Smithsonian Education – Minerali, cristalli e gemme

Minerali: I mattoni da costruzione
Nati da fluidi, calore e pressione, i minerali ci abbagliano con i loro colori e forme mozzafiato e ci stupiscono per la loro utilità. Vengono forgiati nel sottosuolo, dove forze che sono all’opera da miliardi di anni continuano a produrre altri minerali. Un minerale è un solido inorganico (non vivente) che si trova in natura e che ha una composizione chimica specifica.
Quando cercano i minerali nel loro ambiente, gli studenti possono trovare un singolo campione di minerale come il marmo, che è calcite pura. Tuttavia, probabilmente troveranno rocce, che sono miscele di due o più minerali. Il granito, per esempio, con i suoi minuscoli grani multicolori, è fatto di quarzo, feldspato e mica.
Cristalli: La forma
La maggior parte dei minerali si presentano naturalmente come cristalli. Ogni cristallo ha un modello interno ordinato di atomi, con un modo caratteristico di bloccare nuovi atomi in quel modello per ripeterlo ancora e ancora. La forma del cristallo risultante – come un cubo (come il sale) o una forma a sei lati (come un fiocco di neve) – rispecchia la disposizione interna degli atomi. Quando i cristalli crescono, le differenze di temperatura e composizione chimica causano affascinanti variazioni. Ma raramente gli studenti troveranno nel loro giardino i cristalli minerali di forma perfetta che vedono in un museo. Questo perché per mostrare facilmente la loro forma geometrica e le loro superfici piatte, i cristalli hanno bisogno di condizioni di crescita ideali e di spazio per crescere. Quando molti cristalli diversi crescono uno vicino all’altro, si uniscono per formare una massa conglomerata. Questo è il caso della maggior parte delle rocce, come il granito menzionato sopra, che è composto da molti piccoli cristalli minerali. Gli esemplari di qualità museale mostrati nelle immagini qui riportate sono cresciuti in ambienti spaziosi che hanno permesso alle forme geometriche di formarsi senza inibizioni.
La disposizione interna degli atomi determina tutte le proprietà chimiche e fisiche dei minerali, compreso il colore. La luce interagisce con diversi atomi per creare diversi colori. Molti minerali sono incolori allo stato puro; tuttavia, le impurità della struttura atomica causano il colore. Il quarzo, per esempio, è normalmente incolore, ma si presenta in una gamma di colori dal rosa al marrone fino al viola intenso dell’ametista, a seconda del numero e del tipo di impurità nella sua struttura. Nel suo stato incolore, il quarzo assomiglia al ghiaccio. Infatti, la radice di cristallo deriva dalla parola greca krystallos-ice-perché gli antichi greci credevano che il quarzo chiaro fosse ghiaccio congelato così duro da non potersi sciogliere.
Gli scienziati tipicamente descrivono i cristalli come “in crescita”, anche se non sono vivi. Nei giardini sotterranei, si ramificano e si irrorano mentre trilioni di atomi si collegano in schemi tridimensionali regolari. Ogni cristallo inizia piccolo e cresce man mano che si aggiungono altri atomi. Molti crescono dall’acqua ricca di minerali disciolti, ma crescono anche dalla roccia fusa e persino dal vapore. Sotto l’influenza di diverse temperature e pressioni, gli atomi si combinano in un’incredibile varietà di forme cristalline. È questa varietà e perfezione di forme e simmetria che ha attirato a lungo gli scienziati allo studio dei minerali. La simmetria è un modello regolare e ripetuto di parti componenti. La simmetria è ovunque in natura – le ali appaiate di una farfalla, le spirali e i petali di un girasole, il disegno di un fiocco di neve, le zampe di un ragno – e i minerali non fanno eccezione. Nei cristalli, questi modelli ripetuti si verificano all’interno della struttura atomica di base e riflettono il modello delle facce del cristallo. Spesso puoi vedere la simmetria caratteristica di un cristallo minerale ad occhio nudo, ma se il cristallo è piccolo, allora potresti aver bisogno di guardarlo con una lente d’ingrandimento o un microscopio (come sarà dimostrato nel Piano di lezione 2). Riconoscere i modelli simmetrici nei cristalli può essere difficile all’inizio, ma l’esperienza aiuta: più esemplari si guardano, più simmetria e cristalli si riconoscono. Tuttavia, alcuni esemplari non hanno cristalli ben formati e sono difficili da classificare anche per gli esperti.