Minerali famosi come l'oro, l'argento, platino, ed il diamante. Cosa hanno in comune? Sono tutti minerali preziosi e cosidetti 'nativi'.
Per minerale si intende una sostanza inorganica che si trova in natura allo stato solido in cui vi è omogeneità fra la struttura fisica e la composizione chimica. E quando si dice che vi è omogeneità significa che le diverse parti di un minerale hanno sempre le medesime caratteristiche fisiche e chimiche. La scienza che si occupa di studiare i minerali si chiama mineralogia e ha lo scopo di studiare, spiegare e catalogare le diverse proprietà dei minerali, la loro formazione e la loro eventuale trasformazione. I materiali sono materie prime impiegate non solo nell'industria, ma da essi vengono estratti i metalli, utilizzati anche nel campo della chimica, del vetro, della ceramica e nei combustibili minerali.
La maggior parte dei minerali, in determinate condizioni, può dar forma a corpi delimitati da superfici piane, ovvero i cristalli. I cristalli si differenziano gli uni dagli altri si aper forma che per dimensione: possono essere microscopici o lunghi diversi metri, possono essere sottili o a forma di colonna e di lamina. Oltre all'abito cristallino, le altre proprietà che possiedono i minerali sono: il colore, la durezza, la sfaldatura, la lucentezza e la densità (dovuta alla compattezza degli atomi).
Per quanto riguarda il colore non è una caratteristica molto utilizzabile visto che può cambiare in relazione alla presenza di impurità. La durezza, invece, è ’ la resistenza che un minerale oppone all'incisione. La durezza viene determinata utilizzando la scala di Mohs che è costituita da una serie di dieci minerali opportunamente scelti e disposti in ordine di durezza crescente. In questo modo ciascun minerale scalfisce il precedente ed è scalfito dal successivo. La sfaldatura indica l'attitudine che molti minerali hanno di rompersi in seguito a un urto, mentre il termine lucentezza definisce la proprietà di ogni singolo minerale di riflettere la luce. Possono essere molto lucenti, poco lucenti e opachi (se non riflettono la luce) e la loro lucentezza dipende dalla perfezione delle facce, dalla composizione chimica e dalla struttura atomica.
Esistono molte famiglie di minerali di cui le principali sono: i Silicati che costituiscono il 90% dei minerali della Terra contengono Silicio e Ossigeno più altri metalli; gli Ossidi, che contengono Ossigeno legato a metalli (ematite, magnetite, corindone); i Carbonati che contengono lo ione carbonato (calcite, aragonite, dolomite); i Solfuri dove la maggior parte di loro hanno un aspetto metallico e che contengono lo ione solfuro S (pirite, galena, cinabro,
blenda); i Solfati che sono sali dell’acido solforico, di aspetto non metallico e che si originano per deposito delle acque marine (gesso, barite, celestina, anidride ecc.); Gli Elementi Nativi costituiti da un solo elemento e che che in natura si trovano allo stato nativo, cioè sono puri, non combinati con altri (oro, argento, rame, diamante….) ecc.
Oggi ci occuperemo proprio di quest'ultima e importantissima famiglia di minerali, e cioè la famiglia degli Elementi Nativi, che sono formati da atomi di un solo elemento chimico e che comprendono metalli come l’oro, l’argento, il platino, il rame e non metalli come lo zolfo, il carbonio che si presenta in forma di diamante e grafite. Vediamo insieme 5 famosi elementi nativi.
1. Oro
Classe: Elemento nativo
Formula Chimica: Au
Sistema Cristallino: Cubico
Proprietà Fisiche: Lucentezza metallica, colore giallo oro fino al bianco, duttile, malleabile
Durezza: 3-2,5
Densità: 16-19,3
L’oro (Au) si forma, si trova sempre insieme al quarzo, in filoni associati a rocce derivanti da magma raffreddatosi al di sotto della superficie terrestre. La maggior parte di questo minerale si ricava, però, da accumuli di origine sedimentaria, dove corsi d’acqua hanno abbandonato sabbia aurifera o pepite (ciottoli d’oro) dopo averli asportati per erosione nell’attraversare filoni auriferi. La determinazione dell'oro è facile poiché si tratta del solo minerale di colore giallo.
I migliori esemplari d'oro nativo europeo, sotto forma di lamelle di quarzo, provengono dal cosiddetto quadrilatero dell'oro della Transilvania (Romania), con 4 grandi regioni: Brad, Zlatna, Rosia Montana (Vorospatak) e, infine, Baia de Aries. Le miniere più celebri sono quelle di Ruda Barza, Valea Morii, con cristalli impiantanti su quarzo e blenda, di Musariu Vechi per i suoi superbi cristalli di elettro, Rosia Montana per le sue formazioni dendritiche di cristalli ottaedrici lamellari molto ricchi d'argento. In Italia miniere d'oro nativo esistevano in valle Anzasca (Piemonte) e in Alta Valsesia (Monte Rosa). Da noi l'oro è contenuto anche nelle sabbie di fiumi alpini quali Po, Dora Baltea, Dora Riparia, Orco, Sesia, Ticino, Serio ecc.
I migliori esemplari noti provengono dagli Usa. Le miniere d'oro californiane si contano a migliaia e sono soprattutto distribuite sulla famosa Mother Lode, sistema filoniano sviluppato per un centinaio di chilometri di lunghezza. Le miniere più famose sono: Eureka, Tuolomme Co (cristalli foliacei di 10 cm di diametro); Empire Star, Grass Valley (masse di cristalli foliacei). L'oro è intensamente estratto nell'America del Sud, nei giganteschi giacimenti d'oro alluvionali dell'Amazzonia e delle Guayane. Il giacimento della Sierra Pelada (Brasile) ha fornito enormi pepite il cui peso sorpassa i 30 kg. In Africa si possono segnalare i grandi esemplari d'oro cristallizzato dello Zimbabwe.
L'Oro è sicuramente il metallo più conosciuto e più desiderato dall'uomo fin dai tempi più antichi. Uno dei metodi più antichi per ricavare l'oro dalle sabbie aurifere, valido ancora oggi, si basa sul fatto che questo minerale, come il platino, possiede una densità (oppure, un peso specifico) decisamente superiore a quella di tutti gli altri minerali (15,6-18,3 g/cm3). Pertanto, sfruttando l'opera dell'acqua che spesso proviene dagli stessi fiumi che forniscono le sabbie, mediante un paziente lavoro di dilavamento è possibile, facendo uso di diversi arnesi (piatti, scolatoi. ecc.) concentrare con una certa facilità e con buona resa tutte le parti più pesanti. Nel Medioevo, o già come sembra nel tardo Impero romano, si era individuato un altro metodo più efficiente per concentrare l'oro, e cioè quello che sfrutta la proprietà del mercurio di disciogliere questo metallo, "amalgamandosi". Per riscaldamento dalla soluzione in mercurio, quest'ultimo evaporava e rimaneva l'oro.
Attualmente, si ricorre a un metodo ancora più efficace, e cioè a quello della cianurazione, che sfrutta la proprietà dell'oro di legarsi allo ione cianuro, formando un complesso cosi stabile che basta soltanto agitare con aria la soluzione per disciogliere facilmente anche minime tracce del metallo. In Sudafrica oggigiorno esistono più di 40 miniere, che sfornano annualmente circa 700 tonnellate di oro puro, equivalenti al 75% della disponibilità annuale del mondo occidentale e al 50% circa della produzione mondiale. Ma per produrre quelle 700 tonnellate di puro, i minatori sudafricani devono scavare, trasportare in superficie e frantumare qualcosa come 70 milioni di tonnellate di roccia: in sostanza, per produrre un solo grammo di oro puro è necessario estrarre circa 100 chilogrammi di minerale, spessissimo a profondità superiori a 3.000 metri.
2. Argento
Classe: Elemento nativo
Formula Chimica: Ag
Sistema Cristallino: Cubico
Proprietà Fisiche: Colore bianco argento, opaco duttile, malleabile
Durezza: 3-2,5
Densità: 10-11
Nell’antichità l’argento era connesso al culto delle divinità lunari ed era per valore secondo solo all´oro, anche se, in confronto a questo metallo, è in natura molto più comune. L’argento nativo, cioè trovato allo stato metallico, fu usato già fino dal VII millennio. L’argento veniva per lo più estratto dalla galena argentifera o dalla cerussite (un carbonato di piombo argentifero). Il minerale veniva introdotto in crogiolo in una fornace a circa 1000°C, con immissione di ossigeno. Lo zolfo scompariva e il piombo ossidava formando litargirio (ossido di piombo) e permettendo così di recuperare l’argento metallico (cfr. ad es. Craddock 1995, 211-231; 2002, 28). L'argento nativo è generalmente legato a particolari filoni metalliferi.
Si tratta frequentemente di un minerale secondario della zona di cementazione. La sua determinazione è agevole, in quanto si tratta di un metallo malleabile. E' possibile tuttavia confondere l'argento nativo con l'oro e il rame. L’estrazione del prezioso metallo si realizzava attraverso due distinti stadi. Il minerale, dopo essere stato preventivamente frantumato e separato dalla ganga, veniva dapprima fuso a elevata temperatura, fra i 950 e i 1200 0C, e in atmosfera riducente, affinché tutto l'argento presente passasse nel piombo. Successivamente, mediante coppellazione, si provvedeva a separare il piombo dall’argento per ossidazione: il metallo così prodotto era infatti un’associazione di piombo, argento e altri elementi secondari come oro, rame, zinco, antimonio, arsenico e bismuto; esso veniva quindi nuovamente sottoposto a fusione ad una temperatura di circa 1000°C questa volta, però in presenza di aria forzata. Quest’ultima ossidava il piombo producendo il litargirio (PbO), che assorbiva anche gli ossidi degli altri metalli, tranne l’argento e l’oro che restavano così isolati dal resto.
La miniera Kongens, a Kongsberg in Norvegia, ha fornito i migliori campioni noti sotto forma di masse d'argento ramificate o dendroidi e in filamenti contorti, sorpassanti talvolta i 20 cm di lunghezza. Questo giacimento ha dato anche favolosi cristalli: sia cubi perfetti, sia esemplari molto polisintetici, derivati da cubi e da ottaedri, sorpassanti talvolta i 35 mm. Questo classico giacimento è ormai esaurito. Bellissimi esemplari in filamenti e masse ramificate, che superano i 30 cm di lunghezza, sono stati altresì prodotti in abbondanza nelle miniere d'argento del distretto di Freiberg, Mariengerg e Schneeberg.
Campioni estremamente belli sotto forma di lamine reticolate, formate da foglietti, provengono da Chanarcillo Atamaca (Cile) e da Potosi (Bolivia). In particolare, con la scoperta della montagna d’argento del Potosì, nel 1545, e dei depositi di mercurio di Huancavelica, essenziali per la purificazione del minerale, si ebbe presto una produzione di argento in quantità cinque volte maggiore di quella ottenuta in Europa prima del 1492. Un fiume d’argento si riversò in Spagna ed in Europa. Le miniere d’argento di Potosi attirarono migliaia di persone, che in pochi anni crebbe a dismisura divenendo la più grande città d’America e la più popolosa dell’impero spagnolo (contava 160.000 persone nel 1625 e 200.000 nel 1672).
Le miniere di rame della penisola di Keweenaw, Michigan (Usa), hanno fornito numerosissimi campioni di argento nativo estremamente spettacolari, sia associati a rame nativo, sia in cristalli allungati formanti dei mazzetti cespitosi. Vanno segnalate soprattutto le miniere Wolverine e Kearsarge. La miniera di Cobalt, Ontario (Canada) è importante per quanto riguarda l'argento nativo che si presenta sotto forma di masse simili a muschio più o meno disseminate in una ganga di calcite. Magnifici campioni provengono dagli Usa: Aspen, Pitkain Co (Colorado); dalla Sardegna: Sarrabus; dall'Australia: Broken Hill (Nuovo Galles del Sud). In Francia, degli eccezionali esemplari ramificati sono stati estratti a Sainte-Marieaux-Mines (Alto Reno), fra il XVI e il XIX secolo.
La massa più voluminosa sorpassava i 500 kg. Esemplari di pregio come quelli elencati sono attualmente molto rari. Campioni di buona qualità, costituiti da filamenti lunghi qualche centimetro, sono stati scoperti abbastanza recentemente nella miniera di Saint-Louis, nel medesimo distretto. L’argento è molto duttile e malleabile, può essere colato e lavorato a martellatura, fino a divenire una foglia sottilissima e può essere anche usato per produrre filo ritorto.
3. Platino
Classe: Elemento nativo
Formula Chimica: Pt
Sistema Cristallino: Cubico
Proprietà Fisiche: Grigio acciaio scuro, malleabile, duttile
Durezza: 4-4,5
Densità: 21,5
Il Platino è un minerale primario che si trova compreso in talune rocce basiche e ultrabasiche come pure nei terreni alluvionali risultanti dalla loro distribuzione. La grande densità di questo metallo e il suo colore grigio acciaio, ricordano i platinoidi di cui esso è uno dei minerali più frequenti. Il Platino è stato scoperto nel 1735 lungo il fiume Pinto nel Papayan (Colombia). Fu denominato platina cioè piccolo argento, a causa della sua mancanza di valore in quell'epoca. I metodi di estrazione sono piuttosto complessi. Da 1 tonnellata di sabbia metallifera si ottengono appena 3 – 5 grammi di platino. E’ il metallo più duttile ed anche il più pesante. Con il calore si dilata pochissimo. E’ usato in lega con oro, argento, rame, iridio. Se ne estraggono circa 10 tonnellate all’anno.
Il distretto platinifero tipico è quello di El Choco, interessante le province di Atrato e di San Juan, i principali centri di estrazione, situati lungo le rive dei corsi d'acqua di Condoto, Irpo e San Juan. Questi giacimenti hanno dato pepite raggiungenti pesi pari a 500 g. L'ex URSS è il più grande produttore mondiale di platino. I giacimenti scoperti nel 1822 sono localizzati negli Urali sove il platino è stato soprattutto riscontrato nei terreni alluvionali, in pepite raggiungenti un peso di anche 10 kg e in rari piccoli cristalli. Citiamo anche i grandi centri produttori di Sudbury, Ontario (Canada) e di Lydenburg, distretto del Transvaal (Repubblica dell'Africa del Sud), dove sono noti rari piccoli cristalli. E' stato riscontrato platino in modesta quantità in Valsesia nella valle Strona (Piemonte.)
4. Rame
Classe: Elemento nativo
Formula Chimica: Cu
Sistema Cristallino: Cubico
Proprietà Fisiche: Colore dal rosa luminoso al rosso rame, malleabile, duttile
Durezza: 2,5-3
Densità: 8,9
Il Rame, dopo l’oro fu il primo metallo conosciuto e usato dall’uomo (età del rame), con lavorazioni a freddo per martellamento, verso la fine dell’età della pietra. Sono stati ritrovati oggetti in rame costruiti 10.000 anni fa. L’uso del rame aprì una nuova era dell' umanità: finì l'età della pietra (paleolitico e neolitico) ed iniziò l'età dei metalli. Il suo nome proviene dal latino “cuprum” (copper in inglese, Kupfer in tedesco) che a sua volta viene dal nome dell’isola di Cipro da cui i Romani ricavano il rame.
Esso è un minerale primario presente in talune lave basiche e come minerale secondario in zone di ossidazione e di cementazione in depositi cupriferi (cioè che contengono rame). La sua determinazione avviene attraverso il suo caratteristico colore rosso, spesso con patine verdi, azzurre o brune. Il rame si trova quasi sempre sotto forma di minerali e molto più raramente allo stato nativo sotto forma di pepite. I più favolosi giacimenti, oggi abbandonati, si trovano nella penisola di Keweenaw, distretto del lago Superiore, a nord dello Stato di Michigan (Usa). Il rame nativo di origine primaria si riscontra in lave basiche in masse enormi (fino a 420 t) e in bellissimi cristalli talvolta associati ad argento nativo.
Bei cristalli provengono dagli Urali; dall'Arizona (Usa) dalla New Cornelia Mine. In Francia masse dendritiche sono state reperite a Chessy (Rodano). Masse spugnose costituite da piccoli cristalli sono attualmente abbondanti nella miniera di Burc, Tarn (Midi-Pirenei). In Italia rame attivo si trova nei giacimenti cupriferi legati alle ofioliti (sezioni di crosta oceanica e del sottostante mantello che sono state sollevate o sovrapposte alla crosta continentale fino ad affiorare). Grandi blocchi (oltre 0,5 q) si sono reperiti all'Impruneta (Firenze) e masse di minore importanza (Val di Cecina, Pisa). Piccole produzioni si hanno a Capo Calamita (Elba). Sotto forma di laminette, rame nativo è stato trovato presso Frassinoro, Modenese.
Nella nostra epoca , in virtù delle proprietà caratteristiche rame assieme alle sue leghe , viene usato per la fabbricazione di una ampia gamma di prodotti. Possiede conducibilità elettrica e termica elevatissime, superate solo da quelle dell'argento; è molto resistente alla corrosione e non è magnetico. È facilmente lavorabile, estremamente duttile e malleabile; può essere facilmente riciclato e i suoi rottami hanno un alto valore di recupero; si combina con altri metalli a formare numerose leghe metalliche (si calcola che se ne usino almeno 400), le più comuni sono il bronzo e l'ottone.
5. Diamante
Classe: Elemento nativo
Formula Chimica: C
Sistema Cristallino: Cubico
Proprietà Fisiche: Colore bianco, azzurro, giallo, rosso, blu, fragile, sfaldatura perfetta
Durezza: 10
Densità: 3,5
Il diamante è un minerale proprio di talune rocce ultrabasiche (rocce dal contenuto in silice al di sotto del 45%) e dei giacimenti alluvionali che da esse derivano. La sua determinazione è molto facile in quanto la durezza, la lucentezza, la forma e talvolta la roccia originale, permettono di eliminare ogni dubbio sulla sua identità. Il nome diamante deriva dal greco adàmas,che significa indomabile, perché fin dall’antichità ha sempre stupito l’uomo per la sua eccezionale durezza che lo rende insensibile a qualsiasi abrasiva da parte di altri minerali. Quando sono puri e di colore costante, i diamanti sono molto ricercati dai gioiellieri.
Al contrario, i diamanti criptocristallini o granulati, bruni o neri, chiamati tecnicamente "borts", non vengono utilizzati per il taglio. La genesi del diamante è avvenuta a grande profondità nella crosta terrestre, in condizioni elevatissime pressioni e temperature (profondità -150 km, pressioni maggiori 300.000 Atm., temperature migliaia di gradi). I giacimenti di diamante primari si formano solitamente in rocce peridotitiche ed eclogitiche, dette kimberliti. Nonostante sia stato rinvenuto un diamante di oltre 3000 carati, i diamanti grezzi di peso notevole sono estremamente rari.
Il diamante è il minerale di origine naturale più duro che si conosca, la sua durezza Mohs è pari a 10, ed è fino a 140 volte superiore a quella del corindone, con durezza 9 nella scala di Mohs.I più grossi diamanti da gemma sono stati trovati nella miniera Premier Cullinan, presso Pretoria (Repubblica dell'Africa del Sud). Si tratta di un frammento di cristallo del peso di 3.106 carati. La maggior parte dei diamanti celebri tagliati fino a tutto il secolo XVII fu ricavata dalle alluvioni dei giacimenti di Golconda (India).
Attualmente le gemme migliori provengono dal Sudafrica (nei depositi alluvionali della regione di Kimberley) e dalle kimberliti della Jacuzia nella Siberia orientale. In quest'ultima regione sono stati scoperti bellissimi esemplari di diamanti su ganga. I grandi paesi produttori di diamanti sono il Brasile, lo Zaire, con la regione di Buskimaie, l'Australia, con le miniere della regione di Modgue nel Nuovo Galles del Sud ed, infine, il Borneo e l'India. Negli Usa il solo giacimento di kimberlite diamantifera si trova presso Murfreesboro, Pike Co (Arkansas).
