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Polimorfismo e isomorfismo
Scopo:
•Relazione tra struttura e composizione chimica•Come la struttura reagisce all’influenza esterna
Perché certi minerali si formano in certe condizioni
O
Si
Al
Ca
altriKNa
Mg
Fe
% in pesocrosta mantello terra
O 47 46 29.3Si 27.2 21 14.7Al 8.0 1.2Fe 5.8 6.3 34.8Ca 5.1 2.53 1.4Mg 2.8 23 11.3Na 2.3K 1.7
altri <1 <1 <7
% peso % atomica raggio ionico % volumeO 46.60 62.55 1.40 93.8Si 27.72 21.22 0.42 0.9Al 8.13 6.47 0.51 0.5Fe 5.00 1.92 0.74 0.4Ca 3.63 1.94 0.99 1.0Na 2.83 2.64 0.97 1.3K 2.59 1.42 1.33 1.8Mg 2.09 1.84 0.66 0.3
totale 98.59 100.00 100.00
La costituzione della Terra e dalla sua composizione
La composizione della crosta terrestre, su cui viviamo.
Un solo anione, O2-
Un catione prevalente, Si4+
I minerali sono per lo più silicati (97%)
RI (Å) RIM/RIO2- coordinazione e-neg M-O % ionicità
O2- 1.40Si4+ 0.42 0.30 4, (6) 1.76 55Al3+ 0.51 0.36 4, 6 2.03 65Ca2+ 0.99 0.71 8, 6 2.46 80Na+ 0.97 0.69 7, 8 2.49 80K+ 1.35 0.95 8, 9 2.59 85
Fe2+ 0.74 0.53 6, 8Fe3+ 0.64 0.46 6
1.86 60
Mg2+ 0.66 0.48 6, (8), (4) 2.27 75
C4+ 0.16 0.11 3 1.00 25Ti4+ 0.68 0.48 6, (4) 2.18 75
Legame prevalentemente ionico: non c’è molecola!
Atomi rappresentabili come sfere, struttura a poliedri di coordinazione
L’anione ha raggio ionico maggiore o molto maggiore del catione
La struttura dei minerali è determinata dalla disposizione dell’anione
I cationi sono posti negli interstizi tra gli ossigeni. Il numero di ossigeni che circondano un dato catione (numero di coordinazione) dipende dal rapporto tra i raggi ionici di catione e anione (quasi sempre O).
Coordinazione teorica
III 0.155IV 0.224VI 0.415VIII 0.732
1y0.5
Coordinazione 3, solo nel C
RI (Å) RIM/RIO2- coordinazione e-neg M-O % ionicità
O2- 1.40Si4+ 0.42 0.30 4, (6) 1.76 55Al3+ 0.51 0.36 4, 6 2.03 65Ca2+ 0.99 0.71 8, 6 2.46 80Na+ 0.97 0.69 7, 8 2.49 80K+ 1.35 0.95 8, 9 2.59 85
Fe2+ 0.74 0.53 6, 8Fe3+ 0.64 0.46 6
1.86 60
Mg2+ 0.66 0.48 6, (8), (4) 2.27 75
C4+ 0.16 0.11 3 1.00 25Ti4+ 0.68 0.48 6, (4) 2.18 75
Il poliedro più importante: SiO44+. E’ un tetraedro!
Vari modi di rappresentarlo, ma solo il primo rispetta il rapporto tra i raggi ionici
L’Al3+ può avere coordinazione tetraedrica, ma anche ottaedrica, 6 (è più grande del Si)
Le regole di Pauling (non nell’ordine), solidi ionici
• Il rapporto Rcatione/Ranione determina la cordinazione• La somma delle cariche degli anioni compensa quelle dei
cationi (valore generale: predizione formula; valore locale, più complicato)
• I poliedri cercano di mettere in comune il meno possibile (a maggior ragione più è alta la carica del catione e più è bassa la coordinazione)
Non sono verità assolute: dettato dalla necessità di ridurre l’entalpia, ma…
G = H - TS + PV
Regola coordinazione Regola carica (locale)
Regola repulsione
Polimorfismo
Stishovite
Coesite
- quartz
- quartz
Liquid
TridymiteCristobalite
600 1000 1400 1800 2200 2600
2
4
6
8
10
Pre
ssur
e (G
Pa)
Temperature oC
Polimorfismo distorsivo quarzo
SiO2
α
β
Stishovite
Coesite
- quartz
- quartz
Liquid
TridymiteCristobalite
600 1000 1400 1800 2200 2600
2
4
6
8
10
Pre
ssur
e (G
Pa)
Temperature oC
Polimorfismo ricostruttivo quarzo β - cristobalite
SiO2
quarzo β
cristobalite
Sillimanite Andalusite
Sanidino (KAlSi3O8 disordinato)
Microclino (KAlSi3O8, ordinato)
Albite (NaAlSi3O8, ordinato)
Polimorfismo ordine-disordine
Isomorfismo e diagrammi di stato
A Bmol % B
A + B
A + L B + L
zonatura
riassorbimento
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