Mappa essenziale sulla classificazione dei minerali

11 03 2018

 

Classificazione dei minerali. Selezionare per ingrandire.

     Propongo una mappa essenziale sulla classificazione dei minerali, presentata nel 1957 da Karl Hugo Strunz (1910-2006) mineralogista tedesco, poi modificata anche dal canadese Ernest H. Nickel (1925-2009) e adottata dall’International Mineralogical Association. La versione più recente è la nona edizione e risale al 2001.

Secondo questa classificazione, i minerali oggi conosciuti (oltre 3.000) vengono suddivisi nelle seguenti nove classi:

I – Elementi nativi

II – Solfuri e derivati

III – Alogenuri

IV – Ossidi e idrossidi

V – Carbonati, nitrati e borati

VI – Solfati, cromati, molibdati, wolframati

VII – Fosfati, arseniati, vanadati

VIII – Silicati

IX – Minerali organici

     Per ogni classe segnalo il nome di un minerale e la relativa immagine ridotta. Per ingrandire la mappa, selezionarla. Per saperne di più: . Scienze della natura e i relativi link. Vedi anche: Società Italiana di Mineralogia e Petrologia. Associazione Mineralogica Internazionale.




I cristalli

22 08 2017

I cristalli che si possono osservare in natura sono strutture, modi di aggregazione della materia solida, con forma geometrica ben definita, regolare (cubica, ottaedrica, prismatica, …), che costituiscono molti minerali. I minerali a loro volta sono specie chimiche che possono essere formate da un solo elemento, in questo caso si parla di “elementi nativi”, o più frequentemente da elementi diversi. Le proprietà fisiche e chimiche dei minerali sono tante e tali che richiedono trattazioni a parte. Un insieme di minerali a sua volta compone le rocce, cioè i costituenti solidi della parte più esterna dell’intero pianeta Terra e degli altri pianeti di tipo terrestre.

I cristalli sono stati trattati anche in letteratura, ad esempio sono l’argomento e il titolo di un racconto di Italo Calvino della raccolta “Ti con zero”, pubblicata da Einaudi nel 1967, in stretta relazione con le più famose Cosmicomiche. Tratto da “I cristalli”, riporto un breve e significativo brano.

“… Ce ne accorgemmo a un tratto. Vug disse: – Là!

Indicava, in mezzo a una colata di lava, qualcosa che stava prendendo forma. Era un solido di facce regolari e lisce e spigoli taglienti: e queste facce e spigoli s’andavano lentamente ingrandendo, come a spese della materia intorno, e anche la forma del solido cambiava, ma sempre mantenendo proporzioni simmetriche … E non era solo la forma a distinguersi da tutto il resto; era anche il modo in cui la luce gli entrava dentro, attraversandola e rifrangendosi. Vug disse: – Brillano! Tanti!

Non era il solo, infatti. Sulla distesa incandescente dove una volta affioravano soltanto effimere bolle di gas espulse dalle viscere terrestri, ora stavano venendo a galla cubi, ottaedri, prismi, figure diafane da parere quasi aeree, vuote dentro, e che invece come presto si vide concentravano in sé un’incredibile compattezza e durezza. Lo sfavillio di questa spigolosa fioritura invadeva la Terra, e Vug disse: – È primavera! – Io la baciai. …”

Nella descrizione di Italo Calvino si fa riferimento a cristalli che si formano in una colata lavica, ma c’è un errore di fondo: la lava si raffredda velocemente e i cristalli visibili ad occhio nudo non hanno tempo di formarsi! Generalmente si formano dal lento, o lentissimo raffreddamento del magma intrappolato all’interno della crosta terrestre.

I cristalli sono studiati da una branca della Scienza della Terra: la cristallografia, che si occupa sia dell’aspetto esterno (l’habitus) di un cristallo, sia della struttura, cioè della disposizione degli atomi al suo interno. Habitus e struttura si basano su importanti proprietà fisiche e su alcune leggi, come quella della razionalità degli indici e quella di simmetria.

In laboratorio si possono proporre significative esperienze sulla formazione dei cristalli col metodo dell’evaporazione del solvente da una soluzione salina satura.

Riporto le indicazioni di massima di una di queste esperienze, articolate in introduzione, materiali necessari, procedimento, osservazioni e conclusioni, indicazioni di sicurezza per una di queste esperienze svolte.

Introduzione. I minerali sono strutture che compongono le rocce, omogenee per composizione chimica e caratteristiche fisiche. In molti minerali sono evidenti le strutture cristalline. I cristalli si formano quando un magma si raffredda e forma minerali e rocce oppure quando da una soluzione evapora il solvente. In questo caso, in laboratorio si userà la tecnica di evaporazione del solvente per ottenere alcuni cristalli.

Materiali. Alcuni becher da 500 mL, acqua distillata, bacchetta di vetro per agitare, solfato di rame pentaidrato (CuSO4 *5H2O) in polvere, solfato doppio di cromo e potassio dodecaidrato [KCr(SO4)2 * 12H2O], carta da filtro, imbuto, sostegno per imbuto, spatolina, fornello per riscaldare, bilancia digitale.

Procedimento (alcuni gruppi lavoreranno col solfato di rame, altri col solfato doppio di cromo e potassio)

1. Riscaldare un litro di acqua distillata.

2. Versare 100 g di solfato di rame (o solfato doppio di cromo e potassio) nel becher ed aggiungervi 250 mL di acqua distillata calda e agitare bene con la bacchetta di vetro fino ad ottenere una soluzione satura.

3. Filtrare la soluzione calda per eliminare l’eventuale soluto non disciolto e raccogliere il filtrato.

4. Osservazione: le soluzioni hanno colore diverso a seconda del soluto utilizzato.

5. Porre le soluzioni in un luogo fresco per lasciarle raffreddare lentamente e poi lasciar evaporare il solvente.

6. Riprendere i becher dopo diversi giorni, ad evaporazione avvenuta.

Osservazioni e conclusioni. Dopo alcuni o molti giorni, a seconda della temperatura dell’ambiente in cui sono stati posti i becher, sul fondo compariranno i cristalli di solfato di rame (color azzurro) oppure i cristalli di solfato doppio di cromo e potassio (color violetto intenso). Generalmente i cristalli sono numerosi e di piccole dimensioni. D’altra parte in natura, le condizioni ambientali nella maggioranza dei casi non permettono la formazione di cristalli grandi e ben formati. Sono necessari anni, secoli o migliaia di anni, per avere cristalli di grandi dimensioni. Per il loro accrescimento in laboratorio, l’esperienza deve continuare con una seconda attività, che non riporto, dopo aver selezionato i cristalli di maggiori dimensioni.

Indicazioni di sicurezza, simboli di rischio chimico (Regolamento 1272/2008/CE, o Regolamento CLP) e relativi pittogrammi di pericolo. Fornello per riscaldare: Manipolato dal docente o dal tecnico di laboratorio. Rischio di ustioni. Solfato di rame pentaidrato (CuSO4 *5H2O): irritante/nocivo, nocivo per l’ambiente. Solfato doppio di cromo e potassio dodecaidrato [KCr(SO4)2 * 12H2O]: irritante/nocivo.

Per approfondimenti sui cristalli e sul loro accrescimento, Massimo Moret, Università di Milano-Bicocca “Come crescono i cristalli” o, il più sintetico “Il mondo dei cristalli” dell’Associazione Italiana di Cristallografia, della quale è stato celebrato il 50° anniversario della fondazione lo scorso 19 gennaio. Video: “I cristalli” di RAI Scuola.

 

 

 




Lo zolfo e alcuni suoi composti

24 02 2016

     Lo zolfo è uno degli elementi che sono presenti in natura anche allo stato elementare, cioè come minerali formati da un solo elemento, oltre che nei composti. Le caratteristiche del gruppo di appartenenza, il sedicesimo, lo stesso dell’ossigeno sono state descritte in un altro post anni fa (Gli elementi del VI gruppo). Nello stesso post ho fatto riferimento ai principali composti dello zolfo e al capitolo che Primo Levi gli ha dedicato nel “Sistema Periodico”. Oggi mi propongo di fare qualche aggiunta, con riferimenti anche alle Scienze della Terra e alla biologia.

     La presenza di zolfo, in particolare dello ione solfato (SO42-) con una struttura tetraedrica, permette di aggiungere nella classificazione dei minerali l’importante gruppo dei solfati. I più comuni sono l’anidrite (CaSO4), la barite (BaSO4) e il gesso (CaSO4 * 2H2O) un solfato idrato. Molti solfati sono prodotti dall’industria chimica per ottenere sali e varie altre applicazioni. Un altro loro importante utilizzo si ha nella produzione di fertilizzanti di sintesi. Purtroppo la combustione di combustibili fossili, da alcuni secoli ha prodotto anche solfati presenti in atmosfera sotto forma di aerosol che contribuisce all’inquinamento e all’aumento dell’acidità delle piogge che un tempo era dovuta solo al biossido di carbonio.

     Tra i minerali non silicati, oltre ai solfati, lo zolfo si combina direttamente con molti metalli per formare solfuri, molto importanti in campo minerario proprio per l’estrazione di certi metalli. Tra i solfuri più comuni: la pirite (o oro degli sciocchi, FeS2), la galena (PbS), il cinabro (HgS), la calcopirite (CuFS2), la sfalerite (ZnS), l’antimonite (o stibnite, Sb2S3). Chi vuole saperne di più sull’oro degli sciocchi: Oro e pirite.

Molti solfuri e polisolfuri sintetici, soprattutto di sodio, sono utilizzati nelle miscele di prodotti fungicidi e insetticidi, nei coloranti e nell’industria conciaria

     Importanti emissioni di composti dello zolfo si hanno anche nei fenomeni vulcanici secondari, soprattutto nelle solfatare, dove vapori e gas hanno un’elevata concentrazione di zolfo. Chi ha avuto modo di visitare l’isola Vulcano nelle Eolie, certamente ha avvertito il forte odore di zolfo e acido solfidrico (H2S) ancor prima di sbarcare e ha notato il colore marcatamente giallo della sommità del vulcano. Il colore giallo è dovuto allo zolfo cristallizzato in prossimità dell’emissione di biossido di carbonio e acido solfidrico che ha reagito con l’ossigeno dell’aria. Ma la località italiana dove questo fenomeno è più evidente è Pozzuoli con i suoi Campi Flegrei e la famosa solfatara, testimonianza di un antico vulcano che ormai non erutta da almeno 35.000 anni.

     Lo zolfo è fondamentale anche per i viventi: è un componente essenziale di due amminoacidi (i venti “mattoni” con cui sono costruite la proteine), la cisteina e la metionina, ma è presente anche in alcuni enzimi. Anche alcuni tipi di batteri che vivono in ambienti estremi (fondali oceanici e marini, prossimità delle emissioni vulcaniche) utilizzano il solfuro di idrogeno o acido solfidrico in un processo chemiosintetico (al posto della fotosintesi) per ottenere la poca energia di cui hanno bisogno.

     Su quest’argomento riporto un breve stralcio dal capitolo “I prodotti delle regioni” del volume di Peter Atkins “Il Regno periodico”, un viaggio nel mondo degli elementi chimici: “Anche la regione dello zolfo è stata esplorata dalla natura – nel suo solito modo casuale e privo di finalità, ma efficiente – in un’indagine preliminare sulle possibilità di far sorgere la vita. La natura ha scoperto infatti che per certi versi il solfuro di idrogeno (H2S) – analogo dell’acqua (H2O)può essere usato dagli organismi come fonte di idrogeno, più o meno come il processo di fotosintesi usa l’acqua. La grande differenza è che quando una pianta verde sottrae l’idrogeno a una molecola d’acqua il prodotto di scarto è ossigeno gassoso, che va poi a mescolarsi ad un’atmosfera distribuita globalmente. Invece quando all’interno di un batterio l’idrogeno è sottratto al solfuro d’idrogeno il prodotto di scarto è zolfo solido, che non vola via: perciò la colonia di microrganismi deve evolvere un modo per sopravvivere su un mucchio crescente dei suoi rifiuti.

Alcuni video di approfondimento:

https://www.youtube.com/watch?v=mGMR72X8V-U

https://www.youtube.com/watch?v=6Fv69ildQlc

https://www.youtube.com/watch?v=BJSttgIsuBQ

RAI Scuola: zolfo e alcune reazioni.

Sito ufficiale dalla Solfatara di Pozzuoli: http://www.solfatara.it/

Nelle immagini: 1. Cristalli di zolfo e aragonite associati (crediti: www.catalogomultimediale.unina.it ). 2. Solfatara di Pozzuoli. 3. Sorgente idrotermale sottomarina (crediti: it.wikipedia.org )




Miche sempre più ricercate

25 10 2015

     Il reportage dell’Espresso n. 42 del 22 ottobre scorso è dedicato ad un particolare minerale: la mica. In realtà non è un minerale ma un insieme di minerali costituiti da fillosilicati di alluminio e di metalli alcalini, a volte contenenti anche magnesio e ferro. Il reportage riguarda una regione del maggiore produttore mondiale di mica, l’India, e la sua estrazione illegale da parte di persone trattate quasi da schiavi.

     Perché le miche di qualità elevata sono ricercate e costano molto? Per il loro utilizzo come isolanti nei prodotti elettronici e per la loro lucentezza come additivo in diversi prodotti industriali, ad esempio vernici e smalti, ma anche in vari tipi di cosmetici.

     Tra le principali caratteristiche fisiche delle miche bisogna segnalare la sfaldabilità in lamine sottili e la flessibilità, ma sono poco dure: 2,5 della scala di Mohs, tra la durezza del gesso e quella della calcite.

     Come tutti i silicati, l’unità chimica di base delle miche è rappresentata da un atomo di silicio circondato da quattro atomi di ossigeno disposti in modo da formare un tetraedro. Nei fillosilicati, questi anelli tetraedrici [SiO4]4- presentano uno sviluppo bidimensionale indefinito che comporta la formazione di una struttura a strati e la facilità di una perfetta sfaldatura in fogli sottilissimi. Anche se presentano numerose modificazioni polimorfe, in generale si possono distinguere due grandi gruppi di miche: quelle alcaline e quelle ferro-magnesiache.

     La mica alcalina più nota è la muscovite, formula generale KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2, con una lucentezza sericea, può essere trasparente se si riduce in lamine sottili oppure variamente colorata in base agli elementi chimici che contiene, se la si ritrova in masse. Oltre all’India, si può trovare con una certa abbondanza in Canada, Inghilterra e Stati Uniti.

     La più conosciuta mica ferro-magnesiaca è la biotite, formula generale sempre alquanto complessa: K(Mg;Fe)(AlSi3O10)(OH)2 e di colore scuro o nero, contrariamente alla muscovite, per la presenza del ferro. Questo tipo di mica, a causa del ferro, non è adatta per la produzione di isolanti elettrici termici, come avviene per quelle alcaline.

Ai fillosilicati appartiene anche il tristemente noto amianto.

Nell’immagine: muscovite (crediti: www.patrickvoillot.com ).

Per saperne di più: Biotite; Muscovite. Consigliati, per i minerali, due video: https://www.youtube.com/watch?v=aZUTMDCOReE

https://www.youtube.com/watch?v=I6V22jumkbs , entrambi di Antonio Geremia.




CRISTALLI! Uno sguardo sul mondo della cristallografia

5 09 2014

     Tra gli eventi organizzati in Italia, in occasione dell’anno internazionale della cristallografia, uno dei più interessanti è la mostra storico-didattica “Cristalli! Uno sguardo sul mondo della cristallografia”, preparata dall’Università degli Studi dell’Insubria di Como, con la collaborazione dell’Istituto di Cristallografia, il Consiglio Nazionale delle ricerche e il Comune di Como. La mostra sarà inaugurata domani 6 settembre 2014 alle 16,30 e sarà visitabile fino al 28 settembre prossimo in via Odescalchi 3 a San Pietro in Atrio, Como. L’ingresso è libero e gratuito, il giorno di chiusura è il lunedì.

     Un’occasione importante per tutti i cittadini che amano il bello, le scienze, l’arte, la geometria, le pietre preziose e soprattutto un’ottima opportunità formativa e informativa per studenti e insegnanti di ogni ordine e grado. Potrebbe rientrare anche nei progetti di “accoglienza” delle nuove classi prime.

     Senza ripetere quanto già scritto in altri post a proposito di cristalli, minerali e anno della cristallografia (Anno della cristallografia, Isomorfismo dei minerali, Oro e pirite, …), segnalo quanto riportato nel comunicato stampa di Ellecistudio:

“Durante la mostra si potranno ammirare minerali e gemme, prendere parte a incontri tematici, letture di poesie, giochi e altri eventi formativi tra cui le conferenze “Da lucrezio e W. H. Bragg, passando per Primo Levi” di Davide Viterbo e “Letture dal Lapidario di Clara Janés” di Nieves Arribas il 6 settembre a partire dalle 16.30; “Pillole dal mondo: da Voghera a Bombay” di Walter Cabri e “Il giro del mondo in 20 Aminoacidi” di Emilio Parisini il 13 settembre, a partire dalle 16.30; “Cristallografia e Beni Culturali: nuove tecniche per Antiche Tecnologie” di Gilberto Artioli e “Il mistero dei Cristalli Giganti” di Juan M. Garcìa Ruiz e Javier Trueba il 20 settembre, a partire dalle 16.30.”

     Per concordare visite guidate per gruppi o scolaresche contattare i responsabili: Norberto Masciocchi – norberto.masciocchi@uninsubria.it, Antonella Guagliardi – antonella.guagliardi@uninsubria.it, Simona Galli – simona.galli@uninsubria.it.

Nell’immagine la locandina dell’evento (cliccare per ingrandirla).

Breve video di presentazione di una precedente mostra del 2009 sui cristalli, organizzata dall’Università di Firenze, Museo di Storia Naturale.