Minerali: definizione, classificazione e caratteristiche delle proprietà minerali

I minerali sono sostanze solide, cristalline e si trovano in ogni angolo del pianeta. Sono suddivisi in diverse famiglie, ognuna con proprietà uniche ed economicamente interessanti. Vediamo insieme cosa sono esattamente, come vengono classificati e quali particolari caratteristiche possiedono.

La parola “minerale” ha origini medievali ed è un derivato della francese “minière”, che significa miniera. Sicuramente tutti conosciamo almeno un tipo di minerale, magari solo per sentito dire: diamanti, rubini, smeraldi, topazi, quarzo, gesso, pirite, e così via… ce ne sono davvero tantissimi!

Dal punto di vista scientifico, i minerali possono essere definiti come “solidi naturali caratterizzati da un elevato ordine a scala atomica. La loro composizione è definita ma non fissa e generalmente si formano da processi inorganici”.

Questa definizione può sembrare un po’ oscura e difficile da comprendere, ma analizziamola passo dopo passo.

Qual è la definizione di minerali e quale è la loro importanza nel mondo naturale?

Avviciniamoci con curiosità a questa definizione così complessa dei minerali. Partiamo dall’essenziale: i minerali sono materiali solidi, quindi niente liquidi o gas, che si sono formati in natura, senza l’intervento dell’uomo. Non sembra così difficile, vero? Continuiamo.

Quando parliamo di elevato ordinamento a scala atomica, ci riferiamo al fatto che gli atomi in un minerale sono disposti in modo preciso, seguendo uno schema ben definito. Immaginiamo una scatola di cartone: ogni spigolo corrisponde a un atomo. Se impilassimo tante scatole, otterremmo una struttura fatta di spigoli, cioè di atomi, che si ripetono ordinatamente nello spazio.

La composizione chimica dei minerali è definita, ma non fissa. Questo significa che ogni minerale può essere descritto da una precisa formula chimica, ma spesso la sua composizione oscilla tra due estremi, come i vari toni di grigio tra bianco e nero.

I minerali si formano principalmente da processi inorganici, cioè senza l’intervento di forme di vita, tranne alcune eccezioni come alcune tipologie di calcare.

Prima di proseguire, è importante sottolineare che minerali e rocce sono due cose diverse! I minerali sono singole entità, mentre le rocce sono insiemi di minerali. Ad esempio, il quarzo è un minerale, mentre il granito è una roccia composta anche da biotite e feldspati, oltre al quarzo.

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Caratteristiche e proprietà dei minerali

Le caratteristiche dei minerali sono estremamente diverse e affascinanti. Iniziamo con il fatto che i minerali sono composti di elementi chimici, e la loro formazione avviene in condizioni specifiche di temperatura e pressione. Questa è una delle ragioni per cui esistono così tante varietà di minerali. Inoltre, i minerali presentano diverse proprietà fisiche e chimiche che li rendono unici: ad esempio, la durezza, il colore, la lucentezza e la forma cristallina. Alcuni minerali possono anche reagire con l’acido, brillare sotto la luce ultravioletta o avere una struttura cristallina ben definita. Queste caratteristiche sono fondamentali per identificare e classificare i minerali, e rappresentano solo alcune delle meravigliose peculiarità di questo affascinante mondo.

Il meraviglioso abito trasparente ricoperto di cristalli

Quando parliamo di minerali, ciò che colpisce subito l’osservatore è la loro forma. Questo tratto distintivo, chiamato “abito cristallino”, consente di distinguere un minerale dall’altro. In linea generale possiamo classificare i minerali in tre categorie principali in base alla forma: euedrali, subedrali e anedrali.

I minerali euedrali si presentano con facce cristalline ben definite, il che indica che, al momento della loro formazione, non erano circondati da altri cristalli che ne avrebbero impedito lo sviluppo. I minerali subedrali, invece, mostrano facce cristalline parziali e superfici di contatto con minerali adiacenti, indicando che si sono formati successivamente rispetto ai minerali euedrali. Infine, i minerali anedrali non presentano facce cristalline ben definite e mostrano solo superfici irregolari, perché si sono formati in spazi limitati tra altri minerali.

Tra i minerali euedrali possiamo individuare diverse forme geometriche, come prismatiche, romboidali, cubiche, ottaedriche e pinacoidali. Basti pensare ai cristalli di pirite, chiaramente inseriti tra i minerali cubici, per capire l’importanza della forma nella classificazione dei minerali.

È importante sottolineare che i cristalli euedrali, spesso visti nelle collezioni dei musei, sono in realtà un’eccezione: nella maggior parte dei casi ci troviamo davanti ad aggregati di piccoli cristalli subedrali o anedrali. La natura di questi campioni può variare da compatta a sfaldabile, fibrosa o colloforme, rendendo la varietà delle forme minerali praticamente infinita.

In conclusione, la classificazione dei minerali in base alla forma cristallina rappresenta solo uno dei tanti aspetti affascinanti di questo campo scientifico così vario e complesso.

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Il comportamento di un minerale di fronte alla luce può essere metallico o non metallico. Se un minerale ha un comportamento metallico, riflette la luce come farebbe, ad esempio, il rame o l’argento. Al contrario, un comportamento non metallico prevede che almeno in parte la luce attraversi il minerale.

Tuttavia, tra i due comportamenti non sempre c’è una netta differenza: ci sono minerali con una lucentezza definita sub-metallica. Il mondo dei non-metalli è estremamente variegato, comprendendo effetti di lucentezza come il vitreo (simile al vetro), il perlato, il resinoso (come l’ambra), il serico (simile alla seta in alcuni minerali fibrosi) o l’adamantino (la classica brillantezza del diamante).

Anche il colore dei minerali non è costante, contrariamente a quanto si possa pensare. Sono pochi i minerali che mantengono sempre lo stesso colore, e spesso il colore non è un metodo affidabile per riconoscerli, potendo essere modificato da impurità al loro interno. Un esempio è il quarzo: costituito normalmente da silice SiO 2 e bianco/grigiastro, piccole quantità di ferro al suo interno (Fe3) possono conferire alla pietra un colore giallo limone, trasformandola in gemma, come il quarzo citrino.

In realtà, l’aspetto del colore è molto complesso e la sua variazione dipende da molteplici fattori. Questa variabilità del colore dei minerali può rappresentare anche un’ottima fonte di guadagno per i truffatori, che vendono zirconi per diamanti.

Durezza

La durezza di un minerale può essere definita come la sua resistenza all’abrasione. In pratica, se proviamo a graffiare la sua superficie con un oggetto liscio, si formeranno dei segni oppure no? Se si formano segni, significa che l’oggetto che stiamo usando per graffiare è più duro del minerale; se non si formano segni, allora il minerale è più duro dell’oggetto utilizzato.

Per classificare i minerali, viene spesso utilizzata la Scala di Mohs, che prevede 10 livelli di durezza. Ogni livello è rappresentato da un minerale-esempio che ci aiuta a comprendere quanto sia elevata la durezza del minerale preso in considerazione. Ad esempio, al primo livello troviamo il talco, che può essere graffiato con un’unghia, mentre all’ultimo livello c’è il diamante, che può essere graffiato…beh, solo da un altro diamante!

Si è soliti dire che il diamante è indistruttibile, ma in realtà questa affermazione non è del tutto scientificamente corretta. Infatti, il diamante è sì il minerale più duro, ma non è il più tenace. In altre parole, non è possibile graffiarlo con nessun altro materiale, ma se viene colpito in determinati punti, può comunque rompersi.

Il concetto di peso specifico e la sua importanza nell’ambito della fisica e dell’ingegneria.

Il peso specifico, indicato con la lettera “G”, è una proprietà spesso confusa con la densità. Tuttavia, è più corretto parlare di peso specifico in quanto questo valore è adimensionale, cioè non ha unità di misura.

Il peso specifico è essenzialmente un confronto tra il peso di una determinata sostanza e il peso di un volume d’acqua equivalente. Ad esempio, se un minerale ha un peso specifico di 6, significa che pesa sei volte in più dello stesso volume d’acqua.

Questa proprietà è influenzata principalmente dalla tipologia di atomi presenti nel minerale e dal modo in cui sono disposti.

Sfaldatura

La sfaldatura nei minerali è un comportamento particolare che li rende suscettibili a fratture lungo determinati piani di atomi. Per spiegarlo meglio, immaginate una pila di fogli di carta, ognuno rappresentante uno strato di minerale. Applicando una forza, i singoli strati possono separarsi lungo il piano del foglio. Questo fenomeno è tipico di minerali come la muscovite e la biotite, che formano lamelle perfettamente parallele, simili ad a piccoli libri di cristallo.

Altri minerali, come il berillo o l’apatite, possono mostrare sfaldature meno evidenti, mentre alcuni, come il quarzo, potrebbero non presentare sfaldature affatto.

La classificazione e i diversi tipi di minerali presenti nella natura

Le rocce e i minerali vengono classificati secondo un metodo che si basa sulla composizione chimica. Possiamo distinguere diversi gruppi principali, tra cui i silicati, i carbonati, gli ossidi, gli elementi nativi, i solfuri, i solfati, gli alogenuri e i fosfati. Questo metodo di classificazione è stato introdotto nel 1800 e si basa sul tipo di ione negativo o gruppo anionico dominante presente nel minerale.

I silicati sono i minerali più diffusi e comuni, caratterizzati dalla presenza di silicio e ossigeno. I carbonati sono composti principalmente da carbonio e ossigeno, spesso associati a metalli come calcio e magnesio. Gli ossidi sono formati da ossigeno e un altro elemento, come ad esempio l’ossido di ferro. Gli elementi nativi sono composti da un unico elemento chimico, come l’oro, l’argento o il rame. I solfuri sono formati da zolfo combinato con un metallo, come ad esempio la pirite di ferro. I solfati sono composti da zolfo e ossigeno, associati a metalli come il calcio e il sodio. Gli alogenuri sono composti da cloro, fluoro, bromo o iodio combinati con metalli. Infine, i fosfati sono composti da fosforo e ossigeno, spesso associati a metalli come il calcio e l’alluminio.

Questa classificazione chimica ci aiuta a comprendere meglio la composizione e le caratteristiche dei minerali, nonché a studiarne le proprietà e gli utilizzi nella vita di tutti i giorni.

Silicati

I silicati sono i minerali più diffusi sulla crosta terrestre, costituendo quasi l’80% del totale. Questi minerali devono il loro nome alla presenza di due elementi fondamentali: silicio(Si) e ossigeno(O). La loro combinazione con altri elementi della tavola periodica dà origine alla maggior parte dei minerali presenti nel nostro ambiente.

La struttura di base dei silicati è il gruppo silicatico[(SiO 4) 4-]. Possiamo immaginare questa struttura come una piramide, dove ogni vertice rappresenta un atomo di ossigeno. Al centro di questa piramide, o per meglio dire tetraedro, troviamo l’atomo di silicio, come una perla al centro di uno scrigno.

Questo tetraedro è la base di tutti i silicati. In particolare, possiamo distinguere diverse categorie: i Nesosilicati, formati da tetraedri separati che tendono a legarsi a ioni metallici(es. olivina); gli Inosilicati, dove i tetraedri sono uniti a formare catene singole o doppie che si legano anch’esse ai ioni metallici, sebbene in misura minore rispetto ai nesosilicati (es. pirosseni e anfiboli); i Fillosilicati, in cui i tetraedri si dispongono a formare una sorta di strato, riducendo la capacità di legarsi agli ioni metallici (es. talco); Tettosilicati, caratterizzati dalla formazione di strutture tridimensionali, in cui ogni atomo di ossigeno è legato a un altro tetraedro (es. quarzo e feldspati).

Carbonati

I carbonati sono dei composti minerali che presentano il gruppo carbonatico (CO3) 2-. Questo gruppo si lega a ioni positivi come il calcio (Ca) e/o il magnesio (Mg), formando due minerali molto comuni: la calcite e la dolomite. I carbonati, per la loro natura, sono tra i principali costituenti delle rocce sedimentarie carbonatiche. La calcite si forma spesso grazie a organismi marini che utilizzano il carbonato di calcio disciolto in acqua per costruire il proprio guscio. Dopo la morte di questi organismi, il guscio precipita sul fondo marino, contribuendo a formare nel corso dei millenni alcune delle rocce sedimentarie più diffuse.

La dolomite, invece, si forma in un secondo momento per interazione tra l’acqua di mare e la calcite. L’acqua salata contiene magnesio che in parte sostituisce il calcio nel carbonato, dando origine alla dolomite.

Ossidi

Gli ossidi sono dei composti caratterizzati dalla presenza di atomi di ossigeno legati ad altri elementi, spesso metalli. Questi possono essere classificati in ossidi semplici o ossidi multipli, a seconda della quantità di elementi che si legano con l’ossigeno.

In natura, gli ossidi rappresentano una fonte economica molto rilevante di numerosi metalli, tra cui ferro, cromo, manganese, stagno e uranio. Essi svolgono un ruolo fondamentale nell’industria e nell’economia mondiale.

Tra i principali minerali ossidici troviamo l’ematite, la magnetite, il rutilo, l’uraninite e l’ilmenite. Questi minerali costituiscono importanti risorse naturali grazie alla loro concentrazione di metalli e al loro impiego in vari settori industriali.

Elementi nativi della natura italiana

Gli elementi nativi sono quegli elementi che si trovano in natura “da soli”, non legati ad altre specie chimiche. Escludendo i gas, possiamo distinguere soltanto 20 elementi nativi, suddivisi in metalli (come l’oro, il platino, il ferro), semimetalli (come l’arsenico, il bismuto) e non metalli (come lo zolfo, il diamante e la grafite).

Una curiosità interessante è che tra gli elementi nativi troviamo anche il mercurio nativo, l’unico minerale che si trova allo stato liquido a temperatura ambiente!

Solfuri

I solfuri sono un tipo di minerale in cui un atomo di zolfo si lega ad elementi metallici. Nonostante possa sembrare simile alla descrizione degli ossidi, vi è una differenza sostanziale. Gli ossidi come ematite e cromite vengono intensamente sfruttati per fini economici, mentre i metalli dai solfuri vengono raramente estratti sia per la complessità del processo sia per l’importante impatto ambientale della lavorazione.

Tra i solfuri più famosi troviamo la pirite, la pirrotina e la galena. La pirite, che abbiamo menzionato prima in merito alla sua forma cubica, è particolarmente nota.

Solfati

I solfati sono basati sull’ione solfato (SO4)2- e comprendono oltre 300 minerali, con il gesso come il più conosciuto. Tuttavia, un errore comune è chiamare “gesso” la polvere usata dagli atleti per migliorare l’aderenza delle mani sugli attrezzi. In realtà, quella polvere è solitamente la magnesite, un carbonato di magnesio.

Alogenuri

Gli alogenuri sono composti chimici formati dall’unione di alogeni come cloro, fluoro o iodio, con uno o più elementi metallici. Tra gli esempi più noti troviamo il salgemma, conosciuto anche come il comune sale da cucina, e la fluorite. Quest’ultima ha trovato impiego nell’industria chimica ma in passato era utilizzata anche per la produzione di vasi e piatti scolpiti.

Fosfati

I fosfati sono composti chimici che contengono l’ione fosfato [(PO4) 3-], noto per legarsi ad elementi metallici. Come nel caso dei silicati, anche i fosfati formano strutture tetraedriche a forma di piramide. Tra i minerali più conosciuti c’è l’apatite, che è anche presente nei denti e nelle ossa umane, e il turchese, utilizzato per creare gioielli.