Caratteristiche chimiche e classificazione dei minerali

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I minerali sono formati dalla combinazione degli stessi elementi chimici che si ritrovano in tutto l’universo. Alcuni minerali sono formati da un solo tipo di elemento (elementi nativi), altri invece sono il risultato della combinazione di più elementi, legati tra loro in un composto chimico. 

La formazione e le caratteristiche di un minerale naturale dipenderanno prima di tutto dagli elementi che lo compongono i quali, possedendo caratteristiche chimiche ben definite, condizionano i tipi di legame che si vengono a creare fra gli atomi. Questi legami dipendono in particolare da:

• Potenziale di ionizzazione (EI)
• Affinità elettronica (AE)
• Elettronegatività (ε)
• Numero di Coordinazione (NC)

Avremo quindi diversi modi di combinazione fra gli atomi determinati da diversi tipi di legami chimici:

• Legame Ionico (A⁺+ B^–)
• Legame covalente (A+B, A+A)
• Legame covalente puro
• Legame covalente polare
• Legame metallico (A+B)
• Legame residuale o (di Van der Waals)
• Legami complessi

Alcuni atomi detti coordinanti, nell’ambito delle strutture cristalline, attorno a se determineranno una configurazione regolare che sarà determinata da tutte le forze in gioco. Ognuno di questi atomi avrà un numero detto numero di coordinazione (NC) che indicherà il numero di atomi immediatamente ad esso adiacenti.

Potenziale di ionizzazione (EI) [kJ/mol]

E’ l’energia necessaria a strappare da un atomo un elettrone (e-) ed a trasformarlo in uno ione positivo (catione). Per ciascun atomo si distingue un primo (EI₁), un secondo (EI₂) ed un terzo (EI₃). EI₁<EI₂<EI₃.
EI decresce in ciascun gruppo e cresce in uno stesso periodo

Affinità elettronica (AE) [kJ/mol]

E’ l’energia che viene liberata da un atomo quando gli viene aggiunto un elettrone per trasformarlo in un ione negativo (anione)
AE decresce nei gruppi e cresce nei periodi al crescere del numero atomico. AE è massima per i non-metalli.

Elettronegatività (ε)

E’ un indice alla disponibilità degli atomi ad acquisire o a perdere elettroni. L’elettronegatività decresce in un gruppo e cresce in un periodo.Possiamo quindi distinguere i vari tipi di legami fra un atomo A ed un atomo B.

Legame Ionico (A⁺+ B^–)

A [LEI (catione)] + B [HAE (anione)] —> legame ionico
se un elemento (A) con basso (low, L) potenziale di ionizzazione (EI) interagisce (+) con uno B ad alta (high, H) affinità elettronica (AE)

Legame covalente (A+B, A+A)

A (AE₁) + B (AE₂) —> legame covalente
se (AE₁)_A ≈ (AE₂)_B

Legame covalente puro

• quando A+A —> legame covalente puro (o omeopolare)

Legame covalente polare

• se (ε₁)_A – (ε₂)_B ossia Δε <1,9

Legame metallico (A+B)

 A (Lε₁) + B (Lε₂) —> legame metallico

 dove (ε₁)_A ≈ (ε₂)_B

Legame residuale o (di Van der Waals)

E’ la forza di attrazione che si manifesta tra particelle elettricamente neutre, in cui tuttavia ad una estremità del legame vi sia una concentrazione di carica parziale dovuta alla presenza di deboli dipoli e/o alla polarizzabilità residua.

Legami complessi

Un complesso è il prodotto della formazione di un legame tra un atomo o ione centrale detto coordinante e degli atomi, ioni o molecole (detti coordinati)

Numero di coordinazione (NC)

Il numero di coordinazione introduce una caratteristica fondamentale di alcuni atomi come Al, B, Si che hanno la capacità di formare dei complessi ossia dei composti in cui un atomo lega un numero di altre specie chimiche superiore al suo numero di ossidazione.

Il NC è il numero di atomi a immediato contatto del coordinante. NC assume i valori di 3 (in alcuni casi), 4, 6, 8, o 12.

• N.C. = 3
• N.C. = 4 – Coordinazione tetraedrica
• N.C. = 6 – Coordinazione ottaedrica oppure cubbica semplice
• N.C. = 8 – Coordinazione cubica a corpo centrato
• N.C. = 12 – Coordinazione esagonale

Classificazione dei minerali

I minerali possono essere classificati sia dal un punto di vista mineralogico-cristallografico che dal punto di vista chimico. Qui si propone una classificazione che tiene conto sia delle caratteristiche mineralogiche sia delle caratteristiche relative alla composizione chimica:

• • Elementi nativi (NAT-E)
  • Leghe (ALL)
  • Solfuri, Arseniuri, Seleniuri, Tellururi (SOLFUR) e Solfosali (SOLFS)
  • Alogenuri (ALUR)
    • Cloruri (CLUR), Fluoruri (FLUR),  Bromuri (BRUR), Ioduri (IUR)
  • Carburi (CUR), Siliciuri (SIUR), Nitruri (NUR)
  • Ossidi (OX)
  • Idrossidi (HYD-OX)
  • Carbonati (CARB), Borati (BOR), Nitrati (NITR), Iodati (IOD)
  • Solfiti, Arseniti, Antimoniti, Bismutiti, Seleniti, Telluriti (ZO3)
  • Solfati (SOLFAT)
  • Arseniati (ARSEN)
  • Fosfati (FOSF)
  • Vanadati (VANAD)
  • Silicati e Germanati, (COMPLEXSALT)
  • Composti organici (ORGC)

Un altro criterio seguito in questa classificazione è relativo al fatto che i minerali dovevano essere divisi in classi e gruppi di facile identificazione e memorizzazione.