Classificazione dei minerali

Non tutti i minerali sono ugualmente frequenti in natura: le specie dei minerali comuni, che formano i costituenti fondamentali delle rocce, sono relativamente poche; gran parte delle specie conosciute è, invece, assai rara, o perché in esse sono presenti elementi chimici scarsamente diffusi in natura, o perché raramente si realizzano le condizioni adatte alla loro formazione. A costituire la maggior parte dei minerali concorrono, in pratica, soltanto otto elementi, i quali rappresentano oltre il 98% (in peso) della crosta terrestre. Osservando la tabella 7.3 si nota come i due elementi più abbondanti siano il silicio e l'ossigeno, che da soli formano il 74,3% in peso sul totale degli elementi presenti sulla Terra.

In base alla loro composizione chimica, i minerali vengono classificati in otto gruppi; a eccezione degli elementi nativi, il nome degli altri gruppi fa riferimento al tipo di ione negativo (anione) in essi presente (tab. 7.4).

• Elementi nativi. Sono così chiamati i minerali formati da un solo elemento chimico, che in natura si trovano da soli, non combinati con altri elementi (per esempio, rame, oro, zolfo, diamante e grafite, entrambi formati da carbonio).
• Solfuri. In questi minerali lo ione S²⁻ (solfuro) è combinato con diversi ioni positivi; molti minerali di questo gruppo sono importanti per l'estrazione di metalli: per esempio, la galena, PbS (estrazione di piombo) e la blenda, ZnS (estrazione di zinco).
• Alogenuri. Vengono così chiamati i minerali in cui lo ione negativo è rappresentato da un alogeno (elementi del gruppo VII A nella tavola periodica); comprendono i cloruri (contenenti l'alogeno cloro), tra cui ricordiamo il salgemma, NaCl, il comune sale da cucina.
• Ossidi. In questo gruppo lo ione negativo è rappresentato dall'ossigeno, O²⁻, combinato con diversi ioni positivi. Essi rappresentano il gruppo più importante per la produzione di alcuni metalli, tra cui il ferro (estratto dai minerali ematite, Fe2O3, e magnetite, Fe3O4).
• Carbonati. Lo ione (CO3)²⁻, carbonato, si combina con diversi ioni positivi: alcuni rappresentanti di questo gruppo sono la calcite (carbonato di calcio, CaCO3) e la dolomite, carbonato doppio di calcio e magnesio, CaMg (CO3)2. I carbonati costituiscono un gruppo di minerali molto importante, poiché sono i costituenti fondamentali di rocce sedimentarie, calcaree e dolomitiche. La loro presenza nelle rocce è facilmente riconoscibile con l'acido cloridrico: una goccia di acido cloridrico diluito, lasciato cadere su una roccia che contiene carbonati, sviluppa effervescenza, poiché si libera il gas anidride carbonica.
• Solfati. Contengono lo ione (SO4)²⁻, solfato, combinato con diversi ioni positivi. Tra essi ricordiamo il gesso (solfato di calcio idrato, CaSO4 · 2H2O), che si forma per precipitazione chimica a seguito dell'evaporazione dell'acqua in zone di mare chiuso o in laghi salati.
• Fosfati. Gruppo di minerali che contiene lo ione (PO4)³⁻, fosfato, combinato con diversi ioni positivi. Costituiscono un gruppo di minerali usati per la produzione di fertilizzanti; il più importante è l'apatite, Ca5(PO4)3(F,Cl,OH).

Silicati

I silicati da soli rappresentano il 92% in volume della crosta terrestre. In tutti i silicati l'edificio cristallino fondamentale è rappresentato da un tetraedro (SiO4)⁴⁻, con al centro uno ione silicio (Si⁴⁺) legato a 4 ioni ossigeno (O²⁻) posti ai vertici. A seconda di come i tetraedri sono disposti nel reticolo cristallino, si distinguono nesosilicati, sorosilicati, inosilicati, fillosilicati e tectosilicati (tab. 7.5).

Il nome dei nesosilicati deriva dal greco nésos, isola, in quanto i tetraedri (SiO4)⁴⁻ sono isolati e tra loro legati da ioni metallici. Fa parte dei nesosilicati l'olivina, un silicato di ferro e magnesio: i tetraedri di silicio e ossigeno si presentano isolati e le cariche negative in eccesso dello ione silicato, (SiO4)⁴⁻, sono bilanciate da ioni positivi come ferro (Fe²⁺) e magnesio (Mg²⁺): la sua struttura risulta compatta e a elevata densità. Si riconosce per il colore verde scuro; la frattura è irregolare.

Il nome dei sorosilicati deriva dal greco sorós, mucchio, in quanto i tetraedri sono uniti per i vertici e formano un gruppo chiuso ad anello e ioni metallici collegano tra loro diversi gruppi di tetraedri; appartiene a questo gruppo il berillo, (Be3Al2Si6O18), utilizzato come gemma nella varietà acquamarina.

Nei ciclosilicati i tetraedri sono uniti a formare anelli triangolari, quadrangolari o esagonali, o doppi anelli esagonali, che includono il berillo e la tormalina.

Negli inosilicati i tetraedri sono uniti a formare delle catene (in greco inós, catena), che possono essere singole o doppie; importanti rappresentanti di questo gruppo sono gli anfiboli e i pirosseni, che formano individui prismatici, con una struttura lineare allungata legata da ioni metallici (di magnesio, ferro, calcio e alluminio).

Nei fillosilicati i tetraedri sono uniti a formare uno strato (in greco fíllon, foglia); di essi fanno parte le miche e i minerali delle argille, la cui struttura è appiattita, lamellare, atta a formare strati continui che si dispongono paralleli tra loro e possono essere facilmente separati l'uno dall'altro.

Il nome dei tectosilicati deriva dal greco tectoniché, architettura; sono uniti tra loro per i quattro vertici e formano strutture tridimensionali: ne sono esempi il quarzo e i feldspati. Il quarzo è formato soltanto da silicio e ossigeno. Ogni tetraedro mette in comune quattro atomi di ossigeno con i tetraedri vicini, formando una struttura continua tridimensionale. Si distingue dagli altri minerali per il suo aspetto vetroso, traslucido, e si frattura in modo irregolare. Se in una configurazione tridimensionale di tetraedri (come quella del quarzo) qualche ione Si⁴⁺ viene sostituito da uno ione alluminio (Al³⁺), si genera la struttura dei feldspati. La sostituzione di ioni silicio con ioni di alluminio introduce uno squilibrio di cariche, che verrà riequilibrato con altri ioni metallici. Se l'equilibrio viene stabilito tramite ioni potassio, si genera il feldspato potassico, od ortoclasio; se interviene lo ione sodio o lo ione calcio si ottengono i plagioclasi.

Infine, i silicati si possono distinguere in sialici e femici. I silicati sialici (dalle iniziali degli elementi presenti, silicio e alluminio) sono minerali chiari e relativamente leggeri, a differenza dei silicati femici (dalle iniziali di ferro e magnesio), che possiedono colore scuro e una maggiore densità.