La mineralogia è la scienza che studia la composizione chimica, la struttura cristallina e le caratteristiche fisiche (ad esempio durezza, magnetismo e proprietà ottiche) dei minerali, nonché la loro genesi, trasformazione ed utilizzo da parte dell'uomo.
Oggi la nomenclatura dei minerali è codificata dall'International Mineralogical Association (IMA) composta dalle varie organizzazioni che rappresentano i mineralogisti nei vari paesi.
Fino al gennaio 2002 le specie mineralogiche riconosciute dall'IMA erano 3910. Di queste circa 150 sono considerate comuni, altre 50 sono poco comuni ed le rimanenti sono classificabili come rare od estremamente rare.
Prime speculazioni, studi, e teorie di mineralogia furono scritte nell'antica Babilonia, nel mondo antico Greco-Romano, nella Cina antica e medievale, e annotate nei prana di testi sanscritidell'antica India.[1] Comunque, i primi studi scientifici sistematici di minerali e rocce furono sviluppati nell'Europa post-rinascimentale.[2] Lo studio credibile della mineralogia fu fondato sulle basi della cristallografia e sullo studio microscopico di sezioni di rocce con l'invenzione del microscopio nel XVII secolo.
Gli scrittori dell'Antica Grecia Aristotele (384-322 a.C.) e Teofrasto (370-285 a.C.) furono i primi, nella tradizione occidentale, a scrivere sui minerali e sulle loro proprietà, così come a darne una spiegazione metafisica. Il filosofo greco Aristotele, nella sua Meteorologia, teorizzò che tutte le sostanze conosciute fossero composte dai quattro elementi acqua, aria, terra e fuoco, con le proprietà della secchezza, umidità, calore, e freddo.[3] Il filosofo e botanico greco Teofrasto nella sua opera De Mineralibus, accettò il punto di vista di Aristotele, e divise i minerali in due categorie: quelli affetti da secchezza e quelli affetti da umidità.[3]
La teoria aristotelica dell'emanazione ed esalazione metafisica (anathumiaseis) includeva le prime speculazioni sulle scienze della terra, integrando la mineralogia. Secondo questa teoria, mentre si supponeva che i metalli congelassero per la perdita di umidità, l'esalazione secca di gas (pneumatodestera) era la causa materiale efficiente dei minerali trovati nel suolo terrestre.[4] Il filosofo postulò queste idee usando l'esempio dell'umidità sulla superficie terrestre (un vapore umido "potenzialmente come acqua"), mentre gli altri erano espulsi dalla Terra stessa, facendo capo agli attributi di caldo, secco, fumoso, ed altamente combustibile ("potenzialmente come fuoco").[4] La teoria metafisica di Aristotele, sin dai tempi antichi, ha avuto un grande raggio d'influenza su teorie simili formulate più tardi in Europa, come ha notato lo storico Berthelot:
Con filosofi come Proclo, la teoria del Neoplatonismo venne diffusa anche nel mondo Islamico durante il Medioevo, costituendo anche una base per le idee metafisiche sulla mineralogia nel Medio Oriente medievale. Gli scienziati islamici medievali che si occuparono di questi temi furono molti, includendo gli scienziati persiani Ibn Sina (ابوعلى سينا/پورسينا) (980-1037 d.C.), che rifiutò l'alchimia e le primitive nozioni della metafisica greca sul fatto che i metalli ed altri elementi potessero essere trasformati in altri.[1] Comunque, era largamente diffusa nella metafisica del mondo greco antico ed in quello medievale l'idea del lento cambiamento in composizione chimica della crosta terrestre.[1] In questo contesto si trova anche lo scienziato Jabir ibn Hayyan (721-815 d.C.), il primo a portare il metodo sperimentale in alchimia. Aiutato dalla matematicapitagorica, scoprì il metodo di sintesi per l'acido cloridrico, l'acido nitrico, ed i metodi per la distillazione e la cristallizzazione (le ultime due sono state essenziali per la comprensione della moderna mineralogia).
Nella Cina antica, la più antica lista letteraria di minerali è databile almeno al IV secolo a.C., con il libro Ji Ni Zi, in cui sono elencati 24 minerali.[12] L'idea cinese della mineralogia metafisica risale almeno all'antica dinastia Han (202 a.C.-220 d.C.). Dal testo del II secolo a.C. dell' Huai Nan Zi, i cinesi usano termini di taoismo ideologico per descrivere meteorologia, precipitazioni, i differenti tipi di minerali, la metallurgia e l'alchimia.[13] Benché la comprensione di questi concetti ai tempi di Han fosse di natura taoista, le teorie proposte erano simili a quelle formulate da Aristotele nella sua teoria sulle esalazioni mineralogiche (descritta sopra).[13] A partire dal 122 a.C., i cinesi avevano perciò formulato la teoria per la metamorfosi dei minerali, benché alcuni storici come Dubs abbiano notato che la tradizione della dottrina alchemica-mineralogica cinese riporti alla Scuola dei Naturalisti guidata dal filosofo Zou Yan (305 a.C.-240 a.C.).[14] All'interno dell'ampia categoria di rocce e pietre (shi) e metalli e leghe (jin), dai tempi di Han i cinesi avevano centinaia (se non migliaia) di tipi di pietre e minerali listate, oltre che molte teorie sulla loro formazione.[14][15]
Nel V secolo d.C., il Principe Qian Ping Wang della Dinastia Liu Song scrisse nell'enciclopedia Tai-ping Yu Lan (circa 444 d.C, dal libro perso Dian Shu, o Gestione di tutte le Tecniche):
Nell'antica Cina medievale, la mineralogia divenne fermamente legata ad osservazioni empiriche in farmaceutica e medicina. Per esempio, il famoso orologiaio ed ingegnere meccanico Su Song(1020-1101) della Dinastia Song (960-1279 d.C.) scrisse di mineralogia e farmacologia nella sua opera Ben Cao Tu Jing del 1070. Nel suo scritto, egli creò un approccio sistematico per listare vari minerali differenti ed il loro uso nei miscugli medicinali, come ad esempio tutte le varie forme conosciute di mica che possono essere usate per curare vari problemi digestivi.[17] Su Song fece anche considerazioni sulla frattura subconcoidale del cinabro nativo, sui segni di letti di deposito minerale, e fornì descrizioni sulla forma dei minerali.[9] In maniera simile ai filoni minerali formati dalla circolazione di acqua del suolo menzionata sopra a proposito dello scienziato tedesco Agricola, Su Song fece affermazioni concernenti il carbonato di rame, come aveva già fatto prima Ri Hua Ben Cao nel 970 d.C. con il solfato di rame.[9]
Lo scienziato della Dinastia Yuan, Zhang Si-xiao (morto nel 1332) scrisse un innovativo trattato sulla concezione dei depositi di minerali a partire dalla circolazione delle acque nel suolo e nelle fessure delle rocce, due secoli prima che Georgius Agricola giungesse a simili conclusioni.[18] Nella sua opera Suo-Nan Wen Ji, egli applicò questa teoria nel descrivere la deposizione di minerali per mezzo di evaporazione di (o per precipitazione da) acque del suolo in filoni di minerali.[15]
In aggiunta alle teorie alchemiche già accennate, scrittori cinesi più tardi come il fisico della Dinastia Ming Li Shizhen (1518-1593) mise per iscritto alcune teorie di mineralogia simili a quelle metafisiche di Aristotele, come scrisse nel trattato di farmaceutica Běncǎo Gāngmù (本草綱目, Compendium of Materia Medica, 1596).[1] Un'altra figura dell'era Ming, il famoso geografo Xu Xiake(1587-1641) scrisse a proposito di depositi mineralogici e micascisti in un suo trattato.[19] Comunque, mentre la letteratura europea sulla mineralogia divenne ampia e varia, gli scrittori delle dinastie Ming e Qing scrissero poco sull'argomento (anche in confronto a ciò che era stato prodotto durante l'era Song). Gli unici altri lavori degli di nota composti in queste due ere sono lo Shi Pin(Gerarchia delle Pietre) di Yu Jun del 1617, e lo Guai Shi Lu (Rocce Strane) di Song Luo del 1665, e il Guan Shi Lu (Sull'osservazione delle Rocce) del 1668.[19] Comunque, una figura degna di nota nella dinastia Song è Shen Kuo.
Storicamente, la mineralogia è sempre stata in stretta relazione con la tassonomia dei minerali che formano le rocce; a questo scopo, è nata l'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA), un'organizzazione i cui membri rappresentano i mineralogisti nei propri Paesi. Le sue attività includono l'organizzazione dei nomi dei minerali (attraverso la Commissione per i Nuovi Minerali e per i Nomi dei Minerali), la localizzazione dei minerali conosciuti, ecc. Al 2004, ci sono oltre 4.000 specie di minerali riconosciute dall'IMA. Di queste, forse 150 possono essere chiamate "comuni, " altre 50 sono "occasionali, " ed il resto vanno da "rare" ad "estremamente rare."
Più recentemente, guidata dai progressi nelle tecniche sperimentali (come la diffrazione a neutroni) e la disponibilità di potere computazionale (quest'ultimo ha permesso l'elaborazione di simulazioni su scala atomica molto accurate del comportamento dei cristalli), la scienza ha cominciato a prendere in esame problemi più generali relativi alla chimica inorganica e alla fisica dello stato solido. Quest'ultima, comunque incentra il suo studio sulle strutture cristalline comunemente incontrate nei minerali che formano le rocce (come le perovskiti, i minerali argillosi e le strutture silicatiche). In particolare, in questo campo si sono fatti dei grandi passi avanti nella comprensione delle relazioni tra la struttura in scala atomica dei minerali e le loro funzioni; in natura, degli esempi prominenti potrebbero essere accurate misurazioni e previsioni delle proprietà elastiche dei minerali, che hanno portato ad uno sguardo approfondito sul comportamento sismologico di rocce e discontinuità profonde nei sismogrammi del mantello terrestre. A questo scopo, nel loro concentrarsi sulla connessione tra fenomeni su scala atomica e proprietà macroscopiche, le scienze dei minerali (come sono ora comunemente conosciute) mostrano forse più sovrapposizione con la scienza dei materiali di qualsiasi altra disciplina.
Nello studio, classificazione e riconoscimento dei minerali vengono considerate alcune loro proprietà fisiche e chimiche:
- Struttura cristallina e Abito cristallino l'aspetto determinato dalle forme cristalline.
- Concrescimenti, geminazioni (associazione non parallela di due o più minerali della stessa specie) e striature
- Lucentezza, colore del minerale, colore dello striscio su di una superficie ruvida bianca e colorazione della perla al borace
- Sfaldatura e modalità di fratturazione
- Durezza, usualmente misurata empiricamente con la Scala di Mohs
- Peso specifico
- Magnetismo e paramagnetismo
- Radioattività
- Reazione all'HCl
- Fusibilità alla fiamma La chimica mineralogica studia la composizione chimica dei minerali allo scopo di identificarli, classificarli, e categorizzarli, anche come mezzo per studiare la maniera di trarre beneficio dalle loro proprietà. Ci sono pochi minerali classificati come elementi in sé, ed tra questi ci sono zolfo, rame, argento ed oro, in quanto la gran parte dei minerali è costituita da un composto chimico, di complessità variabile.[25] Dal punto di vista della divisione dei minerali partendo dal chimismo, molti sono compresi nel gruppo isomorfo, e sono basati su analoga composizione chimica e simili forme dei cristalli. Un buon esempio di classificazione isomorfa potrebbe essere quello del gruppo della calcite, che contiene i minerali calcite, magnesite, siderite, rodocrosite e smithsonite. I raggi X vengono usati per determinare gli arrangiamenti atomici dei minerali e quindi per identificarne la classe. Gli arrangiamenti degli atomi definiscono le strutture cristalline dei minerali. Alcuni minerali dalla grana molto fine, come le argille, comunemente possono essere identificati velocemente proprio dalla loro struttura cristallina. La struttura di un minerale offre anche una maniera precisa per stabilirne l'isomorfismo.[26] Con la conoscenza di arrangiamento e composizione atomica dei minerali, è anche possibile dedurre il perché un certo minerale abbia delle determinate caratteristiche fisiche[26], ed è possibile calcolare come queste proprietà cambino con la pressione e la temperatura. WIKIPEDIA
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