Proprietà fisiche dei minerali II: analisi poliminerale

Un singolo campione minerale può presentare pochissime, se non nessuna, proprietà fisiche chiave. Per qualsiasi dimostrazione o esperimento che affronti le proprietà fisiche, è prima necessario selezionare un gruppo adatto di campioni minerali che mostrino effettivamente le caratteristiche o le proprietà chiave in esame. Di seguito, affrontiamo le definizioni fondamentali, in contesto geologico, per le proprietà fisiche: colore, lucentezza, striscia, durezza, magnetismo e reazione con l'acido.

Colore: il colore si riferisce semplicemente al colore apparente visto ad occhio nudo quando si guarda un minerale. In definitiva, questo è il risultato di lunghezze d'onda della luce che vengono riflesse preferenzialmente da una superficie minerale. (Figura 1)

Streak— Streak è il colore di un campione in polvere, cioè a grana molto fine, del minerale. Questo si osserva prendendo un campione minerale e trascinandolo su un piatto di porcellana per creare una linea di materiale in polvere. (Figura 1)

Durezza- La durezza è effettivamente la resistenza superficiale di un minerale, o resistenza alla disaggregazione, cioè se può essere graffiato o meno. Si dice che un minerale sia più duro di un altro minerale se è in grado di graffiare la superficie dell'altro minerale. La scala di durezza minerale, che va da 1 a 10, è stata sviluppata all'inizio del 19^° secolo dal mineralogista Friedrich Mohs, ma sulla base della moderna scienza dei materiali, la scala non è lineare. (Figura 2)

Magnetismo- Il magnetismo si riferisce alla capacità di un minerale di influenzare un magnete o una bussola. In generale, questa proprietà è esclusiva della magnetite minerale (Figura 3), ma altri minerali possono mostrare un magnetismo debole (specialmente dopo il riscaldamento), come l'ematite e la bornite. In definitiva, il magnetismo è il risultato dell'organizzazione spaziale delle direzioni di spin degli elettroni, o momenti.

Reazione con acido- I geologi spesso testano rocce e minerali con acido diluito (quasi invariabilmente 2-3% HCl) al fine di valutare la presenza di composti carbonatici. Ci sono numerosi minerali carbonatici, ma i più comuni sono la calcite (un componente chiave del calcare roccioso), che effervesce vigorosamente con HCl diluito, e la dolomite (un componente chiave della dolomite di roccia), che effervesce debolmente.

Lucentezza- La lucentezza è una misura soggettiva di come una superficie minerale tende a riflettere la luce. È diviso in due categorie generali:
- metallico (altamente riflettente e lucido), come si vede in minerali come la pirite (Figura 4) e la galena (Figura 5)
- non metallico (aspetto più opaco), come si vede in minerali come il feldspato (Figura 6), il quarzo (Figura 7) e la muscovite (Figura 8).

Poiché la lucentezza è una proprietà soggettiva (forse meglio definita una "qualità"), e in genere più la preoccupazione dei gemmologi opposti ai geologi, il resto della lezione si concentrerà invece sulle proprietà colore, striscia, durezza, magnetismo e reazione con l'acido.

Figura 1. Colore, striscia e lucentezza. L'ematite minerale è un buon esempio di come il colore sfuso (in questo caso, argenteo-scuro) e il colore di una polvere, che si chiama "striscia" (in questo caso rosso-arancio), possono essere molto diversi. L'ematite può esprimere diversi tipi di lucentezza, ma qui mostra una lucentezza metallica.

Figura 2. Scala di durezza. La scala di durezza è un modo per confrontare i minerali sulla base della facilità con cui una superficie minerale può essere disaggregata, cioè graffiata. Un minerale che è "più duro" graffierà un minerale "più morbido".

Figura 3. Campione minerale di magnetite. La magnetite è un ossido di ferro. Sebbene il ferro sia un costituente primario del pianeta terra, è presente solo in forma elementare pura nella remota regione del nucleo terrestre (circa 2.900 km sotto la superficie). Nella crosta terrestre e in superficie, il ferro è legato con ossigeno e gruppi ossidrilici per formare i minerali comuni magnetite, ematite e limonite. La magnetite è il più magnetico di tutti i minerali presenti in natura sulla terra.

Figura 4. Pirite. La pirite è anche conosciuta come oro degli sciocchi a causa della sua lucentezza metallica e della tonalità giallo ottone pallido.

Figura 5. Galena. Galena (a volte chiamato colpo d'occhio di piombo) è un altro esempio di minerale con lucentezza metallica. È il principale minerale di piombo, una fonte di argento (a volte contenente fino all'1-2% di argento) e ha un basso punto di fusione.

Figura 6. Feldspato. I feldspari sono un gruppo di minerali che formano rocce che comprendono fino al 60% della crosta terrestre. Sono un buon esempio di un minerale che mostra una lucentezza non metallica.

Figura 7. Quarzo. Il quarzo è un altro buon esempio di minerale con lucentezza non metallica. È il secondo minerale più abbondante nella crosta terrestre dopo il feldspato.

Figura 8. Moscovita. Comunemente noto come mica, la muscovite è un altro minerale che mostra una lucentezza non metallica.

Preparazione

Al fine di osservare e analizzare le proprietà fisiche dei minerali come viene fatto in questo video, ci sono alcuni passi preparatori che dovrebbero essere presi. Innanzitutto, raccogli un gruppo di campioni minerali. I campioni suggeriti includono ematite, magnetite, calcite, dolomite e galena. Stabilire una superficie per l'esame dei campioni. Un piano del tavolo pulito è adatto, magari con un pezzo di carta bianca sulla superficie del tavolo. Ottenere una piastra di striature in porcellana, un kit di durezza, magnete e bussola e diluire HCl (2-5%).

1. Osserva e analizza il colore

1. Esaminare una selezione di campioni di minerali e osservare il colore apparente.
2. Si noti se vi è una variazione di colore all'interno del campione stesso.
3. Si noti se vi è una variazione di colore all'interno di diversi campioni dello stesso minerale.

2. Osserva e analizza la striscia

1. Prendi un campione minerale e trascinalo attraverso la piastra striata.
2. Confrontare il colore sfuso del campione minerale con il colore della striscia che viene lasciato sul piatto.
3. Nella maggior parte dei casi ci sarà poca differenza tra il colore sfuso e il colore della striscia, tuttavia alcuni minerali sono notevolmente diversi, ad esempio galena, ematite.
   La striscia, cioè il colore dei grani microscopici in polvere, è occasionalmente diversa dal colore sfuso, a causa degli effetti di riflettività o del controllo limitato delle impurità sul colore su scala a grana piccola.
4. Ripetere 2.1-2.3 con altri campioni minerali

3. Osservare e analizzare la durezza

1. Come passo iniziale, prendi ogni campione minerale e prova a graffiare la lastra di vetro con esso.
2. Separare questi esemplari in quelli che graffiano il vetro e quelli che non lo fanno.
   1. La lastra di vetro si trova vicino al centro della scala di durezza di Mohs (durezza 5,5). Questo separa il gruppo in ciò che i geologi chiamano generalmente duro, rispetto ai minerali generalmente morbidi.
3. All'interno di ogni gruppo (minerali duri, minerali morbidi) test per vedere quali sono più duri o più morbidi. Questo viene fatto vedendo quale minerale graffierà un altro.

4. Osserva e analizza il magnetismo

1. Il magnetismo facilmente misurabile e identificabile è limitato al gruppo magnetico noto come ferromagnetismo (al contrario del paramagnetismo o del diagmagnetismo, che sono molto deboli e difficili da misurare).
2. I minerali con cui possiamo valutare il magnetismo sono la magnetite, e in una certa misura l'ematite e la bornite.
3. Usando un chiodo in muratura, sfaldare alcuni granelli di magnetite dal campione.
4. Vedi se la barra magnetica (ferromagnete forte) raccoglierà i grani dei minerali sopra menzionati, in 4.2.
5. Vedere se uno qualsiasi dei minerali sopra menzionati (4.2) influenzerà un ago della bussola.
   1. Posizionare il campione minerale e la bussola fianco a fianco con circa 6 pollici di spazio tra di loro.
   2. Diminuire lentamente lo spazio che separa il campione e la bussola spostandosi l'uno verso l'altro.
   3. L'ago della bussola dovrebbe iniziare a puntare verso il campione, sempre più in modo che lo spazio che separa la bussola e il campione diminuisca.

5. Osservare e analizzare la reazione con l'acido

1. I minerali che reagiscono con l'acido cloridrico diluito sono carbonati. Esempi sono calcite—CaCO₃; dolomite—CaMg(CO₃)₂. Questi sono i costituenti primari delle importanti e comuni rocce carbonatiche, calcare e dolomite.
2. Prendere il flacone contagocce di HCl diluito e posizionare con cura una o due gocce sulla superficie del campione.
   Nota: Sebbene l'HCl diluito non sia particolarmente pericoloso, è meglio non ottenere l'acido sulla pelle (possibile eruzione cutanea) o sui vestiti (possibile colorazione) e, dopo il test, è una buona idea lavare via il campione.
3. Si noti come la calcite effervesce vigorosamente con HCl diluito.
4. Prendi il campione di dolomite e trascinandolo lungo la lastra di porcellana o graffiandolo con l'unghia in muratura, crea della polvere / fiocchi.
5. Ripetere il passaggio 5.2, ma questa volta posizionare il campione di dolomite (non la polvere/ fiocchi) nell'HCl.
6. Si noti come la dolomite reagisce a malapena con HCl diluito.
7. Ora posiziona parte della polvere / fiocchi di dolomite nell'HCl e nota la maggiore reattività quando viene polverizzata.

Storicamente, la valutazione delle proprietà fisiche dei minerali è stata un primo passo fondamentale nell'identificazione dei minerali. Poiché la strumentazione analitica microscopica e moderna(ad esempio microscopia petrografica, diffrazione a raggi X, fluorescenza a raggi X e tecniche di microsonde elettroniche) non sono disponibili sul campo, il riconoscimento e l'uso delle proprietà fisiche osservate possono essere importanti strumenti diagnostici.

Valutare e osservare le proprietà fisiche dei minerali è un mezzo eccellente per dimostrare come le caratteristiche macroscopiche dei minerali siano in realtà la manifestazione esterna della struttura a livello atomico o della composizione chimica. Questo processo fornisce informazioni su:

1) Come la composizione chimica influenza l'interazione della luce con le superfici riflettenti.
2) Come la composizione chimica e le forze del legame atomico influenzano la resistenza di un minerale alla disaggregazione (graffio).
3) Come la composizione chimica e l'ordinamento su scala atomica influenzano proprietà come il magnetismo(ad esempio la presenza di sostanze portanti Fe) e la reazione con l'acido diluito(ad esempio la presenza del gruppo CO₃^2-anione).

Ci sono anche applicazioni industriali e ingegneristiche che richiedono una certa conoscenza delle proprietà fisiche discusse in questo video. Ad esempio, le macchine che devono tagliare o macinare possono utilizzare sostanze minerali per aiutare nel processo. Inoltre, i gemmologi (che in genere identificano e preparano minerali di qualità gemma per la vendita) possono essere interessati a proprietà come il colore e la lucentezza.