# Scienze della Terra per le superiori/I minerali

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## Definizione

I minerali sono corpi
* solidi
* naturali (non creati dall'uomo)
* inorganici (non derivano da sostanze organiche)
* composizione chimica definita (si possono rappresentare con una formula chimica, es. CaCO$_3$)
* struttura cristallina (significa che gli atomi che li compongono sono disposti in modo ordinato
Alcune sostanze che non rientrano strettamente nella definizione sono classificate come mineraloidi. Definizione da Wikipedia: La definizione di minerale segue alcuni criteri molto precisi.[5] Il minerale è un corpo cristallino, con composizione chimica definita o variabile in campo ristretto. Sono caratterizzati dall'avere una ben precisa struttura cristallina. A livello atomico i minerali cristallini possiedono un reticolo cristallino formato dalla ripetizione di una struttura geometrica detta cella elementare.
I minerali conosciuti ad oggi sono oltre 4.000.
* Lo stato solido
* Struttura cristallina
* struttura cristallina (regolarità degli atomi)
* Struttura cristallina del Cloruro di Sodio (sale da cucina)
* abito cristallino
* Cristalli di proteine (non sono minerali perché di origine organica)
* Diamanti artificiali (quindi non sono minerali)
* Rubino sintetico

## Proprietà

Un minerale può essere identificato mediante alcune proprietà fisiche e chimiche, le più importanti (in grassetto) sono:
* Abito cristallino (forma geometrica naturale): ogni tipo di minerale possiede una (a volte anche più di una) forma geometrica particolare, che dipende dalla regolare disposizione degli atomi al suo interno.
* Durezza: la durezza di un minerale è misurata dalla capacità di un minerale di scalfire o essere scalfito da altri minerali e si misura solitamente secondo la scala di Mohs di durezza dei minerali, con valori crescenti da 1 (talco) a 10 (diamante).
* Lucentezza: indica il modo in cui la superficie del minerale interagisce con la luce e può variare da opaca a vetrosa. Si divide in lucentezza metallica,(che riflette completamente la luce) e lucentezza non metallica(che invece la rifrange). Ad esempio:
** lucentezza metallica (simile ai metalli)
** lucentezza vitrea (simile al vetro)
** lucentezza adamantina (simile al diamante)
* Colore: indica l'aspetto del minerale in luce riflessa (ciò che vede l'occhio nudo). Il colore di un minerale può dipendere esclusivamente dalla sua composizione chimica, oppure dalla presenza di impurità.
* Colore dello striscio: a volte è più significativo il colore che un minerale lascia quando viene strisciato su una superficie bianca porosa
* Densità: è la massa del minerale, relativa ad 1 cm³ di volume. Viene misurata con l'ausilio di una bilancia di precisione e di un picnometro.
* Sfaldatura: descrive il modo in cui alcuni minerali si frammentano in parti più piccole, lungo alcuni piani preferenziali di cristallizzazione, mantenendo l'aspetto esterno cristallino anche nei frammenti più piccoli.
* La pirite ha un abito cristallino cubico, lucentezza metallica, colore oro
* Il diamante è il minerale più duro (10 nella scala di Mohs)
* Quarzo ialino (trasparente). Il quarzo può avere diversi colori. Ha lucentezza vitrea.
* Il quarzo ametista
* Quarzo rosa
* Quarzo citrino
* Quarzo latteo
* Il colore dello striscio su porcellana
* Un diamante sintetico. Non è un minerale
* Gesso, un minerale tenero
* La muscovite (una mica, fillosilicato) si sfalda facilmente

### Altre proprietà

* Peso specifico: si ricava dalla frazione tra peso e volume del minerale, quasi tutti hanno peso specifico superiore a 1 (quello dell'acqua). Minerali come quarzo, calcite e feldspato hanno peso specifico uguale a 3. I minerali ricchi in elementi metallici hanno peso specifico uguale o superiore a 5. La galena ha peso specifico superiore a 7 e l'oro puro maggiore di 19.
* Birifrangenza: proprietà ottica, evidenziabile in luce trasmessa, ossia interponendo il minerale tra la fonte luminosa e l'osservatore. Attraverso un cristallo con proprietà birifrangenti è possibile osservare gli oggetti con contorni sdoppiati.
* Frattura: descrive il modo in cui un minerale si rompe senza seguire i piani di sfaldatura. Solitamente le superfici di fratturazione non sono piane, ma hanno una morfologia irregolare, presentandosi a forma concoidale, irregolare, fibrosa.
* Conducibilità: consiste nel verificare se il minerale è un buon conduttore elettrico.
* Elasticità: è la proprietà che hanno ceri minerali di flettersi, deformandosi sotto l'azione di una forza, ma di riprendere poi la forma primitiva quando tale forza cessa.
* Plasticità: è la proprietà che hanno certi minerali di modificare permanentemente la loro forma senza rompersi, in seguito a sollecitazioni di forze.
* Malleabilità: è la proprietà di un minerale di lasciarsi ridurre in lamine sottilissime. La sostanza più malleabile è l'oro.
* Duttilità: è la proprietà di certi minerali di lasciarsi tirare in fili quando vengono passati in una filiera. Il minerale più duttile è il platino, cui seguono l'argento e il rame.

## Classificazione

I minerali possono essere classificati in gruppi in base alla composizione chimica. Qui di seguito i gruppi sono ordinati in base alla loro abbondanza nella crosta terrestre:
* Silicati: Il gruppo di gran lunga più numeroso è quello dei silicati, composti in cui è presente il gruppo [SiO4]4-, in cui il silicio può essere sostituito dall'alluminio [AlO4]5-, questi minerali vengono chiamati allumosilicati. Alcuni importanti silicati, che entrano anche nella composizione di molte rocce, sono: feldspati, olivine, pirosseni, granati e miche. I Silicati tendono a essere duri, da trasparenti a traslucidi e di peso specifico medio.
* Carbonati: I carbonati sono quei minerali contenenti l'anione (CO3)2- ed includono calcite, aragonite, dolomite e siderite. I carbonati sono formati per lo più dalle conchiglie del plancton depositatesi sul fondo marino, si trovano anche negli ambienti sottoposti a forte evaporazione o nelle regioni carsiche dove lo scioglimento ed il rideposito dei carbonati porta alla formazione di grotte, stalattiti e stalagmiti.
* Il quarzo è un tettosilicato (potrebbe essere considerato anche un ossido)
* Plagioclasio (tettosilicato)
* Feldspato rosa: è il tettosilicato che rende "rosa" il granito rosa
* L'olivina è un nesosilicato di ferro e magnesio
* Olivina
* Calcite (il colore arancione è dovuto a ossidi di ferro)
* Calcite
* La calcite è birifrangente
* Calcite (chiara) e dolomite (rosa)
* Dolomite
* Solfati: I solfati contengono l'anione solfato (SO4)2-. I solfati si formano negli ambienti sottoposti a forte evaporazione dove acque molto saline evaporano lentamente permettendo la formazione di solfati e alogenuri sulla superficie dei sedimenti. I solfati più comuni sono l'anidrite (solfato di calcio), la celestina (solfato di stronzio) e il gesso (solfato di calcio idrato).
* Alogenuri: Gli alogenuri sono il gruppo di minerali che formano i sali naturali e comprendono la fluorite, il sale comune (conosciuto come salgemma) ed il sale di ammonio (cloruro d'ammonio). Gli alogenuri, come i solfati, si trovano frequentemente negli ambienti sottoposti a forte evaporazione come il Mar Rosso.
* Ossidi e Idrossidi: Negli ossidi l'ossigeno è legato direttamente a un altro elemento, in genere metallico. Di solito si formano come precipitati vicino alla superficie terrestre. Gli ossidi più comuni sono: il quarzo (ossido di silicio), l'ematite (ossido di ferro) e lo spinello (ossido di magnesio ed alluminio, un costituente comune del mantello terrestre).
* Solfuri: I Solfuri sono composti chimici in cui lo zolfo è combinato con elementi metallici e semimetallici. I solfuri più comuni sono la calcopirite (solfuro di rame e ferro) e la galena (solfuro di piombo). Molti solfuri hanno lucentezza metallica, sono teneri e con elevato peso specifico.
* Fosfati: Il gruppo dei fosfati include minerali con l'unità tetraedrica AO4 dove A può essere fosforo, antimonio, arsenico o vanadio. Il fosfato di gran lunga più comune è l'apatite che è un minerale importante anche in biologia perché si trova nei denti e nelle ossa di molti animali.
* Elementi nativi: Il gruppo degli elementi nativi comprende minerali formati da un solo elemento(oro, argento, rame...)

## Approfondimento sui silicati

I silicati sono i minerali più abbondanti nella crosta terrestre, da soli ne costituiscono oltre il 90%. Il costituente di base è lo ione silicato SIO$_4$$^{4-}$, che assume una struttura tetraedrica con il silicio al centro. Nei vari tipi di minerali le cariche negative dell'ossigeno vengono neutralizzate da cationi metallici. Due cariche negative scompaiono anche ogni volta che due vertici di due tetraedri (quindi due ossigeni) si uniscono per condensazione (con perdita di una molecola d'acqua).
A seconda della quantità e disposizione degli ioni silicati si ottengono diverse categorie di silicati
* Nesosilicati: gli anioni silicati sono isolati e circondati da cationi metallici, per lo più ferro e magnesio (ad esempio l'olivina);
* Sorosilicati: i tetraedri sono uniti due a due (ad esempio, l'epidoto, un minerale tipico di alcune rocce metemorfiche). .
* Ciclosilicati: i tetraedri sono disposti a formare degli anelli circolari, per lo più di sei unità (ad esempio: il berillo o la tormalina);
* Inosilicati: i tetraedri formano lunghe catene singole o doppie. I minerali che ne risultano hanno spesso abiti cristallini allungati (ad esempio gli anfiboli e i pirosseni)
* Fillosilicati: i tetraedri sono disposti su un piano e i minerali che ne risultano hanno per lo più una struttura laminare (ad esempio le miche, tra cui biotite e muscovite)
* Tettosilicati: i tetraedri dello ione silicato sono legati tra loro in tutte le direzioni dello spazio, lasciando poco spazio e poche cariche negative da bilanciare con i cationi metallici. Sono i minerali più comuni nella crosta continentale terrestre: tra di essi il quarzo e i feldspati.
* l'anione silicato, che nei nesosilicati è isolato e circondato da cationi metallici
* Olivina
* La struttura di base dei sorosilicati
* Ciclosilicato
* Berillo (diverse varietà tra cui lo smeraldo)
* La catena degli inosilicati (singola nei pirosseni)
* La catena degli inosilicati (doppia negli anfiboli)
* Amianto, minerale cancerogeno
* L'Eternit è un materiale molto resistente formato da cemento e amianto
* La struttura planare dei fillosilicati
* La muscovite, facilmente sfaldabile in lamine parallele
* La struttura tridimensionale dei tettosilicati
* Il quarzo (SiO$_2$)
* feldspato bianco
* feldspato rosa

## Approfondimento: la scala di Mohs

| Tipo | Durezza di Mohs | Minerale | Formula chimica | Durezza assoluta |
| Teneri | 1 | Talco | Mg$_3$Si$_4$O$_{10}$(OH)$_2$ | 1 |
| Teneri | 2 | Gesso | CaSO$_4$·2H$_2$O | 3 |
| Semiduri | 3 | Calcite | CaCO$_3$ | 9 |
| Semiduri | 4 | Fluorite | CaF$_2$ | 21 |
| Semiduri | 5 | Apatite | Ca$_5$(PO$_4$)$_3$(OH$^−$,Cl$^−$,F$^−$) | 48 |
| Duri | 6 | Ortoclasio | KAlSi$_3$O$_8$ | 72 |
| Duri | 7 | Quarzo | SiO$_2$ | 100 |
| Duri | 8 | Topazio | Al$_2$SiO$_4$(OH$^−$,F$^−$)$_2$ | 200 |
| Duri | 9 | Corindone | Al$_2$O$_3$ | 400 |
| Duri | 10 | Diamante | C | 1600 |
| ↑ Si scalfiscono con l'unghia. ↑ Si rigano con una punta di acciaio. ↑ Non si rigano con una punta di acciaio. ||||||
Per fare alcuni esempi, in questa scala la durezza di un'unghia è di 2,2, della punta di un coltello di acciaio da 5,1 a 5,5, del vetro da finestre da 5,6 a 6,5, di una lima da ferro di circa 6,5, della porcellana da 6 a 7; alcuni tipi di ceramica, tra cui il grès porcellanato, possono raggiungere la durezza 8.