Slides 16 2014 2015 Concetti generali mineralogia sistematica

Slides 16 2014 -2015

Concetti generali mineralogia sistematica • - Criterio di classificazione. Esempi di criteri: chimici, strutturali, genetici, giaciturali, utilità ecc [Fe 3 O 4 magnetite: può essere presente a) in grandi accumuli; b) minerale accessorio rocce eruttive, metamorfiche alcune sedimentarie; Si. O 2 ossido o silicato? ] • - ogni classificazione dei minerali ha un elemento di arbitrarietà

Classificazioni • 1) classificazione su basi chimiche 1758 Cronstedt • 2) classificazione su basi chimiche 1824 Berzelius [la suddivisione in classi è sulla base dell’anione o gruppo anionico dominante] • 3) classificazione su basi chimiche 1854 Dana • 4) classificazione su basi chimiche 1921 Groth e Mieleitner • ) classificazione su basi strutturali 1931 Ewald e Herman

Classificazioni La classificazione del Berzelius è quella che sarà più seguita per i seguenti motivi: 1) i minerali che hanno lo stesso anione o gruppo anionico dominante hanno caratteristiche simili fra loro rispetto a quelle condivise da minerali che hanno in comune uno stesso catione dominante, 2) i minerali che hanno lo stesso anione o gruppo anionico dominante tendono a comparire insieme nello stesso ambiente geologici o in ambienti simili (es i solfuri si trovano generalmente in associazione, 3) questo schema classificativo è in buon accordo con la classificazione adottata dalla chimica inorganica

Limiti classificazione solo chimica o solo strutturale 1. Na[Al. Si. O 4] nefelina classificata insieme a Mg 2[Si. O 4] fosterite ortosilicati 2. K[Al. Si 2 O 6] leucite classificata insieme a Ca[Mg. S 2 O 6] diopside disilicati 3. Na. Cl salgemma, Pb. S galena, Mg. O periclasio classificati insieme in base alla struttura

Classificazioni 1941 Hugo Strunz (1910 -2006) cercò di combinare il criterio chimico con quello strutturale Oggi la maggior parte delle classificazioni si basano sulla combinazioni di criteri strutturali e chimici Seguiremo essenzialmente la classificazione proposta da Hugo Strunz 1970

Le classi Sono state individuate 10 classi 1 a : elementi nativi, carburi, nitruri, fosfuri, leghe 2 a : solfuri, seleniuri, tellururi, arseniuri, solfosali 3 a : alogenuri ed alogenosali 4 a : ossidi e idrossidi 5 a : carbonati, nitrati, arseniti, seleniti, telluriti, iodati 6 a : borati 7 a : solfati, tellurati, cromati, molibdati, wolframati 8 a : fosfati, arseniati, vanadati 9 a : silicati 10 a : composti organici

10 a classe : composti organici Piccolo gruppo di sostanze a) Sali di acidi organici b) Idrocarburi altre sostanze organiche a) Sali di acidi organici Dominano gli ossalati [C 2 O 4]-2 Whewellite Ca(C 2 O 4). H 2 O (presente in depositi di carbon fossile; genesi idrotermale vene metallifere; presente anche nelle incrostazioni dei marmi del Colosseo) Weddellite Ca(C 2 O 4). 2 H 2 O principali costituenti dei calcoli urinari

10 a classe : composti organici b) Idrocarburi altre sostanze organiche Evenkite C 24 H 50 cristalli euedrali di 1 cm Hartite C 20 H 34 (in druse di lignite del Valdarno) Simonellite C 19 H 24 (nella lignite di Montepulciano Siena) La lignite è un carbon fossile originatosi da foreste del secondario e del terziario. Ha un'umidità relativa piuttosto elevata, mediamente superiore al 21% e la sua carbonificazione non è mai del tutto completa, ciò ne fa un combustibile di limitato pregio.

Classificazioni Le classi sono suddivise in famiglie sulla base del chimismo e può essere suddivisa ulteriormente in gruppi per somiglianza strutturale. Il gruppo può essere suddiviso in serie

minerali crosta terrestre ~ 90% Silicati ~ 500 specie I minerali fondamentali costituenti le rocce sono usati per la loro classificazione Importanti anche i carbonati quali calcite e dolomite

Genesi La genesi dei minerali si identifica con quella della rocce che li contiene: magmatica, sedimentaria metamorfica. Genesi dei silicati • Genesi magmatica: stadio ortomagmatico: olivine, pirox, anfiboli, miche, feldspati, feldspatoidi, quarzo; stadio pegmatitico-pneumatolitico: spodumene, berillo, tormalina, topazio, zircone, ortite; stadio idroternale: zeoliti, minerali argillosi, opale

Genesi • Genesi sedimentaria: minerali argillosi, zeoliti, alcuni feldspati, opale e quarzo. • Genesi metamorfica: granati, Cianite, sillimanite, andalusite, wollastonite, epidoti (vesuvianite), talco, pirofillite. Genesi magmatica e sedimentaria: processi formativi Genesi metamorfica: processi trasformativi

Prime classificazioni dei silicati Classificazione basata su caratteristiche Fisiche come sfaldatura e forma cristallina. Verso il 1930 Machatschki e Bragg proposero una classificazione basata sulla modalità di concatenamento dei tetraedri. Esistono classificazioni alternative Liebau (1985), Zoltai (1960)

Classificazione dei silicati 7 a classe nesosilicati Granati ciclosilicati Berillo Sorosilicati Vesuvianite:

Inosilicati Wollastonite Tectosilicati quarzo Fillosilicati Mica leucite

Il tetraedro: unità fondamentale sulla quale si basano le strutture di tutti i silicati [Si. O 4]4 -

Classificazione dei silicati Nesosilicati (nesos), sorosilicati (soros), ciclosilicati (kyklos), dimensionalità 0 Inosilicati (inos), dimensionalità 1 Fillosilicati (phyllon), dimensionalità 2 Tectosilicati (tecton), dimensionalità 3

Nesosilicati [Si. O 4] -4 Olivine, Granati, Zircone, Thorite Th. Si. O 4, Cianite e Andalusite Al 2 O(Si. O 4)

Sorosilicati [Si 2 O 7] -6 Emiforfite Zn 4(Si 2 O 7)(OH)2 H 2 O Lawsonite Ca. Al 2 (Si 2 O 7)(OH)2 H 2 O

Epidoti • • • X 2 Y 3 (ZO 4)(Z 2 O 7)(O, OH) 2 X = Ca, Ce, La REE Y = Al, Fe 3+, Mn 3+, Fe 2+ Z = Si (essenzialmente) Clinozoisite, Pistacite, Piemontite, Ortite o Allanite • Formano miscele isomorfe • Presenti in rocce metamorfiche

Ciclosilicati [Si 3 O 9]-6 Benitoite Ba. Ti. Si 3 O 9 Cordierite – indialitie (Mg, Fe)2 Al 2 Si(Si 4 Al 2 O 18) Berillo Al 2 Be 3(Si 6 O 18) Tormalina Dioptasio Cu 6(Si 6 O 18) [Si 6 O 18]-12 [Si 4 O 12]-8

Neso soro ciclo

Energia di legame L’energia totale di legame di Si 4+ è distribuita in parti uguali fra i quattro ossigeni vicini. La forza di legame di ogni singolo legame Si-O è esattamente uguale alla metà dell’energia totale di legame disponibile nello ione ossigeno. Ogni ione O 2 - ha la potenzialità di legarsi ad un altro ione silicio e partecipare ad un altro gruppo tetraedrico collegando i gruppi tetraedrici tramite ossigeni condivisi (ossigeni ponte).

Polimerizzazione Il collegamento tra tetraedri è spesso definito polimerizzazione e questa capacità di polimerizzare è all’origine della grande varietà delle strutture dei silicati.

Inosilicati • La struttura presenta catene semplici in cui i tetraedri condividono due dei quattro ossigeni di ciascun tetraedro • La struttura presenta catene doppie in cui metà dei tetraedri condividono tre dei quattro ossigeni e l’altra metà condivide due ossigeni di ciascun tetraedro.

Inosilicati a catena semplice [Si 2 O 6] -4 Pirossenoidi

Inosilicati a catena doppia [Si 4 O 11]-6

Inosilicati a catena semplice e a catena doppia

Fillosilicati [Si 4 O 10] -4

Fillosilicati

Tectosilicati • La crosta terrestre è costituita per il 64% da minerali la cui struttura consiste di una impalcatura tridimensionsle di tetraedri Si. O 4 collegati per tutti i vertici • Questi minerali appartengono alla classe dei tectosilicati

Tectosilicati [(Si, Al)O 2] -x Feldspati feldspatoidi Zeoliti Minerali della silice

• Un’impalcatura di Si. O 2 che non contiene altre unità strutturali è elettricamente neutra. • Vi sono almeno 9 differenti modalità con le quali si può costruire una impalcatura di questo tipo. • Queste modalità di disposizione geometrica corrispondono ai 9 polimorfi del composto Si. O 2 di cui uno sintetico.

• • • Stishovite Tetragonale Coesite monoclino Quarzo- esagonale Keatite (sint) tetragonale Tridimite- monoclino Tridimite- esagonale Cristobalite- tetragonale Cristobalite- cubico P. s. 4. 35 3. 01 2. 65 2. 53 2. 50 2. 26 2. 22 2. 32 2. 20 I. R. medio 1. 81 1. 59 1. 55 1. 54 1. 52 1. 47 1. 48

• Ogni polimorfo ha il suo gruppo spaziale, e specifiche dimensioni della cella elementare. • Quale fra i polimorfi sia stabile è determinato principalmente da considerazioni energetiche. • Le forme di T più elevata con grande energia reticolare presentano strutture più espanse e ciò si riflette nel peso specifico inferiore e nel minore indice di rifrazione • Abbiamo inoltre due sostanze essenzialmente amorfe la lechatelierite un vetro di silice di composizione variabile e l’opale Si. O 2 n. H 2 O con una struttura localmente ordinata costituita da sfere di silice e un contenuto di H 2 O molto variabile

Tectosilicati

Minerali e Rocce • I minerali sono i costituenti delle rocce insieme a sostanze amorfe (es vetro vulcanico) • I minerali presenti nelle rocce si dividono in essenziali, accessori, accidentali Quarzo 10 -15 % Alcalifeldspati 15 -20 % Plagioclasi 40 -45 % Pirox, Anf, Ol 15 -20 % Biotite 3 -5 % altri 5 -10 %

Minerali Accessori <1 -5% • Magnetite, ilmenite (Fe. Ti. O 3), ematite αFe 2 O 3, Titanite Ca. Ti[Si. O 4] (O, OH, F), Rutilo, Zircone, Monazite, apatite Ca 5(PO 4)(OH, F, Cl), Granati, Epidoti, Ortite, Fluorite, Calcite o altri Carbonati, Spinelli, Cromite (Fe. Cr 2 O 4)

Minerali primari e minerali secondari • Sono detti minerali primari quelli che si formano direttamente dal magma • Sono detti minerali secondari quelli che si formano per alterazione dei minerali primari in condizioni postmagmatiche e/o dal vetro vulcanico (es zeoliti) • I minerali secondari indicano che si sono verificate fenomenologie postmagmatiche (autometamorfiche, autometasomatiche, ecc) e idrotermali sulla roccia già consolidata. • I fenomeni postmagmatici possono essere così intensi da cancellare la paragenesi primaria • [associazione di minerali in equilibrio formatisi durante un evento petrogenerico]