ProprietÀ fisiche dei minerali

PROPRIETÀ FISICHE DEI MINERALI

Un minerale è perfettamente definito quando se ne conoscono la composizione chimica e la struttura cristallina. Tuttavia la struttura interna ordinata conferisce loro particolari caratteristiche morfologiche e un certo numero di proprietà. Queste proprietà possono essere fisiche, chimiche e organolettiche e possono fornire indicazioni utili per il riconoscimento dei minerali stessi.

PROPRIETÀ FISICHE. Le proprietà fisiche possono essere scalari, esprimibili soltanto con un numero, e vettoriali esprimibili non solo mediante un valore numerico (modulo) ma anche indicando la direzione nella quale è stata fatta la misura. In base a ciò i minerali si suddividono in due categorie:

isotropi: sono quei minerali le cui proprietà fisiche vettoriali (durezza, sfaldatura, indice di rifrazione della luce, velocità di accrescimento ecc.) sono uguali in tutte le direzioni. Sono isotropi tutti i minerali amorfi e tutti quelli che cristallizzano nel gruppo monometrico.

anisotropi: sono quei minerali le cui proprietà fisiche variano a seconda della direzione del cristallo lungo la quale viene effettuate la misura. Sono anisotropi i minerali che cristallizzano nei gruppi dimetrico e trimetrico.

Vediamo quali sono le proprietà fisiche più utili per il riconoscimento di un minerale.

Durezza. È la misura della resistenza che un minerale oppone alla scalfittura o all'abrasione. Dipende dalla forza dei legami reticolari.

Viene misurata utilizzando la scala di Mohs. Questa scala è formata da 10 minerali, disposti in ordine di durezza crescente, ciascuno dei quali può scalfire le facce del minerale che lo precede nella scala ma viene scalfito dal minerale che lo segue. Essa è riportata nella seguente tabella:

Per esempio se un minerale scalfisce il gesso e viene scalfito dalla  calcite la sua durezza è comprese tra 2 e 3. Non sempre è facile reperire tutti i minerali di questa scala, ma essi possono essere sostituiti da oggetti di uso comune come quelli elencati in tabella.

La sfaldatura. È la tendenza di un minerale a rompersi per urto secondo superfici piane, parallele a uno una o più facce dell'abito cristallino. Essa dipende essenzialmente dalla diversa forza dei legami tra le diverse direzioni entro il cristallo. Un cristallo di salgemma, per esempio, si sfalda lungo le tre superfici che formano tra loro angoli diedri di 90°, per cui i frammenti che ne risultano sono tutti di forma cubica. Non vi è correlazione diretta tra la durezza e la sfaldatura, infatti il diamante, pur essendo la sostanza più dura che si conosca, è anche molto fragile: se percosso si sfalda con facilità in frammenti ottaedrici. Se le forze di legame hanno più o meno la intensità nelle tre direzioni dello spazio otteniamo delle fratture di forma irregolare, scheggiosa, uncinata o curva. In questo caso non si parla più di sfaldatura, ma di frattura: il quarzo per esempio dà luogo a superfici curve dette, concoidi, caratteristiche anche dei corpi isotropi come il vetro.

Lucentezza. Misura il grado con cui la luce è riflessa dalle facce del cristallo e può essere: metallica, tipica di sostanze che assorbono totalmente la luce e che risultano opache, e non metallica, tipica dei corpi più o meno trasparenti. In quest'ultimo caso la lucentezza può essere adamantina (diamante), resinosa (zolfo), vitrea (quarzo), madreperlacea (talco, miche) ecc.

Il colore. È una proprietà molto evidente, ma anche la meno diagnostica perché mentre alcuni minerali presentano sempre lo stesso colore (minerali idiocromatici), altri presentano colorazioni diverse per la presenza di impurezze (speso ioni di metalli di transizione), di distorsioni del reticolo cristallino, oppure di piccole inclusioni o bolle d'aria (minerali allocromatici). Esempi di minerali idiocromatici sono: lo zolfo (giallo), il cinabro (rosso), il lapislazzulo (turchino), la malachite (verde) e i minerali opachi come la pirite (giallo chiaro), la calcopirite (giallo ottone), il rame (rosso). Esempi di minerali allocromatici sono il quarzo e molte pietre preziose.

Il peso specifico. Il peso specifico è il peso dell'unità di volume di un corpo. È direttamente Dipende dall'addensamento degli atomi nel reticolo per cui il suo valore è significativo anche per l'identificazione dei minerali. Poiché il volume di un minerale non sempre è facile da misurare poiché ben pochi minerali hanno la forma di un poliedro regolare, per la determinazione del peso specifico si ricorre ad uno strumento chiamato picnometro, come quello rappresentato nella figura 4.11. Con una bilancia di precisione si pesa il minerale (M). Poi si pesa il picnometro pieno di acqua distillata riempito fino alla tacca (P). Introduciamo il minerale nell'acqua (è necessario che questo non sia solubile in acqua); il livello dell'acqua salirà. Con una carta bibula assorbiamo quella in eccesso fino a portarla fino alla linea. Avremo portato via un volume di acqua uguale a quello del minerale introdotto. Pesiamo nuovamente il picnometro col minerale (T). Dalla differenza P + M -T ricaviamo il peso del volume di acqua spostata, che nel caso dell'acqua distillata (d =1g/cm³) è numericamente uguale al suo volume in cm³. Avremo:

Quindi possiamo dire che il peso specifico di un minerale è il rapporto tra il peso del minerale e quello di un ugual volume di acqua distillata a 4°C.

Questo metodo è molto usato per il riconoscimento delle gemme perché la sua determinazione non danneggia il minerale.

Proprietà ottiche. A seconda del comportamento al passaggio della luce i minerali trasparenti si distinguono in monorifrangenti e birifrangenti. Nei monorifrangenti la luce che li attraversa si propaga con la stessa velocità in tutte le direzioni; se un raggio di luce li attraversa subisce il fenomeno della rifrazione semplice, cioè per ogni raggio incidente vi è un solo raggio rifratto. Sono monorifrangenti i cristalli del gruppo monometrico. I birifrangenti, invece, hanno la proprietà di scindere un raggio luminoso che li attraversa in due raggi (uno ordinario ed uno straordinario) che hanno una differente velocità di propagazione. Vedi figura.

Se appoggiamo un cristallo di calcite (della varietà detta Spato d'Islanda) su di un foglio in cui è scritta una parola l'immagine viene sdoppiata, e facendo ruotare il cristallo una delle due immagini rimane ferma mentre l'altra ruota intorno alla prima  (ruota intorno alla prima quella che si ottiene dal raggio straordinario).