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Mineralogia sistematica Silicati

Corso di Laurea in SCIENZE NATURALI Facoltà di Scienze MM.FF.NN

Predominanza dei Silicati nella Crosta terrestre

27% dei minerali conosciuti sono silicati 40% dei minerali piu’ comuni sono silicati >90% dei minerali della crosta terrestre sono silicati

Nesosilicati

Sorosilicati

Ciclosilicati

Inosilicati catena singola

Inosilicati Catena doppia

Fillosilicati

Tectosilicati

Nesosilicati • Radicale (SiO4) • Costituiti da tetraedri (SiO4)4- isolati • Nornalmente i nesosilicati hanno strutture compatte con: alto peso specifico e durezza abito equidimensionale • Vi e’ un basso grado di sostituzione di Al con Si

Olivina Granato

Struttura dell’olivina (Mg, Fe)2SiO4

Olivina proiezione (100) blu = M1 giallo = M2

b

c

Struttura dell’olivina

Olivina proiezione (100) blu = M1 giallo = M2

b

c

M1 e M2 come poliedri

I siti ottedrici sono chiamato M1 e M2 L’ottedro M1 è distorto e piccolo, mentre l’ottaedro M2 è più regolare e grande. Nelle olivine con Fe2+ e Mg, entrambi gli ioni occupano i siti M2 e M1 Nelle olivine calciche (CaMgSiO4) il grande catione Ca2+ occupa il sito M2.

M2

M1

Nesosilicati:Olivina (Mg,Fe)2SiO4

E’ un minerale di rocce ignee di alta T, comune in rocce mafiche e ultramafiche; si altera facilmente a serpentino

Lucentezza vitrea, colore da verde oliva (Mg) a nero (Fe)

Rombica, abito da equigranulare a prismatico; frattura concoide

Forma soluzione solida completa fra forsterite (Mg) e fayalite (Fe)

La varietà trasparente (peridoto) e’ usata come gemma

Nesosilicati: Granato

Granato proiezione (001) blu = Si porpora = B turchese = A

Granato:VIIIA2+3 VIB3+

2 [SiO4]3 Sito A occupata da ioni bivalenti grossi Sito B ioni trivalenti piccolo “Piralspiti” - B = Al

Piropo: Mg3 Al2 [SiO4]3 Almandino: Fe3 Al2 [SiO4]3 Spessartina: Mn3 Al2 [SiO4]3

“Ugranditi” - A = Ca Uvarovite: Ca3 Cr2 [SiO4]3 Grossularia: Ca3 Al2 [SiO4]3 Andradite: Ca3 Fe2 [SiO4]3

Blu = tetraedro Porpora = ottaedro Turchese = cubo distorto

A B SiO4

Nesosilicati:Granato (Mg,Fe,Mn,Ca)3(Fe3+,Cr,Al)2Si3O12

Minerali molto comuni nelle rocce, specie in quelle ricche di Al ed in rocce ultramafiche di origine mantellica (eclogiti)

Abito equigranulare, cristalli rombododecaedrici

Cubici, hanno elevata durezza (6.5-7.5)

Diverse composizioni hanno colori caratteristici: Piropo Mg3Al2Si3O12 – da rosso scuro a nero Almandino Fe3Al2Si3O12 – rossiccio Spessartina Mn3Al2Si3O12 – rosso scuro a nero Grossular Ca3Al2Si3O12 – da giallo verde a marrone Andradite Ca3Fe2Si3O12 – variabile-giallo, verde, marrone, nero Uvarovite Ca3Cr2Si3O12 – verde smeraldo

Silicati di alluminio Cianite, Sillimanite, Andalusite

Al2SiO5 Sono comuni nelle rocce metamorfiche di medio ed alto grado

I tre polimorfi si differenziano per la coordinazione dell’Al.

Cianite – triclina –lucentezza vitrea, cristalli appiattiti prevalentemente blu, buona sfaldatura; H: 5-7 Sillimanite –rombica – lucentezza vitra colore bruno o verde chiaro. Cristalli sottili e allungati Andalusite –rombica lucentezza vitrea e colore sul rosso o verde oliva, cristalli prismatici con facce quasi quadrate, H: 7.5

Silicati di alluminio Cianite, Sillimanite, Andalusite

Andalusite VIAlVAlOIVSiO4 Sillimanite VIAlIVAlOIVSiO4 Cianite VIAlVIAlOIVSiO4

Idrogranato Idrogrossularia: Ca3Al2Si2O8(SiO4)1-m(OH)4m

Lo ione ossidrile, sotto forma di gruppi (OH)4 tetraedrici può sostituire i tetraedri SiO4 in proporzioni limitate.

l'idrogrossularia è un granato tipico di ambienti metamorfici sopratutto là dove

si abbia avuto una ridistribuzione del Ca.

Sorosilicati • Radicale (Si2O7) • Caratterizzati da gruppi di 2 tetraedri uniti per il vertice • Possono anche contenere tetraedri isolati (SiO4) • Normalmente monoclini • Importante il gruppo dell’epidoto • Epidoto/Clinozoisite

Struttura Epidoto Al di fuori delle

catene di ottaedri si trova un altro sito

ottaedrico Ca2+ CN = 8

Sorosilicatei: Gruppo dell’Epidoto Zoisite/Clinozoisite – CaAl3O(SiO4)(Si2O7)(OH)

Epidoto – Ca(Fe,Al)Al2O(SiO4)(Si2O7)(OH) Sono minerali accessori e di alterazione in rocce ignee e fasi molto comuniin

rocce metamorfiche di vario grado

Zoisite – Ortorombica; Clinozoisite e Epidote – Monocline

Lucentezza vitrea, cristalli prismatici allungati, ma si rinviene anche granulare e fibroso; H: 6-7

Zoisite: grigia, marrone-verde

Clinozoisite: grigia, giallo pallido, verde pallido, incolore

Epidote: verde pistacchio, giallo-verde,

Nella clinozoisite tutte le posizioni ottaedriche sono occupate dall’Al, nell’epidoto da Al e Fe3+

Ciclosilicati • Radicale (SixO3x), X = 3, 5, 6 • Le simmetrie piu’ comuni sono esagonale e rombica

(pseudoesagonale) • Proprieta’: densita’ moderata(2.6-3.2) , durezza (7-8) abito prismatico

Berillo

Ciclosilicati Berillo Be3Al2(Si6O18), esagonale minerale accessorio in pegmatiti, graniti, micascisti Gemme – Acquamarina, Smeraldo,Morganite(rosa)

Cordierite (Mg,Fe)2Al4Si5O18·nH20

Comune in rocce argillose metamorfosate per contatto

Somiglia al quarzo in aspetto e durezza (7-7.5)

Tormalina (Na,Ca)(Li,Mg,Al)3(Al,Fe,Mn)6(BO3)3

(Si6O18)(OH)4, trigonale Minerale accessorio in graniti, pegmatiti Caratteristici prismi striati con profilo trigonale Varieta’: schorl (nera) dravite (bruna) rubellite (rosa)

tormalina

Inosilicati • Radicale (SiO3) o (Si4O11) • I tetraedri si legano in catene semplici o doppie • Simmetria monoclina e ortorombica • Inosilicati a catena singola (Pirosseni) hanno piani di

sfaldatura a ~90° • Inosilicati a catena doppia (Anfiboli) hanno piani di

sfaldatura a120 °

Anfiboli Pirosseni

Pirosseni ([VIII-VI]XVIYIVZ2O6 ) X (M2, poliedro irregolare) – Na, Ca, Mn, Fe+2, Mg, Li

Y (M1, ottaedro) – Mn, Fe+2, Mg, Fe+3, Cr+3 , Ti+4

Z (tetraedro) - Al+3, Si+4

Clinopirosseni

Ortopirosseni

Inosilicati a catena singola pirosseni

Diopside proiezione (001) blu = Si porpora = M1 (Mg) giallo = M2 (Ca)

Diopside: CaMg [Si2O6]

b

a si

nβ

Dove sono le catene di tetraedri?



b

a si

nβ



Visione prospettica



SiO4 come poliedri Strato tetraedrico

Strato tetraedrico

Strato tetraedrico

Strato tetraedrico

Strato ottaedrico

Strato ottedrico

Strato ottaedrico

b

a si

nβ


Ottaedro M1


Ottaedro M1

Tipo (+) per convenzione

(+)


Ottaedro M1 Questo e’ tipo (-)

(-)


T

M1

T

Si determina una stuttura chiamata

Trave a I.


T

M1

T

Si determina una stuttura chiamata

Trave a I.

(+)

La struttura del pirosseno e’ composta di travi a I alternate I clinopirosseni hanno le travi a I tutte nelal stessa orientazione: (+)

(+)

(+) (+)

(+) (+)


La struttura del pirosseno e’ composta

di travi a I alternate I clinopirosseni hanno le travi a I tutte nelal stessa orientazione:

(+)

(+)

(+) (+)


(+) (+)

I siti M1 sono piu’ piccoli dei siti M2,

poiche’ si trovano agli apici delle catene di

tetraedri

I tetraedri e gli ottaedri M1

condividono ossigeni apicali


C’e’ uno spostamento laterale dei tetraedri al di sopra e al di sotto

di M1

Una cosa simile avviene per lo strato

contenente M2

Il risultato e’ una cella monoclina, quindi

clinopirosseni


c

a

(+) M1

(+) M2

(+) M2 0

Gli ortopirosseni hanno travi a I alternate (+) e

(-)

Lo spostamento laterale si compensa e

si forma una cella ortorombica

Questo spiega anche perche’ a raddoppia

Inosilicati a catena singola pirosseni c

a

(+) M1

(-) M1

(-) M2

(+) M2

0

Pirosseni

Pirosseni ortorombici Sono una soluzione solida Enstatite (MgSiO3) - Ferrosilite (FeSiO3). Di

solito sono massivi, fibrosi e lamellari. Lucentezza da vitrea a perlacea. I termini magnesiaci sono poco colorati, quando il Fe aumenta il colore passa da verde chiaro, a verde oliva fino a rossastro o nero. Sono minerali comuni di molte rocce, principalmente gabbri, peridotiti, noriti e basalti

Pirosseni monoclini I principali sono diopside (CaMgSi2O6) e hedenbergite (CaFeSi2O6), che

formano una soluzione solida completa, e augite (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6. Anche qui il colore aumenta con l’aumentare del Fe. L’augite e’ nera. I cristalli sono prismatici, frequentemente geminati. Hedenbergite e diopside sono comuni in rocce metamorfiche.

Pirossenoidi

Pirosseno Wollastonite Rodonite Piroxmangite

I pirossenoidi sono inosilicati triclini,

con lo stesso Si/O dei

pirosseni, ma struttura diversa

La struttura a catena nei

pirrosenoidi si manifesta con le loro sfaldature generalmente scheggiose e talvolta con un abito fibroso

Anfiboli (A0-1X2Y5Z8O22 (OH,F)) A – Na, K

X (M4) – Na, Ca, Mn, Fe+2, Mg, Li Y (M1-3) – Mn, Fe+2, Mg, Fe+3, Cr+3 , Ti+4

Z (tetraedro) - Al+3, Si+4

Inosilicati a catena doppia: anfiboli b

a si

nβ

(+) (+)

(+)

(+)

(+)

Stessa architettura con travi a I, con

dimensione doppia (doppia catena)

Sono tutte (+) nei clinoanfiboli e alternate negli ortoanfiboli

Orneblenda proiezione (001) blu scuro = Si, Al porpora = M1 rosa = M2 Blu chiaro = M3 (Mg, Fe) pallina gialla = M4 (Ca) pallina porpora = A (Na)

Pallina turchese piccola = H

Orneblenda: (Ca, Na)2-3 (Mg, Fe,

Al)5 [(Si,Al)8O22] (OH)2

Inosilicati a catena doppia: anfiboli

Orneblenda (001) blu scuro = Si, Al porpora = M1 rosa = M2 Blu chiaro = M3 (a Mg, Fe)

Orneblenda: (Ca, Na)2-3 (Mg, Fe,

Al)5 [(Si,Al)8O22] (OH)2


Orneblenda proiezione (001) blu scuro = Si, Al porpora = M1 rosa = M2 Blu chiaro = M3 (Mg, Fe) pallina gialla = M4 (Ca) pallina porpora = A (Na) Pallina turchese piccola = H

Orneblenda: (Ca, Na)2-3 (Mg, Fe, Al)5

[(Si,Al)8O22] (OH)2

M1-M3 hanno CN = 6

M4 ha CN = 6-8 (Ca)

Il sito A ha CN = 10-12


Orneblenda proiezione (001) blu scuro = Si, Al porpora = M1 rosa = M2 Blu chiaro = M3 (Mg, Fe) pallina gialla = M4 (Ca) pallina porpora = A (Na) Pallina turchese piccola = H

Orneblenda: (Ca, Na)2-3 (Mg, Fe, Al)5

[(Si,Al)8O22] (OH)2

(OH) e’ al centro di anelli tetraedrici I cui ossigeni

apicali fanno parte dei siti M2 e M3

(OH)

Quadrilatero degli anfiboli Ca-Mg-Fe

Anfiboli

Tremolite Ca2Mg5Si8O22(OH)2

Ferroactinolite Ca2Fe5Si8O22(OH)2

Anthophyllite

Mg7Si8O22(OH)2 Fe7Si8O22(OH)2

Actinolite

Cummingtonite-grunerite

Ortoanfiboli

Clinoanfiboli

Anfiboli rombici Sono molto rari. Il termine principale e’ l’antofillite (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2

Che si trova raramente in cristalli, mentre e’ comune in forma fibrosa. E’ un minerale di rocce metamorfiche

Anfiboli monoclini Serie Cummingtonite (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2,grunerite Fe7Si8O22(OH)2

Minerali di rocce metamorfiche. Tremolite Ca2Mg5Si8O22(OH)2,actinolite Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2 analoga alla serie diopside-hedenbergite nei

pirosseni. L’orneblenda fa parte di questa serie Anfiboli sodici

Glaucophane: Na2 Mg3 Al2 [Si8O22] (OH)2 Riebeckite: Na2 Fe2+

3 Fe3+2 [Si8O22] (OH)2

Gli anfiboli sodici sono comunemente blu. Sono caratteristici di metamorfisno alta P/T

Anfiboli

Inosilicati

Pirosseni e anfiboli sono molto simili: •Entrambi hanno catene di SiO4

– Catene e ottaedri formano le travi a I •Le forme monocline alte in Ca hanno un offset T-O-T nella stessa direzione

– Le forme ortorombiche basse in Ca hanno offset alterni (+) e (-)

+ + +

+ + +

+ + + -

- -

- -

-

+ + +

a

a

+ + +

+ + +

+ + +

+ + +

- -

-

- -

-

Clinopirosseno

Ortopirosseno Ortoanfibolo

Clinoanfibolo

Inosilicati

Gli angoli di sfaldatura possono essere interpretati in terminidi legami deboli nei siti M2 (ai bordi delle travi a I) Dalle travi a I di catene singole → sfaldature di 90o nei pirosseni; nelle travi a I doppie → sfaldature di 60-120o degli anfiboli

pirosseni anfiboli

a

b

Tipi comuni di Anfiboli

Testi/Bibliografia

• Per la parte generale e sistematica è

consigliato il seguente testo: C. KLEIN - Mineralogia, Zanichelli 2004.

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