Mineralogia sistematica Silicati
Corso di Laurea in SCIENZE NATURALI Facoltà di Scienze MM.FF.NN
Predominanza dei Silicati nella Crosta terrestre
27% dei minerali conosciuti sono silicati 40% dei minerali piu’ comuni sono silicati >90% dei minerali della crosta terrestre sono silicati
Nesosilicati
Sorosilicati
Ciclosilicati
Inosilicati catena singola
Inosilicati Catena doppia
Fillosilicati
Tectosilicati
Nesosilicati • Radicale (SiO4) • Costituiti da tetraedri (SiO4)4- isolati • Nornalmente i nesosilicati hanno strutture compatte con: alto peso specifico e durezza abito equidimensionale • Vi e’ un basso grado di sostituzione di Al con Si
Olivina Granato
Struttura dell’olivina (Mg, Fe)2SiO4
Olivina proiezione (100) blu = M1 giallo = M2
b
c
Struttura dell’olivina
Olivina proiezione (100) blu = M1 giallo = M2
b
c
M1 e M2 come poliedri
I siti ottedrici sono chiamato M1 e M2 L’ottedro M1 è distorto e piccolo, mentre l’ottaedro M2 è più regolare e grande. Nelle olivine con Fe2+ e Mg, entrambi gli ioni occupano i siti M2 e M1 Nelle olivine calciche (CaMgSiO4) il grande catione Ca2+ occupa il sito M2.
M2
M1
Nesosilicati:Olivina (Mg,Fe)2SiO4
E’ un minerale di rocce ignee di alta T, comune in rocce mafiche e ultramafiche; si altera facilmente a serpentino
Lucentezza vitrea, colore da verde oliva (Mg) a nero (Fe)
Rombica, abito da equigranulare a prismatico; frattura concoide
Forma soluzione solida completa fra forsterite (Mg) e fayalite (Fe)
La varietà trasparente (peridoto) e’ usata come gemma
Nesosilicati: Granato
Granato proiezione (001) blu = Si porpora = B turchese = A
Granato:VIIIA2+3 VIB3+
2 [SiO4]3 Sito A occupata da ioni bivalenti grossi Sito B ioni trivalenti piccolo “Piralspiti” - B = Al
Piropo: Mg3 Al2 [SiO4]3 Almandino: Fe3 Al2 [SiO4]3 Spessartina: Mn3 Al2 [SiO4]3
“Ugranditi” - A = Ca Uvarovite: Ca3 Cr2 [SiO4]3 Grossularia: Ca3 Al2 [SiO4]3 Andradite: Ca3 Fe2 [SiO4]3
Blu = tetraedro Porpora = ottaedro Turchese = cubo distorto
A B SiO4
Nesosilicati:Granato (Mg,Fe,Mn,Ca)3(Fe3+,Cr,Al)2Si3O12
Minerali molto comuni nelle rocce, specie in quelle ricche di Al ed in rocce ultramafiche di origine mantellica (eclogiti)
Abito equigranulare, cristalli rombododecaedrici
Cubici, hanno elevata durezza (6.5-7.5)
Diverse composizioni hanno colori caratteristici: Piropo Mg3Al2Si3O12 – da rosso scuro a nero Almandino Fe3Al2Si3O12 – rossiccio Spessartina Mn3Al2Si3O12 – rosso scuro a nero Grossular Ca3Al2Si3O12 – da giallo verde a marrone Andradite Ca3Fe2Si3O12 – variabile-giallo, verde, marrone, nero Uvarovite Ca3Cr2Si3O12 – verde smeraldo
Silicati di alluminio Cianite, Sillimanite, Andalusite
Al2SiO5 Sono comuni nelle rocce metamorfiche di medio ed alto grado
I tre polimorfi si differenziano per la coordinazione dell’Al.
Cianite – triclina –lucentezza vitrea, cristalli appiattiti prevalentemente blu, buona sfaldatura; H: 5-7 Sillimanite –rombica – lucentezza vitra colore bruno o verde chiaro. Cristalli sottili e allungati Andalusite –rombica lucentezza vitrea e colore sul rosso o verde oliva, cristalli prismatici con facce quasi quadrate, H: 7.5
Silicati di alluminio Cianite, Sillimanite, Andalusite
Andalusite VIAlVAlOIVSiO4 Sillimanite VIAlIVAlOIVSiO4 Cianite VIAlVIAlOIVSiO4
Idrogranato Idrogrossularia: Ca3Al2Si2O8(SiO4)1-m(OH)4m
Lo ione ossidrile, sotto forma di gruppi (OH)4 tetraedrici può sostituire i tetraedri SiO4 in proporzioni limitate.
l'idrogrossularia è un granato tipico di ambienti metamorfici sopratutto là dove
si abbia avuto una ridistribuzione del Ca.
Sorosilicati • Radicale (Si2O7) • Caratterizzati da gruppi di 2 tetraedri uniti per il vertice • Possono anche contenere tetraedri isolati (SiO4) • Normalmente monoclini • Importante il gruppo dell’epidoto • Epidoto/Clinozoisite
Struttura Epidoto Al di fuori delle
catene di ottaedri si trova un altro sito
ottaedrico Ca2+ CN = 8
Sorosilicatei: Gruppo dell’Epidoto Zoisite/Clinozoisite – CaAl3O(SiO4)(Si2O7)(OH)
Epidoto – Ca(Fe,Al)Al2O(SiO4)(Si2O7)(OH) Sono minerali accessori e di alterazione in rocce ignee e fasi molto comuniin
rocce metamorfiche di vario grado
Zoisite – Ortorombica; Clinozoisite e Epidote – Monocline
Lucentezza vitrea, cristalli prismatici allungati, ma si rinviene anche granulare e fibroso; H: 6-7
Zoisite: grigia, marrone-verde
Clinozoisite: grigia, giallo pallido, verde pallido, incolore
Epidote: verde pistacchio, giallo-verde,
Nella clinozoisite tutte le posizioni ottaedriche sono occupate dall’Al, nell’epidoto da Al e Fe3+
Ciclosilicati • Radicale (SixO3x), X = 3, 5, 6 • Le simmetrie piu’ comuni sono esagonale e rombica
(pseudoesagonale) • Proprieta’: densita’ moderata(2.6-3.2) , durezza (7-8) abito prismatico
Berillo
Ciclosilicati Berillo Be3Al2(Si6O18), esagonale minerale accessorio in pegmatiti, graniti, micascisti Gemme – Acquamarina, Smeraldo,Morganite(rosa)
Cordierite (Mg,Fe)2Al4Si5O18·nH20
Comune in rocce argillose metamorfosate per contatto
Somiglia al quarzo in aspetto e durezza (7-7.5)
Tormalina (Na,Ca)(Li,Mg,Al)3(Al,Fe,Mn)6(BO3)3
(Si6O18)(OH)4, trigonale Minerale accessorio in graniti, pegmatiti Caratteristici prismi striati con profilo trigonale Varieta’: schorl (nera) dravite (bruna) rubellite (rosa)
tormalina
Inosilicati • Radicale (SiO3) o (Si4O11) • I tetraedri si legano in catene semplici o doppie • Simmetria monoclina e ortorombica • Inosilicati a catena singola (Pirosseni) hanno piani di
sfaldatura a ~90° • Inosilicati a catena doppia (Anfiboli) hanno piani di
sfaldatura a120 °
Anfiboli Pirosseni
Pirosseni ([VIII-VI]XVIYIVZ2O6 ) X (M2, poliedro irregolare) – Na, Ca, Mn, Fe+2, Mg, Li
Y (M1, ottaedro) – Mn, Fe+2, Mg, Fe+3, Cr+3 , Ti+4
Z (tetraedro) - Al+3, Si+4
Clinopirosseni
Ortopirosseni
Inosilicati a catena singola pirosseni
Diopside proiezione (001) blu = Si porpora = M1 (Mg) giallo = M2 (Ca)
Diopside: CaMg [Si2O6]
b
a si
nβ
Dove sono le catene di tetraedri?
Inosilicati a catena singola pirosseni
Diopside proiezione (001) blu = Si porpora = M1 (Mg) giallo = M2 (Ca)
b
a si
nβ
Inosilicati a catena singola pirosseni
Diopside proiezione (001) blu = Si porpora = M1 (Mg) giallo = M2 (Ca)
b
a si
nβ
Inosilicati a catena singola pirosseni
Diopside proiezione (001) blu = Si porpora = M1 (Mg) giallo = M2 (Ca)
b
a si
nβ
Inosilicati a catena singola pirosseni
Diopside proiezione (001) blu = Si porpora = M1 (Mg) giallo = M2 (Ca)
b
a si
nβ
Inosilicati a catena singola pirosseni
Diopside proiezione (001) blu = Si porpora = M1 (Mg) giallo = M2 (Ca)
b
a si
nβ
Inosilicati a catena singola pirosseni
Diopside proiezione (001) blu = Si porpora = M1 (Mg) giallo = M2 (Ca)
Visione prospettica
Inosilicati a catena singola pirosseni
Diopside proiezione (001) blu = Si porpora = M1 (Mg) giallo = M2 (Ca)
SiO4 come poliedri Strato tetraedrico
Strato tetraedrico
Strato tetraedrico
Strato tetraedrico
Strato ottaedrico
Strato ottedrico
Strato ottaedrico
b
a si
nβ
Inosilicati a catena singola pirosseni
Ottaedro M1
Inosilicati a catena singola pirosseni
Ottaedro M1
Inosilicati a catena singola pirosseni
Ottaedro M1
Tipo (+) per convenzione
(+)
Inosilicati a catena singola pirosseni
Ottaedro M1 Questo e’ tipo (-)
(-)
Inosilicati a catena singola pirosseni
T
M1
T
Si determina una stuttura chiamata
Trave a I.
Inosilicati a catena singola pirosseni
T
M1
T
Si determina una stuttura chiamata
Trave a I.
(+)
La struttura del pirosseno e’ composta di travi a I alternate I clinopirosseni hanno le travi a I tutte nelal stessa orientazione: (+)
(+)
(+) (+)
(+) (+)
Inosilicati a catena singola pirosseni
La struttura del pirosseno e’ composta
di travi a I alternate I clinopirosseni hanno le travi a I tutte nelal stessa orientazione:
(+)
(+)
(+) (+)
Inosilicati a catena singola pirosseni
(+) (+)
I siti M1 sono piu’ piccoli dei siti M2,
poiche’ si trovano agli apici delle catene di
tetraedri
I tetraedri e gli ottaedri M1
condividono ossigeni apicali
Inosilicati a catena singola pirosseni
C’e’ uno spostamento laterale dei tetraedri al di sopra e al di sotto
di M1
Una cosa simile avviene per lo strato
contenente M2
Il risultato e’ una cella monoclina, quindi
clinopirosseni
Inosilicati a catena singola pirosseni
c
a
(+) M1
(+) M2
(+) M2 0
Gli ortopirosseni hanno travi a I alternate (+) e
(-)
Lo spostamento laterale si compensa e
si forma una cella ortorombica
Questo spiega anche perche’ a raddoppia
Inosilicati a catena singola pirosseni c
a
(+) M1
(-) M1
(-) M2
(+) M2
0
Pirosseni
Pirosseni ortorombici Sono una soluzione solida Enstatite (MgSiO3) - Ferrosilite (FeSiO3). Di
solito sono massivi, fibrosi e lamellari. Lucentezza da vitrea a perlacea. I termini magnesiaci sono poco colorati, quando il Fe aumenta il colore passa da verde chiaro, a verde oliva fino a rossastro o nero. Sono minerali comuni di molte rocce, principalmente gabbri, peridotiti, noriti e basalti
Pirosseni monoclini I principali sono diopside (CaMgSi2O6) e hedenbergite (CaFeSi2O6), che
formano una soluzione solida completa, e augite (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6. Anche qui il colore aumenta con l’aumentare del Fe. L’augite e’ nera. I cristalli sono prismatici, frequentemente geminati. Hedenbergite e diopside sono comuni in rocce metamorfiche.
Pirossenoidi
Pirosseno Wollastonite Rodonite Piroxmangite
I pirossenoidi sono inosilicati triclini,
con lo stesso Si/O dei
pirosseni, ma struttura diversa
La struttura a catena nei
pirrosenoidi si manifesta con le loro sfaldature generalmente scheggiose e talvolta con un abito fibroso
Anfiboli (A0-1X2Y5Z8O22 (OH,F)) A – Na, K
X (M4) – Na, Ca, Mn, Fe+2, Mg, Li Y (M1-3) – Mn, Fe+2, Mg, Fe+3, Cr+3 , Ti+4
Z (tetraedro) - Al+3, Si+4
Inosilicati a catena doppia: anfiboli b
a si
nβ
(+) (+)
(+)
(+)
(+)
Stessa architettura con travi a I, con
dimensione doppia (doppia catena)
Sono tutte (+) nei clinoanfiboli e alternate negli ortoanfiboli
Orneblenda proiezione (001) blu scuro = Si, Al porpora = M1 rosa = M2 Blu chiaro = M3 (Mg, Fe) pallina gialla = M4 (Ca) pallina porpora = A (Na)
Pallina turchese piccola = H
Orneblenda: (Ca, Na)2-3 (Mg, Fe,
Al)5 [(Si,Al)8O22] (OH)2
Inosilicati a catena doppia: anfiboli
Orneblenda (001) blu scuro = Si, Al porpora = M1 rosa = M2 Blu chiaro = M3 (a Mg, Fe)
Orneblenda: (Ca, Na)2-3 (Mg, Fe,
Al)5 [(Si,Al)8O22] (OH)2
Inosilicati a catena doppia: anfiboli
Orneblenda proiezione (001) blu scuro = Si, Al porpora = M1 rosa = M2 Blu chiaro = M3 (Mg, Fe) pallina gialla = M4 (Ca) pallina porpora = A (Na) Pallina turchese piccola = H
Orneblenda: (Ca, Na)2-3 (Mg, Fe, Al)5
[(Si,Al)8O22] (OH)2
M1-M3 hanno CN = 6
M4 ha CN = 6-8 (Ca)
Il sito A ha CN = 10-12
Inosilicati a catena doppia: anfiboli
Orneblenda proiezione (001) blu scuro = Si, Al porpora = M1 rosa = M2 Blu chiaro = M3 (Mg, Fe) pallina gialla = M4 (Ca) pallina porpora = A (Na) Pallina turchese piccola = H
Orneblenda: (Ca, Na)2-3 (Mg, Fe, Al)5
[(Si,Al)8O22] (OH)2
(OH) e’ al centro di anelli tetraedrici I cui ossigeni
apicali fanno parte dei siti M2 e M3
(OH)
Quadrilatero degli anfiboli Ca-Mg-Fe
Anfiboli
Tremolite Ca2Mg5Si8O22(OH)2
Ferroactinolite Ca2Fe5Si8O22(OH)2
Anthophyllite
Mg7Si8O22(OH)2 Fe7Si8O22(OH)2
Actinolite
Cummingtonite-grunerite
Ortoanfiboli
Clinoanfiboli
Anfiboli rombici Sono molto rari. Il termine principale e’ l’antofillite (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2
Che si trova raramente in cristalli, mentre e’ comune in forma fibrosa. E’ un minerale di rocce metamorfiche
Anfiboli monoclini Serie Cummingtonite (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2,grunerite Fe7Si8O22(OH)2
Minerali di rocce metamorfiche. Tremolite Ca2Mg5Si8O22(OH)2,actinolite Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2 analoga alla serie diopside-hedenbergite nei
pirosseni. L’orneblenda fa parte di questa serie Anfiboli sodici
Glaucophane: Na2 Mg3 Al2 [Si8O22] (OH)2 Riebeckite: Na2 Fe2+
3 Fe3+2 [Si8O22] (OH)2
Gli anfiboli sodici sono comunemente blu. Sono caratteristici di metamorfisno alta P/T
Anfiboli
Inosilicati
Pirosseni e anfiboli sono molto simili: •Entrambi hanno catene di SiO4
– Catene e ottaedri formano le travi a I •Le forme monocline alte in Ca hanno un offset T-O-T nella stessa direzione
– Le forme ortorombiche basse in Ca hanno offset alterni (+) e (-)
+ + +
+ + +
+ + + -
- -
- -
-
+ + +
a
a
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
- -
-
- -
-
Clinopirosseno
Ortopirosseno Ortoanfibolo
Clinoanfibolo
Inosilicati
Gli angoli di sfaldatura possono essere interpretati in terminidi legami deboli nei siti M2 (ai bordi delle travi a I) Dalle travi a I di catene singole → sfaldature di 90o nei pirosseni; nelle travi a I doppie → sfaldature di 60-120o degli anfiboli
pirosseni anfiboli
a
b
Tipi comuni di Anfiboli
Testi/Bibliografia
• Per la parte generale e sistematica è
consigliato il seguente testo: C. KLEIN - Mineralogia, Zanichelli 2004.
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