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Mineralogia - Elementi nativi

 

ELEMENTI NATIVI

 

Il numero degli elementi nativi, a parte ovviamente i gas dell’atmosfera, è di circa 20. Tenendo conto delle varie modificazioni polimorfe, di alcune leghe e dei rari composti, si arriva a circa 80 specie mineralogiche, il cui insieme può essere ulteriormente suddiviso in quattro sottoclassi:

a ) elementi metallici;

b ) elementi semimetallici;

c ) elementi non metallici;

d ) carburi nitruri e fosfuri.

 

Elementi metallici : A questa sottoclasse fanno parte quattro gruppi molto importanti :

1 Gruppo dell’oro

2 Gruppo del platino

3 Gruppo del ferro

4 Gruppo del mercurio, zinco e stagno

 

Gruppo dell’Oro : Questo gruppo comprende i ben noti metalli Pb, Au, Ag e Cu. Tutti questi metalli cristallizzano nella classe cubica esacisottaedrica. Essi si rinvengono raramente in cristalli ben sviluppati e più spesso formano aggregati arborescenti o dendritici oppure passerelle e grani talora di spetto spugnoso. I due metalli più simili sono Au e Ag. Essi presentano un raggio atomico molto vicino il che giustifica, fra l’altro, come essi formino soluzioni solide in tutti i rapporti. Il Cu non fornisce soluzioni solide con gli altri metalli di questo gruppo, almeno a temperatura ordinaria. Nel solo sistema Cu-Au si ha miscibilità completa, ma soltanto al di sopra di 400°C.

I metalli nativi di questo gruppo hanno in comune non solo il carattere strutturale (reticolo cubico a facce centrate), ma anche alcune analogie geochimiche.

 

Oro : Au – Si presenta raramente in cristalli ottaedrici, cubici o rombododecaedrici. Più comuni sono i gruppi di cristalli, per lo più in forma di lamelle appiattite a contorni indistinti e talvolta con sviluppo arborescente e detritico.

Il colore è giallo brillante in luce riflessa. Il tono del colore può variare in funzione di altri metalli presenti in soluzione solida: più chiaro se presente Ag, più scuro e rossiccio se è presente Cu.

L’oro nativo è raramente purissimo. Il sostituente è l’Ag, a causa dell’identità dei raggi atomici.

 

Argento : Ag – Si presenta in cristalli cubici od ottaedrici, ma più spesso in aggregati laminari o indistinti; tipiche sono le forme filamentose costituite da un insieme di individui allungati, fortemente striati e bizzarramente colorati.

Questo metallo possiede un colore bianco se puro, ma spesso è annerito da un velo superficiale di solfuro. Bianco brillante in luce riflessa, presenta un potere riflettente (95%) tra i più alti conosciuti. L’argento nativo può contenere piccole quantità di Au, Hg e Cu e tracce di Pt, Pd e Bi.

 

Rame : Cu – Si trova in masse compatte o spugnose, talora arborescenti o filamentose. Il rame nativo può contenere piccole quantità o addirittura tracce di Ag, As, FE, Bi, Sb e Hg. Dal caratteristico colore rosso, spesso alterato in superficie, il rame appare bianco-rosso in luce riflessa. Geneticamente associato a rocce eruttive basiche.

 

  

Gruppo del Platino : Vengono qui raggruppati i metalli, tutti molto simili dal punto di vista chimico, Pt, Pd, Ir e Os.

 

Platino : Pt – Si presenta raramente in cristalli cubici e più spesso in pagliuzze, lamine o pepite. E’ estremamente raro se puro; quasi sempre contiene Cu e soprattutto Fe che può raggiungere il 30% in peso.

Il platino nativo si origina per segregazione magmatica entro rocce basiche ed ultrabasiche, ma oltre che in giacimenti primari può rinvenirsi anche in depositi secondari alluvionali.

 

Gruppo del Ferro : Questo gruppo contiene due minerali “terrestri” estremamente rari: il ferro α, cubico a corpo centrato e contenente sempre Ni, ma in quantità di regola inferiore al 7%; ed il ferro-nichel, cubico a facce centrate e con tenori di Ni oscillanti fra il 30 ed il 75%.

Nonostante la grande abbondanza del ferro nella litosfera, la sua rarità come ferro nativo è giustificata dalla sua bassa posizione nella serie elettrochimica degli elementi.

Ferro e ferro-nichel sono invece fra i costituenti delle meteoriti. In tal caso assumono rispettivamente i nomi di kamacite e taneite.

 

Ferro α : Fe – Si trova raramente in piccolissimi cristalli ottaedrici, ma di regola forma minute granulazioni o masse compatte microcristalline. E’ di colore acciaio. Il ferro nativo terrestre può contenere solo modeste quantità di Ni. La sua origine può essere ricondotta sia a diretta segregazione del magma, sia a riduzione di altri minerali del Fe allorché la roccia madre abbia avuto occasione di digerire almeno parzialmente strati di carbon fossile o di altre rocce sedimentarie ricche in sostanze organiche riducenti.

 

Ferro-nichel : (Fe,Ni) – Quasi sempre in grani o scagliette bianco.-argento, con durezza 5 e densità da 7.8 a 8.2; contiene spesso piccole quantità di Co, Cu, S e C.

 

  

 

Elementi semimetallici : Questa sottoclasse comprende due gruppi:

1 Gruppo dell’arsenico;

2 Gruppo del tellurio.

Il carattere metallico è più spiccato per gli elementi appartenenti al gruppo dell’arsenico. Un ottimo parametro per comparare il carattere più o meno metallico è il raggio atomico, che è maggiore negli elementi più metallici.

 

Gruppo dell’Arsenico : La struttura di questi metalli è data da un reticolo romboedrico con cella elementare piuttosto piccola. Il carattere semimetallico è rilevato dalla presenza di una discreta conducibilità elettrica e di un buon potere riflettente, cui si associa peraltro fragilità del tutto assente nei veri e propri metalli. A questo gruppo appartengono: As (arsenico), Sb (antimonio) e Bi (bismuto).

 

Arsenico : As – Si presenta raramente in cristalli pseudocubici o aciculari più spesso in masse granulari mammellonate. Lucentezza semimetallica.

Può contenere in soluzione solida, oltre ad Sb, piccole quantità di Fe, Ni, Ag e S. Si rinviene in vene idrotermali comunemente associato a minerali di Ag, Ni e Co.

 

Antimonio : Sb – Raramente in cristalli pseudocubici o tabulari; colore bianco stagno. L’antimonio nativo ha praticamente la stessa genesi e giacitura dell’arsenico, pur essendo più raro.

 

Bismuto : Bi – Rarissimo in natura sotto forma di cristalli euedrali, si presenta di regola in masse granulari o in scheletri cristallini arborescenti, interclusi nella matrice. Ha lucentezza metallica e colore bianco roseo. Perfetta è la sfaldatura basale (0001), evidentissima anche nei minerali sopra descritti.

 

Gruppo del Tellurio : Comprende due elementi il tellurio (Te) e il selenio (Se). Entrambi cristallizzano nella classe trigonale. Anche la morfologia di questi due minerali risulta molto diversa: il selenio presenta generalmente l’associazione del prisma esagonale con il romboedro; mentre il tellurio mostra una morfologia pseudoesagonale. Anche la genesi di questi due elementi è diversa, in quanto il tellurio si ritrova in vene idrotermali associato ad oro nativo; il selenio lo si rinviene in ambiente fumarolico talvolta associato con lo zolfo.

 

Tellurio : Te – Si presenta raramente in cristalli, per lo più di piccole dimensioni; più spesso e sottoforma di masserelle granulari. Ha colore bianco, lucentezza metallica ed elevato potere riflettente. Il tellurio è miscibile in tutte le proporzioni con il selenio.

 

Selenio : Se – Si presenta raramente in cristalli aciculari o capillari, rossastri e con lucentezza semimetallica, lunghi fino a qualche cm. Ha caratteri metallici assai poco spiccati; è di colore grigio, non trasparente e colorato in rosso se in schegge sottili; la sua resistenza elettrica varia notevolmente in funzione della luce incidente, per cui se ne fa largo uso per le cellule fotoelettriche.

 

 

Elementi non metallici : A parte i gas atmosferici o presenti nelle esalazioni vulcaniche, che esulano dal campo proprio della mineralogia, si conoscono in natura solo due elementi nativi a carattere non metallico: zolfo (gruppo dello zolfo) e carbonio (gruppo del carbonio).

 

Gruppo dello zolfo : In natura esistono le due modificazioni stabili (zolfo α rombico,  zolfo β monoclino) più una metastabile zolfo γ, anch’esso monoclino.

Tutti sono fondati sull’unità molecolare S8 a forma di anello non perfettamente planare. Questa molecola è molto stabile e si trova anche in fase di vapore, almeno fino a temperature non molto elevate.

Le distanze interatomiche minime entro ciascun anello S8 sono di 2.04 A, mentre il più stretto contatto fra atomi appartenenti ad anelli diversi è di 3.69 A. un valore così elevato non può spiegarsi altro che con l’intervento di puri legami di Van der Waals.

 

Zolfo α : S – Questa modificazione rombica è stabile a temperatura ordinaria ed è di gran lunga la più comune in natura. Le unità molecolari S8 sono disposte con gli assi degli anelli paralleli al piano a-b. questa disposizione di gruppi S8 ruotati di 90° l’uno rispetto all’altro spiega come nello zolfo rombico si osservino sfaldature alquanto imperfette secondo (001) (110) (111).

Lo zolfo α può fornire cristalli con habitus bipiramidale. Questo minerale però forma aggregati di cristalli non euedrali, talvolta spatici e talvolta costituenti incrostazioni di un bel colore dal giallo al giallo bruno, trasparenti o traslucide e con viva lucentezza resinosa.

L’orientamento degli anelli molecolari S8 determina una certa analogia fra la struttura dello zolfo α e quelle propriamente a catena. Il minerale è pertanto otticamente positivo. Il carattere covalente dei legami intramolecolari determina valori elevati degli indici di rifrazione. Le giaciture dello zolfo nativo sono essenzialmente di tre tipi, correlate rispettivamente a processi sedimentari, ad attività vulcanica sia recente che antica ed all’alterazione superficiale di mineralizzazioni a sulfuri. Lo zolfo di genesi sedimentaria è sempre associato a rocce di tipo evaporitico

 

Gruppo del carbonio : In questo gruppo sono comprese le varie modificazioni del carbonio presenti in natura, essenzialmente riconducibili a due tipi fondamentali: grafite e diamante.

 

Diamante : C – I cristalli di questa nota gemma hanno generalmente habitus esacisottaedrico od ottaedrico; più raramente cubico.

Si ha facile e perfetta sfaldatura secondo le facce dell’ottaedro e ciò contribuisce ad aumentare la fragilità del diamante, che è assai elevata nonostante l’estrema durezza (10). Indice di rifrazione molto elevato. I cristalli di diamante scompongono nettamente la luce bianca e la rimandano suddivisa nei vari colori dell’iride. A questo gioco di colori, oltre che alla sua durezza e inalterabilità ed alla caratteristica lucentezza detta appunto adamantina, si deve il pregio di questa gemma.

Per la cristallizzazione del C sotto forma di diamante sono necessarie pressioni estremamente elevate.