Proprietà del minerali

Le proprietà di un minerale possono essere suddivise in

• scalari, se non variano con la direzione e sono definite da un solo valore;
• vettoriali, se sono definite da tre valori: intensità, direzione, verso, rappresentati da un segmento orientato (vettore).

Proprietà scalari

Densità. È la massa per unità di volume e si misura in g/cm³. Questa proprietà dipende dalla composizione chimica, dal tipo di legame, dalla struttura cristallina e dall'addensamento degli atomi nel reticolo, che è massimo nei metalli.

Peso specifico. Il peso specifico assoluto è il peso per unità di volume, mentre il peso specifico relativo è il rapporto tra il peso del minerale e il peso di un ugual volume di acqua distillata a 4°C, alla pressione di 1 atm. Alle condizioni standard ha lo stesso valore numerico della densità. È importante per il rapido riconoscimento dei minerali.

Punto di fusione. È il valore di temperatura e pressione in cui il minerale passa dalla fase cristallina alla fase liquida ed è caratteristico di ogni minerale. Per la sua determinazione si usa la scala empirica di Kobell (Franz von Kobell, 1803 - 1882).

Proprietà vettoriali

Durezza. È la resistenza che ha un minerale nell'opporsi alla scalfittura, dipende dalla coesione e varia secondo la direzione. Friedrich Mohs (1773 - 1839) nel 1812 ha predisposto una scala di durezza divisa in 10 gradi in cui il minerale di un grado scalfisce quello precedente ed è scalfito da quello successivo. Questi gradi esprimono solo una classificazione relativa di durezza e non una misura, in quanto le differenze tra i valori della scala non sono costanti.
Indicazioni sulla durezza reale sono fornite dalla scala metrica di Rosiwal, sviluppata nel 1896 dall'austriaco August Rosiwal (1960 - 1923), che assegna al corindone il valore 1000.

La durezza di un minerale può anche essere valutata da particolari apparecchi detti sclerometri. Il minerale è fatto passare sotto una punta di acciaio o di diamante sulla quale si sovrappongono pesi fino a quando la punta non lascia una traccia sensibile sul minerale. Dal numero dei pesi si deduce la durezza del minerale.

Sfaldatura. È una proprietà che dipende dalla struttura del reticolo cristallino. I cristalli, infatti, spesso contengono piani di atomi lungo i quali il legame tra gli atomi è più debole che lungo altri piani. Essa rappresenta la tendenza di un minerale a rompersi secondo direzioni parallele ai piani reticolari (piani di sfaldatura) e quindi a facce reali o possibili del cristallo o di un'altra forma cristallina dello stesso sistema. Attraverso la sfaldatura è possibile riportare cristalli pseudomorfi alla loro propria forma cristallina.
La sfaldatura del minerale, che dipende dalla coesione, è anisotropa in tutti i cristalli, anche quelli monometrici. La sfaldatura non è comune a tutti i cristalli e può essere più o meno facile, come indicato nella tabella sottostante, inoltre, alcuni minerali possono avere più di un tipo di sfaldatura, distinte da un maggiore o minore grado di facilità e perfezione.

Si usano anche altri termini: perfetta, imperfetta, facile, difficile, distinta, ecc.

Nella sottostante tabella sono indicate le più comuni sfaldature nei diversi sistemi cristallini.

Nella sfaldatura si possono distinguere da 1 a 6 orientamenti diversi dei piani di sfaldatura che danno origine alle diverse forme, come indicato nella tabella sottostante.

DIREZIONI DI SFALDATURA

n. direzioni sfaldatura	forma	piani di sfaldatura	esempi
0	frattura	nessuno
1	pinacoidale pediale (basale)
2 a 90°	prismatica
2 non a 90°	non prismatica
3 a 90°	cubica
3 non a 90°	romboedrica
4	ottaedrica
6	rombododecaedrica

Frattura. Se un minerale non contiene piani di debolezza, cioè i legami hanno uguale forza in tutte le direzioni, come il quarzo, non si sfalda ma si rompe in frammenti irregolari; la frattura può avvenire in qualsiasi direzione.
La superficie di frattura può essere:

• terrosa, se si presenta incoerente, con superficie cosparsa di minuti granuli (materiali argillosi);
• scagliosa, se mostra sporgenze lamellari (talco, gesso, miche);
• scheggiosa o fibrosa, se le sporgenze hanno l'aspetto di fibre o schegge (pectolite);
• uncinata, con superfici che presentano punte (metalli);
• concoide, se produce facce curve e lisce (quarzo);
• scabra, se la superficie di frattura è irregolare (opale).

Scorrimento. Una pressione orientata può provocare uno scorrimento dei piani di un cristallo, con formazione di geminati secondari. Ad esempio, il gesso della figura sottostante, sottoposto a pressione, si trasforma in una serie di lamelle. Questo fenomeno si verifica frequentemente nei minerali delle rocce metamorfiche.

Tenacità. Rappresenta il tipo di deformazione di un minerale quando è sottoposto a una forza.
Un minerale può essere:

• fragile, se si rompe con frattura terrosa, scagliosa, fibrosa, concoide;
• malleabile, se può essere ridotto in lamine;
• duttile, se può essere ridotto in fili;
• flessibile, se si piega senza ritornare alla posizione originale;
• elastico, se dopo essere stato piegato riprende la sua posizione;
• settile, se facilmente tagliabile con una lama.

La tenacità dipende dal legame chimico. Ad esempio, i minerali con legame ionico, come il salgemma e il quarzo, sono duri ma anche fragili e, se vengono colpiti, si frantumano in piccoli pezzi; la fragilità non è in relazione con la durezza, poiché i minerali più duri sono spesso anche i più fragili.
Molti minerali con legame metallico sono malleabili, cioè possono essere martellati fino a ridurli in lamine o in sottilissime foglie, come l'oro. Altri sono invece duttili, cioè possono essere ridotti in fili come il rame e soprattutto il platino.
La presenza di forze di Van der Waals e legami idrogeno crea una struttura a strati che possono slittare, rendendo i minerali in grado di deformarsi permanentemente e assumere forme diverse, come l'argilla e il talco, senza riprendere la forma originale.
Quando queste forze sono maggiori rispetto al caso precedente, minerali come le miche, il crisotilo, la crocidolite, possono essere piegati, ma riprendono la loro forma originale dopo che la pressione è cessata.
Altri minerali, come il gesso, lo zolfo, l'argentite, sono settili, cioè possono essere tagliati con un coltello.

Dilatazione. Quando un corpo è riscaldato subisce un aumento di volume. La dilatazione termica di un minerale avviene in uguale misura in tutte le direzioni solo nel sistema cubico - dimostrandosi isotropo come le sostanze amorfe -, mentre negli altri cristalli varia secondo la direzione. In particolare, nel gruppo dimetrico la dilatazione è diversa lungo l'asse z, mentre nel trimetrico varia in corrispondenza di tutti e tre gli assi. Se, per esempio, si preparano tre sferette, una di fluorite (monometrico), una di calcite (dimetrico) e una di gesso (trimetrico), riscaldandole si dilatano tutte, ma la fluorite mantiene la forma sferica, la calcite di un ellissoide di rotazione e il gesso di un ellissoide a tre assi.

Conducibilità termica. Esistono minerali che sono buoni conduttori di calore, come l'argento, il rame, la grafite, mentre sono cattivi conduttori lo zolfo, il salgemma, il gesso, l'amianto. Come per la dilatazione, la conducibilità è anisotropa tranne che per i minerali del sistema cubico.

Proprietà elettriche. L'elettricità può essere condotta se un minerale contiene elettroni che possono muoversi attraverso la sua struttura, perciò possono essere buoni o cattivi conduttori di elettricità. I minerali con legami metallici, come l'argento e il rame, sono buoni conduttori. Nei semiconduttori (silicio, germanio) la corrente può propagarsi per migrazione di ioni a causa di imperfezioni del reticolo cristallino, oppure per la bassa energia di legame che trattiene debolmente gli elettroni attorno ai nuclei.
Alcuni minerali, invece, sono degli isolanti (mica e amianto).
La conducibilità elettrica, come la dilatazione termica è isotropa nel monometrico mentre è anisotropa negli altri sistemi.
Un minerale può essere elettrizzato per strofinio, in modo tanto più evidente quanto meno conduce l'elettricità. Il quarzo e lo zolfo si elettrizzano negativamente, mentre la calcite positivamente. Può essere caricato dall'esposizione a un forte campo elettrico, oppure può essere elettrizzato per compressione o per riscaldamento (vedi qui di seguito).

Piezoelettricità. Caratteristica dei minerali privi del centro di simmetria e cattivi conduttori come il quarzo che, se sottoposto a pressione lungo l'asse polare (si veda la pagina sulla simmetria), produce una carica elettrica. Provocando invece una dilatazione, sempre lungo l'asse polare, si inverte il senso della polarizzazione. Se viene sottoposto a una differenza di potenziale si dilata o si contrae, vibrando ad una frequenza costante nel tempo.

Piroelettricità. Alcuni cristalli accumulano temporaneamente cariche elettriche in risposta a variazioni di temperatura; ad esempio, la tormalina se viene sottoposta a un cambiamento di temperatura si carica elettricamente lungo l'asse ternario di simmetria z e nelle due estremità si hanno cariche elettrice di segno opposto.

Proprietà magnetiche. Il magnetismo deriva da una proprietà chiamata momento magnetico che risulta dalla rotazione degli elettroni e dalla loro orbita. La somma di tutti i momenti magnetici di tutti gli atomi in un minerale gli conferisce il magnetismo. Queste proprietà sono dunque provocate dal movimento di elettroni che crea correnti elettriche e quindi campi magnetici.
Alcuni minerali possono essere più o meno fortemente attratti da un campo magnetico, oppure essere respinti.
Si definisce ferromagnetico un minerale fortemente attratto da un campo magnetico, cioè si comporta come il ferro e anche come alcune sue leghe con il carbonio, il nichel, il cobalto Questi minerali possiedono un momento magnetico proprio e perciò possono essere magnetizzati se sono immersi in un campo magnetico, anche piccolo. Alcuni mantengono a lungo il magnetismo indotto, anche dopo l'annullamento del campo magnetico. In questo caso si parla di minerali magnetopolari, come la magnetite e, in misura minore, la pirrotina.
Il minerale si definisce paramagnetico se i suoi atomi presentano un piccolo momento magnetico di dipolo perciò si allineano lungo la direzione di un campo magnetico applicato. Se immersi in un campo di induzione magnetica sono debolmente magnetizzabili e l'intensità di magnetizzazione è direttamente proporzionale al campo magnetizzante. Minerali paramagnetici sono il granato, l'orneblenda e diversi pirosseni.
Un minerale diamagnetico, come zolfo, calcite, fluorite, titanite, non ha un momento magnetico proprio, e quello indotto ha direzione opposta a quella individuata dal campo magnetico stesso, pertanto il minerale viene respinto da un campo magnetico in cui si trova immerso e la proprietà di far diminuire quest'ultimo.
Un minerale può anche essere indifferente al campo magnetico.
Il magnetismo si può verificare sospendendo a un filo un ago magnetico, libero di girare in un piano orizzontale. Se il minerale attrae uno dei poli e respinge l'altro, è paramagnetico.
Se invece si sospende una sbarretta di un minerale a un filo e lo si pone tra i due poli di una elettrocalamita, la sbarretta può orientarsi nella linea che congiunge i poli (minerale paramagnetico), oppure nella direzione perpendicolare a tale linea, se è respinta dai poli (minerale diamagnetico).

Proprietà radioattive. Sono radioattivi quei minerali che contengono elementi come torio, radio, uranio, soggetti a decadimento nucleare. La radioattività provoca distorsioni nella struttura cristallina tanto da assumere spesso aspetto vetroso. Ad esempio, l'uraninite si trasforma in pechblenda, un massa nerastra opaca, senza forme cristalline né sfaldatura.

Proprietà organolettiche. Sono quelle che si apprezzano con gli organi di senso e sono presenti solo in alcuni minerali con legami ionici deboli. Sono il sapore di alcuni sali (salgemma, epsonite o sale inglese), l'odore di alcuni minerali che vaporizzano facilmente, l'untuosità al tatto del talco e della grafite, il senso di allappamento del caolino.