculiari proprietà

del gruppo. I carbonati anidri importanti ricadono in tre gruppi strutturalmente differenti:

Gruppo della calcite; i minerali che fanno parte di questo gruppo presentano una struttura

1) romboedrica. Di questo gruppo fanno parte la calcite (CaCO ), la magnesite (MgCO ), la

3 3

siderite (Fe CO ), la rodocrosite (Mn CO ) e la smithsonite (Zn CO ).

3 3 3

Gruppo dell’aragonite; i minerali che appartengono a questo gruppo presentano una struttura

2) dei cationi approssimativamente esagonale compatta con una simmetria pseudoesagonale.

Di questo gruppo fanno parte l’aragonite (CaCO ), witherite (BaCO ), stronzianite (SrCO ) e

3 3 3

cerussite (PbCO ).

3

Gruppo della dolomite; i minerali che fanno parte di questo gruppo presentano una struttura

3) romboedrica. Di questo gruppo fanno parte la dolomite (CaMg(CO ) ) e l’ankerite (CaFe

3 2

(CO ) ).

3 2

I minerali del gruppo dei nitrati sono strutturalmente simili ai carbonati in quanto hanno gruppi

1- 2-

planari (NO ) molto simili ai gruppi (CO ) . A causa della maggiore forza del legame N – O

3 3

rispetto al legame C – O i nitrati sono decomposti meno facilmente dagli acidi rispetto ai carbonati.

A questo gruppo appartengono otto minerali ma, ad eccezione della nitratina (salnitro) e del nitro,

sono molto rari. Entro il gruppo dei borati le unità BO possono polimerizzare sotto forma di catene,

3

strati e gruppi multipli isolati. I borati naturali contengono gruppi ionici sia semplici come BO e

3

2-

BO sia complessi [B O (OH) ] che consistono di un triangolo e due tetraedri. I borati possono

4 3 3 5

essere classificati sulla base del collegamento strutturale anionico come strutture ad “isole”, a

catene, a strati, tettoborati.

Solfati.

Lo zolfo è presente nei solfuri come un grande anione bivalente. Questo ione deriva dal

riempimento con elettroni catturati dalle due vacanze nello strato elettronico esterno o di valenza.

Questo ione forma una coordinazione tetraedrica con gli ossigeni circostanti. In questo gruppo il

legame zolfo ossigeno è molto forte, ha proprietà covalenti e determina gruppi strettamente legati

2-

che non condividono gli ossigeni. Questi gruppi anionici (SO ) sono le unità strutturali

4

fondamentali dei solfati. I solfati anidri più comuni e importanti sono i membri del gruppo della

baritina nel quale grossi ioni bivalenti si coordinano con lo ione solfato. Fra i solfati idrati il gesso,

CaSO ∙2H O è il più importante ed abbondante.

4 2

Fosfati, arsenati e vanadati. 3-

Tutti i fosfati contengono il gruppo anionico tetraedrico (PO ) come unità fondamentale. Anche

4

3- 3- 5+ 5+ 5+

negli arseniati (AsO ) e nei vanadati (VO ) si hanno unità tetraedriche simili. P , As e V

4 4

possono sostituirsi reciprocamente nei gruppi anionici. A questo gruppo appartengono la piromorfite

(Pb (PO ) Cl), la mimetite (Pb (AsO ) Cl) e la vanadite (Pb (VO ) Cl); questi minerali sono

5 4 3 5 4 3 5 4 3

isostrutturali e hanno tutte le combinazioni possibili fra i termini puri.

I silicati.

I minerali dominanti nella crosta terrestre sono i silicati, con gli ossidi ed i carbonati in posizione

subordinata. L’unità fondamentale sulla quale si basano le strutture di tutti i silicati consiste di

2- 4+

quattro ioni O ai vertici di un tetraedro regolare che circondano e sono coordinati da uno ione Si

posizionato al centro. Utilizzando il concetto di elettronegatività di Pauling si nota che il legame tra

silicio e ossigeno è per il 50% ionico e per il 50% covalente; cioè, sebbene il legame derivi in parte

dall’attrazione fra ioni a carica opposta, esso implica anche una condivisione di elettroni e

compenetrazione delle nubi elettroniche degli ioni coinvolti. Il legame fortemente localizzato nelle

vicinanze di questi elettroni condivisi. I silicati si dividono in:

• Nesosilicati; nei nesosilicati i tetraedri SiO sono isolati e collegati tramite legami ionici

4

forniti dai cationi interstiziali. L’impaccamento atomico delle strutture dei nesosilicati è

generalmente denso e determina per i minerali di questo gruppo pesi specifici e durezze

relativamente elevate. Poiché i tetraedri di SiO sono indipendenti e non collegati l’abito

4

cristallino dei nesosilicati tende ad essere regolare (equidimensionali) e sono assenti

direzioni pronunciate di sfaldatura. A questo gruppo appartengono l’olivina ((Mg, fe) SiO ),

2 4

i cui termini estremi sono la forsterite (Mg SiO ) e la fayalite (Fe SiO ), e i granati.

2 4 2 4

• Sorosilicati; i sorosilicati sono caratterizzati da gruppi isolati formati da due tetraedri si

SiO che condividono un ossigeno apicale. Il rapporto Si : O che risulta è di 2:7. Questo

4

gruppo comprende più di 70 milioni di minerali tra cui sono importanti il gruppo

dell’epidoto e la vesuviana (Ca (Mg,Fe) Al (SiO ) (Si O ) (OH) ).

10 2 4 4 5 2 7 2 4

• Ciclosilicati; i ciclosilicati contengono anelli di tetraedri SiO che hanno un rapporto Si : O

4

= 1:3. Di questo gruppo fanno parte il berillio (Be Al Si O ) e la tormalina.

3 2 6 18

• Inosilicati; i tetraedri SiO si possono collegare in catene per condivisione di ossigeni.

4

Queste semplici catene si possono unire lato a lato per ulteriore condivisione di ossigeni in

tetraedri alternati per formare nastri o catene doppie. Nella struttura a catena semplice sono

condivisi due dei quattro ossigeni di ciascuno dei tetraedri SiO , ottenendo un rapporto di Si

4

: O = 1: 3. Nella struttura a catena doppia metà dei tetraedri condividono tre ossigeni e

l’altra metà condivide due ossigeni determinando un rapporto di Si : O =