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