Cristallochimica

La cristallochimica è una disciplina che si occupa delle proprietà chimiche e chimicofisiche delle sostanze cristalline e delle relazioni esistenti tra le caratteristiche strutturali di un minerale e la sua composizione chimica.
In particolare la cristallochimica studia due importanti fenomeni: l'isomorfismo e il polimorfismo.

Isomorfismo

I1 termine e slaw introdotto nel 1819 da E. Mitscherlich; si dicono isomorfi due o più minerali che non presentano analoga composizione chimica ma che cristallizzano in forme simili, dando origine a cristalli di miscela in varie proporzioni, detti cristalli misti.
Per esempio, se fondiamo una miscela di un nesosilicato di magnesio (la forsterite, Mg₂[SiO₄]) e di un nesosilicato di ferro ferroso (la fayalite, Fe₂[SiO₄]), due sostanze isotipe (che hanno cioè lo stesso motivo strutturale e cristallizzano nel sistema rombico – classe bipiramidale) e, successivamente, facciamo cristallizzare la fusione, non otterremo cristalli distinti di forsterite e di fayalite bensì cristalli misti dei due nesosilicati. In natura sono frequenti miscele di queste due
sostanze comunemente note come olivina. La fayalite e la forsterite sono due sostanze isomorfe
mentre l'olivina – (Mg,Fe)₂[SiO₄] – e una soluzione solida (miscela isomorfa) di fayalite e forsterite.
Nella formula dell'olivina, Mg e Fe scritti fra parentesi e separati dalla virgola, sta a indicare che i cationi Mg²⁺ ed Fe²⁺ possono sostituirsi vicendevolmente e in varie proporzioni nei reticoli di fayalite e forsterite. Gli atomi di Mg e Fe, che si possono sostituire tra loro, si dicono isomorfogeni o vicarianti.

Polimorfismo

E’ quel fenomeno per cui, in diverse condizioni chimico-fisiche (temperatura, pressione, ambiente chimico), molte sostanze naturali e artificiali possono cristallizzare con strutture interne diverse originando specie cristalline diverse, con forme appartenenti a differenti classi di simmetria o sistemi cristallini e proprietà fisiche diverse.

II passaggio da una modificazione o fase a un'altra della stessa sostanza può avvenire sia in tempi brevi sia lunghi ed essere reversibile — sistemi polimorfi enantiotropi, caratterizzati dalla possibilità di ritornare alla cristallizzazione di partenza o irreversibile — sistemi polimorfi monotropi, dove si osserva solo il passaggio da una modificazione all'altra, poichè è impossibile la trasformazione inversa.
Al primo sistema appartiene lo zolfo che cristallizza nelle forme del sistema rombico e in quelle del sistema monoclino. Più precisamente questo elemento si trova cristallizzato nelle forme del sistema rombico dalle condizioni ambientali naturali fino alla ternperatura di 95,3 °C mentre, a temperature superiori cristallizza nelle forme del sistema monoclino.

Come riconoscere i minerali

I mezzi utilizzati per riconoscere i minerali sono numerosi, alcuni sofisticati (esame rontgenografico, spettrografo, spettrofotometro) altri, più semplici, effettuabili senza dover ricorrere a laboratori specializzati.
Le attrezzature di base per un primo riconoscimento dei minerali raccolti durante le escursioni consistono in punte d'acciaio, matite di durezza, provette di vetro, becco Bunsen, filo di platino e vari reagenti (acido cloridrico, acido nitrico, carbonato sodico e acqua ossigenata).
Molto utili e di facile realizzazione sono infatti le prove di solubilità in acido; spesso si usa l'acido cloridrico, a freddo e a caldo. L’uso dei reagenti va comunque associato alla determinazione del colore della polvere, della durezza (unghia, punta d'acciaio, lastra di vetro, matite di durezza) e all'esame morfologico del minerale con l'utilizzo di una lente d'ingrandimento, in mancanza di un microscopio.

Gli strumenti della mineralogia

Al collezionista principiante può capitare di dover chiedere aiuto ad amici più esperti per classificare le varie specie mineralogiche raccolte durante un'escursione e con il tempo si comincerà ad avvertire sempre più la necessità di mettere alla prova le proprie capacità di osservazione per identificare un minerale, abilità che si andrà via via acquisendo con l'esperienza. Inizialmente bisognerà procurarsi una valida e aggiornata documentazione bibliografica e alcuni strumenti molto semplici utili all'identificazione dei minerali come, per esempio, una Scala di Mohs, delle punte metalliche, una piastrella di ceramica non vetrificata oppure delle matite metalliche già predisposte con le punte, realizzate con i minerali della Scala di Mohs, e dell'acido cloridrico da utilizzare a caldo e a freddo. Per osservare la fluorescenza, infine, si dovrà recuperare una lampada portatile a luce ultravioletta.

Dopo l'analisi preliminare di un minerale, si dovranno verificare e controllare i risultati ottenuti. A tale scopo si potrà misurare densità servendosi di una bilancia idrostatica, mentre ulteriori analisi potrebbero essere effettuate con il filo di platino. Si tratta di una procedura ormai superata che risolve, però, alcuni problemi diagnostici.
Uno studio più accurato dei minerali potrà avvenire attraverso l'utilizzo di una lente d'ingrandimento, strumento comodo e indispensabile che, in qualche caso – per esempio durante un'escursione in campagna o in occasione di una borsa mineralogica – può, in qualche modo, sostituire il microscopio.
Comunque, se si vuole caratterizzare ancor meglio i minerali o se questi necessitano di un adeguato ingrandimento, diventa indispensabile utilizzare il microscopio da mineralogia, uno strumento che permette di studiare le proprietà ottiche dei minerali.