Lezioni di petrografia applicata 2008
R. Bugini - L. Folli

I MINERALI

  INDICE
 
 

Introduzione: le rocce e il loro impiego in architettura

   

I minerali

   

Le rocce

   

Rocce magmatiche o ignee

   

Rocce sedimentarie

   

Rocce metamorfiche

   

Criteri di impiego delle pietre da costruzione

   

Lavorazione delle pietre da costruzione

   

Le pietre impiegate nell'architettura milanese e lombarda

   

Caratteristiche delle pietre da costruzione

   

Alterazioni macroscopiche dei materiali lapidei

   

Tecniche analitiche

   

Materiali lapidei artificiali - Malte

   

Materiali lapidei artificiali - Ceramiche

   
Catalogo fotografico    


COPERTINA
  

   

DEFINIZIONE
Si definisce minerale un corpo naturale, per lo pi¨ solido ed inorganico, omogeneo dal punto di vista chimico e fisico, in quella condizione stabile, anisotropa dello stato solido che Ŕ lo stato cristallino.

CONDIZIONE ANISOTROPA DELLO STATO CRISTALLINO
I minerali assumono una forma poliedrica caratteristica, detta cristallo, definibile come una porzione omogenea di sostanza allo stato cristallino delimitata da facce, spigoli e vertici. La forma esterna dei cristalli Ŕ strettamente legata alla struttura reticolare (reticolo cristallino) che hanno gli atomi delle sostanze componenti il minerale.
Il reticolo cristallino va considerato come un complesso di atomi disposti ordinatamente e periodicamente. Esso Ŕ composto da celle elementari a forma di parallelepipedo; la cella Ŕ definita dalle "costanti reticolari" cioŔ dalla lunghezze dei tre lati e dai tre angoli tra i lati stessi (le lunghezze sono misurate in ┼ngstrom 1┼ = 10-8 cm, gli angoli sono misurati in gradi). Ogni minerale ha costanti reticolari caratteristiche e ben determinate che ne consentono il riconoscimento in base al fenomeno fisico della diffrazione dei raggi X.
Nei cristalli di ciascun minerale Ŕ caratteristico il ripetersi degli stessi valori angolari fra le facce omologhe di cristalli diversi; in questo modo tutti i cristalli possono essere ricondotti ad un modello di base, anche se presentano forme irregolari o difettose. Ogni faccia Ŕ individuabile rispetto ad una terna di assi cartesiani. Le lunghezze dei segmenti compresi sui tre assi tra l'origine e l'intersezione della faccia in esame costituiscono i parametri fondamentali della faccia. I rapporti fra i parametri sono caratteristici di ciascuna faccia di un cristallo.
I cristalli sono contraddistinti dalla simmetria che si manifesta nella disposizione e ripetizione di facce, spigoli e vertici.
Un tipo di classificazione dei minerali si basa sul grado di simmetria.
Si distinguono tre gruppi di simmetria: monometrico, dimetrico e trimetrico.
Ogni gruppo comprende diversi sistemi: monometrico; trigonale, tetragonale ed esagonale; rombico, monoclino e triclino.
Ciascun sistema Ŕ suddiviso in classi: monometrico (5 classi); trigonale (7), tetragonale (7) ed esagonale (5); rombico (3), monoclino (3) e triclino (2).
Le classi sono distinte con il nome della forma cristallina pi¨ caratteristica e con il nome del minerale che assume tale forma (per esempio la classe scalenoedrica ditrigonale o classe della calcite, figura 1).

Figura 1 - Romboedro (a sinistra) e scalenoedro (a destra) di calcite

CONDIZIONE ISOTROPA DEI CORPI AMORFI
Non sono considerati minerali i vetri, corpi amorfi in condizione metastabile, isotropa.
I due tipi di sostanze (minerali e corpi amorfi) si distinguono soprattutto per il diverso comportamento al momento della loro solidificazione da un fuso. Il fuso si raffredda con un decremento di temperatura; raggiunta la temperatura di solidificazione esso non subisce variazioni termiche e si trasforma da liquido a solido, l'abbassamento della temperatura riprende quando Ŕ terminato il processo di solidificazione (minerale) (figura 2 a sinistra); spesso la temperatura scende una volta raggiunto il punto di solidificazione per poi rapidamente risalire (soprafusione ľ figura 2 al centro). Se il raffreddamento Ŕ troppo rapido o avviene in assenza di catalizzatori il materiale raggiunge una condizione metastabile che senza che sia avvenuta una vera e propria solidificazione (corpo amorfo) (figura 2 a destra).
Nel prosieguo si prenderanno in esame unicamente i minerali.

Figura 2 - Solidificazione di un minerale (a sinistra) e di un vetro (a destra)

PROPRIETA' FISICHE
Le proprietÓ fisiche costituiscono un elemento utilissimo per il riconoscimento dei minerali in quanto caratteristiche peculiari di ciascun minerale. In particolare le proprietÓ ottiche (mono o birifrangenza, indice di rifrazione, pleocroismo, colore d'interferenza) assumono un carattere diagnostico di primaria importanza. Infatti il riconoscimento dei minerali avviene principalmente per via ottica (microscopia ottica in luce polarizzata su sezione sottile) sfruttando queste proprietÓ.
Nei cristalli di ciascun minerale si possono distinguere le proprietÓ scalari e le proprietÓ vettoriali.
Per definire le proprietÓ scalari Ŕ sufficiente un numero. Tra di esse ricordiamo: la densitÓ, il volume, la temperatura.
Per definire le proprietÓ vettoriali Ŕ necessario precisare una direzione e fornire un numero. Tra di esse ricordiamo: la velocitÓ di propagazione della luce, la dilatazione termica, la coesione, la sfaldatura (rottura secondo superfici piane normali a direzioni di minima coesione), l'elasticitÓ, la durezza, varie proprietÓ elettriche e magnetiche.

CLASSIFICAZIONE
Le diverse classificazioni proposte seguono il criterio chimico, fisico, genetico, strutturale, cristallochimico. Si esamina ora il criterio cristallochimico (l'elenco comprende solo i minerali che pi¨ frequentemente sono presenti nelle rocce):

1. ELEMENTI: rame Cu, argento Ag, oro Au
2.
SOLFURI: pirite FeS2
3.
ALOIDI: salgemma NaCl
4.
OSSIDI: quarzo SiO2, ematite Fe2O3
5.
CARBONATI: calcite CaCO3 , dolomite Ca, Mg (CO3)2
6.
SOLFATI: gesso CaSO4 2 H2O
7.
FOSFATI, ARSENIATI, VANADIATI: apatite
8. SILICATI: sono costituiti da silicio, ossigeno e metalli e sono caratterizzati dalla presenza di tetraedri ("piramidi" a base triangolare con quattro facce eguali tra loro) corrispondenti al gruppo (SiO4)4- .
La classificazione si effettua su base strutturale in funzione del numero e della disposizione dei tetraedri; si distinguono cosý:

8.1  Nesosilicati: tetraedri isolati uniti solo da cationi
   olivina , granati, zircone, topazio
8.2  Sorosilicati: due tetraedri accoppiati
   epidoti
8.3  Ciclosilicati: anelli costituiti da 3, 4, 6 tetraedri
   berillo (smeraldo, acquamarina)
8.4 Inosilicati: tetraedri disposti a catena
   anfiboli (silicati calcio-ferro-magnesiaci)
   pirosseni (silicati ferro-magnesiaci)
8.5

Fillosilicati: anelli di tetraedri in strati ripetuti
   mica muscovite (silicato di alluminio e potassio)
   biotite (silicato di ferro e magnesio)
   serpentino (silicato di magnesio)
   minerali argillosi (silicoalluminati)

8.6 Tectosilicati: tetraedri disposti in reticolo tridimensionale
   feldspatoidi (allumosilicati di metalli alcalini)
   leucite, nefelina
   feldspati (allumosilicati di potassio, sodio e calcio)
   ortose
   plagioclasio (albite, oligoclasio, andesina, labradorite, bytownite, anortite)

9. SOSTANZE ORGANICHE: ambra