I minerali: concetto e proprietà

Spiega che cosa significa che un minerale ha una «struttura cristallina ordinata» e fai un esempio di cristallo che hai potuto vedere, in natura, in un museo o in laboratorio.

Stabilisci, applicando la definizione, se questi materiali sono minerali: un pezzo di ambra con un insetto all'interno, un cristallo di quarzo raccolto in montagna, una perla e il salgemma di una miniera.

La mica si sfalda in lamine sottili e la calcite si rompe in blocchi di forme regolari. Spiega che cosa ci dicono queste rotture così ordinate sulla struttura interna di questi minerali.

La grafite e il diamante sono formati esclusivamente da atomi di carbonio puro, ma presentano proprietà radicalmente opposte: la grafite si consuma se sfregata su carta e ha durezza 1, mentre il diamante ha durezza 10 e scalfisce qualsiasi altro minerale.

1. a) Spiega, mettendo in relazione la disposizione dei loro atomi e il tipo di legame tra essi, perché la grafite è così tenera e sfaldabile mentre il diamante è estremamente duro.
2. b) A partire da questo esempio, confuta con argomenti scientifici la seguente affermazione: «Due campioni minerali che hanno esattamente la stessa composizione chimica avranno sempre la stessa durezza e le stesse proprietà fisiche».

L'ossidiana (vetro vulcanico naturale) e il cristallo di quarzo sono solidi inorganici di origine naturale formati principalmente da biossido di silicio. Tuttavia, in geologia il quarzo è classificato come minerale e l'ossidiana no.

1. a) Giustifica perché l'ossidiana non soddisfa la definizione scientifica di minerale pur essendo un prodotto naturale, inorganico e solido.
2. b) Se colpisci entrambi i campioni con un martello da geologo, prevedi come si romperà ciascuno (tipo di rottura o frattura) e spiega la relazione che esiste tra il loro comportamento meccanico e la loro struttura atomica interna (ordinata o disordinata).

Definisci che cos'è la durezza di un minerale e spiega che cosa significa che il talco ha durezza 1 e il diamante durezza 10 nella scala di Mohs.

Che cos'è la scala di Mohs? Nomina il minerale più tenero e il più duro della scala e spiega come si usa per confrontare le durezze.

Ordina dal più tenero al più duro questi minerali della scala di Mohs: quarzo (7), gesso (2), diamante (10) e calcite (3). Poi rispondi: un minerale sconosciuto scalfisce la calcite ma è scalfito dal quarzo; tra quali valori si trova la sua durezza?

Hai a disposizione la tua unghia (durezza approssimativa 2,5), una moneta di rame (3) e un temperino d'acciaio (5,5). Descrivi come useresti questi tre oggetti per stimare la durezza di un minerale sconosciuto, facendo un esempio concreto.

Un commerciante di pietre preziose sospetta che un lotto di «rubini» contenga pezzi falsi fabbricati con quarzo tinto di rosso o con vetro rosso. Sapendo che il rubino è una varietà del minerale corindone (durezza 9 nella scala di Mohs) e il quarzo ha durezza 7:

1. a) Proponi un metodo fisico basato sulla durezza che permetta di distinguere un rubino autentico da una falsificazione di quarzo o vetro senza distruggere la gemma. Giustifica la tua proposta.
2. b) Il corindone comune non si usa in gioielleria, ma nell'industria come abrasivo per lucidare e tagliare altri materiali. Giustifica quale proprietà fisica condividono il rubino da gioielleria e il corindone industriale che spiega la sua enorme utilità in due campi così diversi.

L'immagine mostra sei minerali comuni numerati. Scegline tre, descrivi la loro lucentezza, il loro colore e la forma dei loro cristalli e cerca di identificarli con l'aiuto di una guida ai minerali.

Che cos'è lo striscio di un minerale e come si ottiene? Spiega perché lo striscio è una proprietà più affidabile del colore per identificare un minerale.

Nomina le quattro proprietà normalmente usate per identificare un minerale (durezza, lucentezza, colore e striscio) e descrivi in una frase in che cosa consiste ciascuna.

Spiega che cos'è la lucentezza di un minerale e la differenza tra lucentezza metallica e non metallica, facendo un esempio di minerale per ciascun tipo.

Un campione di quarzo è bianco e latteo e un altro è viola (ametista), ma entrambi sono lo stesso minerale. Spiega com'è possibile e quali altre proprietà, oltre al colore, confermerebbero che entrambi sono quarzo.

Descrivi come si ottiene lo striscio di un minerale con una piastrella di porcellana non smaltata e stabilisci che cosa succede se il minerale è più duro della piastrella: lascerà striscio? Quale conclusione ne trai in quel caso?

Un minerale sconosciuto scalfisce una moneta di rame (durezza 3) ma non riesce a scalfire un temperino d'acciaio (durezza 5,5). Tra quali valori si trova la sua durezza? Stabilisci se potrebbe essere gesso (durezza 2) o fluorite (durezza 4).

Da questo elenco — talco (1), gesso (2), calcite (3), quarzo (7) e diamante (10) — indica quali minerali puoi scalfire con l'unghia (durezza 2,5) e quali scalfiscono il vetro di una finestra (durezza 5,5), spiegando come lo hai dedotto.

Un campione ha lucentezza metallica, colore dorato, striscio nero verdastro e scalfisce il vetro. Un compagno afferma che è oro. Usa le proprietà citate per argomentare che si tratta di pirite, «l'oro degli stolti», e indica altre due proprietà che verificheresti per confermarlo.

Hai sul tavolo due coppie di minerali che si confondono facilmente: una coppia dall'aspetto dorato e lucentezza metallica (pirite e oro) e un'altra dall'aspetto biancastro e lucentezza vitrea (quarzo e calcite).

1. a) Spiega perché il colore e la lucentezza non sono proprietà diagnostiche sufficienti per distinguere i minerali in nessuna delle due coppie.
2. b) Progetta una strategia di identificazione indicando quale prova specifica (striscio o durezza) applicheresti a ciascuna coppia per differenziarle senza errori, e prevedi il risultato esatto che otterresti in ciascun caso.

In laboratorio ti consegnano tre minerali sconosciuti (A, B e C) e disponi di questo materiale: lente d'ingrandimento, piastrella di porcellana bianca, la tua unghia (durezza 2,5), una moneta di rame (durezza 3,0) e un temperino d'acciaio (durezza 5,5).

1. a) Progetta il protocollo sperimentale ordinando le prove dal minore al maggiore impatto fisico sui campioni e giustifica perché è indispensabile seguire quell'ordine.
2. b) Dopo aver applicato il tuo protocollo, ottieni questi risultati:

• Campione A: lucentezza vitrea; striscio bianco; l'unghia non lo scalfisce, ma la moneta di rame sì.

• Campione B: lucentezza metallica; striscio nero verdastro; scalfisce il temperino d'acciaio.

• Campione C: lucentezza sericea; si scalfisce facilmente con l'unghia.

Determina l'intervallo di durezza di ciascun campione nella scala di Mohs e deduci, giustificando la risposta, quale corrisponde a calcite, quale a gesso e quale a pirite.

Nel laboratorio scolastico si sono cancellate le etichette di quattro campioni minerali: magnetite, calcite, zolfo e salgemma (halite). Per identificarli, devi ricorrere alle loro proprietà particolari.

1. a) Progetta una prova semplice e non distruttiva per identificare con sicurezza la magnetite e un'altra per lo zolfo, descrivendo quale fenomeno osserverai in ciascuna.
2. b) Uno studente propone di identificare la halite assaggiandola con la lingua e la calcite versandovi sopra un flacone di acido cloridrico concentrato. Giustifica criticamente perché entrambe le proposte sono scorrette in un laboratorio e proponi un'alternativa più sicura per verificare ciascuna.

Un venditore ambulante offre un «diamante» a un ottimo prezzo, ma la pietra risulta scalfita da un temperino d'acciaio (durezza 5,5). Dimostra, ragionando con la scala di Mohs, che la pietra non può essere un diamante e spiega quale altra prova potresti fare per confermarlo.