Obiettivi della lezione

• Descrivi le caratteristiche che condividono tutti i minerali.
• Identifica i gruppi in cui i minerali sono classificati e le loro caratteristiche.

Vocabolario

• composto chimico
• cristallo
• inorganico
• minerali
• silicati

Introduzione

I minerali sono classificati in base alla loro composizione chimica. A causa delle somiglianze nella composizione, i minerali all’interno di uno stesso gruppo possono avere caratteristiche simili.

Cos’è un minerale?

I minerali sono ovunque! La figura 2.1 di seguito mostra alcuni articoli per la casa comuni e i minerali utilizzati per produrli. Il sale che spargi sul cibo è il minerale alite. Anche l’argento in gioielleria è un minerale. Sia le mazze da baseball che i telai delle biciclette contengono minerali. Sebbene il vetro non sia un minerale, è prodotto dal quarzo minerale. Gli scienziati hanno identificato più di 4.000 minerali nella crosta terrestre. Alcuni sono comuni, ma molti non lo sono.

I geologi hanno una definizione molto specifica per i minerali. Un materiale si caratterizza come minerale se soddisfa tutti i seguenti tratti. Un minerale è un solido inorganico e cristallino. Un minerale si forma attraverso processi naturali e ha una composizione chimica definita. I minerali possono essere identificati dalle loro proprietà fisiche caratteristiche come struttura cristallina, durezza, striscia e scissione.

Solido cristallino

I minerali sono solidi cristallini. Un cristallo è un solido in cui gli atomi sono disposti secondo uno schema regolare e ripetitivo (Figura 2.2 sotto). Il modello degli atomi in diversi campioni dello stesso minerale è lo stesso. Il vetro è un minerale? Senza una struttura cristallina, anche il vetro naturale non è un minerale.

Sostanze inorganiche

Le sostanze organiche sono i composti a base di carbonio prodotti da creature viventi e includono proteine, carboidrati e oli. Le sostanze inorganiche hanno una struttura che non è caratteristica dei corpi viventi. Il carbone è fatto di resti vegetali e animali. È un minerale? Il carbone è classificato come roccia sedimentaria ma non è un minerale.

Processi naturali

I minerali sono prodotti da processi naturali, quelli che si verificano nella o sulla Terra. Un diamante creato in profondità nella crosta terrestre è un minerale. Un diamante creato in un laboratorio ponendo il carbonio ad alte pressioni è un minerale? No. Non acquistare un “diamante” per gioielleria prodotto in laboratorio senza rendersi conto che non è tecnicamente un minerale.

Composizione chimica

Quasi tutta la crosta terrestre (98,5%) è composta composto da soli otto elementi – ossigeno, silicio, alluminio, ferro, calcio, sodio, potassio e magnesio – e questi sono gli elementi che compongono la maggior parte dei minerali.

Tutti i minerali hanno una composizione chimica specifica. l’argento minerale è costituito solo da atomi di argento e il diamante è composto solo da atomi di carbonio, ma la maggior parte dei minerali è costituita da composti chimici. Ogni minerale ha la sua formula chimica. L’alite, illustrata nella Figura 2.2 sopra, è NaCl (cloruro di sodio ). Il quarzo è sempre costituito da due atomi di ossigeno legati a un atomo di silicio, SiO2. Se un minerale contiene altri elementi nella sua struttura cristallina, non è quarzo.

Un minerale duro contenente carbonio legato in modo covalente è il diamante , ma un minerale più morbido che contiene anche calcio e ossigeno insieme al carbonio è la calcite (Figura sotto).

Alcuni minerali hanno una gamma di composizione chimica. L’olivina ha sempre silicio e ossigeno così come ferro o magnesio o entrambi, (Mg, Fe) 2SiO4.

Proprietà fisiche

Le proprietà fisiche dei minerali includono:

• Colore: il colore del minerale.
• Striscia: il colore della polvere del minerale.
• Lucentezza: il modo in cui la luce si riflette sulla superficie del minerale.
• Peso specifico: quanto è pesante il minerale rispetto allo stesso volume di acqua.
• Cleavage: la tendenza del minerale a rompersi lungo le superfici piane.
• Frattura: il modello in quale minerale si rompe.
• Durezza: quali minerali può graffiare e quali minerali possono graffiarlo.

Nella lezione viene descritto come le proprietà fisiche vengono utilizzate per identificare i minerali sulla formazione minerale.

Gruppi minerali

I minerali sono divisi in gruppi in base alla composizione chimica. La maggior parte dei minerali si inserisce in uno degli otto gruppi minerali.

Minerali silicati

I circa 1.000 minerali silicati costituiscono oltre il 90% della crosta terrestre. I silicati sono di gran lunga il gruppo minerale più numeroso. Feldspato e quarzo sono i due minerali silicati più comuni. Entrambi sono minerali che formano rocce estremamente comuni.

L’elemento costitutivo di base per tutti i minerali di silicato è il tetraedro di silice, illustrato nella figura seguente. Per creare l’ampia varietà di minerali di silicato, questa struttura a forma di piramide è spesso legata ad altri elementi, come calcio, ferro e magnesio.

I tetraedri di silice si combinano in sei modi diversi per creare diversi tipi di silicati (Figura sotto). I tetraedri possono stare da soli, formare cerchi collegati chiamati anelli, collegarsi in catene singole e doppie, formare grandi lastre piatte di piramidi o unirsi in tre dimensioni.

Elementi nativi

Elementi nativi contengono atomi di un solo tipo di elemento. Solo un piccolo numero di minerali si trova in questa categoria. Alcuni dei minerali di questo gruppo sono rari e preziosi. L’oro, l’argento, lo zolfo e il diamante sono esempi di elementi nativi.

Carbonati

La struttura del carbonato di base è un atomo di carbonio legato a tre atomi di ossigeno. I carbonati includono altri elementi, come calcio, ferro e rame. La calcite (CaCO3) è il minerale carbonato più comune (figura sotto).

L’azzurrite e la malachite, mostrate nella figura sotto, sono carbonati che contengono rame invece di calcio.

Alogenuri

Minerali alogenuri sono sali che si formano quando l’acqua salata evapora. L’alite è un minerale alogenuro, ma il sale da cucina non è l’unico alogenuro. Gli elementi chimici noti come alogeni (fluoro, cloro, bromo o iodio) si legano con vari atomi metallici per formare minerali alogenuri (vedere la figura sotto).

Ossidi

Gli ossidi contengono uno o due elementi metallici combinati con l’ossigeno. Molti metalli importanti si trovano come ossidi. L’ematite (Fe2O3), con due atomi di ferro a tre atomi di ossigeno, e la magnetite (Fe3O4) (figura sotto), con tre atomi di ferro a quattro atomi di ossigeno, sono entrambi ossidi di ferro.

Fosfati

I minerali fosfati sono simili nella struttura atomica ai minerali silicati. Nei fosfati, il fosforo, l’arsenico o il vanadio si legano all’ossigeno per formare un tetraedro. Ci sono molti minerali diversi nel gruppo fosfato, ma la maggior parte sono rari (Figura sotto).

Solfati

I minerali solfati contengono atomi di zolfo legati ad atomi di ossigeno. Come gli alogenuri, si formano dove l’acqua salata evapora. Il gruppo solfato contiene molti minerali diversi, ma solo pochi sono comuni.

Il gesso è un solfato comune con una varietà di aspetti (figura sotto). Sono stati trovati alcuni giganteschi cristalli di gesso di 11 metri. È lungo più o meno quanto uno scuolabus!

Solfuri

I solfuri si formano quando elementi metallici si combinano con lo zolfo. A differenza dei solfati, i solfuri non contengono ossigeno. La pirite, o solfuro di ferro, è un minerale solfuro comune noto come oro degli sciocchi. Le persone possono scambiare la pirite per l’oro perché i due minerali sono lucidi, metallici e di colore giallo.

Riepilogo della lezione

• Perché una sostanza sia un minerale, deve essere un solido cristallino inorganico naturale che ha una composizione chimica e una struttura cristallina caratteristiche.
• Gli atomi nei minerali sono disposti in schemi regolari e ripetuti che possono essere usati per identificare quel minerale.
• I minerali sono divisi in gruppi in base alla loro composizione chimica.
• La caratteristica chimica di ogni gruppo è: elementi nativi – solo un elemento; silicati – tetraedro di silice; fosfati – tetraedro fosfato; carbonati: un atomo di carbonio con tre atomi di ossigeno; alogenuri – un alogeno legato con un atomo metallico; ossidi: un metallo combinato con l’ossigeno; solfati – zolfo e ossigeno; solfuri: metallo con zolfo, senza ossigeno.

Domande di revisione

1. Che cos’è un cristallo?
2. Quali elementi contengono tutti i minerali di silicato?
3. L’ossidiana è un vetro che si forma quando la lava si raffredda così rapidamente che gli atomi non hanno la possibilità di disporsi in cristalli. L’ossidiana è un cristallo? Spiega il tuo ragionamento.
4. Quali sono gli otto principali gruppi minerali?
5. Qual è lo stesso per tutti i minerali nel gruppo dei silicati? Cosa c’è di diverso in loro?
6. Un campione ha una composizione chimica con un rapporto tra due atomi di ferro e tre atomi di ossigeno. Un altro campione ha una composizione chimica con un rapporto tra tre atomi di ferro e quattro atomi di ossigeno. Contengono gli stessi elementi: sono lo stesso minerale?
7. In che modo il gruppo minerale degli elementi nativi differisce da tutti gli altri gruppi minerali?
8. Durante una gita al museo di storia naturale trovi due minerali che sono simili nel colore. Puoi vedere dalle loro formule chimiche che un minerale contiene gli elementi zinco, carbonio e ossigeno. L’altro minerale contiene gli elementi zinco, silicio, ossigeno e idrogeno. Il tuo amico ti dice che i minerali sono nello stesso gruppo minerale. Sei d’accordo? Spiega il tuo ragionamento.

Ulteriori letture / Link supplementari

Punti da considerare

• Perché l’ossidiana, un vetro naturale che si forma da lava che raffredda, non un minerale?
• Perché i diamanti prodotti in laboratorio non sono minerali?
• Il carbone, formato principalmente da piante in decomposizione, è un minerale? È una roccia?
• Gli artisti macinavano il minerale azzurrite per creare pigmenti colorati per le pitture. L’azzurrite in polvere è ancora cristallina?