La composizione chimica delle pietre naturali

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La composizione delle pietre naturali, definite rocce, è individuata secondo il contenuto degli elementi prioritari quali SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, Cr2O3, FeO, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, P205, e H2O espressi in percentuale o in parti per milione (ppm).

I silicati sono i più numerosi e diffusi minerali presenti nelle rocce della litosfera.

Ricordiamo che la maggior parte dei giacimenti di minerali ha origine dall’intensa attività chimico-fisica che ha luogo ai margini fra le enormi zolle della crosta terrestre.

Il silicio non si trova mai allo stato elementare all’interno della crosta terrestre, ma è sempre combinato con silice e silicati.

Il quarzo, presente in natura in notevole quantità, deriva dalla modificazione cristallina amorfa del diossido di silicio SiO2.

Con una pressione atmosferica normale e una temperatura ambiente la forma cristallina di silice è il quarzo, mentre al di sopra di 1025° C la forma, termodinamicamente fissa, è la cristobalite (Figura 1).

La composizione chimica del Silicio, è costituita da un atomo di Silicio circondato da quattro di ossigeno, essendo ciascuno di essi legato rispettivamente a due atomi di Silicio.

Le caratteristiche di durezza, rigidità e stabilità termica della silice sono dovute al forte legame Silicio-Ossigeno che risulta essere di tipo covalente notevolmente polarizzato verso l’atomo di ossigeno.

La struttura dei silicati ha come unità fondamentale il gruppo SiO4 costituita da un tetraedro al centro del quale si trova un ione silicio e al vertice del quale quattro ioni di ossigeno.

I silicati vengono classificati in 5 gruppi a seconda del diverso modo che hanno di aggregarsi i tetraedri:

  • Gruppi isolati SiO4 (neosilicati = olivina, granato ecc.);
  • Gruppi isolati Si2O7, Si6O18 ecc. (sorosilicciti = thortveitite, berillo ecc.);
  • Gruppi con catene sviluppate in una sola direzione (inosilicati = antiboli e pirosseni);
  • Raggruppamenti nel piano (fillosilicati = miche argille, talco, clorite);
  • Raggruppamenti tridimensionali (tectosilicati = feldspati).

Nei silicati è possibile una vasta possibilità di sostituzione fra atomi che possiedono dimensioni congruenti ed occupanti posizioni equivalenti.

Le dimensioni degli ioni del ferro bivalente, del magnesio, del ferro trivalente e dell’alluminio sono abbastanza equivalenti da consentire una sostituzione reciproca all’interno del reticolo strutturale.

Inoltre possono verificarsi, se pur in maniera limitata, sostituzioni di atomi di silicio da parte di alluminio, il che estende ancora di più la varietà di composizione dei silicati.

Tali caratteristiche ed elementi costituiscono dei composti mineralogici che possiedono varia nomenclatura:

Silicati:

  • Quarzo: (SiO2), possiede una cristallizzazione romboedrica e una forma bipiramide esagonale. Nelle rocce di origine magmatica è un componente molto frequente. Solitamente è puro ed incolore, ma può anche assumere varie colorazioni a seconda dei minerali presenti sotto forma di inclusioni. (Figura 3)
  • Feldspati: sono degli alluminosilicati di potassio, calcio e sodio con presenza di altri elementi. Sono molto frequenti in diverse tipologie di rocce. Hanno una forma strutturale tecnosilicata con un reticolo tridimensionale costituito da tetraedri di [(Si, Al) O4]. I due termini più importanti sono:
    • l’Ortoclasio che è un feldspato di tipo potassico [K(AlSi3O8)] a cristallizzazione monoclina. Esso è un componente delle rocce eruttive di tipo acido e negli scisti cristallini. È presente anche in molte rocce di formazione sedimentaria e possiede di norma un colore bianco-grigiastro. (Figura 4)
    • Plagioclasi: feldspati costituiti da miscele variabili di albite [Na(AlSi3O8)] ed anortite [Ca(Al2Si2O8)]. Essi cristallizzano sempre nel sistema triclino e si presentano normalmente gemina ti.

Miche:

Sono fillosilicati di alluminio con presenza di alcuni metalli alcalini che possono contenere quantità di fluoro, gruppi ossidrili (OH), calcio, ferro, magnesio.

Possiedono una cristallizzazione monoclina. Le miche sono divise in due gruppi principali: le muscovite (miche bianche, fillosilicati di potassio ed alluminio con ossidrili e fluoro) e il gruppo delle biotite (miche scure, fillosilicati di potassio, ferro manganese, magnesio con ossidrili e fluoro):

  • Pirosseni: inosilicati a catene tetraedriche semplici. Possono cristallizzare sia nel sistema monoclino che in quello rombico.
  • Anfiboli: inosilicati simili ai pirosseni che presentano nel reticolo strutturale cristallino catene doppie di tetraedri SiO4. Nella struttura sono presenti gruppi ossidrilici (OH) e ioni di fluoro.
  • Olivina: è conosciuta anche con il nome di peridoto, è un nesosilicato di magnesio e ferro [(Mg, Fe)2(SiO4)], e si cristallizza nel sistema ortorombico. Possiede un colore verdastro e rappresenta un minerale presente in rocce con scarsa quantità di silice. (Figura 5)

Carbonati:

  • Calcite: è la fase alfa del carbonato di calcio, cristallizzazione trigonale.
  • Dolomite: carbonato doppi di Ca e Mg, CaMg(CO3)2, con una cristallizzazione di tipo trigonale.
  • Aragonite: è la fase beta del carbonato di calcio, possiede una cristallizzazione di tipo rombico. (Figura 6)