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Struttura cristallina
Un minerale
è un elemento o un composto chimico naturale che, generalmente è
inorganico, solido, con una composizione chimica ben definita ed
omogenea, con una struttura cristallina propria e che si forma
spontaneamente in natura come risultato di un processo geologico.
I minerali sono, quindi, caratterizzati da una composizione chimica ben definita esprimibile mediante una formula chimica (es: Oro=Au, Salgemma=NaCl, Quarzo=SiO2, Sanidino=KAlSi3O8) e da una struttura cristallina. La struttura cristallina
può essere idealizzata come un'impalcatura dove le forze di legame
(forze che tengono uniti fra di loro gli atomi) sono le travi e i
singoli atomi sono i nodi. Tali impalcature si sviluppano nelle tre
direzioni dello spazio definendo quello che viene chiamato reticolo cristallino. La presenza di tale organizzazione atomica conferisce al minerale una forma geometrica ben definita.
Il
numero di atomi che possono legarsi attorno ad un atomo centrale e la
forma geometrica che ne consegue dipendono da diversi fattori, fra cui
quello più importante è riconducibile alla dimensione degli atomi
stessi. Il numero di atomi donatori con cui è legato l'atomo centrale
in un composto si indica col nome di numero di coordinazione e il modo con cui tali atomi sono disposti definisce il poliedro di coordinazione.
Poliedri di coordinazione
Gli
atomi assumono una disposizione geometrica fissa determinando i
poliedri di coordinazione. Esiste una stretta dipendenza fra il numero
di coordinazione ed il rapporto dei raggi fra cationi (elementi con
carica positiva= r+) e anioni (elementi con carica negativa= r-).
| r+/r- | Poliedro | Numero |
| 1.236 | Coordinazione esagonale prismatica | 12 |
| 1.0 | Coordinazione a cubo ottaedro | 12 |
| 0.732 | Coordinazione cubica | 8 |
| 0.635 | Coordinazione ad antiprisma | 8 |
| 0.414 | Coordinazione ottaedrica | 6 |
| 0.225 | Coordinazione tetraedrica | 4 |
| 0.155 | Coordinazione triangolare planare | 3 |
Per
comprendere meglio il significato di numero di coordinazione e di
poliedro di coordinazione ci si può aiutare con un esempio pratico.
Supponiamo di avere una pallina magnetica e delle
palline di ferro. Se avviciniamo le une alle altre, le palline di ferro
verranno attratte attorno alla pallina magnetica. Il numero di palline
di ferro che si disporranno attorno a quella magnetica (numero di coordinazione)
dipenderà dalle loro dimensioni reciproche (raggio della sfera). Un
meccanismo analogo avviene anche fra gli atomi che si uniscono fra di
loro seguendo regole geometriche ben precise e costituendo i poliedri
di coordinazione.  Quando l'ordine
interno si riflette sulla morfologia (forma esterna), il minerale
presenta una forma geometrica poliedrica più o meno regolare e prende
il nome di cristallo. Un cristallo è un corpo omogeneo i cui più
piccoli costituenti, gli atomi, presentano una disposizione periodica e
regolare ed è limitato da facce poligonali, formatesi in dipendenza
dell'ambiente in cui il cristallo è cresciuto (condizioni genetiche). I
cristalli si formano per crescita graduale da piccolissimi germi
cristallini invisibili anche ai più forti ingrandimenti microscopici
secondo determinate regole di simmetria, attraverso successiva
deposizione di materia, i cosiddetti processi di nucleazione e
crescita.
Nei minerali la velocità di accrescimento delle facce è
minore in certe direzioni e maggiore in altre; se così non fosse ogni
minerale avrebbe la forma di una sfera. Ogni minerale (cristallo)
presenta facce ben sviluppate che si formano spontaneamente e
correlabili fra di loro mediante elementi di simmetria e che sono
assimilabili a poliedri. Se consideriamo i tre assi cartesiani (x, y,
z) che partono dal baricentro del cristallo e che si sviluppano in
lunghezza lungo le sue direzioni preferenziali di accrescimento
otteniamo i 3 assi cristallografici chiamati rispettivamente a, b, c
che definiscono fra di loro tre angoli (α, β, γ). Al variare di questi
parametri i minerali presentano morfologie differenti.  In base a queste
caratteristiche geometriche possiamo operare una suddivisione dei
minerali in sette grandi gruppi chiamati sistemi cristallini: triclino,
monoclino, rombico, tetragonale, trigonale, esagonale e cubico. |
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Struttura cristallina