Minerali

Cosa sono i minerali?



I minerali sono il fondamento delle industrie edili, manifatturiere e agricole.


Rodocrosite: Esemplare di rodocrosite proveniente dalla miniera di Sunnyside, Contea di San Juan, Colorado. Il rodocrosite è un minerale carbonato di manganese (MnCO3) che viene utilizzato come minerale di manganese e viene anche tagliato come pietra preziosa. Immagine USGS.

Usiamo minerali ogni giorno!

Ogni persona utilizza ogni giorno prodotti a base di minerali. Il sale che aggiungiamo al nostro cibo è l'alogenito minerale. Le compresse antiacido sono ricavate dalla calcite minerale.

Ci vogliono molti minerali per fare qualcosa di semplice come una matita di legno. Il "piombo" è costituito da grafite e minerali argillosi, la fascia di ottone è fatta di rame e zinco e la vernice che colora contiene pigmenti e riempitivi realizzati da una varietà di minerali. Un telefono cellulare è realizzato utilizzando decine di minerali diversi provenienti da miniere di tutto il mondo.

Le auto che guidiamo, le strade che percorriamo, gli edifici in cui viviamo e i fertilizzanti utilizzati per produrre il nostro cibo sono tutti realizzati con minerali. Negli Stati Uniti, ogni anno vengono consumati circa tre trilioni di tonnellate di materie prime minerali per sostenere il tenore di vita di 300 milioni di cittadini. Sono circa dieci tonnellate di materiali minerali consumati per ogni persona, ogni anno.

Articoli comuni a base di minerali: La maggior parte delle cose che usiamo nella nostra vita quotidiana sono fatte da minerali o prodotti con prodotti minerali. Le compresse antiacido sono fatte di calcite, il sale da tavola è un alogenuro tritato, diversi minerali sono usati per fare una matita di legno e dozzine di minerali di molti paesi diversi sono usati per fare un telefono cellulare.

Lo sapevate? La "m" bianca su un pezzo di caramella di M&M è un pigmento di ossido di titanio, molto probabilmente prodotto dal rutilo minerale.

Struttura dell'alogenito minerale: "Halite" minerale ha una composizione chimica di NaCl. Ciò significa che contiene un numero uguale di atomi di sodio e cloruro. In questo caso sono atomi caricati elettricamente, noti come ioni. Questi ioni sono disposti secondo uno schema cubico che si ripete in tutte le direzioni. I piccoli ioni sodio sono posizionati tra gli ioni cloruro più grandi.

Cosa sono i minerali?

Per soddisfare la definizione di "minerale" utilizzata dalla maggior parte dei geologi, una sostanza deve soddisfare cinque requisiti:

  • naturale
  • inorganico
  • solido
  • composizione chimica definita
  • struttura interna ordinata

"Naturally accading" significa che le persone non ce l'hanno fatta. L'acciaio non è un minerale perché è una lega prodotta dalle persone. "Inorganico" significa che la sostanza non è prodotta da un organismo. Il legno e le perle sono fatti da organismi e quindi non sono minerali. "Solido" significa che non è un liquido o un gas a temperatura e pressione standard.

"Composizione chimica definita" significa che tutte le occorrenze di quel minerale hanno una composizione chimica che varia entro un intervallo limitato specifico. Ad esempio: l'alogenito minerale (noto come "salgemma" quando viene estratto) ha una composizione chimica di NaCl. È composto da un uguale numero di atomi di sodio e cloro.

"Struttura interna ordinata" significa che gli atomi in un minerale sono disposti secondo uno schema sistematico e ripetitivo. La struttura dell'alogenuro minerale è mostrata nell'illustrazione in questa pagina. L'alitite è composta da un uguale rapporto di atomi di sodio e cloro disposti secondo uno schema cubico.

Lo sapevate? Sebbene l'acqua liquida non sia un minerale, è un minerale quando si congela. Il ghiaccio è un solido inorganico naturale con una composizione chimica definita e una struttura interna ordinata. Per saperne di più.

La parola "minerale"

La parola "minerale" è usata in molti modi diversi. La definizione fornita sopra è una definizione formale preferita dai geologi.

La parola ha anche un significato nutrizionale. È usato in riferimento alle molte sostanze chimiche inorganiche di cui gli organismi hanno bisogno per crescere, riparare i tessuti, metabolizzare ed eseguire altri processi corporei. I nutrienti minerali per il corpo umano includono: ferro, calcio, rame, zolfo, fosforo, magnesio e molti altri.

Un uso arcaico della parola "minerale" deriva dalla tassonomia linnaea in cui tutte le cose possono essere assegnate ai regni animale, vegetale e minerale.

La parola "minerale" è anche usata in modo incoerente in geologia. Nel settore minerario, tutto ciò che è stato ottenuto dalla terra e utilizzato dall'uomo è considerato un "prodotto minerale" o un "materiale minerale". Questi includono: pietrisco, che è un prodotto fabbricato a base di pietrisco; calce, che è un prodotto fabbricato a base di calcare o marmo (entrambi composti dalla calcite minerale); carbone che è organico; petrolio e gas che sono fluidi organici; rocce come il granito che sono miscele di minerali; e rocce come l'ossidiana che non hanno una composizione definita e una struttura interna ordinata.

Minerali nelle rocce: La maggior parte delle rocce sono aggregati di minerali. Questa roccia, una pegmatite di granito, è una miscela di grani minerali. Contiene ortoclasio rosa, quarzo lattiginoso, orne nere e biotite nera.

Prodotti minerali nell'industria


2010 Consumo di materie prime minerali degli Stati Uniti
Prodotto mineraleMilioni di tonnellate metriche
Pietra Spaccata1,200.0
Sabbia e ghiaia786.1
sale55.8
Minerale di ferro48.0
Fosfato Rock30.5
Gesso22.5
argille21.3
Pietra dimensionale14.0
Lime18.5
Zolfo11.30
Bauxite8.4
Potassa5.6
Carbonato di sodio5.2
barite2.66
Rame1.74
Piombo1.40
I valori sopra riportati sono stime del consumo di materie prime minerali dall'indagine geologica degli Stati Uniti. Molte altre merci potrebbero essere aggiunte a questa tabella.

Il settore delle costruzioni è il maggiore consumatore di materie prime minerali. La pietra frantumata viene utilizzata per fondamenta, basamento stradale, calcestruzzo e drenaggio. Sabbia e ghiaia sono utilizzate nel calcestruzzo e nelle fondamenta. Le argille vengono utilizzate per produrre cemento, mattoni e piastrelle. Il minerale di ferro viene utilizzato per realizzare barre di rinforzo, travi di acciaio, chiodi e fili. Il gesso è usato per fare il muro a secco. La pietra dimensionale viene utilizzata per rivestimenti, cordoli, pavimenti, gradini e altri lavori architettonici. Questi sono solo alcuni dei molti usi per questi prodotti nell'edilizia.

In agricoltura, la roccia fosfatica e il cloruro di potassio vengono utilizzati per produrre fertilizzanti. La calce viene utilizzata come trattamento del suolo che neutralizza gli acidi. I nutrienti minerali vengono aggiunti ai mangimi.

L'industria chimica utilizza grandi quantità di sale, calce e carbonato di sodio. Grandi quantità di metalli, argilla e riempitivi / diluenti minerali sono utilizzati nella produzione.

Scala di durezza Mohs è un insieme di minerali di riferimento utilizzati per i test di durezza in classe. Determinare la durezza di un minerale è uno dei test più importanti utilizzati nell'identificazione del minerale.

Il modo migliore per conoscere i minerali è studiare con una raccolta di piccoli esemplari che è possibile gestire, esaminare e osservare le loro proprietà. Collezioni di minerali economiche sono disponibili nel negozio Geology.com.

The Acid Test: I geologi usano l'acido cloridrico diluito per identificare i minerali carbonatici. I minerali carbonatici efferviranno con vari livelli di vigore a contatto con l'acido.

Proprietà fisiche dei minerali

Esistono circa 4000 minerali diversi e ciascuno di questi minerali ha un insieme unico di proprietà fisiche. Questi includono: colore, striatura, durezza, lucentezza, diafanità, gravità specifica, scissione, frattura, magnetismo, solubilità e molti altri. Queste proprietà fisiche sono utili per identificare i minerali. Tuttavia, sono molto più importanti nel determinare i potenziali usi industriali del minerale. Consideriamo alcuni esempi.

Il talco minerale, se macinato in polvere, è perfettamente adatto per l'uso come polvere per i piedi. È una polvere morbida e scivolosa, quindi non provoca abrasioni. Ha la capacità di assorbire umidità, oli e odori. Aderisce alla pelle e produce un effetto astringente, ma si lava facilmente. Nessun altro minerale ha un insieme di proprietà fisiche adatte allo scopo.

L'alogenuro minerale, quando frantumato in piccoli grani, è perfettamente adatto per aromatizzare i cibi. Ha un sapore salato che la maggior parte delle persone trova piacevole. Si dissolve rapidamente e facilmente, lasciando che il suo sapore si diffonda attraverso il cibo. È morbido, quindi se alcuni non si dissolvono non danneggerà i denti. Nessun altro minerale ha proprietà fisiche più adatte a questo uso.

L'oro minerale è perfettamente adatto per l'uso in gioielleria. Può essere facilmente modellato in un gioiello personalizzato da un artigiano. Ha un piacevole colore giallo che piace alla maggior parte delle persone. Ha una lucentezza brillante che non si appanna. Il suo elevato peso specifico gli conferisce un piacevole "peso" preferito dalla maggior parte delle persone rispetto ai metalli più leggeri. Altri metalli possono essere usati per fare gioielli, ma queste proprietà rendono l'oro un favorito travolgente. (Alcune persone potrebbero aggiungere che la rarità e il valore dell'oro sono due proprietà aggiuntive che lo rendono desiderabile per i gioielli. Tuttavia, la rarità non è una proprietà e il suo valore è determinato dalla domanda e dall'offerta.)

Zaffiro stellato: Un cabochon di zaffiro blu profondo 8 mm x 6 mm proveniente dalla Thailandia. Le inclusioni di rutilo all'interno della pietra si allineano con l'asse cristallografico del corindone per produrre la stella - che è chiaramente visibile e centrata solo quando la parte posteriore della pietra viene tagliata a 90 gradi rispetto all'asse C del cristallo. Questa pietra è stata trattata termicamente per scurirla e migliorare la visibilità della stella.

Informazioni minerali
1 Minerali su Geology.com: Collegamenti a contenuti sui minerali sul sito Web geology.com.
2 Informazioni minerali USGS: Collegamenti a informazioni sui minerali sul sito web del Geological Survey degli Stati Uniti.
3 Indagini geologiche statali e nazionali: Collegamenti a siti Web di indagini geologiche, la maggior parte dei quali contiene informazioni sui minerali trovati e prodotti nella loro posizione.
4 Programma USGS di risorse minerali: L'unica fonte federale di informazioni scientifiche su potenziale minerale, produzione, consumo ed effetti ambientali.
5 Il database dei minerali e delle località: Il più grande database di mineralogia e sito Web di riferimento su Internet.

Importanza delle proprietà fisiche

Le caratteristiche principali di un minerale che determinano le sue proprietà fisiche sono la sua composizione e la forza dei legami nella sua struttura interna ordinata. Ecco alcuni esempi:

La galena, un solfuro di piombo, ha un peso specifico molto più elevato rispetto alla bauxite, un idrossido di alluminio. Questa differenza è dovuta alla loro composizione. Il piombo è molto più pesante dell'alluminio.

Il diamante e la grafite sono entrambi costituiti da carbonio puro. Il diamante è il minerale naturale più duro e la grafite è una delle più morbide. Questa differenza si verifica a causa dei tipi di legami che collegano gli atomi di carbonio nelle loro strutture minerali. Ogni atomo di carbonio nel diamante è legato ad altri quattro atomi di carbonio con forti legami covalenti. La grafite ha una struttura a foglio in cui gli atomi all'interno dei fogli sono legati l'uno all'altro con forti legami covalenti, ma i legami tra i fogli sono deboli legami elettrici. Quando la grafite viene graffiata, i legami deboli falliscono facilmente, rendendolo un minerale morbido.

Le pietre preziose rubino e zaffiro sono variazioni di colore del corindone minerale. Queste differenze di colore sono causate dalla composizione. Quando il corindone contiene tracce di cromo, mostra il colore rosso di un rubino. Tuttavia, quando contiene tracce di ferro o titanio, mostra il colore blu dello zaffiro. Se, al momento della cristallizzazione, è presente abbastanza titanio per formare minuscoli cristalli del rutilo minerale, si può formare uno zaffiro a stella. Ciò si verifica quando minuscoli cristalli di rutilo si allineano sistematicamente all'interno della struttura cristallina del corindone per dargli una lucentezza setosa che potrebbe produrre una "stella" che si allinea con l'asse cristallografico primario (vedi foto).

Guarda il video: SCIENZE DELLA TERRA - Lezione 7 - I minerali (Luglio 2020).