FACCIAMO DUE CHIACCHIERE S
MINERALI E CRISTALLI

 

 Il mondo minerale inerte, impermeabile allo scorrere del tempo, misterioso perché l'uomo non ne vede né la formazione né la lenta distruzione, ha favorito formulazioni immaginarie e simboliche. A tali elementi misteriosi si aggiunge lo splendore eccezionale, la rarità e la bellezza di alcune pietre che vengono talora considerate ricettacoli di forze della natura, di energie sviluppate a contatto del suolo lontano da ogni corruzione e da cui l'uomo potrebbe trarre beneficio. Nel passato si è creduto che molti minerali abbiano avuto una origine misteriosa. Il quarzo era considerato da diversi popoli come un frammento staccatosi dal cielo, alcune pietre preziose sarebbero nate nella testa dell’uomo, del serpente e della rana. Secondo una antica credenza i minerali, sono capaci di allontanare le forze malefiche associate alle tenebre . Sempre secondo questa antica credenza i minerali, estratti dalla terra, dove si trovano sotto la protezione dei serpenti divini, venendo alla luce del sole accrescono  il loro potere benefico
Queste  pagine sono il risultato di interessi e di esperienze personali e del desiderio di rendere omaggio al misterioso e splendido mondo dei minerali a cui mi sono avvicinata con crescente ammirazione e amore e sono  rivolte a quanti si sentono attratti dalle  "pietre", dalla loro bellezza, dalla loro luce, dai loro colori, a quanti desiderano ornarsene o collezionarle e anche a quanti   considerano questi "frammenti di eternità" portatori di particolari energie protettive.

Per comprendere meglio le modalità di azione dei cristalli è necessario porsi queste domande:

CHE COSA SONO I MINERALI ?
CHE COSA SONO I CRISTALLI ? 
DOVE E COME SI SONO SI SONO FORMATI ?

Ma prima di rispondere a queste domande e di intraprendere l’affascinante viaggio nel regno dei minerali è necessario chiarire alcuni semplici concetti di base.

Tutto ciò che ci circonda e che possiamo percepire con i nostri sensi si definisce materia.
Materia è tutto ciò che esiste al mondo e ha ,quasi sempre, forme particolari per cui un banco, un libro, una penna sono parti di materia ossia corpi. Se osserviamo bene alcuni corpi, per esempio un semplice bicchiere o una matita ci rendiamo conto che il bicchiere è fatto di vetro, mentre la matita è fatta di grafite. Queste materie di cui sono formati i corpi e che hanno caratteri specifici si dicono sostanze.

Le caratteristiche della materia sono:   volume, massa, peso,pressione,calore,energia.

La materia si presenta allo stato solido, allo stato liquido e allo stato aeriforme (gas e vapore)

Un libro, una penna, un gioiello sono corpi solidi: essi hanno forma e volume proprio.
L'acqua, l'olio sono corpi liquidi: hanno volume proprio, ma non forma. Essi acquistano la forma del recipiente che li contiene.
I gas e i vapori sono areiformi e non hanno forma e volume propri. L'ossigeno e l'idrogeno sono gas, i vapori si ottengono riscaldando liquidi o solidi.

Nei corpi, anche in quelli che sembrano più compatti come il ferro e il piombo, vi sono spazi piccolissimi. Si dice quindi che la materia è discontinua e le particelle che le formano sono tenute insieme da una forza detta "forza di coesione" che è massima nei solidi per cui le particelle hanno una posizione fissa e sono ordinate nello spazio secondo modelli prestabiliti.
Nei liquidi la forza di coesione è minore e le particelle hanno una certa libertà di movimento e negli aeriformi la forza di coesione è quasi inesistente e le particelle tendono ad allontanarsi le une dalle altre.

Tutte le sostanze possono quindi trasformarsi da uno stato fisico all'altro per riscaldamento o per sottrazione di calore 

I cambiamenti di stato fanno parte di quel gruppo di fenomeni che si definiscono fenomeni fisici cioè fenomeni nei quali non avviene una trasformazione di materia da una sostanza all'altra.
Si chiamano invece fenomeni chimici quelli nei quali avviene una trasformazione di materia (per esempio: riscaldare lo zucchero)

Due importanti proprietà della materia sono Peso e Massa
Se con un dinamometro misuriamo il peso di un litro di acqua, si riscontra che

1 litro di acqua pesa

  a Roma all'Equatore    al Polo
1000 grammi    997 grammi 1002 grammi

                                                                                     
Questa differenza si spiega tenendo presente che il peso è la forza con la quale la terra attrae un corpo. II peso di uno stesso corpo è una grandezza variabile e aumenta dall'Equatore verso i Poli cioè con la latitudine (questo avviene perchè la Terra è leggermente schiacciata ai Poli e quindi la forza di gravità è maggiore)
Eppure questo litro di acqua è formata sempre dalla stessa quantità di materia sia che esso venga pesato a Roma che ai Poli.

La quantità di materia di cui è formato un corpo è invariabile ed   indipendente dal luogo e si chiama massa e si calcola con la bilancia. Normalmente noi identifichiamo, anche se in modo errato, il peso con la massa.

Tutta la materia, cioè tutto ciò che vediamo, tocchiamo, gustiamo, tutto ciò che occupa uno spazio è formato di miliardi e miliardi di particelle invisibili: le molecole che conservano inalterate tutte le proprietà della sostanza stessa. La molecola è, a sua volta, formata di particelle ancora più piccole; gli atomi

 

"Non esistono che gli atomi e lo spazio. Tutto il resto è opinione"

                                                                                                Democrito.

L’atomo

Il primo a parlare di particelle piccolissime che formavano l’Universo fu il filosofo greco Democrito di Abdera (V-IV secolo a.C.). Egli chiamò queste particelle "atomi" dal greco  atomos che significa indivisibile.

Questi erano considerati di dimensioni e forma fisica differenti, immersi in uno spazio vuoto e dal loro movimento derivavano tutte le cose. La stessa sostanza dell’anima era costituita dagli atomi più sottili, più leggeri. Essi, secondo Democrito, cercavano di sfuggire dal corpo, ma il respiro ne rinnovava il numero.

Alcuni  vecchi modelli atomici

atomo di dalton.JPG (5465 bytes) campioni di atomi.2.JPG (5131 bytes) campioni di atomi.3.JPG (7754 bytes) campioni di atomi.4.JPG (8677 bytes)
1804 1913 1924 1932

La più antica teoria atomica risale agli atomisti greci e latini. Secondo questa teoria tutte le cose materiali sono fatte di atomi, diversi per forma e dimensioni e in incessante movimento nello spazio vuoto.

Nel 1804 Dalton formulò la prima teoria atomica moderna che si basava tuttavia ancora sul concetto di indivisibilità dell’atomo. Solamente nel 1913 con il modello di Rutherford-Bohr si comincia ad avere una visione dell’atomo più vicina a quella attuale.

Nel 1924 con l'atomo di de Broglie l'elettrone non è più una particella e nel 1932 il nucleo dell'atomo è costituito da neutroni e protoni

L’atomo di un qualsiasi elemento chimico è costituito di molte particelle di cui le più importanti sono i protoni, i neutroni e gli elettroni

Nel 1947 Yukawa dimostrò che protoni e neutroni sono uniti da altre particelle : i mesoni in continuo scambio fra essi

Successivamente è stato scoperto che i protoni sono composti da particelle: i quark legati da gluoni che hanno lo stesso ruolo dei mesoni nel nucleo, ma i quark non sono le ultime particelle costituenti il nucleo dell'atomo.                                                        

campione atomo 6.jpg (16217 bytes) campione atomo 7.jpg (12015 bytes)
nucleo con
mesoni
nucleo con
quark e gluoni

                                                                                                      
Protoni. neutroni e elettroni sono comunque i mattoni fondamentali di cui è formato tutto ciò che cade sotto la nostra esperienza:pianeti, stelle, animali, piante, pietre e anche noi siamo formati di queste particelle.

Per meglio renderci conto di come sono disposti protoni, neutroni, elettroni, ci soffermeremo su un vecchio modello atomico molto semplice: il  Modello di atomo planetario, così definito per analogia con il Sistema Solare.

Come si può vedere dalla figura, che rappresenta un atomo di ossigeno, protoni e neutroni sono concentrati nel nucleo intorno al quale ruotano gli elettroni, lungo orbite ellittiche, con una velocità tale da vincere la forza di attrazione esercitata dal nucleo.

Questo modello non ci dice però nulla della reale disposizione degli elettroni intorno al nucleo e, poiché le proprietà degli atomi dipendono dalla disposizione degli elettroni,    è necessario fare riferimento ad un modello più completo: il modello a gusci.

Secondo questo modello, tutti gli elettroni cui compete uno stesso livello energetico si trovano, più o meno, alla stessa distanza dal nucleo individuando, in tal modo, zone che sono indicate come gusci. Il numero di elettroni in ciascun guscio è regolato da particolari e complesse leggi.

Nella fisica moderna l’elettrone non è più visto come una particella materiale localizzata nel tempo e nello spazio, ma come una particella senza chiari limiti spaziali per cui non è definibile la sua esatta posizione e, per questo motivo, il modello atomico a gusci è stato ulteriormente perfezionato.

Penso tuttavia che sia sufficiente il riferimento al modello a gusci.

Questo modello atomico mette in evidenza che il comportamento chimico degli atomi non dipende da tutti gli elettroni, ma solo da quelli che occupano l’ultimo guscio, il più distante dal nucleo (gli elettroni  esterni). Questi elettroni sono responsabili dei vari legami fra atomi e sono suscettibili, se eccitati, non solo di spostamenti nell’ambito del guscio ma anche di spostamenti da un atomo ad un altro.

Complessivamente il numero di elettroni è uguale al numero dei protoni per cui l’atomo risulta elettricamente neutro ma, se per motivi di varia natura, meccanica, termica, luminosa gli elettroni più esterni vengono ceduti o acquistati, l’atomo passa dallo stato neutro ad uno stato dotato di carica positiva (se cede elettroni) o di carica negativa (se acquista elettroni) trasformandosi in "ione."

Minerogenesi

Al momento della sua formazione la Terra era molto diversa da come la conosciamo. Probabilmente era una sfera incandescente costituita da materiale allo stato fuso, il magma, mantenuto tale dal calore sprigionato dagli elementi radioattivi molto più abbondanti di oggi.

Se volgiamo lo sguardo intorno a noi, quasi ovunque vediamo rocce. Esse sono aggregati di minerali e sono molto diverse le une dalle altre per composizione e per origine.
Per conoscere i minerali quindi è molto importante conoscere gli ambienti in cui le rocce si sono formate e in cui continuano a formarsi. Le rocce possono essere classificate, in base agli ambienti di formazione in:

Le rocce ignee possono distinguersi in intrusive ed effusive.

 

Rocce ignee intrusive

Queste rocce si sono formate e si formano per raffreddamento e successiva solidificazione del magma, materiale che si trova allo stato fuso a oltre 20 km di profondità nella crosta terrestre e ricco di elementi come silicio, alluminio, calcio, magnesio, sodio, ferro. Il magma giunge a temperatura inferiore nel suo movimento di risalita, durante il quale penetra in fenditure della crosta terrestre.

Il processo di formazione delle rocce è dunque caratterizzato da un lento raffreddamento del magma che conserva a lungo gas e vapore acqueo: si formano in tal modo cristalli ben visibili, talora splendidi e rari.

Esistono tre periodi di formazione:

Nel primo periodo la temperatura si aggira intorno ai 1300° e i minerali che si formano in questa fase sono quasi tutti silicati. In questo periodo si formano alcuni giacimenti speciali come i giacimenti di magnetite.

Nel secondo periodo, intorno ai 600°, l’azione dei componenti chimici del magma allo stato di vapore diventa prevalente.
In questo periodo si formano
berillo, topazio, tormalina, spodumene, miche, fluorite… L’interesse per i minerali che si formano in questa fase dipende non solo dalla loro varietà, ma anche dal fatto che si trovano in cristalli ben sviluppati e di notevoli dimensioni.

La giacitura più diffusa è quella dei filoni pegmatitici e delle druse. I primi rappresentano il riempimento di spaccature da parte del magma molto meno denso rispetto a quello del periodo precedente.
Le druse, invece, sono cavità nella roccia le cui pareti sono tappezzate da cristalli analoghi a quelli dei filoni.

Nel terzo periodo il magma si presenta allo stato liquido con abbondanza di acqua allo stato di vapore e la temperatura è intorno ai 350°. La composizione chimica di questa soluzione non è costante perché molti dei cristalli formati precedentemente si sciolgono e tornano in circolo. La soluzione si insinua nelle spaccature della roccia già consolidata e vi deposita le sostanze in essa disciolte.

Si formano così i filoni di origine idrotermale ove è possibile trovare adularia, quarzo, opale, calcedonio, calcite, rodocrosite, ematite, pirite, fluorite. In questo periodo è possibile la formazione di giacimenti speciali di oro.

Il processo di formazione delle rocce intrusive si completa in milioni di anni: queste rocce raggiungono successivamente la superficie ad opera dei movimenti della crosta terrestre.

        Rocce ignee effusive

Queste rocce si formano in seguito all’attività vulcanica. Il processo di raffreddamento del magma effusivo (lava) è molto rapido e avviene sotto una pressione che è quella atmosferica.
La bassa pressione favorisce l’allontanamento delle sostanze volatili e si formano rocce microcristalline o addirittura vetrose. Nelle rocce effusive il passaggio dallo stato fluido a quello solido avviene in qualche anno ma, a volte, anche nel giro di ore.

        Rocce sedimentarie

Si sono formate e si formano esclusivamente alla superficie terrestre per deposito di frammenti di rocce disgregate da agenti atmosferici o per deposito chimico (precipitazione di sali da soluzioni acquose per effetto di evaporazione.) Sono rocce stratificate, costituite cioè da strati sovrapposti.

        Rocce metamorfiche

Le rocce metamorfiche sono invece rocce che in origine erano di natura ignea, sedimentaria o già metamorfica e che hanno successivamente subito una profonda trasformazione per azione del calore,di forti pressioni o per reazioni chimiche.

Il metamorfismo può essere :

a) metamorfismo di contatto dovuto all'alterazione del magma che viene a contatto con rocce già consolidate ed è evidente nelle rocce calcaree e dolomitiche. Fra i minerali di contatto anortite, anfiboli, biotite.

b) metamorfismo di carico che si verifica su rocce superficiali che, sprofondando, subiscono un mutamento per effetto dell'aumento della pressione.

c) metamorfismo per assimilazione che si verifica per assimilazione da parte del magma di elementi di rocce incassanti con formazione di altre rocce. Nel Vesuvio, ad esempio, il magma trachitico si è arricchito di ossido di calcio e magnesio  provocando una reazione fra questi e la silice ma non essendoci anidride silicica sufficiente per formarsi l'ortoclasio si è  formato la leucite.

I minerali si possono anche formare per successiva alterazione meccanica e chimica delle rocce già formate

L'alterazione meccanica porta alla frantumazione della roccia e questa disgregazione può prodursi per continue e rapide variazioni di temperatura o per azione del gelo e del disgelo dell'acqua penetrata nelle fessure delle rocce perchè l'acqua gelando si dilata o per lo sfregamento dei materiali trascinati dal vento o dalle acque. Anche le radici delle piante, crescendo nelle fessure delle rocce, contribuiscono a frammentarle.

La diagenesi, insieme delle modificazioni che subiscono i sedimenti alla superficie terrestre, è importante nel processo di minerogenesi  perchè le sostanze disciolte e depositate danno luogo a concrezioni notevoli per la forma dei cristalli.
Quando, per evaporazione del solvente o per diminuzione della temperatura, le sostanze disciolte precipitano il deposito avviene intorno al nucleo dei granuli maggiori che non possono essere completamente disciolti. In questo modo il numero dei granuli diminuisce ma aumenta la loro dimensione e ne consegue la cementazione del sedimento perchè la nuova sostanza deposta agisce da legante fra i granuli.
Talora la sostanza cementante non proviene dal sedimento stesso ma viene introdotta nella roccia da acque di infiltrazione. Le sostanze cementanti più comuni sono calcite, gesso, silice, argilla.

Alla descrizione scientifica della formazione dei diversi tipi di rocce è interessante affiancare una antica descrizione sulla genesi delle pietre preziose risalente a Santa Ildegarda.

Ildegarda nacque nel 1098 a Bingen da nobile famiglia. All’età di 16 anni entrò in una comunità di monache benedettine di cui divenne badessa nel 1136. Sebbene nel Medio Evo alle donne fosse precluso lo studio delle scienze, Ildegarda possedeva notevoli conoscenze di medicina e di fisica. Scrisse molti libri fra cui il "Liber subtilitatum" (il libro delle Scienze Naturali) nel quale parla dell’origine di alcune pietre preziose.

Secondo Ildegarda: "Le pietre preziose provengono dall’oriente e dalle regioni particolarmente calde. Ivi le montagne traggono dal Sole il calore e il fuoco e i fiumi sono sempre in ebollizione. Dove l’acqua lambisce le montagne che si innalzano infuocate, queste espellono una sorte di schiuma che poi si solidifica e si stacca. A seconda della temperatura raggiunta durante l’essiccazione esse acquistano i loro colori e le loro proprietà […].
Le pietre preziose derivano quindi dall’acqua e dal fuoco […] e sono adatte in vario modo al bene, all’onestà e
all’utilità."

Questa descrizione, anche se non accettabile scientificamente, risulta, a mio parere, interessante dal punto di vista storico e simbolico.

Il mondo dei minerali abbraccia tutta la materia che forma il nostro pianeta ma, per stabilire quali corpi siano minerali, occorre mettere in evidenza alcune proprietà generali che ci permettono di identificarli.

Quando è nato il termine Minerale? Gli studiosi ritengono che questo termine risalga alle popolazioni celtiche, ma solamente nel 1270 compare un libro dal titolo "De Mineralibus" ad opera del teologo e naturalista Alberto Magno che però definisce minerali le pietre di qualsiasi genere. Oggi non è più così.

Se esaminiamo da vicino, o meglio con una lente di ingrandimento, del grosso sale da cucina notiamo che i granuli non sono arrotondati, ma mostrano spigoli vivi e sezioni quadrate.

Se lo maciniamo e lo osserviamo di nuovo al microscopio possiamo notare che ogni granello ha sempre sezione quadrata e spigoli vivi. Se potessimo spingere il processo di macerazione all'estremo otterremmo degli atomi che non sono disposti a caso, ma formano una specie di gabbia cubica nella quale la loro disposizione non è caotica, ma perfettamente ordinata.

Il cloruro di sodio (NaCl) o comune sale è quindi formato da atomi di sodio (Na) e da atomi di cloro (Cl) disposti in modo da formare una impalcatura tridimensionale detto "reticolo cristallino" dove si distinguono i seguenti elementi:

1) Nodi: centri di equilibrio intorno a cui gli atomi e gli ioni vibrano

2) Filari: successione di nodi lungo una retta

3) Piani reticolati: piani determinati da due sistemi complanari di filari paralleli

Reticolo cristallino del cloruro di sodioLa figura rappresenta la cella elementare del cloruro di sodio o del salgemma che è il corrispondente  naturale del sale da cucina. In questa cella elementare sono visibili ai vertici del cubo in rosso gli atomi del sodio e in blu gli atomi di cloro ed è facile individuare  i nodi, i filari e i piani reticolati

La più piccola parte del reticolo con tutte le proprietà del reticolo stesso e che forma una unità che non si può ulteriormente suddividere senza distruggere il reticolo è la "cella elementare" che in questo caso ha forma cubica.

In base a queste caratteristiche esistono 14 tipi di celle elementari dette reticoli elementari di Bravais di cui i seguenti sette sono i fondamentali:

1) Sistema monoclino in cui la cella è un prisma obliquo a base rettangolare (ortoclasio, gesso).

2) Sistema triclino in cui la cella è un prisma obliquangolo cioè con tre spigoli che formano fra loro angoli diversi.(albite)

3) Sistema rombico in cui la cella è un prisma retto a base rettangolare.(zolfo, baritina, olivina)

4) Sistema trigonale (che alcuni studiosi considerano parte del sistema esagonale) la cui la cella  romboedrica si può immaginare derivata da un cubo per stiramento lungo una delle diagonali (lo splendido dioptasio)      

5) Sistema tetragonale in cui la cella elementare è un prisma retto a base quadrata.(rutilo, zircone)

6) Sistema esagonale: in questo sistema la cella è un prisma retto a base esagonale e le forme più comuni sono i prismi e le piramidi. Tra i minerali  troviamo il berillo, l'apatite, la vanadinite, la piromorfite.       la cui cella è un prisma retto a base esagonale(berillo, apatite,calcite).

7) Sistema monometrico: le forme principali sono il cubo, il rombododecaedro,  l'esacisottaedro, il tetraedro, il pentagonododecaedro. In questo sistema cristallizzano minerali come il rame l'oro, l'argento il salgemma, la fluorite, la pirite, la magnetite, i granati.

 

Simmetria nei cristalli

 

Quando ci si trova di fronte ad un cristallo non comune è spontaneo domandarsi: che cosa è? Se il campione si trova in un museo o in un negozio di minerali, la risposta è davanti a noi scritta su un cartoncino dove generalmente sono indicati il nome, la località di ritrovamento e spesso anche la formula chimica del misterioso cristallo. Per molti di essi , inoltre, non abbiamo alcun dubbio ma la identificazione della maggior parte dei cristalli è molto complessa e viene eseguita da esperti in laboratori perfettamente attrezzati. Per una loro esatta identificazione è molto importante l'insieme degli  elementi di simmetria che sono

Piano di simmetria che divide il cristallo in due metà specularmente simmetriche; consideriamo, ad esempio,  il corpo umano. In noi vi è un piano che divide la parte destra da quella sinistra Questo piano funziona come uno specchio perchè una metà è l'immagine speculare dell'altra. Questo piano è un piano di simmetria.

Asse di simmetria ossia una linea retta che passa per il centro del cristallo. La rotazione del cristallo intorno a questo asse permette di ottenere la medesima figura di partenza dopo un giro di 360°/n dove n=2,3,4,6 (asse binario, ternario, quaternario, senario)

Centro di simmetria: ad ogni faccia del cristallo corrisponde una faccia parallela invertita con una rotazione di 180° intorno a questo centro.

In un campo di calcio vi sono, ad esempio, due piani di simmetria: il primo divide trasversalmente i due campi avversari, il secondo che è perpendicolare al primo, taglia a metà le due reti opposte. .Immaginiamo di innalzare verticalmente, nel punto di incrocio dei due piani, un asse di simmetria e ,se fosse possibile, fare ruotare il campo di calcio intorno a questo asse; si noterebbe che dopo 180° la posizione delle reti è perfettamente uguale a quella di partenza Questo asse è un asse binario 

Si parla di asse di simmetria di ordine 2,3,4 o 6 secondo il numero di identiche posizioni ottenute con una rotazione di 360°

Tutte le possibili combinazioni degli elementi di simmetria formano trentadue classi cristalline raggruppate, secondo le loro caratteristiche comuni, nei sette sistemi cristallini.

.Elementi di simmetria nel salgemma

 

Sistemi cristallini

E' possibile ora dare una definizione più esatta di minerale e di cristallo

Il minerale è un corpo omogeneo e solido,che presenta  la stessa costituzione in ogni sua parte e che all’aumentare della temperatura  passa bruscamente dallo stato solido a quello liquido; inoltre è un  costituente naturale della crosta terrestre, fedele testimone della storia del nostro pianeta. Possiamo dire, in altre parole, che i minerali sono corpi omogenei, solidi alle condizioni normali di temperatura e pressione (ad eccezione del mercurio che è liquido) e naturalmente presenti sulla crosta terrestre, originati da processi inorganici e definiti da proprietà chimiche

I  cristalli sono minerali definiti da superfici poliedriche delimitate da facce, spigoli e vertici corrispondenti a una distribuzione naturale, ordinata e costante degli atomi o degli ioni che vibrano in maniera ritmica e costante intorno ai loro centri di equilibrio detti "nodi"( che formano il reticolo cristallino), da costanti cristallografiche e da vari elementi di simmetria. Un cristallo (dal greco Ckrystallos, ghiaccio) è formato quindi da atomi, associati in una disposizione geometricamente regolare che si ripete indefinitamente nelle tre dimensioni spaziali.  I cristalli sono stati sempre oggetto di ricerca, collezionismo, studio e commercio occupando un posto di rilievo nella storia economica e scientifica, nell'evoluzione della cultura, dell'arte e perfino della medicina. I cristalli rappresentano la manifestazione più eclatante della natura intima dei minerali e, più in generale, della materia allo stato solido. Possono formarsi in ambienti e condizioni chimico-fisiche diverse ed essere caratterizzati da differenti velocità di crescita e dimensioni raggiungibili.
Il fattore tempo gioca un ruolo importantissimo nella formazione di grandi cristalli :occorre infatti che le condizioni chimico-fisiche non mutino eccessivamente, altrimenti il cristallo non solo cessa di crescere, ma può addirittura iniziare a dissolversi. Altro fattore fondamentale è lo spazio: è molto improbabile che un cristallo riesca a crescere in mancanza di spazio disponibile senza perdere la sua caratteristica  di cristallo separato da altri. l cristalli perfetti sono infatti  il risultato di crescite indisturbate e regolari. l cristalli si trovano in ogni tipo di roccia e sono oltre 4.000 le specie mineralogIche rinvenute sino ad oggi in natura. Tuttavia, anche se quasi tutte cristallizzano, solo alcune fra queste specie forniscono cristalli di dimensioni apprezzabili a occhio nudo e, solo poche decine, sono in grado di generare cristalli che formino campioni di dimensioni esteticamente rilevanti. l cristalli di minerali che presentano resistenza, durezza, buon colore, elevata trasparenza ed elevato indice di rifrazione possono fornire pietre dure, semipreziose e preziose e si formano in genere nella crosta terrestre a una profondità compresa tra i 3 e i 12 chilometri.

Possiamo quindi dire che un cristallo è sempre un minerale, ma non tutti i minerali formano cristalli.

E' necessario tenere presente che quello che commercialmente viene chiamato"cristallo", cioè il vetro particolarmente limpido, privo di inclusioni e incolore non ha nulla a che fare con i veri cristalli essendo una sostanza amorfa.

 

Aggregati cristallini

E' molto difficile trovare in natura cristalli isolati perchè, nel momento della cristallizzazione, finiscono con l'aggregarsi in modi diversi. Caratteristici sono gli aggregati formati da cristalli cresciuti disponendosi secondo tanti raggi intorno ad un punto centrale, formando i così detti " arnioni "(l'arnione di marcasite). Spesso i cristalli  tendono ad unirsi in aggregati creando forme diverse a ciascuna delle quali è stato dato un nome particolare.

Possiamo, fra tanti, ricordare i seguenti aggregati: a rosetta dell'ematite lamellare, coralloide dell'aragonite, fibroso-raggiato dell'amianto,  mammellonare della malachite, arborescente del rame, selliforme della dolomite, zonata dell'agata.

 

Aggregato arborescente di rame Aggregato selliforme di dolomite

Aggregato zonato di agata

    

Nelle rocce intrusive si presentano associazioni di cristalli di diverse specie impiantati su una matrice che, quasi sempre, è formata dalla parte terminale degli individui cristallini. Queste sono le druse che, se si formano in cavità chiuse, vengono dette geòdi.

Drusa di quarzo Geòde di celestina

 

Geminazione ed epitassia

 

Nel mondo dei minerali si nota spesso che esistono dei cristalli uniti in modo particolare, sono dei geminati. Particolari associazioni sono i geminati di contatto e di compenetrazione. Fra i primi i geminati a "code di rondine" e a "ferro di lancia" del gesso, i geminati a "becco di stagno"della cassiterite. Geminati di compenetrazione sono invece quelli a "croce di S.Andrea" della staurolite e quelli a "croce di ferro" della pirite. I geminati di Baveno costituiscono una forma di geminazione  particolare in quanto simulano un unico cristallo come i trigeminati di aragonite. Talora si ha anche il caso di molti individui geminati in modo da sembrare un unico cristallo.

L'epitassia è un fenomeno simile a quello della geminazione, ma nell'epitassia  i cristalli orientati l'uno rispetto all'altro in modo regolare non sono più della stessa specie minerale ma di specie diversa. Dal punto di vista pratico l'epitassia è molto più importante della geminazion; mentre,  infatti, molti cristalli geminati non sono industrialmente utilizzabili, l'epitassia viene sfruttata maggiormente nel campo dell'elettronica.

Staurolite geminato

Gesso a ferro di lancia


E' possibile vedere crescere i cristalli?

 

E' naturale rimanere perplessi e titubanti di fronte a questa domanda. Se pensiamo alla complessa struttura cristallina e alle particolari condizioni ambientali nelle quali si formano i cristalli, la prima risposta è No.

Teofrasto, allievo di Aristotele, credeva che i cristalli si riproducessero per mezzo di semi. Una simile affermazione può sembrare ridicola, ma lo è meno di quanto possa sembrare. I cristalli, infatti, si formano proprio a partire da un liquido o da un gas che solidifica intorno a germi di condensazione, come, ad esempio, avviene per la neve. Questo è vero non solo per i cristalli di neve, ma anche per le gemme che si formano dal raffreddamento del magma e per i cristalli artificiali.

In un laboratorio è possibile controllare la crescita di un cristallo con estrema precisione ma, anche noi, con un po' di pazienza possiamo provare a fare "nascere" un cristallo. Si comincia preparando una soluzione satura di un qualsiasi sale, cioè una soluzione che a caldo contenga il sale scelto in eccesso sul fondo del contenitore.

Si versa poi lentamente la soluzione in un altro recipiente caldo evitando di portare anche il residuo del sale che non si è sciolto. Si lascia poi raffreddare ed evaporare con grande lentezza questa soluzione, al riparo della polvere.

Per avere un singolo cristallo bisogna introdurre nella soluzione un piccolo cristallo del sale scelto per l'esperimento che funzioni da germe, legato ad un filo che rimanga sospeso in modo da fare sviluppare  in tutte le direzioni le facce del cristallo. Con il passare del tempo il cristallo aumenterà di dimensioni e svilupperà facce regolari.

Come sali si possono usare il comune sale da cucina, l'allume di rocca, l'allume di cromo che formerà dei cristalli di un bel colore viola. Magnifici cristalli azzurri si possono avere con il comune solfato di rame.    

 Quanti sono i minerali e come sono distribuiti sulla terra?

 

Le specie minerali ampiamente riconosciute sono circa 5000 ma solo poco più di 200 minerali si trovano con facilità  Il gruppo più comune è quello formato dai    silicati  i cui componenti sono per il 46/% di ossigeno e per il rimanente di silicio Questi due elementi si combinano fra loro e con altri elementi per formare i silicati. il gruppo di minerali più diffuso cui seguono per diffusione i carbonati..

Tenendo presente la struttura della terra, struttura divisa in più zone con variazioni di densità ,temperatura e pressione, si potrebbe schematizzare la distribuzione dei minerali nelle varie zone. Secondo un vecchio modello della terra , modello che oggi ha solo valore storico, la terra era formata da tre strati chiamati dalle iniziali degli elementi chimici in Sial,Sima Nife

Il Sial (da silicio e alluminio) è lo strato esterno, formato in prevalenza da silicati di alluminio. A questo involucro  corrispondono le rocce acide eruttive. Il Sima (da silicio e magnesio) è lo strato intermedio, ricco di silicati di ferro e magnesio. La parte superiore corrisponderebbe ai tipi più basici delle rocce magmatiche. Il Nife è il nucleo centrale, formato da un ammasso di ferro e nichel.

A questo modello, se ne è sostituito oggi un altro, molto più circostanziato, che, grazie allo studio della propagazione delle onde sismiche, ha permesso di stabilire che la Terra è effettivamente costituita da tre involucri fondamentali, diversi per spessore, composizione e densità, ai quali si dà il nome di crosta, mantello e nucleo, involucri separati da discontinuità. 

La crosta terrestre è lo strato più esterno, involucro rigido e sottile e viene distinta in crosta continentale, quella che costituisce i continenti, e crosta oceanica che forma i fondali oceanici; esse differiscono per spessore, densità e composizione.

La crosta continentale è di circa di 35-40 km, ma può arrivare fino a più di 70 km in corrispondenza delle più alte catene montuose. 

La crosta oceanica, più sottile rispetto alla crosta continentale ha uno spessore medio di circa 8-10 km. L'età delle rocce che costituiscono la crosta oceanica non supera i 200 milioni di anni. Sulla crosta, si trovano i minerali più noti formati da elementi molto diffusi quali alluminio, ferro, calcio, sodio, potassio, magnesio oltre naturalmente all'ossigeno e al silicio .La crosta è, ovviamente, l'unica parte della Terra a contenere rocce sedimentarie.

La gran maggioranza delle rocce che compongono la crosta terrestre sono ossidi, le sole eccezioni rilevanti sono i cloruri, i solfuri e  i fluoruri in quantità che nella gran parte delle rocce non supera l'1 %. Il 47 % della crosta terrestre è costituita da ossigeno e silicio presente sotto forma di ossidi, di cui i principali sono la silice (SiO2), l'ossido di alluminio (Al2O3), l'ossido di calcio (CaO), l'ossido di potassio (K2O), l'ossido di ferro (FeO) e l'ossido di sodio (Na2O).

Il mantello terrestre è un inviluppo solido, a viscosità molto elevata, compreso tra la crosta  e il nucleo, avente uno spessore di circa 2970 km. ed è suddiviso in mantello superiore e mantello inferiore. Il  limite superiore del mantello, ossia il suo contatto con la sovrastante crosta terrestre, è detto discontinuità  di Mohorovičić (spesso abbreviata in "Moho"); il limite inferiore, che segna il confine con il nucleo,è detto discontinuità  di  Gutemberg.  Nel mantello le temperature variano da 500°C a 900° C al confine superiore con la crosta, e oltre 4.000° C al confine con il nucleo. Rappresenta l’84% in volume dell'intero pianeta ed è costituito essenzialmente da roccia  stabile ad alta pressione  ricca di ferro e di magnesio tra cui olivine magnesifere,  granati magnesiferi, e spinelli nel mantello superiore. 

Nel mantello inferiore .si trovano molte perovskiti .Questo minerale è un ossido  doppio di Ca e Ti (CaTiO3) con una struttura cristallina così particolare da poter ospitare un ampio spettro di elementi e mostrare quindi una grande varietà di proprietà fisiche. Per questa elevata variabilità chimica, oltre alla perovskite calcica, la più comune.  Il nome perovskite,  secondo alcuni autori ,è stato coniato nel 1840 da Gustav  Rose  in onore del grande collezionista di minerali e Ministro della Corte Imperiale russa Lev Perovskiy, minerale da lui trovato nel 1839  nei monti Urali.

Il nucleo

Al di sotto della discontinuità di Gutenberg si trova il nucleo, un grosso nocciolo il cui raggio misura circa 3470 km. La  temperatura sale da 3000 °C in prossimità del mantello fino a oltre 4000 °C al centro della Terra; anche la pressione aumenta da 1400 kbar fino a oltre 3600 kbar.(1 kbar = 1000 bar, circa mille volte il valore della pressione atmosferica a livello della superficie terrestre)  Lo studio delle onde sismiche ha inoltre permesso di distinguere nel nucleo due strati: il nucleo esterno, liquido,separato dalla discontinuità di Lehmann dal nucleo interno solido.

In merito alla composizione chimica del nucleo, si possono fare solo delle ipotesi: attualmente si tende a credere che esso sia composto da una lega di elementi come il nichel  e il ferro con l'aggiunta forse di altri elementi più leggeri, come lo zolfo e il silicio. Il nucleo è responsabile  di una delle caratteristiche peculiari della Terra, la presenza di un campo magnetico terrestre.-

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MINERALI  PRESENTI  NEL CORPO UMANO

 

Anche nel nostro organismo sono presenti molti elementi minerali di cui 22 sono considerati indispensabili per la salute; i principali sono calcio, cloro, ferro, fluoro, fosforo, iodio, magnesio, potassio,sodio, zinco, zolfo. Alcuni di questi formano una parte dei componenti strutturali corporei e altri agiscono come agenti catalizzatori in molte reazioni corporee.

Il Calcio si trova nelle ossa e nei denti a cui conferisce forza e resistenza.  E' necessario per la contrazione dei muscoli, per fare muovere il diaframma, per la contrazione del cuore, per l’attività del sistema nervoso e per il tessuto sanguigno.

 Il Cloro è presente nel succo gastrico e viene naturalmente ingerito sotto forma di cloruro di sodio.

 Il Ferro è localizzato nei globuli rossi e la sua mancanza provoca anemia. E' l’elemento essenziale per la formazione della emoglobina dei globuli rossi e ha un  ruolo fondamentale per il trasporto dell’ossigeno. Anche i tessuti richiedono il Ferro per svariati processi ossidativi. 

Il Fluoro forma parte dello smalto dei denti

Il Fosforo si trova nelle ossa, nei denti e nelle membrane cellulari  mentre la maggior parte dello Iodio presente nel corpo umano è localizzato nella tiroide per la produzione della tiroxina..

Il Magnesio è molto importante per la contrazione e il rilassamento muscolare ed è presente anche nelle cellule dove partecipa alla formazione di energia. .Il Potassio insieme al magnesio opera nella contrazione muscolare ed è particolarmente importante per il cuore dove l'eccesso o la mancanza può provocare aritmia cardiaca

Lo Zinco svolge un ruolo importante nello sviluppo del gusto e dell'olfatto e lo Zolfo infine è presente nella cheratina della pelle, nelle cartilagine e la sua carenza provoca un ritardo nella crescita.

 

Perchè un minerale ha un determinato nome?

 

I nomi più antichi dei minerali, molti dei quali sono ancora in uso, provengono da antiche popolazioni asiatiche. Questi nomi furono trasmessi al mondo greco romano e arabo subendo anche delle trasformazioni. Si deve all'abate Hauy che, attraverso studi su cristalli di molte specie esistenti, stabilì i principi della mineralogia e della cristallografia dando un nome a molti dei minerali conosciuti.

 Inoltre all'IMA (International Mineralogical Association ),nata nel 1958 a Madrid ad opera di un gruppo di mineralogisti provenienti da 14 diversi paesi con lo scopo di favorire la cooperazione internazionale nel campo della mineralogia, si deve la decisione di fare terminare i nomi di moltissimi minerali in" ite "o "ito".

Il nome di un grande numero di minerali dipende dal nome del minerale principale che contengono (cuprite dal rame, vanidite dal vanadio) o dalle loro proprietà fisiche come il colore, le proprietà magnetiche ecc Molti minerali inoltre prendono il nome dai luoghi di provenienza o dal nome di coloro che lo hanno scoperto o anche dal nome di personaggi famosi.

 Non mancano minerali che hanno preso il nome da personaggi della mitologia:. il mercurio, ad esempio, deve il suo nome al dio Mercurio, il veloce messaggero degli dei, o l'aegirina che viene così chiamata da Aegir il dio del mare della mitologia nordica.

 

 

 

 

 

 

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