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mineralogia
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CHE
COSA SONO I MINERALI
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chiamano minerali le entità naturali di composizione chimica definita
e di struttura cristallina determinata che a volte si presentano
in forme geometriche più o meno regolari. I minerali, per definizione,
non sono altro che sostanze inorganiche, solide formatesi per
processi inorganici presenti nella parte più esterna della Terra.
Da
i più tuttavia sono considerati minerali anche alcuni corpi liquidi
come il mercurio o sostanze amorfe come l’opale e l’ambra (sostanza
colloidale); mentre i depositi di natura e origine organica come
i carboni e i petroli non sono sicuramente dei minerali.
Tutti
i minerali devono, quindi, riunire in sé tre qualità importanti:
La
materia dalla quale sono originati i minerali è formata dall'ordinamento
sistematico dalle particelle elementari che la costituiscono,
atomi, ioni o molecole, dando origine ad un corpo periodicamente
omogeneo chiamato struttura cristallina che rimane fissa per ciascun
minerale.
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Quando
si rompe un pezzo di calcite, i frammenti risultanti hanno forma poliedrica,
romboedrica nel caso specifico; dai cristalli pseudo-esagonali della
mica si possono separare lamine molto fini che conservano pur tuttavia
struttura cristallina; i diamanti si tagliano sfruttando la presenza
di superfici di facile sfaldamento. Tutto questo è dovuto alla struttura
intima della materia cristallina.
L'unità
più semplice è la cella fondamentale, ossia il più piccolo
gruppo di atomi costituenti il cristallo, disposti ordinatamente.
Ed
è questa che, rispondendo a particolari leggi cristallografiche,
si ripete in maniera regolare nelle tre direzioni dello spazio e determina
forme geometriche ben definite per cui i minerali si
presentano in cristalli distinti
con aspetto caratteristico. Va sottolineato comunque che la cella elementare
non si ripete "fisicamente" ma bensì si ripete la sua "struttura",
cioè la disposizione regolare nello spazio degli atomi del cristallo.
E’
difficile comunque trovare in natura i minerali che si avvicinano al
"cristallo puro" ma il più delle volte se ne discostano in
maniera più o meno grande.
Le
forme macroscopiche dei cristalli sono riconducibili, infine, ad uno
Schema di classificazione che
si fonda nel riconoscere gli elementi geometrici di simmetria (rette,
piani e centri). Un raggruppamento fisso e caratteristico di elementi
di simmetria definisce l'appartenenza di un minerale ad una Classe di
Simmetria. Esistono 32 classi di simmetria raggruppate in 7 sistemi,
a loro volta raggruppati in 3 gruppi.
I
minerali possono presentarsi in individui cristallini isolati, in aggregati,
in ammassi e in associazione con altri minerali nelle rocce della superficie
terrestre (le rocce non sono altro che grandi ammassi di materiale costituito
da aggregati di uno o più minerali in proporzioni abbastanza costanti,
talora anche di sostanze non cristalline).
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Quando le forze di attrazione diventano forti, possiamo avere lo stato
solido, caratterizzato da rigidità, incompressibilità, forma
geometrica definita: ciò comporta una disposizione regolare e stabile
degli atomi (salvo che nel caso di sistemi vetrosi, amorfi, assimilabili
ad uno stato liquido estremamente viscoso).
Potremo avere perciò dei cristalli, solidi
omogenei e anisotropi (il comportamento fisico può essere diverso
a seconda della direzione considerata), delimitati da facce piane.
Potremo avere anche dei solidi amorfi, con disposizione
disordinata degli atomi (come nei liquidi) ma con forma e volume propri;
questi sono isotropi (le proprietà fisiche sono costanti in tutte
le direzioni).
Lo stato amorfo è generalmente instabile: è
detto metastabile, poiché si può avere un riarrangiamento
della struttura verso forme cristalline (che sono energeticamente favorite);
il processo è lentissimo data la altissima viscosità del
sistema.
Nei cristalli possiamo definire delle direzioni principali secondo cui
si ha una ripetizione regolare delle unità strutturali. Vediamo
un esempio bidimensionale per semplicità.
| Fig.
Schema bidimensionale di una struttura cristallina.
Ogni cerchio rappresenta una unità strutturale che si ripete
periodicamente e regolarmente lungo le varie direzioni.
Se
prendiamo gli assi x e y, l'unità ripetitiva avrà
dimensioni a (lungo x) e b (lungo y), con un angolo di 90°
fra i due assi. Possiamo così definire una cella elementare,
di dimensioni a x b; è il minimo elemento di cristallo
che contiene in sé tutti i caratteri (di simmetria) del
cristallo stesso, e da cui, per ripetizione lungo gli assi, si
può ricostruire il cristallo.
Se
si fossero scelti, per esempio, gli assi x' e y', si sarebbe individuata
una diversa cella elementare; ma si cerca sempre la più
piccola e più simmetrica: infatti la prima ha una sola
unità entro la cella (1/4 di ogni cerchio), la seconda
2. |
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A seconda
delle caratteristiche di simmetria della cella elementare, si possono
individuare dei gruppi di simmetria e dei sistemi cristallografici.
In realtà
questa schematizzazione si riferisce particolarmente al cosiddetto "abito
cristallino" dei solidi, cioè alla forma macroscopica con
cui essi si presentano (ma che è tuttavia in relazione con la
simmetria microscopica del sistema cristallino).
| gruppi |
assi |
sistemi |
angoli |
| MONOMETRICO |
a
= b = c |
cubico |
a
= b = g = 90° |
| DIMETRICO |
a
= b ¹ c |
esagonale
o trigonale
tetragonale
|
a = b = 90° g = 120°
a
= b = g = 90°
|
| TRIMETRICO
|
a
¹ b ¹ c |
ortorombico
monoclino
triclino
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a
= b = g = 90°
a
= g = 90° b ¹ 90°
a
¹ b ¹ g ¹ 90°
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Fig.Gruppi
e sistemi cristallini e caratteristiche di simmetria degli assi cristallografici
e degli angoli.
Fig.
I 7 sistemi cristallini
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