Profilo di storia della mineralogia

 


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Proprietà chimiche dei minerali

 

 

Un minerale si definisce come un corpo naturale a struttura ordinata – raramente a struttura vetrosa, come il vetro naturale di silice o Lechatelièrite – ed a una data composizione chimica: costante per un certo numero di specie relativamente semplici (SiO2 per il quarzo, CaCO3 per la calcite, etc), variabile nel limite delle sostituzioni isomorfiche autorizzate per la definizione della specie. Questa "autorizzazione" corrisponde alla sostanza delle discussioni in seno alle commissioni internazionali di nomenclatura: si deve considerare o no l’oligoclasio, plagioclasio albitico a (circa) 20% di anorthite , come un minerale a se stante o una varietà di un altro minerale, il plagioclasio. Le discussioni sono spesso animate in seno alla commissione, con talvolta delle considerazioni che non sono interamente scientifiche. Esistono numerose regole per proporre un nome di minerale , che può riflettere sia il giacimento (andalusite), alcune proprietà fisiche (disthène=due durezze o kyanite=colore blu) o chimiche (fluorite), etc.

Ma la tendenza moderna è soprattutto quella di dedicare un nuovo minerale ad un mineralogista conosciuto, in generale un collega di colui che propone la nuova specie. L’accettazione di un nuovo nome o, fatto molto più imbarazzante, la soppressione di una specie insufficientemente caratterizzata, può divenire talvolta un problema che riguarda la politica.

Queste note mostrano che la composizione chimica è tanto importante quanto la struttura per la caratterizzazione di una specie data.La prima classificazione che si può considerare come moderna, di A.G. Werner a Friburgo, in Sassonia, era unicamente basata sulle proprietà fisiche dei minerali. Ma dal 1758, Kronstedt ha introdotto dei dati chimici, che hanno acquisito rapidamente una grande importanza uguagliando, e poi sostituendo i caratteri fisici. Questo periodo vede una interazione profonda tra mineralogisti e chimici (in particolare con la scoperta di Dalton )(1766-1844) delle leggi della stechiometria, che fornì una base coerente alla nozione di struttura atomica dei minerali.

Molti scienziati dell’epoca, come Ebelmen o Vauquelin, furono sia dei chimici di grande fama e importanti artigiani della mineralogia "chimica". La scuola svedese fu particolarmente importante, con T.Bergman (1735-1884), e soprattutto con J.J. Berzelius (1779-1848), che sviluppò una classificazione dei minerali basata sull’elettronegatività degli elementi. Fu in questo periodo che si introdussero classi di minerali come ossidi,alogenuri,fosfati,solfati e silicati, che sono ancora oggi alla base delle classificazioni moderne. Possiamo aggiungere a questi pionieri il nome di Lavoisier, che si interessò molto alla mineralogia – con una importante collezione personale di "sostanze minerali"-, il quale però , non ebbe il tempo di sviluppare la mineralogia di Hauy nella direzione della chimica, verso la quale l’avrebbe probabilmente portata. Per R.J.Hauy, in effetti, la chimica non gioca che un ruolo accessorio nella definizione di un minerale. Se la chimica può rivelare la natura e la quantità dei costituenti, essa non può rivelarne la struttura che è definita solo dai criteri geometrici (cristallografia). Per Mitscherlich, al contario, due minerali possono essere differenti pur avendo stessa struttura,se esistono delle differenze significative a livello del chimismo. E’ il principio di isomorfismo, la fonte di una controversia che amareggiò gli ultimi anni della lunga vita di R.J.Hauy( che giungerà al punto di intentare delle azioni legali nei confronti dei suoi avversari). Questo punto fondamentale non sarà risolto che un secolo più tardi, quando V.I. Vernadsky, V.M. Goldschmidt e alcuni altri generalizzarono la nozione di soluzione solida, dimostrando in modo irrefutabile l’esattezza del punto di vista di Mitscherlich.

Al di là di queste controversie, la fine del XVIII secolo e l’inizio del XIX videro una crescita impressionante della conoscenza scientifica. La maggior parte dei minerali "importanti" così come 25 nuovi elementi chimici saranno scoperti in qualche decina d’anni (dal 1790 al 1830), stabilendo in maniera definitiva la base chimica della mineralogia descrittiva e confermano la preminenza delle idee di Berzélius. Un avanzamento decisivo si produrrà nel 1837 con la comparsa della prima edizione del "System of Mineralogy"(Sistema di Mineralogia) di James Dwight Dana. Nella quarta edizione del 1854, Dana adotta la classificazione di Berzelius, seguendo uno schema che si ritrova quasi integralmente nelle opere moderne.Il "Dana" resterà per decenni la "bibbia" dei mineralogisti, superando in modo definitivo il trattati precedenti (in particolare R.J.Hauy, poi Dufrenoy e F.Beudant per la Francia, J.F.L. Hausmann (1813) per la Germania e R. Jameson (1816) per il Regno Unito.

Tuttavia se i dati chimici acquistavano un importanza sempre maggiore, è necessario ricordare che, durante tutto il XIX° secolo, analizzare in modo relativamente preciso la maggior parte dei minerali costituiva un "tour de force" tecnologico. Non si potevano ottenere delle analisi precise quantitative che dopo aver portato in soluzione gli elementi chimici, operazione particolarmente delicata per numerosi minerali, in primo luogo i silicati.

La presenza di alcuni elementi –soprattutto i metalli- era accertata con i metodi di analisi "per via secca", ricerche pirognostiche al cannello ferruminatorio che furono condotte ad un livello elevato di sofisticazione da specialisti quali: A:Braly o R. Berthier. Attualmente dimenticate, queste tecniche costituivano ancora una parte importante dell’insegnamento universitario di Mineralogia all’indomani della Seconda Guerra Mondiale. Le analisi quantitative si richiamano ai metodi tradizionali della chimica analitica: messa in soluzione, avendo, per i silicati, il problema di dover manipolare acido fluoridrico concentrato, estremamente pericoloso; poi analisi per gravimetria, colorimetria etc.Si cercava di ovviare alle difficoltà attraverso metodi ingegnosi (per esempio la 4elemento, e.g. lavori di Berhens e Boricky nel 1877, di L, Bourgeois nel 1893) ma non poteva che trattarsi di metodi qualitativi e semi-quantitativi, che rimanevano relativamente riservati.

In ciascun paese, soltanto alcuni centri erano abbastanza importanti da disporre di tutto il materiale e soprattutto di analisti sufficientemente qualificati: il Museo di Storia Naturale a Parigi (lavori di A.Lacroix e J.Orcel), i laboratori della Carnegie Institution negli USA, le università di Berlino o Heidelberg in Germania, i centri di Vienna (Austria) o Zurigo (Svizzera),etc. A dispetto di queste difficoltà, un enorme lavoro di analisi di migliaia di minerali e di rocce è stato realizzato tra il 1790

e gli anni che seguirono la Prima Guerra Mondiale, permettendo l’avvento di una nuova e importante disciplina delle Scienze della Terra, la Geochimica, che comparve nel 1920 a partire da almeno tre correnti di pensiero indipendenti, ma complementari: il gruppo di F.N.Clarke negli USA, che svilupperà la petrografia chimica ( in particolare per le classificazioni petrografiche e la stima delle composizioni medie dei diversi elementi che costituiscono il nostro pianeta), V.M. Goldschmidt (1888-1947) in Norvegia, in Germania (travolta dalla Seconda Guerra Mondiale)(applicazione delle leggi della termodinamica chimica agli equilibri tra i minerali) , A.Fersman (1883-1945) a Parigi (Museo di Storia Naturale), in Russia (Mosca)(nozione di ciclo geochimico, interazione tra i differenti strati del nostro pianeta, dall’atmosfera fino alle parti interne più profonde). Tra questi nomi, la maggior parte degli specialisti contemporanei è concorde nel considerare V.M. Goldschmidt e V.I. Vernarsky come i veri iniziatori della Geochimica moderna,la quale ha avuto un notevole sviluppo dopo che si è saputo analizzare ed interpretare i "traccianti" geochimici ( elementi in traccia e geochimica isotopica).

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Testi del Progetto Euromin, tratti dal sito http://euromin.w3sites.net/

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