CAPITOLO 3

Come nascono i minerali

LE FORME NEI MINERALI

• Andiamo a vedere ora l’aspetto che più ci lascia stupiti quando ci veniamo a trovare di fronte ad un campione di minerale cristallizzato: LE FORME GEOMETRICHE DEI MINERALI.

• Ricordiamo una definizione estremamente sintetica:• “ UN MINERALE E’ UN COMPONENTE NATURALE,INORGANICO ED

OMOGENEO DELLA CROSTA TERRESTRE “• Analizziamo insieme queste poche parole:• _ Componente naturale, si è formato in seguito ad uno dei tanti processi fisico-

chimici che hanno trasformato e trasformano la crosta terrestre fin dal tempo del suo primconsolidamento.

• _ Inorganico, che non deve essere stato materia viva; al massimo può essere stato elaborato da un essere vivente come ad esempio il “Carbonato di Calcio”, secreto dai molluschi per le loro conchiglie.

• _ Omogeneo, dal punto di vista chimico. E’ chimicamente omogeneo quando presenta un costante e ben definito rapporto tra gli elementi chimici che lo compongono, ed il tutto è quindi esprimibile mediante una formula chimica.

• _ Componente della crosta terrestre, che costituisce, da solo od associato ad altri minerali, quelle masse più o meno grandi dette “ ROCCE “ che hanno una propria origine geologica e che nel loro insieme costituiscono la crosta terrestre.

• Per lo più, i minerali mostrano una struttura interna regolare; le minuscole particelle che li compongono (dette “Atomi “, o “ Ioni “ se dotate di carica elettrica) sono ordinate in modo ben definito e caratteristico in tutte le direzioni dello spazio. Si parla in questo caso di MINERALE CRISTALLINO.

• In qualche raro caso l’omogeneità del minerale è un fatto puramente statistico, con le particelle disposte internamente in modo caotico. Si parla in questo caso di MINERALE AMORFO. Un esempio ne è l’Opale.

• Compiremo ora una rapida carrellata sulla formazione dei minerali, sulla loro genesi, per poi andare a vedere di capire il come e perché delle forme geometriche che hanno assunto durante la loro crescita.

FORMAZIONE DEI MINERALIL’origine dei minerali èstrettamente legata alla formazione delle rocce ed alla loro evoluzione. La parte solida del nostro pianeta, cioè la CROSTA CONTINENTALE, èconosciuta solo parzialmente in quanto i sondaggi permessi dalla nostra attuale tecnologia ci hanno consentito di effettuare trivellazioni che hanno raggiunto la profondità di circa 13-15 Km; ciò ha permesso delle prospezioni sulla distribuzione degli elementi chimici in essa contenuti.I riscontri ottenuti da vari studiosi e con metodi diversi concordano in alcuni punti:

• n. 12 elementi costituiscono il 99,5% in peso dell’intera crosta, e con altri 12 si raggiunge il 99,9%

• i restanti elementi sono presenti solo come tracce disperse.

Dal ciclo elle rocce• Il "Ciclo delle Rocce", proposto per

la prima volta da James Huttonquasi 200 anni or sono, costituisce ancora oggi il fondamento della Geodinamica.

• Nella versione di Hutton le rocce vengono alterate dagli agenti atmosferici in modo da formare sedimenti, che successivamente si stratificano. Dopo essere rimaste a lungo in profondità le rocce subiscono una metamorfosi e/o una fusione.

• In seguito si deformano e si sollevano in catene montuose per essere di nuovo alterate dagli agenti atmosferici e riciclate.

• La moderna teoria della tettonica a zolle è, in un certo senso, un’elaborazione del ciclo delle rocce formulato da Hutton.

I MINERALI SI SONO ORIGINATE IN TRE MODI :Per solidificazione dei magmiPer deposizione sedimentariaPer metamorfismo di rocce preesistenti

GENESI MAGMATICA

Il magma è una massa fusa ad alta temperatura costituita da molti elementi di cui pochi volatili; include però una gran quantità di vapore d’acqua. Per perdita di calore si raffredda e tende a cristallizzare. Le fasi di raffreddamento, sia in profondità sia verso la superficie della terra e relativa cristallizzazione, sono fortemente condizionate anche dalla pressione.

• Si distinguono in:

• FASE ORTOMAGMATICA - Con temperature comprese tra il fuso e 750°C avviene la separazione di quasi tut ti i minerali silicati, in ordine alle rispettive temperature di cristallizzazione ed al chimismo totale del magma. Gli elementi volatili come Cloro, Fluoro e Vapore d’acqua, trovandosi esclusi dai reticoli di quasi tutti i minerali formatisi, si concentrano nel residuo liquido che occupa un volume sempre più piccolo, dentro il quale si determina un aumento della pressione. In questa fase cristallizzano minerali come Pirosseno, Anfibolo, Mica e di seguito Albite, Anortite, Ortoclasio, Quarzo, Magnetite, Pirrotina.

• FASE PEGMATITICA - Con temperature comprese tra 750°C e 450°C presenta una pressione maggiore della fase precedente e vi partecipano, con notevole attività, i prodotti volatili esclusi nella prima fase. Si hanno in genere grossi cristalli di minerali di varie specie. In questa fase cristallizzano Berillo, Topazio, Smeraldo, Acquamarina e molte varietà di Tormalina, Apatite, Spudomene ed altre specie rare. Con questa fase, tutto il magma è in pratica cristallizzato; rimane solo più una piccola parte dei prodotti volatili che non ha trovato impiego nelle mineralizzazioni della fase.

• FASE PNEUMATOLITICA - Con temperature comprese tra 450°C e 372°C le sostanze volatili rimaste, fav orite dal vapore d’acqua, reagiscono con le rocce di contatto e danno origine ad altre specie minerali. Prendono corpo in questa fase Cassiterite, Molibdenite, Scheelite, Vesuviana, Grossularia, ed altre varietà di Granato. I giacimenti di minerali, formatisi in questa fase, prendono il nome di “Giacimenti di Contatto” perché si formano tra le masse magmatiche e le rocce incassanti.

• FASE IDROTERMALE - Con temperature da 372°C a decrescere il vapore d’acqua passa dallo stato gassoso a quello liquido. L’acqua ha in soluzione molti elementi minerali che depone nelle fessure delle rocce formando i “Filoni” e si generano così solfuri ed altri minerali come Blenda, Pirite, Galena, Antimonite, Cinabro, Fluorite, Siderite, Barite e Quarzo. Nel caso in cui il magma si sia solidificato prevalentemente in superficie, molti vapori e gas sublimano lungo le pareti rocciose che delimitano le fessure dando luogo alla nascita di Zolfo, Realgar, Orpimento, Atacamite ed altri.

GENESI SEDIMENTARIA

Attraverso l’azione fisica e chimica, le rocce, nel tempo, si disgregano e si trasformano. I minerali inglobati sono disciolti nelle acque e trascinati altrove dove, depositandosi o cristallizzandosi nuovamente per evaporazione delle acque stesse, danno origine ai “Giacimenti Sedimentari”.

Questi si sogliono distinguerli in due parti:• IL CAPPELLACCIO – E’ la parte alta del giacimento dove

avviene anche la più gran parte di alterazioni per ossidazione e nella quale prendono origine Argento, Rame, Cuprite, Malachite, Azzurrite, Cerussite, Anglesite, Sminthsonite, Emimorfite.

• IL BACINO – E’ la parte bassa del giacimento dove le alterazioni sono ridotte quasi a zero e dove si formano minerali come Calcite, Aragonite, Dolomite, Gesso, Anidride, Zolfo e Salgemma.

GENESI METAMORFICA

Le rocce, che non sono statiche in quanto la crosta terrestre è in continuo movimento, sebbene non percettibile da noi, sono soggette ad alterazioni dovute a dislocazione, ricoprimento, caduta in profondità, trazione e compressione. Si creano così forti pressioni che provocano notevoli innalzamenti di temperatura che originano modificazioni fisiche e chimiche ai minerali che le compongono. Anche in questa fase riconosciamo ambienti caratteristici di modificazioni in relazione alla profondità cui avvengono e sono distinti in:

• EPIZONA – Modificazioni che avvengono entro una profondità di circa 7.000 metri

• MESOZONA – Modificazioni che avvengono tra 7.000 e 12.000 metri

• CATAZONA – Modificazioni che avvengono tra 12.000 e 20.000 metri

LA STRUTTURA DELL’ATOMO

• I minerali sono costituiti da atomi e ioni, che possono essere visti come un aggregato di particelle elementari, ciascuna delle quali caratterizzabile da una massa e da una carica elettrica.

• I tipi di particelle quantitativamente più importanti sono gli elettroni, i protoni e i neutroni.

• L’elettrone è una particella materiale alla quale si associa una carica elettrica negativa; il protone ha una carica elettr ica positiva che è 1836 volte più grande di quella dell’elettrone; il neutro ne non porta caricheelettriche e ha una massa 1839 volte più grande di q uella dell’elettrone.

• Atomi e ioni non possiedono una superficie-limite definita ma, seguendo il modello atomico di Bohr, possono essere descritti come sfere aventi un raggio compreso fra 0,5 e 2,5 Amstrong

• (1 A°=0,00000001 cm) formate da un nucleo centrale di protoni e neutroni, e quindi caricato positivamente, attorno al quale si muovono, lungo complesse traiettorie tridimensionali, gli elettroni. Negli atomi neutri il numero degli elettroni che orbitano attorno al nucleo uguaglia quello dei protoni e di neutroni presenti nel nucleo stesso. La somma del numero di protoni e neutroni del nucleo prende il nome di numero di massa, e gli atomi e gli ioni che hanno lo stesso numero atomico, ma diverso numero di massa, rappresentano i diversi isotopichimici degli elementi.

• Il loro studio riveste un ruolo molto importante nei problemi relativi all’origine, all’età ed all’utilizzazione dei minerali. Gli ioni sono atomi che hanno perso o guadagnato elettroni, trasformandosi così in particelle con un eccesso di carica positiva, i cationi, o in particelle con un eccesso di carica negativa, gli anioni.

• La constatazione sperimentale che gli atomi e gli ioni assorbonoed emettono le radiazioni elettromagnetiche (raggi X, raggi ultravioletti,infrarossi ecc.) in modo selettivo e caratteristico,cioèassorbendo ed emettendo solo determinate “quantità” di energia, è la base sperimentale su cui si fonda la teoria quantistica dell’atomo. Essa venne formulata da Bohr (1913) alla luce delle esperienze di Plank(1900) sul quanto-luce o fotone e di Einstein (1905) sull’associazione quanto-onda e ricevette negli anni successivi i contributi di de Broglie, Pauli e Heisenberg.

• Secondo la teoria, gli elettroni che si muovono attorno ad un nucleo possono occupare solo determinati livelli energetici, ciascuno dei quali può essere definito da quattro numeri interi, detti numeri quantici, che ne esprimono il contenuto relativo in energia potenziale.

LEGAMI CHIMICI

La configurazione elettronica che compete alla stragrande maggioranza degli elementi chimici nel loro stato fondamentale non èstabile nelle condizioni terrestri e solo sei di questi, i cosiddetti gas nobili (He, Ne, Ar, Xe, Rn), si trovano nella loro configurazione fondamentale. Tutti gli altri interagendo fra loro tendono a perdere, acquistare o condividere elettroni così da avvicinarsi alla configurazione di un gas nobile. Questi passaggi di elettroni interessano gli orbitali più esterni, i così detti orbitali di valenza, ed èpossibile caratterizzare la capacità che ha un atomo di attirare elettroni nei suoi orbitali di valenza usando un valore numerico chiamato elettronegatività.

Pauling per primo introdusse queste grandezze per la descrizione delle forze che tengono uniti gli atomi nei minerali che in seguito vennero ricondotte ai cinque tipi ideali di legame chimico: ionico, covalente, metallico, di Van der Waals e idrogeno.

• LEGAME IONICO: è quel legame puramente elettrostatico che si determina tra due ioni caricati di segno opposto. Esso si realizza quando due atomi con valore di elettronegatività notevolmente diversi giungono a interagire. L’atomo più elettronegativo attirerà nei propri orbitali uno o più elettroni dell’atomo meno elettronegativo, trasformandosi così in anione; mentre l’atomo meno elettronegativo si trasformerà in catione. Anione e catione si terranno quindi uniti per pura attrazione elettrostatica. Poiché le forze di attrazione elettrostatica si esercitano uniformemente e radicalmente, il legame ionico è un legame non direzionale.

I minerali ionici, in genere, hanno un alto punto di fusione, sono trasparenti o traslucidi, conducono la corrente elettrica per movimento di ioni vicino al loro punto di fusione e sono poco deformabili (fragili).

• LEGAME COVALENTE: al contrario si realizza tra atomi della stessa specie o di specie diverse caratterizzati da valori più alti dell’elettronegatività (in media superiori a 1,9), per cui si ha un equilibrio nella capacità di attirare elettroni. Di conseguenza questi vengono messi in compartecipazione, e si determina cosìuna zona nello spazio fra i due atomi in cui è probabile trovare elettroni appartenenti ad entrambi gli atomi. Il legame può essere visto come la sovrapposizione lobo sopra lobo di due orbitali, ciascuno originariamente occupato da un solo elettrone.

I minerali retti da legami covalenti sono in genere più duri e deformabili dei minerali retti da legami ionici. Sono trasparenti o traslucidi e, salvo casi particolari (grafite), sono perfetti isolanti elettrici.

• LEGAME METALLICO: si realizza tra quegli atomi che hanno un valore di elettronegatività inferiore a 2,1 e quindi una spiccata tendenza a sussistere come ioni positivi. Schematicamente un minerale caratterizzato da legame metallico può essere pensato come un impacchettamento di ioni positivi immerso in un gas di elettroni, liberi di muoversi da ione a ione in tutto lo spazio occupato dal minerale.

Questo fatto conferisce ai minerali con legame metallico un’alta conducibilità termica ed elettrica, opacità e comportamento plastico alle sollecitazioni meccaniche.

Caratteristica del legame metallico è la sua non direzionalità.• LEGAME di VAN der WAALS: detto anche legame residuale, è un legame

molto debole di natura elettrostatica e non direzionale. Esso si realizza quando in conseguenza delle vibrazioni termiche o in conseguenza di interazioni tra atomi si formano dei dipoli, cioè delle particelle in cui la distribuzione delle cariche non è simmetrica rispetto al centro, per cui possono attirarsi elettrostaticamente.

Il legame di Van der Waals è il tipico legame che tiene unite le molecole organiche e gli atomi dei gas nobili negli edifici cristallini. Esso non è molto frequente nei minerali, ma quando è presente è in grado di condizionare, con la sua debolezza, le proprietà fisiche. Così, per rimanere all’esempio della grafite, la facile sfaldabilità basale di questo minerale viene imputata alla presenza di deboli legami di Van der Waals che tengono uniti gli strati planari di carbonio.

• LEGAME IDROGENO: è un legame elettrostaticocce si forma esclusivamente tra l’idrogeno (o deuterio) e gli elementi piùelettronegativi (O, N, F e S). E’ un legame relativamente debole confrontato con un legame ionico o covalente, ma è considerevolmente più forte del legame di Van der Waals. Il legame idrogeno si trova frequentemente nelle strutture molecolari, e il ghiaccio ne è un tipico esempio. La sua presenza è peraltro riscontrabile in diversi minerali di bassa temperatura come la boehmite, la lepidocrocite ed alcuni fillosilicati.

I tipi di legame che abbiamo descritto debbono essere considerati del tutto ideali ed i legami che tengono uniti gli atomi in un minerale hanno sempre un carattere intermedio tra i diversi tipi ideali. Così, se il legame che si determina fra gli ioni Na e Cl nel salgemma può essere visto come tipicamente ionico e quello fra gli atomi di C nel diamante come tipicamente covalente, il legame fra il silicio e l’ossigeno nei silicati ha un 50 per cento di carattere ionico ed un 50 per cento di carattere covalente. In molti solfuri ed ossidi si ha un legame intermedio tra legame ionico, covalente e metallico. Questo carattere intermedio che può assumere il legame viene interpretato come una risonanza, cioè rapide fluttuazioni nel tempo fra un tipo di legame ideale e l’altro.

Ad esempio, in una risonanza fra legame covalente e legame ionico si ammette che i due elettroni che determinano il legame possano lasciare occasionalmente l’area condivisa occupando l’orbitale dell’elemento a maggiore affinità elettronica. In quel momento , questo atomo, avrà una carica negativa in più e l’altro una carica negativa in meno e così tendono ad attirarsi elettrostaticamente.

In prima approssimazione si può stimare la percentuale di carattere ionico di un legame covalente sulla base delle differenze di elettronegatività fra i due atomi. Pertanto nel salgemma, dato il valore dell’elettronegatività del Na=0,9 e del Cl=3,0 che determina una differenza di elettronegatività di 2,1, la percentuale di carattere ionico del legame sarà attorno al 70 per cento: uno dei massimi riscontrabili in natura.

Nelle strutture dei minerali possono, d’altra parte, verificarsi più tipi di legami, e nel caso si parla di strutture eterodesmiche.

TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI

STRUTTURA DEI CRISTALLI

Abbiamo già visto che la forma che una qualsiasi specie minerale acquisisce non è altro che il risultato della disposizione ordinata di atomi e ioni che costituiscono il minerale stesso.

Vedremo ora meglio come questi possano disporsi nello spazio.Se prendiamo in considerazione un qualsiasi minerale allo stato cristallino

e lo riduciamo in minutissimi frammenti si potrebbe, in teoria, arrivare ad un certo punto ad ottenere la più piccola porzione di minerale che conserva tutte le caratteristiche presentate dal minerale preso in considerazione.

Questo frammento non è altro che la cella elementare, con la ripetizione della quale per traslazione nelle tre direzioni dello spazio, si era costituito a suo tempo il cristallo.

Queste celle o reticoli cristallini presentano delle simmetrie all’interno del loro edificio cristallino.

Nel 1848, Bravais dimostrò che queste celle o mattoni da costruzione erano limitate al numero di 14, di cui le prime 7 sono dette Primitive mentre le altre prendono il nome di:

• - Base centrata se atomi o ioni prendono posizione al centro di due facce opposte

• - Corpo centrato se atomi o ioni occupano il centro della cella• - Facce centrate quando atomi o ioni vengono ad occupare il centro di

ogni faccia presentata dalla cella

Gli atomi, in un reticolo cristallino, possono essere correlati o dalla sola simmetria di traslazione espressa da uno dei 14 reticoli oppure da questa unitàa uno o più degli operatori di simmetria che ricordiamo sono: Rotazione, Riflessione, Inflessione.

Attraverso considerazioni matematiche è possibile individuare associazioni coerenti di operatori di simmetria; queste prendono il nome di GRUPPI SPAZIALI e sono in numero di 230 (le 14 celle elementari combinate tra loro in funzione degli operatori di simmetria originano 230 gruppi spaziali che danno vita a tutte le forme espresse dai minerali cristallini).

Una curiosità è dovuta al fatto che circa una cinquantina di queste possibili associazioni, secondo le quali in teoria una sostanza cristallina può organizzare i suoi atomi, non si realizzano mai in natura né in laboratorio.

In base alle relazioni che si possono individuare tra gli operatori di simmetria dei 230 gruppi spaziali, questi vengono divisi in 7 Sistemi Cristallini che prendono il nome di:

• Sistema Triclino • Sistema Monoclino• Sistema Rombico• Sistema Trigonale• Sistema Esagonale• Sistema Tetragonale• Sistema Cubico

• I primi sette reticoli sono i mattonifondamentali per mezzo dei quali la natura costruisce tutte le forme che i cristalli dei vari minerali presentano.

• Gli altri sette reticoli indicano il modo con cui essi si possono unire insieme per accoppiamento superficiale o per compenetrazione e slittamenti.

Secondo la teoria della crescita per strati,un cristallo aumenta in dimensione per un progressivo depositarsi di strati di nuovi atomi, guidato dalla disponibilitàdi legami non saturati (a). Per conseguenza, gli atomi tenderanno a riempire un buco (H) esistente su uno strato, poi a riempire un angolo (b), poi a fare avanzare un gradino (c) fino a riempire un’intera superficie piana. Solo raramente, anzi casualmente, un nuovo atomo potrà disporsi su una faccia, formandovi così una protuberanza che innescherà la formazione di un nuovo strato (d).

Questo modello di crescita èstato proposto dal ricercatore tedesco Kossell.

La teoria della crescita per spirali fa invece ingrossare un cristallo per effetto di un fronte di deposizione che parte da una dislocazione a vite e che continua senza interruzione fino a che rimane materiale nutriente. Il nuovo materiale si deposita seguendo un andamento a spirale, innescato da una dislocazione a vite formatasi per un qualsivoglia motivo nel cristallo, inclusa la presenza di una impurità di superficie che ostacoli, in modo diverso dai due lati, l’avanzamento dello strato che sta crescendo.

Impacchettamento cubico compatto di sfere di uguale diametroGli strati A e B sono sovrapposti in modo che il secondo occupi le lacune triangolari, formatesi dall’unione tangente di tre sfere del primo stato, e così via per gli altri strati. E’evidente la simmetria cubica di questo impilamento e la sua equivalenza con la cella cubica di Bravaisevidenziata a destra.

Impacchettamento cubico a corpo centrato di sfere di ugual diametroAnche qui è evidente la rispondenza con la cella di Bravais.

L’indice di compattezza di questa struttura risulta minore di quella precedente.

Struttura della galena

E’ simile alla struttura del salgemma; dimostra la totale indipendenza del tipo strutturale di un composto dal tipo di legame presente, e la sua sostanziale dipendenza dal rapporto dimensionale che esiste tra gli atomi costituenti.

Struttura della Barite

a) nella cella ortorombica che ha i vertici costituiti da Ba, si notano bene i gruppi tetraedrici (SO4) che puntano in direzioni opposte

b) un catione Ba coordina 12 O appartenenti a 7 diversi tetraedri. Di questi ne sono rappresentati 5, alcuni dei quali presentano due vertici in collegamento col Ba, mentre altri ne hanno uno solo.

Struttura del Salgemma

a) come sovrapposizione di sfere tangenti tra loro di cationi Na in alternanza con anioni Cl, entrambi disegnati in scala

b) come alternanza dei due ioni, rappresentati solo nei loro centri di gravità: questa rappresentazione mette in evidenza, per un numero maggiore di piani, l’alternanza che esiste tra gli ioni e precisa meglio la forma cubica della cella elementare, ottenuta per compenetrazione di metà di uno spigolo di due celle cubiche di Bravais, costituite l’una interamente da Cl e l’altra interamente da Na

c) come impilamento di poliedri di coordinazione, a forma di ottaedro, che hanno Na al centro e Cl ai sei vertici e che sono uniti tra loro tramite gli spigoli diagonali

STRUTTURA DEL RUTILO

a) si riconoscono bene i 6 legami tra Ti e gli ossigeni (O) suoi primi vicini,mentre si intuisce che ciascuno di questi ha come primi vicini 3 Ti disposti ai vertici di un triangolo quasi equilatero

b) nell’accostamento di 4 cella si riconosce la coordinazione ottaedrica degli ossigeni intorno al Ti ed inoltre si vede bene come gli ottaedri (Ti O6) siano collegati tramite spigoli opposti solo nel piano (001), in modo da formare catene solo parallelamente a ©. Gli spigoli uniti sono leggermente piùcorti di quelli non uniti.

STRUTTURA DELLA CALCITE

a) una cella romboedrica appiattita di cui il Ca costituisce i vertici ed il centro delle facce, mentre il radicale CO si alterna con esso a metà di ogni spigolo ed al centro della cella; i radicali triangolari CO giacciono tutti su piani paralleli tra loro, ma puntano in senso opposto in piani adiacenti

b) la cella vera, a forma di romboedro acuto, con i Ca ai vertici ed al centro della cella e con due radicali CO interposti lungo la diagonale che èasse 3

d) oltre alle due celle finora descritte, di cui viene indicato l’angolo apicale, spesso viene presa in considerazione un’altra pseudocellaa forma di prisma esagonale; essa ha lo stesso valore di (c) della cella vera ed un valore di (a) minore di quello della cella morfologica (a)

Struttura della Pirite

Derivato per sostituzione e distorsione di quella del salgemma (o della galena)

a) la proiezione obliqua convenzionale mette in evidenza come il catione e l’anione (in questo caso il “manubrio” S=Stenuto insieme da un forte legame covalente doppio), alternino fra loro esattamente come alternavano Na e Cl nel salgemma, o Pb e S nella galena

b) nella pirite ciascun ione Fe ècircondato da 6 primi vicini di S in coordinazione ottaedrica, ma i poliedri di coordinazione assumono 4 diverse orientazioni indipendenti, di cui sono illustrate le due sul davanti della cella. Questo comporta un abbassamento della simmetria rispetto alla simmetria della galena

ASPETTO DEI MINERALI

MINERALE E’ OGNI CORPO NATURALE, OMOGENEO, NORMALMENTE SOLIDO ED INORGANICO.

• NATURALE – in quanto formatosi in un particolare ambiente esclusivamente per un processo naturale

• OMOGENEO – perché costituito da particelle che si succedono e ripetono con periodicità nell’edificio cristallino

• SOLIDO – in quanto presenta una forma propria ed una grande forza di coesione tra le particelle che lo compongono

• INORGANICO - che non deve essere stato materia viva

Quando queste particelle, nell’ambito dell’edificio cristallino, sono disposte secondo un ordine perfetto, che si ripete ad intervalli regolari nelle diverse direzioni, ci troviamo di fronte ad un minerale allo stato cristallino.

Quando non si manifesta questo stato ordinato e periodico delle particelle nell’edificio cristallino, ci troviamo alla presenza di un minerale allo stato amorfo.

Nei minerali che presentano particelle disposte a distanze che variano con la direzione, avremo delle proprietà fisiche denominate “proprietà vettoriali”, che varieranno anch’esse con la direzione. Nei minerali amorfi queste proprietà non esistono in quanto non è presente un reticolo spaziale costante.

L’aspetto che i minerali presentano è vario ed èdeterminato dalla loro struttura interna.

Daremo di seguito una serie di definizioni dell’aspetto, scelte tra quelle piùcomunemente usate:

Cristalli aggregati Cristalli isolatiCristalli in drusa Cristalli in geodeCristalli fuoriusciti Cristalli adagiatiCristalli fascicolati Cristalli raggiatiCristalli inclusi Cristalli scioltiCristalli biterminati Cristalli paralleliCristalli compenetrati Cristalli fibrosiCristalli granulari o reniformi Cristalli lanuginosiCristalli selliformi Cristalli a covoneCristalli a facce curve Cristalli a tramoggia Cristalli a elica Cristalli a rosaMammellonare DendriticoStalattitico CoralloideGlobulare ScheletricoIn venatura In spalmaturaZonato MassivoTerroso

ASPETTO DEI CRISTALLI

• Come per il minerale, anche per i cristalli si usa definire l’Aspetto (o meglio l’Abito) con cui essi si presentano alla nostra ammirazione.

• Per essere più precisi o pignoli, secondo il punto di vista, potremo ancora sintetizzare:

• Il Tratto definisce l’insieme di tutte le superfici presenti in un cristallo, indipendentemente dalla loro conformazione e dimensione.

• L’ Abito definisce il rapporto dimensionale reciproco delle singole facce di un cristallo. (Aspetto complessivo di un cristallo determinato dalla forma che ha sviluppo prevalente sulle altre).

• Le definizioni più usate per descrivere l’ Abito sono:

• Tabulare Lamellare• Tondeggiante Piramidale• Cuspidato Ottaedrico• Tetraedrico Cubico• Lenticolare Schiacciato• Bipiramidale Aciculare• Bicuspidato Prismatico• Romboedrico Informe• Arborescente Botrioidale

ISOMORFISMO

Fenomeno per cui sostanze che presentano analogia di composizione chimica e di struttura ed, implicitamente, di forma cristallina, sono costitute da atomi e ioni con raggi e polarizzabilità analoghi e possono dare cristalli misti in tutte le proporzioni o in proporzioni limitate.

• Una delle condizioni essenziali per cui possa effettuarsi la sostituzione di ioni è che questi presentino un raggio ionico molto vicino tra loro; la differenza sul raggio non deve essere superiore al 10-15%. Essi sono detti “Isomorfogeni”o “Vicarianti”.

• In natura il fenomeno è diffusissimo tanto che si può asserire che il minerale puro rappresenta l’eccezione mentre la miscela isomorfa, la regola.

Tra i molti sistemi isomorfi citeremo, di seguito, i più noti:

- CARBONATI (sistema trigonale) –

• CALCITE Ca CO3• RODOCROSITE Mn CO3• SIDERITE Fe CO3• SMINTHSONITE Zn CO3• MAGNESITE Mg CO3

Dove si riscontra completa miscibilità tra gli ultimi tre e tra i primi due elementi.

- CARBONATI (sistema rombico) –

• ARAGONITE Ca CO3• STRONZIANITE Sr CO3• WITHERITE Ba CO3• CERUSSITE Pb CO3

Buona miscibilità tra gli ultimi tre, scarsa con l’aragonite

- SOLFATI (sistema rombico) –

• ANIDRITE Ca SO4• CELESTINA Sr SO4• BARITINA Ba SO4• ANGLESITE Pb SO4

- SPINELLI (sistema monometrico) –

• SPINELLO NOBILE Mg Al2 O4 • MAGNETITE Fe Fe2 O4• FRANKLINITE Zn Fe2 O4 • CROMITE Fe Cr2 O4

- GRANATI (sistema monometrico) –

• PIROPO Mg Al2 (Si O4)3• ALMANDINO Fe3 Al2 (Si O4)3

• SPESSARTITE Mn3 Al2 (Si O4)3• GROSSULARIA Ca3 Al2 (Si O4)3

• ANDRADITE Ca3 Al2 (Si O4)3• UVAROVITE Ca3 Cr2 (Si O4)3

Completa miscibilità tra i primi tre termini e tra grossularia e piropo, più difficile con gli altri.

Altrettanto frequenti sono le sostituzioni che si trovano nel gruppo degli anfiboli dove gli elementi vicarianti più comuni sono: Na¹+ , Ca²+ , Mn²+ .

Lo stesso vale per il gruppo delle Miche, dove tra le più conosciute ricordiamo la Biotite e la Muscovite, nelle quali si può avere sostituzione di una parte di silicio con alluminio e del gruppo ossidrile con fluoro.Per ultimo ricorderemo il gruppo dei Plagioclasi, in cui l’Albite (Na Al Si3 O8) e l’Anortite (Ca Al2 Si2 O8) sono miscibili in tutte le proporzioni; a questi si può aggiungere l’Ortoclasio o il Microclino (K Al Si3 O8) che ben difficilmente manca nella composizione di un plagioclasio.

POLIMORFISMO

Fenomeno per cui una sostanza di composizione chimica costante può cristallizzare dando diversi solidi cristallini.Se un solido, al crescere della temperatura, non si dissocia né fonde, deve per forza trasformarsi in un’altra fase solida che risulterà più stabile nelle nuove condizioni. Questa trasformazione termodipendente è nota come Polimorfismo .

Ciascuno di questi solidi è caratterizzato da una struttura atomica, o disposizione periodica degli atomi, diversa dagli altri solidi di uguale composizione e da un campo di stabilità in funzione delle tre variabili intensive:

• TEMPERATURA• PRESSIONE• AMBIENTE CHIMICO

Il passaggio da una modificazione all’altra èdetto TRASFORMAZIONE POLIMORFA o TRANSIZIONE POLIMORFA ed avviene con perfetta conservazione della composizione chimica.

Le modalità per le quali un solido si trasforma in un altro solido possono essere descritte da due aspetti: A) Meccanismo della 1) Discorsivo Rotazionalevariazione strutturale 2) Ricostruttivo

3) Ordine – DisordineCostituzionale

4)Politipia5)Allotropia

• B) Proprietà termodinamiche - di 1°Ordine• della trasformazione - di 2°Ordine

La trasformazione da una modificazione all’altra avviene perché i singoli atomi si spostano di poco l’uno rispetto all’altro e l’angolo che essi formano cambia di pochissimi gradi. Questa trasformazione richiede un basso assorbimento di energia; è perfettamente reversibile e non viene influenzata da altri minerali presenti nel sistema.Casi tipici di questa modificazione sono rappresentati da:

• la SFALERITE (ZnS-α) che si trasforma in WURZITE (ZnS-β) • la PIRITE in MARCASSITE• il QUARZO α in QUARZO β• la TRIDIMITE in CRISTOBALITE

- La trasformazione richiede almeno due stadi:• rottura di un certo numero di legami, che comporta generalmente un

collasso della vecchia struttura• diffusione allo stato solido degli atomi, che si riorganizzano secondo

una nuova struttura, la quale può comportare anche cambiamenti nel numero di coordinazione di una o più specie atomiche e che dà origine alla formazione di nuovi legami secondo angoli totalmente diversi

Questo processo richiede un notevole assorbimento di energia, specie nella fase di rottura dei legami; è solitamente lento ed avviene in un ampio intervallo di temperatura e, se non si manifesta la presenza di catalizzatori, può protrarsi per un tempo indefinito, nel qual caso il polimorfo, che dovrebbe scomparire, rimarrà presente in condizioni metastabili.Casi tipici di questa modificazione:

• Trasformazione della CALCITE in ARAGONITE• del CINABRO in METACINNABRITE• del QUARZO α in TRIDIMITE β

Durante la trasformazione non avviene nessuna rottura di legami;cambia la posizione degli atomi sino a che non scompare un qualche elemento di simmetria.L’energia assorbita nel passaggio ORDINE DISORDINE può essere bassa o alta secondo i casi, ma è comunque dissipata sempre in modo continuo. La transizione non è mai istantanea ma si può presentare relativamente lenta o rapida al punto da manifestare residui di condizione metastabile della fase disordinata.

Di questo polimorfismo ne esistono due tipi:• ROTAZIONALE – che si manifesta solo nei minerali

che contengono gruppi anionici triangolari planari ([CO3]²- , [NO3]¹-) i cui ossigeni possono ruotare sul loro asse all’aumentare della temperatura senza che il catione al centro ne risulti disturbato; avviene in modo rapido e continuo

• SOSTITUZIONALE – con spostamento di atomi da una posizione ad un’altra con diffusione allo stato solido, la rottura o riformazione dei legami ed infine una distribuzione casuale: nel caso di aumento progressivo del disordine con temperatura crescente, oppure una distribuzione periodica atomica più regolare nel caso di ordinamento a temperatura decrescente o pressione crescente.

• Questo tipo di trasformazione, a sua volta, si divide in due sottogruppi:• Nel primo prendono parte al processo i soli cationi che si scambiano di

posizione nelle lacune dell’impacchettamento anionico. Gli anioni rimangono inalterati nella loro posizione. In questo tipo si hanno scambi tra atomi che occupano siti equivalenti della struttura (come risultato si otterrà un cambio di orientamento o di direzione della cella elementarema non cambierà la simmetria).

• Nel secondo partecipano sia i cationi che i gruppi anionici, non tanto perché siano i gruppi anionici ad essere realmente coinvolti, ma più per i cationi, che inizialmente coordinavano i diversi gruppi anionici, che subiscono un cambio di posizione. Questo sottogruppo èparticolarmente importante nei Tettosilicati, in quanto il variare della posizione dei cationi Al e Si che sono al centro dei gruppi anionici (ZO4) comporta lo scambio di posizione tra i cationi Na, K e Ca contenuti nelle cavità, al fine che rimanga inalterato l’equilibrio locale della carica elettrostatica. Il risultato di questa trasformazione sarà una variazione dell’orientamento, della dimensione e della simmetria della cella elementare.

I cambiamenti presuppongono, pertanto, la scomparsa (nel caso di aumento dell’ordine reticolare) o l’apparizione (nel caso di disordine sempre maggiore) di particolari elementi di simmetria. Questo è quanto si verifica nei feldspati dove l’aumento dell’ordine comporta la scomparsa di un piano e del relativo asse ad esso normale cosicché si ha il passaggio dalla simmetria monoclina a quella triclina. In alternativa può accadere che sotto l’aspetto della simmetria della specie considerata non cambi nulla, nel qual caso si ha la formazione di geminati.

POLITIPIA

• Detta anche polimorfismo a strati poiché le varie modificazioni (politipi) sono in genere strutture a strati che differiscono tra loro solo nel modo in cui i diversi strati (moduli) si sovrappongono gli uni agli altri. Le celle dei singoli politipi differiscono solamente per la dimensione del parametro parallelo all’asse secondo il quale avviene l’impilamento.

• Nei polimorfi viene privilegiata la composizione chimica con motivi strutturali diversi; nei politipi si privilegia l’aspetto strutturale compatibile per i quali èaccettata anche una piccola diversità chimica.

• La politipia è caratteristica dei Fillosilicati : Pirofillite ,Muscovite e Grafite

ALLOTROPIA

• Anche definita come polimorfismo con cambiamento di legame poichéè proprio questo fatto che caratterizza le diverse modificazioni. Dal punto di vista mineralogico è importante solo l’allotropia del CARBONIO, nelle seguenti forme:

• DIAMANTE - che cristallizza nel sistema cubico, classe esacisottaedrica

• GRAFITE - che cristallizza nel sistema esagonale, classe bipiramidale di esagonale

• Sotto l’aspetto termodinamico le trasformazioni polimorfe non sono altro che un caso particolare di cambiamento di stato fisico. Valgono pertanto le regole delle fasi ed il principio generale della termodinamica che vuole la fase stabile in un determinato intorno di pressione, temperatura ed ambiente chimico sia sempre quella caratterizzata dalla più bassa energia libera di Gibbs (G). Poiché al variare di “G” variano le grandezze termodinamiche, alla temperatura di trasformazione avvengono comportamenti tali per cui si possono distinguere due principali tipi di trasformazione polimorfe: quelle di I°e di II° ordine.

Quelle di I°ordine avvengono con rottura e riform azione di legami interatomici e comportano quindi variazioni discontinue delle grandezze termodinamiche (entalpia –entropia – volume). Aquesto ordine si riconducono pertanto le trasformazioni polimorfe di carattere strutturale ricostruttivo.Quelle di II° ordine avvengono con stiramento dei legami e rotazione dei gruppi atomici, ma senza rotture o ricostruzioni. A questo ordine si riconducono pertanto le trasformazioni politipiche e buona parte delle trasformazioni ordine – disordine.

STRUTTURA DEL DIAMANTE• cella cubica convenzionale, centrata su

tutte le facce da C che è presente anche in quattro ottanti alterni con atomi C’occupanti una diversa posizione strutturale; i numeri da 1 a 6 individuano un anello diagonale esagonale

• la stessa cella, riorientata in modo che la diagonale del cubo risulti verticale, mette in migliore evidenza il legame tetraedrico del carbonio e come esista una distribuzione planare alterna degli atomi C e C’; tre atomi di ciascun tipo partecipano agli anelli esagonali “a seggiola” e sono alternati in modo che atomi dello stesso tipo siano o tutti su o tutti giù

• la cella cubica del diamante è vista come derivata dall’associazione di quattro tetraedri formati interamente da carbonio, legati tra loro per i vertici e isoorientati in direzione diagonale

• la cella del diamante si può considerare dovuta alla compenetrazione di due celle cubiche di Bravais traslate secondo un vettore pari a ¼ della diagonale del cubo, cioè per effetto di uno slittopiano d

STRUTTURA DELLA GRAFITE

• Nella grafite gli atomi si dispongono in strati formati da esagoni in modo che ciascun C è circondato da altri tre ad una distanza interatomica pari a 1,42 Amstrong.

• Questi strati che si discostano tra loro di 3,40Amstrong sono uniti da legami deboli; questa èla causa della facilissima sfaldatura presentata da questo minerale nella direzione parallela a questi lati.

L’ anatasio ha una cella fondamentale centrata, nell’ interno della quale gli O sono contornati da tre Ti, con coordinazione 6:3.La brookite ha gli O disposti come in un reticolo esagonale compatto, mantenendosi ovviamente la coordinazione 6:3.Il rutilo ha la stessa coordinazione 6:3 ed ha gli O disposti in quantità di 6 per ogni ione Ti.

• In natura è possibile trovare cristalli singoli, ma piùcomunemente essi si presentano in associazioni.

• Associazioni irregolari di cristalli di specie diversa originanole rocce.

• Certe associazioni di cristalli della stessa specie, che si possono presentare in vario modo, da regolari a subregolari, sono dette Aggregati. La regolaritàdell’associazione è influenzata anche dalla direzione del flusso della soluzione o del fuso da cui i cristalli sono precipitati o si accrescono.

• Negli aggregati i singoli cristalli non presentano tra loro relazioni di orientamento esprimibile con una legge geometrica.

• Sono generalmente definite Druse le associazioni di cristalli impiantate su matrice piana mentre, vengono definite con Geode quelle impiantate su matrice concava.

ASSOCIAZIONI

Per illustrare gli aggregati si possono utilizzare termini descrittivi come:

FORME TONDE E RAGGIATE

• GLOBULARE a forma di sfera• CONCENTRICA strati avvolgenti un centro• BOTROIDALE strati avvolgenti più centri (come un grappolo d’uva)• OOLITICA piccole particelle tonde (diam. max. 2 mm.)• PISOLITICA particelle tonde (diam. da 2 a 5 mm.)• RAGGIATA cristalli aghiformi che divergono da uno stesso nucleo• e terminano più o meno in una superficie sferica• NODULARE formata da più masserelle tondeggianti separate• MAMMELLONARE costituita da forme tondeggianti

FORME ALLUNGATE

• FILIFORME sottile, lunga, spesso arricciata• ACICULARE ad ago, di solito diritta• CAPILLARE lunga e sottile, spesso ondulata• FIBROSA parecchi cristalli allungati e paralleli, a stretto contatto,• ma separabili tra loro• STALATTITICA pendula, con struttura concentrica e con un canale

assialeinterno• COLONNARE formata da cristalli allungati di un discreto spessore

FORME GRANULOSE• GRANULARE granuli più o meno equidimensionali• SACCAROIDE granuli piuttosto grossi spesso sgranabili senza

troppapressione

FORME APPIATTITE• FOGLIACEA lamelle sottili leggermente ondulate• LAMELLARE cristalli piatti• MICACEA cristalli piatti molto sottili separabili tra loro• SCAGLIOSA cristalli piatti e di piccola estensione perché

fragili• TABULARE cristalli piatti e spessi

FORME DIVERGENTI• DENDRITICA cristalli ramificati (come un albero)• SCHELETRICA cristalli incrociati• MUSCHIOSA cristalli divergenti con sviluppo sempre più fine• e sempre più incrociato• CORALLOIDE cristalli arrotondati, arcuati e piegati• A COVONE cristalli che si aprono a ventaglio, nei due sensi,

a partireda un punto centraleFORME ZONATE presentano bande formate da strati alternati, che

possono anche essere concentrici; hanno struttura interna raggiata o lamellare.

Le associazioni di cristalli della stessa specie mineralogica possono anche essere del tipo parallelo. In queste, i cristalli sono accresciuti in modo da mantenere paralleli tra loro certi spigoli o certe direzioni cristallografiche. Se ne presentano di due tipi:

• ACCRESCIMENTI PARALLELI i cristalli crescono da uno stesso substrato mantenendo intatto il parallelismo reciproco ma raggiungendo altezze e dimensioni diseguali

• ASSOCIAZIONI PARALLELE i cristalli, di dimensioni diverse, crescono uno dietro l’altro sempre sullo stesso asse (quarzo a scettro)

GEMINATI

• Tra le associazioni regolari di cristalli della specie mineralogica, i Geminati sono senz’altro l’aspetto più importante; sono formati dalla combinazione di due o più individui (cristalli o gemelli) nei quali l’orientamento di uno rispetto a tutti gli altri segue determinate regole di simmetria cristallografica.

• Esistono analogie tra piani e direzioni del reticolo, ma non sono equivalenti per simmetria: esse variano da tipo a tipo di struttura, e, nell’ambito della stessa specie minerale, vi possono essere diversi tipi (leggi) di geminazione.

• Queste regole, che non sono presenti nella simmetria di quella particolare specie cristallina e non figurano tra gli elementi di simmetria di ogni singolo individuo, appartengono solo all’intero geminato.

• Una caratteristica del geminato è di presentare, a volte, angoli rientranti. Tali angoli non sono mai possibili in cristalli singoli, in quanto questi sono solidi convessi.

• La geminazione è l’operazione di simmetria che mette in relazione reciproca i singoli individui costituenti il geminato.

Una prima semplice classificazione, dal punto di vista morfologico, è:

• GEMINATI PER CONTATTO quando si presentano a contatto secondo un piano

• GEMINATI DI COMPENETRAZIONE quando si presentano a contatto secondo una superficie irregolareCiò avviene indipendentemente dalla legge di geminazione presente.

In base alle relazioni geometriche che interrono tra gli operatori di simmetria che provocano la formazione del geminato, le possibili geminazioni sono tre:

- GEMINATO NORMALE ha l’asse di geminazione ortogonale al piano di geminazione che è anche il piano di unione dei due cristalli (Albite geminata secondo la legge dell’Albite)

- GEMINATO PARALLELO presenta asse di geminazione con direzione che giace sul piano di geminazione che è anche piano di unione (Albite geminata secondo la legge del Pericolino)

- GEMINATO COMPLESSO asse di geminazione che giace sul piano di geminazione ed unione, ma secondo una direzione ortogonale ad uno spigolo possibile nei cristalli (Magnetite geminata secondo la legge dello Spinello)

Molti geminati si presentano tipici di alcune specie minerali. Di seguito sono indicati i più comuni e facilmente riconoscibili:

• GESSO geminato - per contatto del tipo “ferro di lancia”- per contatto o compenetrazione del

tipo “coda di rondine”• FLUORITE geminato per compenetrazione secondo la

“legge dello Spinello”• QUARZO geminato - per contatto del tipo “legge del

Giappone”- per compenetrazione secondo la

“legge del Brasile”- (compenetrazione tra un cristallo

Dx e uno Sn)- per compenetrazione secondo la

“legge del Delfinato”- (compenetrazione tra due cristalli

Dx oppure due Sn)

• PIRITE geminato per compenetrazione a “croce di ferro”• RUTILO geminato per contatto a ”ginocchio”• STAUROLITE geminato per compenetrazione a “croce greca” o

a “croce di Sant’Andrea”• ORTOCLASIO geminato - per contatto secondo la “legge di

Baveno”- per contatto secondo la “legge di

Maneback”- per compenetrazione secondo la

“legge di Carlsbad”• ALBITE geminato - per contatto secondo la “legge

dell’Albite”- per contatto secondo la “legge del

Pericolino”Quest’ultimo minerale, come alcuni altri, può dare geminati polisintetici, cioè composti da più di due cristalli.

CICLICI si definiscono i geminati polisintetici nei quali i cristalli risultano ruotati tra loro come: Aragonite, Cerussite, Bournonite.

Si devono ancora considerare le associazioni regolari di cristalli, diversi per specie, che si formano, per motivi casuali, quando si condizionano, durante la crescita, assumendo orientazioni reciproche fisse.Questo tipo di associazione prende il nome di Epitassia : un cristallo di una certa specie minerale cresce sul substrato rappresentato da un cristallo di altra specie e ne segue l’orientazione cristallografica; entrambi avranno facce parallele e direzioni cristallografiche simmetricamente disposte.

Le epitassie più note sono costituite da:

• ORTOCLASIO con ALBITE dove l’ortoclasio funge da substrato• STAUROLITE con CIANITE dove la staurolite funge da

substratoQualora le due sostanze diverse crescano in contemporanea,

l’epitassia prende il nome di Sintassia. Il caso più tipico di questa associazione è dato da:

• EMATITE con RUTILO dove l’ematite funge da substrato

Geminato normale e Geminato parallelo

• Un geminato normale ha il suo asse di geminazione ortogonale al piano di geminazione, che è anche il piano di unione dei due gemelli: un tipico esempio è quello dato dall’albite, geminata secondo la legge detta appunto dell’albite, in cui l’asse di geminazione è un asse binario ortogonale alla faccia (010), che è piano di unione e di geminazione insieme.

• Un geminato parallelo ha come asse di geminazione una direzione che giace sul piano di geminazione che è anche piano di unione: un esempio è dato ancora dall’albite geminata secondo la legge del pericolino, il cui asse di geminazione è una direzione parallela all’asse cristallografico, mentre il piano di geminazione è una superficie non cristallografica, in quanto non razionale.

Tipi di geminazioniI tipi di geminazione possibili in base alle relazioni geometriche che intercorrono tra gli operatori di simmetria che provocano la formazione del geminato sono:

Dal punto di vista delle relazioni spaziali tra i gemelli, i geminati possono essere semplicemente accostati per contatto oppure concresciuti grazie ad una compenetrazione .

Questo avviene indipendentemente dalla legge di geminazione presente.

a) gesso può dare geminati per contatto secondo il piano (101) del tipo “a ferro di lancia”,oppure secondo (100) “ a coda di rondine”, ma anche geminati per compenetrazione, sempre secondo (100), quindi ancora “a coda di rondine”

b) l’ortoclasio dà geminati: per contatto secondo (021) LEGGE DI BAVENO; secondo (001) LEGGE DI MANEBACH; per compenetrazione secondo (100) con asse (001) LEGGE DI CARLSBAD.

c) Il quarzo dà geminati: per contatto secondo (1122) LEGGE DEL GIAPPONE; per compenetrazione, con rotazione sull’asse (0001) di due individui destri oppure due individui sinistri, LEGGE DEL DELFINATO; per compenetrazione secondo (1120), formati da un individuo destro e uno sinistro, LEGGE DEL BRASILE.

d) La staurolite dà geminati: per compenetrazione secondo (032) “a croce greca”, oppure secondo (232) “a croce di Sant’Andrea”

e) Il rutilo dà geminati per contatto secondo (101) “a ginocchio”

f) la fluorite gemina per compenetrazione secondo (111), LEGGE DELLO SPINELLO.

Dal punto di vista del numero di gemelli, i geminati possono essere semplici (formati da due soli gemelli) o multipli. Questi ultimi possono essere polisintetici , cioè costituiti da tanti gemelli paralleli,come nel caso dell’aragonite geminata per contatto secondo (110) (a) e dell’albite geminata per rotazione binaria sull’asse (010) (d), oppure ciclici, cioè formati da gemelli ruotati tra loro. La stessa aragonite forma geminati ciclici costituiti da tre gemelli ruotati di 120°e compenetrati (b).

Il gemello triplo è mimetico in quanto simula un prisma esagonale (grazie anche all’aragonite microgranulare che ne va a riempire gli angoli rientranti), ma è facilmente riconoscibile se osservata sulla base (c), poiché vi si notano le striature incrociate caratterizzanti i singoli individui.

La cerussite forma anch’essa geminati tripli per compenetrazione secondo (110), che simulano una stella a sei punte (e); mentre i geminati a sei punte formati dal crisoberillo (f) non sono veri geminati ciclici, quanto piuttosto compenetrazioni complesse di tre geminati secondo (031) lievemente disorientati l’uno con l’altro. Nei geminati ciclici si presenta frequentemente il fenomeno della mimesia, non solo perchéesistono assi di rotazione che coinvolgono l’intero geminato, ma anche perché possono scomparire le discordanze angolari e superficiali grazie a deposizioni o soluzioni tardive analoghe a quelle viste per l’aragonite.

Accanto ai geminati primari, cresciuti come tali, esistono geminati secondari la cui formazione può essere dovuta ad una deformazione posteriore alla cristallizzazione, oppure ad una trasformazione.

a) Comprimendo un cristallo di calcite è facile produrre una deformazione per scorrimento che provoca la formazione di un geminato polisintetico secondo (1011); ciò avviene poiché lo scorrimento, pur ribaltando una parte del cristallo rispetto all’altra, non disturba in modo sostanziale l’ordinamento periodico del reticolo, la cui struttura è del tipo a strati.

b) Raffreddando invece un cristallo di quarzo si ha una geminazione per trasformazione. Il quarzo B (esagonale) sotto i 573°C, si trasforma in quarzo A (trigonale) con un meccanismo discorsivo che però non èparticolarmente sensibile in corrispondenza del piano di geminazione, dove esiste una fascia tampone in cui i singoli atomi di Si mantengono sempre la stessa posizione reciproca.

c) Le possibilità di geminazione offerte dal meccanismo discorsivo di trasformazione del quarzo sono molteplici poiché possono riguardare sia individui solo destri (1 e 4) o solo sinistri (2 e 5), o di entrambi i tipi (3 e 6), ed inoltre unicamente due individui (1 e 2), oppure tre (3-4 e 5), e persino sei individui.

SISTEMI CRISTALLINI

Per analogia con quanto visto nei reticoli cristallini, è possibile suddividere i cristalli sulla base dei rapporti di dimensione e simmetria che intercorrono tra le diverse facce e la faccia fondamentale e tra questa e la croce assiale di riferimento.

Un gruppo cristallino è l’insieme di tutti quei cristalli che ammettono lo stesso tipo di rapporto parametrico. I gruppi sono tre:

• TRIMETRICO nel quale la faccia fondamentale sui tre assi cristallograficistacca tre segmenti di lunghezza diversa.

• DIMETRICO nel quale due segmenti risultano uguali ed un terzo diverso; quest’ultimo preso convenzionalmente nella direzione dell’asse C.

• MONOMETRICO nel quale i tre segmenti sono perfettamente uguali.

Ad un sistema cristallino appartengono tutti i cristalli che ammettono lo stesso tipo di costanti angolari e parametrali. Esistono sette sistemi così denominati:

• Sistema TRICLINO tutti gli assi sono di diversa lunghezza e formano tra loro angoli diversi da 90°

• Sistema MONOCLINO tutti gli assi sono di diversa lunghezza; due si incrociano con angolo diverso da 90°, il terzo è perpendicolare agli altri due

• Sistema ORTOROMBICO tutti gli assi sono di lunghezza uguale e formano tra loro angoli di 90°

• Sistema TETRAGONALE due assi di lunghezza uguale ed il terzo di diversa lunghezza si incrociano con angoli di 90°tra loro

• Sistema TRIGONALE tre assi equivalenti giacciono su di un piano incrociandosi con un angolo di 60°, mentre un quarto asse è perpendicolare agli altri tre.Quest’ultimo asse è di rotazione ternaria

• Sistema ESAGONALE come il sistema trigonale, con la sola differenza che il quarto asse presenta una rotazione senaria

• Sistema CUBICO tre assi equivalenti si incrociano ad angolo retto