Generalità
Un minerale è una sostanza inorganica allo stato solido, di origine naturale, con una composizione chimica ben definita ed una struttura cristallina. Tutti i minerali hanno un’origine inorganica e molti di essi vengono generati da processi che sono indipendenti dagli organismi viventi. Fanno eccezione la calcite e l’aragonite (carbonato di calcio), minerale che forma i calcari. Il calcare è di solito sintetizzato dai coralli e dai molluschi bivalvi.
Per quanto riguarda l’origine naturale, è necessario che un minerale, per definizione, non sia prodotto artificialmente: le gemme sintetiche, tra cui i diamanti sintetici, non possono essere quindi definiti minerali, anche se possiedono una composizione chimica analoga ai corrispettivi minerali naturali.
I minerali sono composti da circa 88 elementi chimici diversi, combinati variamente. Dalla combinazione di questi elementi derivano circa 3500 minerali diversi. Quelli più abbondanti, tuttavia, sono solo otto: ossigeno, silicio, alluminio, ferro, calcio, sodio, potassio, magnesio. Essi sono alla base dei minerali più diffusi nella crosta terrestre: olivina, pirosseno, anfibolo, mica, minerali argillosi (fillosilicati), quarzo, feldspato, calcite e dolomite.
Struttura cristallina
Tutti i minerali possiedono una struttura cristallina. Un cristallo è una sostanza i cui atomi sono disposti secondo uno schema regolare, che si ripete periodicamente. Ad esempio nel salgemma (NaCl), ad ogni ione sodio si viene a legare uno ione cloruro. Questi ioni sono distribuiti in maniera regolare, alternativamente, in righe e colonne che si intersecano secondo angoli retti. Questa disposizione viene detta struttura cristallina del salgemma. In ogni cristallo piccoli gruppi di atomi si dispongono in maniera ripetitiva: ogni gruppo viene detto cella elementare. Se noi ora immaginiamo di unire con delle linee i vari atomi che compongono una cella elementare otteniamo gli assi cristallografici che, a loro volta, individuano degli angoli e delle superfici. La disposizione di questi “elementi” può essere diversa da un minerale all’altro ma obbedisce comunque alle regole della simmetria. Ciò permette al geologo di individuare forme comuni tra minerali diversi: tali forme vengono dette sistemi cristallini. Sono stati elaborati 7 sistemi cristallini: cubico, esagonale, tetragonale, trigonale, rombico, monoclino e triclino.
Proprietà fisiche dei minerali
Spesso, quando il geologo lavora sul campo, non ha la possibilità di analizzare un minerale: la sua composizione chimica, come si è detto prima, è in grado di aiutare l’esperto nell’identificazione di un minerale. Vengono quindi utilizzate delle proprietà fisiche: l’abito cristallino, la sfaldatura, la durezza, il colore, la densità.
Con la definizione di abito cristallino si intende sia la forma caratteristica assunta da un minerale che la modalità con cui gli aggregati di cristalli sono cresciuti. Se, infatti, un cristallo ha sufficiente spazio per crescere, esso si sviluppa secondo uno schema caratteristico, controllato dalla disposizione degli atomi costituenti la cella elementare. Quando invece la crescita viene impedita da varie cause, il cristallo non riesce a mantenere la sua forma caratteristica.
La sfaldatura è la tendenza, mostrata da alcuni minerali, a rompersi secondo dei piani regolari. Esempi classici sono dati dalla mica e dalla grafite. Altri minerali riescono a sfaldarsi poco o niente affatto: in quest’ultimo caso ciò dipende dall’assenza, nella struttura cristallina, di piani di sfaldatura. L’esistenza di un piano di sfaldatura implica la presenza di legami deboli nell’ambito del cristallo: possono quindi esistere anche più piani di sfaldatura. Se non esistono piani di sfaldatura il cristallo si rompe in maniera irregolare: molti di essi possono comunque assumere delle forme caratteristiche, come ad esempio la frattura concoide. Viene definita così una superficie abbastanza liscia e dal tipico andamento curvo: il quarzo e l’olivina tendono a dar luogo a tali superfici se vengono colpiti con forza con un martello.
La durezza è la resistenza offerta dal minerale all’abrasione. È una proprietà fisica fondamentale e facilmente misurabile; è direttamente correlata alla forza con cui gli atomi sono legati tra loro. Per misurare la durezza si utilizza una scala numerica (da 1 a 10); ogni minerale è più duro di quello con il numero più basso. Quindi il diamante, che ha una durezza pari a 10 è il più duro, mentre il talco (1) è il più tenero. Questa scala prende il nome di scala della durezza di Mohs.
| 1 | Talco |
| 2 | Gesso |
| 3 | Calcite |
| 4 | Fluorite |
| 5 | Apatite |
| 6 | Ortoclasio |
| 7 | Quarzo |
| 8 | Topazio |
| 9 | Corindone |
| 10 | Diamante |
Da essa è possibile desumere che un minerale che viene abraso dal quarzo ma non dall’ortoclasio presenta una durezza compresa tra 6 e 7. Dato che non è sempre possibile portare con sé tutti i minerali della scala di Mohs, è utile conoscere la durezza di materiali più facilmente reperibili e più maneggevoli. La durezza delle nostre unghie è di poco superiore a 2, una monetina di rame circa 3, la lama di un coltellino tascabile poco più di 5, il vetro di una finestra 5,5 ed un filo di acciaio è circa 6,5. Quando si testa la durezza di un minerale è importante determinare se è stato effettivamente rigato oppure se piuttosto è stato l’oggetto utilizzato a lasciare una scia del materiale di cui è costituito. Per sicurezza, si può strofinare la superficie del cristallo per eliminare la polvere e successivamente si passa leggermente l’unghia in modo da poter rilevare eventuali solchi.
Il colore è tra le caratteristiche più evidenti di un minerale, ma anche tra le meno affidabili nell’identificazione. Questa caratteristica può essere utilizzata solo se si è certi della purezza del cristallo. Infatti eventuali, piccole impurezze, possono alterarne il colore.
La densità è la massa dell’unità di volume. Molti minerali presentano una densità intorno a 2,7 g/cm3. I metalli presentano invece dei valori maggiori. L’oro, per esempio, presenta la densità maggiore (19 g/cm3). Il piombo ha 11 g/cm3, l’argento 10,5 g/cm3, il rame 8,9 g/cm3.
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