I minerali sono corpi inorganici naturali, caratterizzati da un elevato ordinamento a scala atomica ed una composizione chimica ben definita (ma non fissa) o variabile in un campo ristretto; essi costituiscono la crosta terrestre e altri corpi celesti. Sono tutti solidi (eccetto il mercurio nativo).
La scienza che studia i minerali è la mineralogia.
Etimologia Il termine "minerale" deriva dal latino medievale minerale, derivato del francese antico minière, "miniera".
Definizione nelle scienze della Terra Una definizione più moderna e corretta di minerale, che rispetti gli standard dell’IMA (International Mineralogical Association) è «sostanza solida con una composizione chimica definita (ma non fissa), solitamente cristallina, che si origina al seguito di un processo geologico (naturale)». Per composizione chimica definita, ma non fissa si intende che la composizione chimica può variare entro certi limiti purché i rapporti stechiometrici restino fissi e invariati. La definizione generale di minerale come “solido inorganico cristallino” è valida per la stragrande maggioranza dei minerali, ma presenta alcune inesattezze, se estesa alla totalità dei minerali presenti in natura. In quanto:
Non tutti i minerali sono solidi Il mercurio nativo e il ghiaccio ad esempio sono liquidi a temperatura ambiente. Il mercurio nativo si presenta allo stato solido a circa -39 °C, in cristalli solitamente romboedrici, mentre l’acqua solidifica diventando ghiaccio (minerale) a temperature di circa 0 °C.
Non tutti i minerali sono inorganici Minerali infatti come l’urea, l'ambra, il copale e la dinite appartengono alla classe dei composti organici.
Non tutti i minerali hanno una struttura cristallina Alcuni minerali presentano una struttura amorfa come l’opale, l'ambra, la santabarberite e altri.
Un aspetto di fondamentale importanza è che si può considerare una sostanza come minerale solo se si è formata da un processo geologico. Nel caso della sintesi in laboratorio, la sostanza ottenuta sarà considerata sintetica e potrà essere definita come minerale solamente se esiste un suo equivalente nel mondo naturale, specificando ovviamente la dicitura sintetica.
Descrizione Sono sostanze naturali solide che hanno proprietà chimiche ben definite con reticolo cristallino, che permettono di identificarli e distinguerli gli uni dagli altri. In ambito storico, con l'espressione regno minerale si indicava l'insieme degli oggetti inanimati, prevalentemente minerali e rocce, in base al Systema Naturae di Linneo.
Ciascun tipo distinto di minerale è noto anche come specie minerale.
I minerali si distinguono in base a varie proprietà chimiche e fisiche. Le differenze nella composizione chimica e nella struttura chimica distinguono le varie specie, che furono determinate dall'ambiente geologico del minerale quando si formò. I cambiamenti nella temperatura, nella pressione o nella composizione complessiva di una massa rocciosa possono causare cambiamenti nei suoi minerali. All'interno di una specie minerale ci possono essere variazioni delle proprietà fisiche o quantità minori di impurità che sono riconosciute dai mineralogisti o da un pubblico più ampio come una varietà minerale, ad esempio l'ametista, una varietà purpurea della specie minerale quarzo.
Per quanto riguarda la classificazione dei minerali in base alle loro varie proprietà fisiche, queste sono legate alla loro struttura e composizione chimica. Caratteristiche distintive comuni includono la struttura e l'abito cristallino, la durezza, la lucentezza, la diafanità, il colore, lo striscio, la tenacità, sfaldatura, frattura, fissilità, gravità specifica, magnetismo, odore o gusto, radioattività e reazione agli acidi.
Dal punto di vista chimico, i minerali sono classificati in base ai principali costituenti; i due sistemi dominanti sono la classificazione Dana e la classificazione Strunz. Poiché il silicio e l'ossigeno costituiscono approssimativamente il 75% della crosta terrestre, sulla Terra vi è una netta predominanza dei minerali silicati, che compongono oltre il 90% della crosta terrestre.
Un minerale può essere costituito da un solo elemento chimico, come l'oro (Au), oppure da uno o più elementi legati assieme in un composto chimico semplice, come ad esempio il quarzo (SiO2), da molecole di formula complessa, spesso comprensiva di molecole di acqua di cristallizzazione, come l'idrobasalluminite , o più complessa ancora. Il termine minerale implica non soltanto la composizione chimica, ma anche la struttura cristallina del materiale.
La composizione dei minerali varia quindi dai semplici elementi chimici a sali fino ad arrivare a silicati molto complessi, mentre la maggior parte dei composti organici è solitamente esclusa, ed enumera migliaia di forme conosciute. Lo studio dei minerali è detto mineralogia.
Possono essere di molte varietà di colore dall'opaco al vitreo da unicolore a pluricolore e sono consigliati in ambito scolastico o di collezionismo.
Definizione La definizione di minerale segue alcuni criteri molto precisi. Il minerale è un corpo cristallino, con composizione chimica definita o variabile in campo ristretto. Sono caratterizzati dall'avere una ben precisa struttura cristallina. A livello atomico i minerali cristallini possiedono un reticolo cristallino formato dalla ripetizione di una struttura geometrica detta cella elementare.
Un cristallo è un corpo solido a facce piane riconducibile a una determinata figura geometrica. La struttura si riferisce alla disposizione spaziale ordinata a lungo raggio degli atomi nella loro struttura molecolare.
Esistono 32 disposizioni di base degli atomi nelle tre dimensioni e tutti i cristalli conosciuti rientrano in una di queste 32 disposizioni. Alcuni minerali possedevano in origine una struttura cristallina che in seguito è stata distrutta dalle radiazioni, questi ultimi sono detti minerali metamittici.
Alcuni minerali inoltre presentano il fenomeno dell'isomorfismo, cioè può verificarsi che due o più minerali presentino identica struttura cristallina e diversa composizione chimica. Sia la composizione chimica che la struttura cristallina concorrono a definire un minerale. Due o più minerali possono avere la stessa composizione ma differente struttura cristallina (sono detti polimorfi). Per esempio, la pirite e la marcasite sono entrambi solfuri di ferro. Analogamente, alcuni minerali hanno differente composizione chimica ma stessa struttura cristallina (sono detti isomorfi): halite (composta da sodio e cloro), galena (solfuro di piombo - composta da piombo e zolfo) e periclasio (composto da magnesio ed ossigeno) hanno tutti la stessa struttura cristallina cubica.
La struttura cristallina influenza notevolmente le proprietà fisiche di un minerale. Per esempio, diamante e grafite hanno la medesima composizione chimica ma le loro differenti strutture cristalline rendono la grafite molto tenera ed il diamante molto duro (è il materiale più duro conosciuto).
Per essere classificata come minerale, una sostanza dev'essere solida ed avere una struttura cristallina. Dev'essere anche un corpo solido omogeneo di origine naturale con una composizione chimica ben definita. Alcune sostanze che non rientrano strettamente nella definizione, sono classificate come mineraloidi. Esempi classici di eccezioni a questa regola includono il mercurio nativo, che cristallizza a −39 °C, e il ghiaccio acqueo, che è solido solo sotto 0 °C; poiché questi due minerali furono descritti prima del 1959, essi furono adottati dall'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA).
A maggio 2023 vi sono oltre 6.100 specie minerali conosciute; circa 5.900 di queste sono state approvate dall'Associazione Mineralogica Internazionale (International Mineralogical Association, IMA), responsabile dell'approvazione e della denominazione di nuove specie rinvenute in natura.
Minerali, rocce e gemme
Minerale e roccia sono termini che indicano materiali ben distinti fra loro.
Un minerale è un composto chimico che si trova in natura, che ha una ben determinata composizione ed una struttura cristallina ben definita. Un cristallo è un corpo solido a facce piane riconducibile a una determinata figura geometrica. Come ricordato sopra, a maggio 2023 sono noti circa 5.900 tipi di minerali (ogni anno se ne scoprono circa 50 grazie al progresso tecnologico), classificati in 3 gruppi a loro volta suddivisi in 7 sistemi comprendenti ciascuno 32 classi. Una roccia è un miscuglio di una (raramente) o più specie minerali e di altre sostanze non cristalline (mineraloidi) in diverse proporzioni e pertanto, diversamente da un minerale, la composizione chimica di una roccia non è esprimibile con una formula chimica.. Alcune rocce, come il calcare o la quarzite, sono composte principalmente da un solo minerale, calcite o aragonite nel caso del calcare, e quarzo nel secondo caso... Altre rocce possono esse definite dalle abbondanze relative dei minerali chiave (essenziali); un granito è definito dalle proporzioni di quarzo, feldspato alcalino e feldspato plagioclasico..
La diffusione dei minerali è molto varia: un certo numero di specie minerali (come il quarzo, la mica e l'ortoclasio) sono alla base della composizione di numerose rocce e, pertanto, estremamente diffusi nella crosta terrestre. Gran parte dei minerali è costituita da silicati.. Nel complesso, circa 150 minerali sono considerati particolarmente importanti, sia in termini della loro abbondanza o valore estetico sia in termini di collezionismo..
Molte specie minerali sono viceversa accessorie, ossia non necessariamente presenti nelle rocce che tipicamente li ospitano. Queste specie sono pertanto meno frequenti delle prime (se non decisamente rare).
Oltre a questo, numerose specie minerali sono presenti solo occasionalmente e, in certi casi, di talune specie sono stati rinvenuti pochi campioni e di dimensioni ridotte.
I minerali e le rocce di valore commerciale sono denominati minerali industriali. Ad esempio, la muscovite, una mica bianca, si può usare come materiale per finestre (a volte chiamato isinglass), come riempitivo o come isolante.. I minerali grezzi sono minerali che hanno un'alta concentrazione di un certo elemento, tipicamente un metallo. Esempi sono il cinabro (HgS), un minerale grezzo del mercurio, la sfalerite (ZnS), un minerale grezzo dello zinco, o la cassiterite (SnO2), un minerale grezzo dello stagno. Le gemme sono minerali con un valore ornamentale, e si distinguono dalle non gemme per la loro bellezza, durabilità e, solitamente, rarità. Ci sono circa 20 specie minerali che si qualificano come minerali gemme, che costituiscono circa il 35% delle gemme comuni. I minerali gemme sono spesso presenti in parecchie varietà, e così un unico minerale può dare luogo a diverse gemme; per esempio, rubino e zaffiro sono entrambi corindone, Al2O3..
Modalità di cristallizzazione: Per solidificazione in seguito a raffreddamento di materiali puri, come nel caso del magma o lava; Per precipitazione e evaporazione da sostanze disciolte in acqua, per sovrasaturazione (raffreddamento) ad es. stalattiti/stalagmiti o per evaporazione del solvente (riscaldamento) ad es. saline; Per brinamento (da gas a solido) da vapori ad es. vapori di zolfo; Per sublimazione da vapori caldi; Per attività biologica; Per trasformazioni solido - solido determinate dal mutare delle condizioni fisiche di equilibrio (pressione e temperatura principalmente) in cui un minerale si trova (es. pirosseno - granato).
Proprietà fisiche dei minerali