Proprietà fisiche dei Minerali

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Forma cristallina ed abito

I cristalli sono delimitati da superfici piane lisce ed assumono forme geometriche regolari. La forma cristallina è anche una proprietà diagnostica: i campioni con forma perfetta si sono formati in condizioni ambientali favorevoli. La morfologia esterna dei cristalli è espressione della loro simmetria. In cristallografia il termine forma indica un gruppo di facce di un cristallo, ciascuna delle quali ha la stessa relazione con gli elementi di simmetria (intrinseci al cristallo). In cristallografia il termine abito cristallino indica l'aspetto complessivo di un cristallo, compresi gli abiti dovuti all'irregolarità della crescita; in questo senso, il cristallo piò essere

• euedrale: cristallo completamente delimitato da facce, la cui crescita non è limitata o disturbata da cristalli o granuli;
• anedrale: minerale privo di facce cristalline, e può mostrare superfici arrotondate o irregolari prodotte dal reciproco disturbo tra minerali adiacenti alla cristallizzazione; è il frutto di un accrescimento "disturbato", turbato da fattori esterni che influenzano la sua struttura cristallina.

Concrescimenti e geminati

La formazione di un geminato è un fenomeno anomalo, ed accade quando durante il suo accrescimento, il cristallo viene turbato nelle sue condizioni di equilibrio, fra i germi cristallini in via di formazione ed il fuso. La geminazione del gesso, per esempio, deriva da una distorsione della struttura cristallina, per cui un filare di atomo o ione subisce una deviazione, con distorsione del reticolo a contatto del piano {100}.

Superficie galvanizzata con caratteristiche cristalline macroscopiche. Le geminazioni sono visibili come striature simmetriche, in basso a sinistra e in alto a destra.

Cristalli geminati e leggi di geminazione

Due o più individui cristallini si uniscono in modo tale che la loro posizione reciproca segua determinate regole. In altre parole, un geminato è un concrescimento simmetrico di due o più cristalli della stessa sostanza. L'elemento di simmetria che lega l'accrescimento di questi cristalli è assente nel singolo cristallo originario; la scala di geminazione può variare da quella atomica a quella visibile ad occhio nudo. L'elemento di simmetria può essere:

• un piano di geminazione: corrisponde sempre ad un piano razionale del cristallo esempio una sua faccia) ma non è un ulteriore piano di simmetria dei cristalli formano il geminato (quindi vale come piano di simmetria solo per il geminato;
• un asse di geminazione: asse binario di simmetria, che non è un ulteriore asse simmetria dei singoli cristalli, ma esiste in quanto tale solo per il geminato nel plesso.

Elementi che seguono lo stesso piano o asse di geminazione si dice che seguono la stessa legge di geminazione; spesso molti individui della stessa specie si trovano associati sotto un unico corpo geminato che segue la stessa legge, che è detto poligeminato (se è microscopico, è detto geminato polisintetico). Se le leggi seguite nello stesso geminato sono diverse, si parla di geminato complesso. Elementi che seguono la stessa legge di geminazione, spesso generano un cristallo unico con simmetria superiore a quella della classe del minerale che costituisce il geminato (fenomeno di mimesia o pseudosimmetria). I geminati possono essere di contatto (la superficie di separazione tra gli individui cristallini è piana) o di compenetrazione (irregolare, i cristalli si compenetrano). Geminati e non geminati mantengono le stesse proprietà fisiche.

Concrescimento parallelo

Due o più individui cristallini della stessa fase si riuniscono in gruppi in modo che alcuni assi cristallografici dei singoli individui risultino paralleli.

Geminati nei vari sistemi cristallini

Triclino Plagioclasi - Legge dell'albite {010}

Monoclino - Ortoclasio - secondo tre leggi, su tre piani diversi

Rombico - Aragonite - prisma rombico {110}

Trigonale - Calcite {0001}, Quarzo (trigonale trapezoedrico);

Cubico - Fluorite (CaF 2, due cubi compenetrati, legge dello spinello) - Pirite (F eS 2)

geminati a croce di ferro (due rombododecaedri);

Lucentezza

Per approfondire questo argomento, consulta la pagina w:Lucentezza dei Minerali.

• Il termine "lucentezza" indica l'aspetto della superficie del minerale in luce riflessa. Può essere metallica e non metallica: la prima è tipica di metalli (come cromo, acciaio, rame), che sono opachi alla luce, che non li attraversa, neanche in spessori molto sottili; varia poco nel colore.

• La lucentezza non metallica è mostrata da minerali chiari che trasmettono la luce, almeno in sezioni sottili; varia molto nel colore, e quando è in sezione fresca è diversa dal colore in sezione non fresca (che si opacizza col tempo), per questo la diagnosi del colore dovrebbe essere effettuata con raffronto con superficie fresca. Di norma non è considerabile come proprietà diagnostica infallibile.

Altre proprietà dipendenti dalla luce

• Trasparente: si dice di un minerale che trasmette la luce tanto da poterci vedere attraverso. È utilizzato come criterio diagnostico per le gemme.

• Traslucido: Si dice di un minerale che trasmette la luce diffondendola, ma non è trasparente.

• Opaco: descrive un minerale impermeabile alla luce, anche sui bordi esterni sottili.

Sfaldatura e frattura (vettoriali)

Sono le risposte di un materiale cristallino ad una forza esterna, che rende il minerale soggetto a sforzo.

• Sfaldatura: è la tendenza di un minerale a rompersi parallelamente a piani di atomi. La sfaldatura riflette la struttura interna, perché è in generale diversa nelle varie direzioni. È particolarmente evidente nelle strutture a strati, in cui i legami sono molto forti all'interno degli strati, ma deboli nelle zone interstrato, creando sfaldature parallele alla stratificazione (ne sono esempi le miche e la grafite - quest'ultima presenta legami deboli di vad der Waals tra gli strati, a giustificare la sfaldatura). Non tutti i minerali hanno sfaldatura, e non tutti in grado elevato, ma in questi la sfaldatura è una caratteristica diagnostica importante.

• Frattura: è il modo di rompersi dei minerali quando non avviene secondo i piani di sfaldatura o secondo le superfici di parting. Si possono distinguere vari tipi di fratture, significative dal punto di vista diagnostico:

1. scabra - segue superfici irregolari;
2. concoide - segue superfici lisce ma curve;
3. scagliosa - con superfici formate da particelle lamellari;
4. scheggiosa - con superfici cosparse di schegge o fibre;
5. terrosa - le superfici sono cosparse di minuscoli granuli.

Durezza

Per approfondire questo argomento, consulta la pagina w:Scala di Mohs.

È la resistenza che la superficie liscia di un minerale offre all'abrasione; in base a questa, di dividono i corpi in duri (non scalfibili da punta di acciaio), semiduri (scalfibili da punta di acciaio), teneri (scalfibili da un'unghia). Si determina la durezza osservando per confronto la facilità o la difficoltà con cui un minerale viene graffiato da un altro minerale, scelto lungo la scala di durezza di Mohs, che li classifica dal più tenero al più duro

Notare che l'intervallo di variazione della durezza varia con proporzionalità doppia. La durezza è una proprietà vettoriale, per cui i cristalli possono mostare valori diversi della durezza a seconda della direzione secondo la quale vengono rigati; è una proprietà altamente diagnostica.

A questo proposito vengono anche usati sclerometri, apparecchi costituiti da bracci con pesi che gravitano, con una punta di diamante posta su un cannello, che incide il corpo. Si misura quindi la pressione che occorre esercitare sul corpo con il diamante, per scalfirlo. La pressione si indica con un vettore orientato lungo la scalfittura, il cui valore del modulo è dato da quello della pressione. La misurazione vettoriale viene proposta graficamente con 2 assi perpendicolari che si intersecano nel centro, a rappresentare - con lo stesso modulo - i piani in cui si alternano due atomi diversi. A 45° questi assi vengono intersecati da altri due assi (anch'essi si incontrano al centro) dal modulo molto più lungo, ad indicare la maggiore pressione che bisogna esercitare per scalfire i piani formati solo da un atomo e solo dall'altro. I vetri, isotropi, avranno una figura ottenura con lo sclerometro perfettamente sferica.

Peso specifico

Per approfondire questo argomento, consulta la pagina w:Peso specifico.

Il peso specifico (G) o densità relativa è un numero che esprime il rapporto fra il peso di una sostanza ed il peso di un eguale volume di acqua distillata e degassata a 4 °C (temperatura a cui la densità dell'acqua è massima) o a 15,5 °C (T a cui la densità dell'acqua è pari a 1). Il $P{}_{s}$ dipende da

• tipo di atomi da cui la sostanza è composta;
• modo in cui gli atomi sono "impaccati" insieme;

Esistono diversi metodi per effettuare la misurazione.

Misurazione con Picnometro

Il picnometro è uno strumento costituito da una boccetta in cui è inserito un termometro; da una estremità si diparte una colonnetta di vetro collegata alla boccetta. La misurazione si articola in queste fasi:

1. Pesare il picnometro $(P{}_{1})$;
2. Pesare picnometro + minerale sullo stesso piatto di bilancia $(P{}_{2})$;
3. Inserire il minerale nel picnometro $(P{}_{3})$;
4. $(P{}_{2})-(P{}_{1})$ = peso del minerale
5. $(P{}_{2})-(P{}_{3})$ = peso del $V{}_{H{}_{2}O}$ uguale al peso del minerale
6. ${\frac {(P{}_{2})-(P{}_{1})}{(P{}_{2})-(P{}_{1})}}$ dà il $P{}_{s}$ del solido

Limitazioni del picnometro:

• Non è trascurabile la solubilità del minerale in acqua (motivo per cui si usano differenti liquidi, spesso organici);
• Non sono inevitabili gli errori di pesata (se il cristallo è troppo piccolo).

Analisi dei campioni in liquidi pesanti

La decantazione, il galleggiamento, o l'equilibrio del granulo di minerale in un becker riempito con liquido pesante, indica che:

• se il corpo è in equilibrio, $P_{s}{cristallo}=P_{s}{liquidopesante}$;
• se non è in equilibrio, si cambia liquido fino a raggiungerlo.

Alcuni dei liquidi pesanti usati sono:

• Bromoformio $CHBr{}_{3}$ (G=2,9) - diluito con acetone o benzene;
• Tetrabromuro di Acetilene $C{}_{2}H{}_{2}Br{}_{4}$ (G=2,96) - diluito con benzene;
• Ioduro di Metilene $CH{}_{2}I{}_{2}$ (G=3,3) - diluito con acetone, benzene, toluene;
• Soluzione di Clerici (uguali quantità di malonato di Tallio e formiato di Tallio, G=4,2), diluibile in $H{}_{2}O$;

Bilancia di Mohr-Westphal

Nota:
da completare

Bilancia di Mohr-Wesphal, in un disegno d'epoca.