Il regno inorganico è popolato da alcune migliaia di individui, dalle caratteristiche chimico-fisiche ben definite: i minerali, che nacquero all'epoca di formazione e di consolidamento della crosta terrestre, dai magmi e dalle soluzioni primordiali, e si formano tuttora durante i processi endogeni ed esogeni legati al vulcanesimo, alla tettonica, ai fenomeni geotermici. Ognuno di essi, inteso come specie mineralogica, è quindi identificato da una composizione chimica e da una struttura fisica peculiari, che si rispecchiano nelle sue proprietà e nelle forme che assume. L'approccio allo studio e alla conoscenza dei minerali è di solito effettuato dal punto di vista chimico-fisico e dal punto di vista morfologico; possiamo quindi classificare le specie mineralogiche sia dalla loro composizione chimica, sia dalle forme che assumono i loro cristalli, osservandone le combinazioni e le simmetrie, dovute alla disposizione nello spazio degli atomi e delle molecole loro costituenti. Dal punto di vista chimico, i minerali sono di solito così classificati:
ELEMENTI NATIVI: corrispondenti agli elementi descritti dalla chimica, costituiti da atomi tutti della stessa specie (ad esempio: oro, argento, rame, mercurio, zolfo); sono relativamente rari, per lo più poco reattivi con l'ambiente che li ospita;
SOLFURI: composti non ossigenati, costituiti dall'unione dello zolfo con uno o più metalli, sono caratterizzati da aspetto e proprietà semi metalliche; da essi si ricavano la maggior parte dei metalli non ferrosi;
ALOGENURI: gruppo costituito dall'unione degli elementi alogeni (ad esempio cloro, bromo) con i metalli; rappresentano una famiglia poco numerosa, nella quale è comunque notissimo il salgemma (sale da cucina);
OSSIDI e IDROSSIDI: composti formatisi per l'azione ossidante dell'atmosfera e dell'acqua a costituire un gruppo ove l'ossigeno si combina con uno o più elementi, per lo più a carattere metallico;
CARBONATI, nitrati, borati: i carbonati sono componenti essenziali di molte rocce sedimentarie e metamorfiche; sono il risultato dell'unione dello ione carbonato (CO2) in prevalenza con i metalli, dei quali sono spesso fonte di estrazione;
SOLFATI: costituiscono un numeroso gruppo, le cui specie derivano per lo più dall'alterazione dei solfuri metallici; compresi in questo gruppo, sono molto più rari i cromati, i molibdati, i wolframati;
FOSFATI, arseniati, vanadati: gruppo che comprende specie formatesi per alterazione di minerali metallici dall'unione rispettivamente con fosforo, arsenico, vanadio; spesso costituiscono specie miste;
SILICATI: costituiscono il gruppo più numeroso e diffuso, le cui specie costituiscono la crosta terrestre, essenzialmente composta da silicio e ossigeno. Rappresentano i mattoni fondamentali della quasi totalità delle rocce. È importante per il loro studio la suddivisione in classi della loro struttura molecolare. Tale suddivisione è basata sul gruppo SiO2, (geometricamente assimilabile a un tetraedro che porta il silicio al centro e i quattro atomi di ossigeno ai vertici), e dal diverso suo modo di concatenarsi nello spazio, insieme ad atomi di altra natura che determinano le varie specie di silicati.
Strutturalmente, i modi di organizzazione dei tetraedri SiO2 portano alla seguente suddivisione dei silicati:
- Nesosilicati: i tetraedri SiO2 sono isolati tra di loro;
- Sorosilicati: i tetraedri SiO2 sono riuniti in gruppi isolati di due, uniti per un vertice;
- Ciclosilicati: i tetraedri SiO2 sono riuniti in anelli isolati di tre, quattro o sei tetraedri, uniti ai vertici;
- Inosilicati: i tetraedri SiO2 si legano a formare catene allungate in una direzione prevalente, che può essere semplice, o doppia, determinando strutture allungate, fino a filiformi come nell'amianto;
- Fillosilicati: i gruppi tetraedrici SiO2 sono qui riuniti in due dimensioni a riempire il piano, in maglie esagonali, determinando quindi strutture a netta sfaldatura lamellare, come nella mica;
- Tectosilicati: i tetraedri SiO2 sono qui tutti collegati per i vertici, a formare una struttura molto compatta che determina una elevata durezza ai minerali di questo tipo, come il quarzo.
COMPOSTI ORGANICI: vengono qui comprese le sostanze minerali di origine animale o vegetale, rintracciabile ai giorni nostri attraverso i processi di fossilizzazione (ad esempio l'ambra) e di accumulo (idrocarburi).
Abbiamo visto che la diversa composizione chimica che caratterizza le diverse specie mineralogiche determina, attraverso la disposizione ripetitiva nello spazio degli atomi e delle molecole costituenti la materia, una "impalcatura" che presenta caratteristiche peculiari di simmetria geometrica. Lo studio di tali caratteristiche fu effettuato in maniera approfondita fin dal 17° secolo, e portò nel 1667 Nicola Stenone a definire la "Legge di costanza dell'angolo diedro" cioè gli angoli tra due facce corrispondenti, in cristalli di una stessa specie, sono sempre uguali.
Successivamente René-Just Haüy, mineralogista francese (1743 -1822), approfondì lo studio di questa disciplina, gettando le basi della moderna cristallografia, o studio morfologico dei cristalli: essa studia tutte le possibilità di ordinamento spaziale degli atomi, dettate dalla loro dimensione reciproca e dalle loro cariche.
Si individuano così i cosiddetti reticoli cristallini riconducibili strutturalmente a un numero limitato di "celle fondamentali", note come Reticoli di Bravais dal nome dell'ideatore, che, ripetute nelle tre direzioni dello spazio, ricoprono tutte le possibilità di ordinamento geometrico della materia inorganica.
Un' altra regola fondamentale di tale ordinamento, è quella relativa agli angoli individuati dai piani reticolari: tali piani possono formare tra di loro soltanto determinati angoli, caratteristici per ogni specie mineralogica. Questo infatti è un criterio di indagine analitica per il riconoscimento di un minerale.
Fig. 1 - Modelli cristallografici utilizzati nel 19° secolo per evidenziare come la diversa ripetizione nello spazio della stessa "cella elementare" determini differenti forme cristalline.
I sette sistemi cristallini sono i seguenti, ordinati per contenuto di simmetria decrescente:
1. Cubico, a più elevata simmetria, che determina una profusione di forme possibili, semplici e composite;
Fig. 2 - Esempio di minerale del sistema cubico: la galena.
2. Tetragonale, le cui forme fondamentali sono il prisma e la piramide a base quadrata;
Fig. 3 - Esempio di minerale del sistema tetragonale: la vesuvianite.
3. Trigonale, la cui forma fondamentale è il romboedro, insieme al prisma a base triangolare;
Fig. 4 - Esempio di minerale del sistema trigonale: la rodocrosite.
4. Esagonale, con forme principali prismatiche e piramidali a base esagonale;
Fig. 5 - Esempio di minerale del sistema esagonale: la vanadinite.
5. Rombico, con prismi a varia angolatura e le piramidi corrispondenti come forme principali;
Fig. 6 - Esempio di minerale del sistema rombico: lo zolfo.
6. Monoclino, le cui forme sono essenzialmente determinate da prismi a ridotta simmetria, e che raccoglie la maggior parte delle specie mineralogiche;
Fig. 7 - Esempio di minerale del sistema monoclino: il gesso.
7. Triclino, che presenta come unico elemento di simmetria il centro.
Fig. 8 - Esempio di minerale del sistema triclino: axinite.
Il riempimento dello spazio da parte della materia inorganica, e la sua intima natura strutturale, sono completamente e totalmente riconducibili a tale ordinamento classificativo, e alle leggi di simmetria che ne derivano; tali leggi determinano la natura e le forme dei cristalli dei minerali, che da millenni stupiscono e affascinano la sensibilità estetica dell'uomo, e il cui studio e utilizzazione hanno reso possibile lo sviluppo della civiltà.
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