Università degli Studi di Messina  Università degli Studi di Messina   SISSIS   SISSIS    SEZIONE DI MESSINASEZIONE DI MESSINA Anno Accademico 2007/2008Anno Accademico 2007/2008 Indirizzo Scienze NaturaliIndirizzo Scienze Naturali Classe 59 AClasse 59 A Corso diCorso di : :

Laboratorio di didattica della MineralogiaLaboratorio di didattica della Mineralogia (Prof. C. Saccà)(Prof. C. Saccà)

Didattica delle scienze della Terra Geologia e PaleontologiaDidattica delle scienze della Terra Geologia e Paleontologia (Prof. Bonfiglio)(Prof. Bonfiglio) Didattica delle scienze della Terra Mineralogia e LitologiaDidattica delle scienze della Terra Mineralogia e Litologia (Prof. R. Saccà)(Prof. R. Saccà) A cura diA cura di FalzeaFalzea RaffaellaRaffaella

I Minerali I Minerali

Prerequisiti: • Conoscenza dei principali effetti che variazioni di temperatura e

pressione hanno sui corpi;• Nozioni di fisica;• Nozioni di chimica ed elementi chimici;

Obiettivi:• Definire il termine minerale; • Illustrare le caratteristiche fisiche dei minerali;• Classificazione dei minerali;• Metodi studio dei minerali

Metodologie d’insegnamentoMetodologie d’insegnamento:: Lezioni frontali;Lezioni frontali; Lezioni partecipate;Lezioni partecipate; Lavori di gruppo;Lavori di gruppo;• Esperimenti in classe; Esperimenti in classe;

• Analisi di minerali e rocce portate in aula dall’insegnante.Analisi di minerali e rocce portate in aula dall’insegnante.

I mineraliI minerali

Unità 1: proprietà fisiche dei minerali

Unità 2: classificazione dei minerali

Unità 3: metodi di studio dei minerali

Modulo 1

La lezione parte sempre dall’osservazione dal mondo che ci circonda, la classe verrà stimolata a porsi dei quesiti ed a formulare delle ipotesi per rispondere ad essi

Se ci guardiamo attorno ci accorgiamo Se ci guardiamo attorno ci accorgiamo dell’enorme varietà di rocce che ci dell’enorme varietà di rocce che ci circondano ... ma di cosa sono circondano ... ma di cosa sono fatte ??fatte ??

Sapevi che moltissimi prodotti (trucchi, Sapevi che moltissimi prodotti (trucchi, fiammiferi etc.) di uso quotidiano fiammiferi etc.) di uso quotidiano vengono sintetizzati partendo proprio vengono sintetizzati partendo proprio minerali ???minerali ???

I mineraliI minerali

Composizione chimica costante

Forma e caratteristiche fisiche specifiche

Generalmente sostanze inorganiche e solide

Sostanze naturali

Metallo grezzo

I minerali sono

Minerale Latino medievale mineralis Parola gallica meìina

Proprietà fisiche dei mineraliProprietà fisiche dei mineraliUnità 1

Modulo 1

Esistono circa 3000 tipi di minerali ….da qui la necessità di classificarli … ma come?

Durezza

Proprietà fisiche

Struttura cristallina

Densità

Proprietà magnetiche

Piro - e ferroelettricità

Lucentezza

Colore

Luminescenza

Sfaldatura

DurezzaDurezzaDefinizione: resistenza che oppone quando viene scalfito

Ogni minerale scalfisce quello che lo precede e viene scalfito da quello che lo segue

Particolarità:Diamante e grafite stessa composizione chimica

classi di durezza diverse: -grafite primo o secondo grado;-diamante decimo grado.

SfaldaturaSfaldatura

La sfaldatura è la tendenza dei minerali a rompersi parallelamente a piani di atomi.

Numerosi minerali (come il quarzo e l'opale) non si sfaldano ma si spezzano irregolarmente: le fratture si distinguono in piane, disuguali, concoidi, ruvide.

Diamante Grafite

LucentezzaLucentezza

Definizione: indica il modo di riflettere la luce. La lucentezza dipende dal rapporto tra la quantità di luce che viene riflessa e quella che viene rifratta ed assorbita;.

Metallica Adamantina Vitrea IMPORTANZALa lucentezza é un parametro commercialmente importante, la più apprezzata é senz‘altro quella adamantina, tipo di lucentezza che rende spessoindimenticabile un minerale o una gemma

salgemma

Salgemma NaCl

LuminescenzaLuminescenza

1) Fluorescente, riemissione luminosa nello spettro del visibile cessa al cessare della sorgente di eccitazione

2) Fosforescente, se tale fenomeno prosegue per un determinato periodo anche al cessare della sorgente di eccitazione

3) Termoluminescente, riemissione luminosa nel campo del visibile dovuto a riscaldamento del minerale

4) Non fluorescente emissioni del minerale non nello spettro visibile

Aragonite

Illuminata con luce normale

Illuminata da lampada a raggi UV

DensitàDensità

• densità da 1 a 2 : minerali leggeri

• densità da 2 a 4 : minerali medi

• densità da 4 a 6 : minerali pesanti

• densità superiore a 6 : minerali molto pesanti

Peso di un ugual volume di acqua

Peso del mineraleDensità

StrutturaStruttura cristallinacristallina ordinata 

disordinata 

Reticolo cristallino

Minerale cristallino

Disposizione atomi e molecole

Minerale amorfo

Trasparenza o diafanitàTrasparenza o diafanità

Trasparente Traslucido Opaco

Non consente una visione nitida dell’oggetto

Trasmette la luce diffondendola ma non è trasparente

Gesso

trasmette luce ed attraverso il quale è possibile osservare un oggetto.

Quarzo Impermeabile alla luce

La maggior parte dei minerali metallici è opaca

ColoreColore

incolori: assorbono tutte le radiazioni Colorati: assumono il colore delle lunghezze d’onda che riflettono

La colorazione non sempre può essere utilizzata per il riconoscimento di un minerale

Minerali allocromatici Minerali idiocromatici

Il colore dipende esclusivamente dalla sua composizione chimica. Sono quindi dotati di colore proprio

dipende dalla presenza di impurità. difetti strutturali nel reticolo (centri di colore)

MagnetismoMagnetismoI frammenti e la polvere di certi minerali, soprattutto quelli che hanno un elevato tenore in

ferro, possono essere separati dai minerali simili con l'ausilio di una potente calamita.

Certi minerali, come ad esempio l'ematite, diventano magnetici quando sono riscaldati.

I principali minerali magnetici contenuti nelle rocce terrestri sono:

magnetiteEmatite

Maghemite

GoethitePirrotina

Importanza del magnetismoImportanza del magnetismo

Sono pochi i minerali dotati di un magnetismo molto evidente (ferromagnetici). La maggior parte sono debolmente magnetici.

Il magnetismo di un minerale scompare oltre una certa temperatura

Punto di Curie

Il magnetismo del minerale ricompare quando questo si raffredda....

Il minerale registra il magnetismo terrestre in quell’ esatto istante

Piroelettricità e ferroelettricitàPiroelettricità e ferroelettricità

Piroelettricità: capacità di un cristallo di sviluppare cariche opposte su facce opposte se scaldato

Apparato per la piroelettricità usato per studiare la formazione di cariche elettriche sui cristalli di tormalina.

Ferroelettricità: capacità di un cristallo di sviluppare cariche opposte su facce opposte se sottoposto ad un campo elettrico

ClassificazioneClassificazioneUnità 2

Modulo 1

ClassificazioneClassificazione

In base alla composizione chimica, i minerali si dividono nelle seguenti classi:

I -  Elementi nativi

II -   Solfuri

III -  Alogenuri

IV - Ossidi e idrossidi

V -  Nitrati, carbonati, borati

VI - Solfati

VII - Fosfati, arseniati, vanadati

VIII- Silicati

IX -  Sostanze organiche

Minerali formati da un solo elemento

Minerali formati da un solo elementoI -  Elementi nativi II -   Solfuri

III -  Alogenuri:

IV - Ossidi e idrossidi

V -  Nitrati, carbonati, borati

VI - Solfati

VII - Fosfati, arseniati, vanadati

VIII- Silicati

IX -  Sostanze organiche

Elementi nativiElementi nativi

Minerali formati da un solo elemento:

Rame OroPlatino

Zolfo

Argento

Usi:Gioiellifotografia

Usi:FiammiferiPesticidiVernici

Usi:GioielliOrtodonzia

Usi:Leghe con ZnLeghe con SnFili elettrici

Ottone

Bronzo

Zolfo

SolfuriSolfuri

Elemento metallico + Zolfo Galena

Piombo + Zolfo Il nome deriva dal greco γαλήνη = mare calmo. Descritto per la prima volta da Plinio il Vecchio come minerale di piombo.

Estrazione piombo

Blenda Zinco+Zolfo

Estrazione dello zinco

Cinabro

CinabroMercurio+ Zolfo

Si può utilizzare nell'affresco, tempera, olio ed acquerello.

PiriteFerro + Zolfo

Produzione ferro ed acido solforico

AlogenuriAlogenuri

Cloro o Fluoro + altro elemento

Fluorite Calcio + Fluoro

Usata per:-produzione acido fluoridrico;-produzione alluminio;-fabbricazione lenti e prismi.

SalgemmaCloro + Sodio

il sale è indispensabile all‘ uomo. Per questo già nella preistoria il commercio del sale aveva un'enorme importanza; fu menzionato in molte opere greche e latine, gli furono dedicate strade (la Salaria era una importante via per il commercio).

OssidiOssidi

Ossigeno + elemento metallico

Ematite Ossido di ferro

Estrazione del ferro

Altri ossidi utili:

Bauxite Allumiinio Lattine

Stagno SaldatureCassiterite

CarbonatiCarbonati

Carbonio + Ossigeno + elemento metallico

CO3Calcite Aragonite

Porzione calcarea degli scheletri e delle conchiglie di alcuni organismi

• Produzione calce• Componente di cementi

Esperimento birifrangenza

Dolomite

Esperimento per il riconoscimento dei materiali carbonatici

SolfatiSolfati

Zolfo + OssigenoSO4

+ Elemento metallico

Gesso Solfato di calcio Ca[SO4] 2H2O

Usi• medicina• calchi• statue• impronte• Gessetti da lavagna

BariteSolfato di bario Ba[SO4]

Usi• Produzione zavorre per lavatrici, gru• Produzione calcestruzzo pesante• Produzione di colori• Fuochi d’artificio

SilicatiSilicati

Sono i minerali più comuni nella crosta terrestre

Classificazione secondo la struttura cristallina

1 Atomo di silicio + 4 atomi di ossigeno

Struttura tetraedrica

Ripetuta nello spazio

I

Il vetro è un esempio

Metodi d’indagineMetodi d’indagine

• Diffrattometria a raggi X

• Microscopio polarizzante

•HCl (per i carbonati)

Modulo 1

Unità 3

Diffrattometria a raggi XDiffrattometria a raggi X

Consente l’identificazione dei minerali argillosi

Viene effettuata su polveri Indagine distruttiva (anche se serve meno di 1grammo del campione )

Identificazione qualitativa

Stima quantitativa dei minerali più rappresentati nel campione

SCOPI

Facendo attraversare un cristallo da un fascio di raggi X se ne ottiene su una lastra un’ immagine che ne riflette il tipo di struttura

Microscopio polarizzanteMicroscopio polarizzante

Analisi in sezione sottile con luce polarizzata

Gabro a nicols paralleli

Nicols incrociati

Sfrutta la proprietà dei minerali di cambiare colore se attraversati da un fascio di luce polarizzata

Identificazione specie mineralogiche presenti in una roccia

Carbonati…come riconoscerli??Carbonati…come riconoscerli??

Materiali: 2 rocce (un calcare e un granito), acido cloridrico , una pipetta

Esperimento Prendere le due rocce disporle l’una accanto all’altra;Versare alcune gocce di acido cloridrico su entrambe le rocce;Osservare la reazione: sulla roccia carbonatica si noterà un’effervescenza mentre sul granito non si registrerà nessuna reazione. Il carbonato di calcio a contatto con l’acido cloridrico sviluppa effervescenza (acqua e CO2), quest’ultima causata dalla liberazione di anidride carbonica.

Osservazioni Questo trattamento è un metodo utile ed attendibile per distinguere le rocce carbonatiche (calcare, travertino, ecc). Infatti se il campione da noi analizzato è un calcare si avrà la reazione descritta precedentemente, al contrario se è costituito interamente da minerali non carbonatici tipo quarzo, feldspati anfiboli ecc. non osserveremo nessun tipo di reazione sulla roccia.

CaCO3 + HCl + H2O ==> Ca + OH + H2O + Cl + CO2 (gas)

Laboratorio: vediamo come cresce un cristalloLaboratorio: vediamo come cresce un cristallo

Finalità:Stimolare l’interesse degli alunni verso l’argomento attraverso l’osservazione di sostaze comuni nella vita

quotidiana e realizzazione operativa di cristalli

Materiali: bicchiere, acqua, sale grosso e sale fine, filo di cotone, un bastoncino

Procedimento:

Versare nel bicchiere un dito di acqua;Aggiungere sale fino e mescolare fino a quando non si scioglierà del tutto;Legare un pezzo di sale grosso ad una estremità del filo;Legare l’altro estremo del filo alla metà del bastoncino;Mettere il bastoncino di traverso sul bicchiere in modo tale che il pezzo di sale grosso sia immerso nell’acqua;Lasciare riposare per alcuni giorni.

Osservazioni: Estrarre il pezzo di sale grosso dopo qualche giorno e osservarne la crescita dei cristalli e verificare le dimensioni raggiunte. Durante questo processo le particelle disordinate del liquido (atomi, molecole o ioni) si dispongono in una struttura ordinata, cristallina. Il cloruro di sodio è un esempio di CRISTALLO.Il processo di separazione di una sostanza per evaporazione da un miscuglio omogeneo è detto CRISTALLIZZAZIONE.

Grotta di Naica-MexicoGrotta di Naica-Mexico

Esistono Minerali anche molto più grandi di quanto potremmo immaginare