Classificazione dei minerali

Elementi nativi

Gli elementi presenti in natura allo stato nativo sono 20 e con circa 120 specie rappresentano circa il 3% delle specie di minerali. I metalli esistono sotto forma di elementi nativi (costituenti puri) o di leghe.

Gli elementi nativi si suddividono in tre sottoclassi:

• metalli nativi:
  • gruppo dell'oro: oro (Au), argento (Ag), rame (Cu) e piombo (Pb);
  • gruppo del platino: platino (Pt), palladio (Pd), iridio (Ir) e osmio (Os);
  • gruppo del ferro: ferro (Fe), nichel (Ni), mercurio (Hg), tantalio (Ta), stagno (Sn) e zinco (Zn);
• semimetalli: arsenico (As), antimonio (Sb), bismuto (Bi), selenio (Se) e tellurio (Te);
• non metalli: zolfo (S) e carbonio (C), quest'ultimo nelle forme di diamante, grafite e lonsdaleite.

Solfuri e Solfosali

Rappresentano almeno il 15% delle specie di minerali, corrispondenti a oltre 500 specie.

Questi minerali sono composti da un elemento metallico (X) e uno non metallico (Z) e la loro formula generale è quindi ${\displaystyle X_{m}Z_{n}}$. Il non metallo presente che costituisce il gruppo anionico dà il nome al sottogruppo: per lo zolfo i solfuri, per il selenio i seleniuri, per il tellurio i tellururi, per l'arsenico gli arseniuri, per l'antimonio gli antimoniuri. Alcuni esempi di solfuri sono la pirite (FeS₂), la calcopirite (CuFeS₂), la covellite (CuS), la sfalerite (ZnS), la galena (PbS) e il cinabro (HgS).

I solfosali sono invece minerali i cui gruppi anionici sono composti da zolfo e da un altro metalloide. Esempi: la zinkenite (Pb₉Sb₂₂S₄₂) e le tennantiti (Cu₆(Cu₄C2+2)As₄S₁₂S). I solfosali si trovano spesso associati ai solfuri.

Alogenuri

Questa classe contiene circa 180 specie riconosciute e rappresenta circa il 6% delle specie di minerali.

Il gruppo anionico degli alogenuri è caratterizzato da ioni alogeni elettronegativi che si combinano con cationi relativamente grandi nei rapporti ${\displaystyle XZ}$ e ${\displaystyle XZ_{2}}$, dando origine alle simmetrie più elevate tra tutti i minerali. Il minerale di questa classe più conosciuto è sicuramente l'halite (NaCl) o salgemma. Gli alogenuri sono fragili, leggeri e spesso solubili in acqua.

Ossidi e Idrossidi

I minerali appartenenti al gruppo degli ossidi sono composti in cui l'ossigeno è combinato con uno o più metalli. Sono ossidi almeno il 12% delle specie di minerali, corrispondenti a oltre 400 specie.

Gli ossidi si dividono in:

• ossidi semplici, che presentano le strutture ${\displaystyle XO}$e ${\displaystyle X_{2}O}$, come nel periclasio (MgO) e nella cuprite (Cu₂O); fanno parte anche il gruppo dell'ematite, che presenta minerali nella forma ${\displaystyle X_{2}O_{3}}$come l'ematite (Fe₂O₃) e il corindone (Al₂O₃) e il gruppo del rutilo con minerali nella forma ${\displaystyle XO_{2}}$come il rutilo (TiO₂) e la pirolusite (MnO₂).
• ossidi multipli, composti da due metalli in diversa proporzione: ${\displaystyle XY_{2}O_{4}}$. Alcuni esempi dal gruppo dello spinello sono lo spinello (MgAl₂O₄), la cromite (FeCr₂O₄) e la magnetite, quando presenta il ferro nelle forme bivalente e trivalente (Fe₃O₄).

Gli idrossidi sono minerali in cui sono presenti gruppi (OH)^- e o molecole di acqua, quindi la forza dei legami della loro struttura è molto più debole rispetto a quella degli ossidi.

Carbonati e Nitrati

Questi minerali sono caratterizzati dall'essere fragili e da una bassa durezza.

I carbonati sono caratterizzati dal gruppo carbonato (CO₃ )^2- dove i legami carbonio ossigeno sono covalenti e il gruppo ha geometria triangolare.

Si dividono in:

• carbonati anidri senza anioni aggiuntivi, ad esempio la calcite (CaCO₃);
• carbonati anidri con anioni aggiuntivi;
• carbonati idrati senza anioni aggiuntivi;
• carbonati idrati con anioni aggiuntivi.

I nitrati sono strutturalmente molto simili ai carbonati e il loro gruppo anionico è lo ione nitrato [NO₃]^-. Esempio: il sodanitro (NaNO₃).

Le circa 240 specie esistenti di carbonati e nitrati rappresentano circa l'8% delle specie conosciute.

Borati

Il gruppo anionico è lo ione borato [BO₃]^3- o lo ione [BO₄]^5-. Esempio: il borace (Na₂B₄O₇).

Questa piccola classe rappresenta circa il 2% delle specie di minerali, corrispondenti a circa 100 specie.

Solfati, Selenati, Tellurati, Cromati, Molibdati e Tungstati

Queste classi sono rappresentate da circa 360 specie, circa il 10% del totale. Il gruppo anionico è nella forma [XO₄]^2-:

• Solfati [SO₄]^2-: il solfato più comune è il gesso, (CaSO₄·2H₂O). Importanti sono anche il gruppo della barite che comprende la barite, la celestina, l’anglesite e il gruppo dell’anidrite;
• Selenati [SeO₄]^2- e tellurati [TeO₄]^2-;
• Cromati [CrO₄]^2-: il gruppo più rappresentativo è quello della crocoite;
• Molibdati [MoO₄]^2- e tungstati [WO₄]^2-: tra cui si trovano la wulfenite e la scheelite.

Fosfati, Arseniati e Vanadati

Queste classi sono rappresentate da oltre 600 specie, almeno il 18% del totale. La maggior parte dei membri è rara, fatta eccezione per l’apatite che è piuttosto comune. Il gruppo anionico è nella forma [XO₄]^3-:

• Fosfati [PO₄]^3-: il gruppo più comune è quello dell’apatite che comprende apatite e piromorfite;
• Arseniati [AsO₄]^3-: tra i quali si ritrova l’eritrite;
• Vanadati [VO₄]^3-: tra cui la carnotite.

Silicati

I silicati sono i principali minerali che costituiscono la crosta terrestre e con oltre un migliaio di specie catalogate rappresentano almeno il 25% delle specie di minerali. L'unità di base di questa classe di minerali è il radicale silicato (SiO₄)^4-. L'atomo di silicio è al centro di un tetraedro con ai vertici quattro atomi di ossigeno. Ii legame Si-O è per il 50% ionico e per il 50% covalente.

I silicati sono divisi in 6 gruppi:

• I nesosilicati (dal greco nesos, isola): sono silicati con radicali (SiO₄)^4- indipendenti. I minerali di questo gruppo hanno pesi specifici e durezze relativamente elevate. I nesosilicati rappresentano circa il 5% di tutte le specie di minerali. Fra questi ritroviamo l'olivina (forsterite, fayalite) e i granati, nonché il topazio e lo zircone.

• I sorosilicati (dal greco soros, gruppo): i tetraedri sono legati due a due tramite un vertice formando il radicale (Si₂O₇)^4-. Ogni gruppo di due tetraedri è separato dagli altri da ioni intermedi. I sorosilicati rappresentano circa il 3% di tutte le specie di minerali. Tra i più importanti vi sono l'epidoto e l'emimorfite.

• I ciclosilicati (dal greco kyklos, circolo): i tetraedri sono riuniti in anelli contenenti 3, 4, 6 o più tetraedri con rispettivi radicali (Si₃O₉)^4-, (Si₄O₁₂)^4- e (Si₆O₁₈)^4-. Essi rappresentano circa il 2% del totale delle specie di minerali e numerose sono conosciute come gemme. Tra questi vi sono il berillo (acquamarina, smeraldo) e le tormaline.

• Gli inosilicati (dal greco inos, fibra): i tetraedri che si legano formando catene singole hanno radicale (SiO₃)^4-, invece quelli che formano catene doppie hanno radicale (Si₄O₁₁)^4-. Gli inosilicati rappresentano circa il 5% del totale delle specie di minerali. Le famiglie più importanti sono quella dei pirosseni (catene singole), i pirossenoidi (catene singole con differente periodicità rispetto ai pirosseni) e gli anfiboli (catene doppie). Tra i pirosseni più noti ci sono il diopside, l’hedenbergite e i termini appartenenti alla serie enstatite-ferrosilite; tra i pirossenoidi la wollastonite; tra gli anfiboli i membri delle serie della tremolite-actinolite, cummingtonite-grunerite, l’orneblenda e l’antofillite.

• I fillosilicati (dal greco phyllon, foglia): i minerali di questo gruppo sono organizzati in strati alternati di tetraedri e ottaedri e sono caratterizzati dal radicale (Si₂O₅)^4-. Si riconoscono i fillosilicati triottaedrici e diottaedrici a seconda che lo strato ottaedrico ospiti cationi bivalenti o trivalenti, rispettivamente.I fillosilicati rappresentano circa il 6% di tutte le specie di minerali. Tra i fillosilicati si annoverano le miche, i minerali argillosi, i serpentini e le cloriti.

• I tectosilicati (dal greco tecton, costruttore): tutti gli ossigeni di un tetraedro vengono condivisi con i tetraedri adiacenti formando un radicale SiO₂, elettricamente neutro. In alcuni dei tetraedri il silicio può essere sostituito da un atomo di alluminio e in tal caso la carica negativa residua viene bilanciata da cationi monovalenti e bivalenti. Fanno parte dei tectosilicati il quarzo, i feldspati, feldspatoidi e zeoliti. I tectosilicati rappresentano circa il 4% di tutte le specie di minerali.

Minerali organici

Questa classe, che comprende una cinquantina di specie ovvero circa l'1% dei minerali, è formata da composti organici. Un esempio è la whewellite, minerale che costituisce i calcoli renali.