ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| CRISTALLOCHIMICA | GEO/06 | LEZIONI | 54 |
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Acquisizione degli strumenti per consentire la “lettura” di un minerale o di una famiglia di minerali a partire dalle loro caratteristiche cristallochimiche, e comprensione delle relazioni tra proprietà chimiche, fisiche e cristallografiche e l’ambiente geologico in cui il minerale si è formato.
Comprensione delle relazioni tra le trasformazioni mineralogiche (transizioni di fase, femonemi di politipismo) e l’ambiente di formazione ed evidenziazione della correlazione tra caratteristiche cristallochimiche e variazioni delle condizioni termodinamiche.
The student who successfully completes the course will be able to understand the relationships between the physical, chemical and crystallographic properties of a mineral (or of a group of minerals) and the geological environment in which the mineral is formed. Moreover he will learn how to interpret the mineralogical transformations (phase transitions, polytypic modifications) in terms of P-T-X variables.
L'esame, in forma orale, ha lo scopo di verificare la capacità dello studente di descrivere gli argomenti principali presentati durante il corso (e.g., caratteristiche cristallochimiche di un gruppo di minerali, diagrammi di fase, effetto di P e T sulle transizioni di fase, ecc.)
The exam (in oral form) will aim at ascertaining the student's capability to describe the main topics presented during the course (e.g., crystal chemical features of a group of minerals, phase diagrams, effect of P and T on phase transformations, etc.)
Methods:
Al termine del corso lo studente sarà in grado di capire il ruolo della cristallochimica mineralogica come uno srumento importante per comprendere problematiche geologiche.
At the end of the course the student will be able to evaluate the role of mineralogical crystal-chemistry as a fundamental tool for the understanding of geological problems.
Lo studente dovrà preparare, come parte della prova d'esame, una breve relazione orale nella quale dimostri di saper organizzare il materiale e di presentarlo in modo chiaro e scientificamente corretto.
The student will prepare, as a part of the final exam, a short oral presentation in which he will show his capability in organize the material and to discuss it clearly and correctly.
Si presume che gli studenti di un corso di laurea magistrale abbiano una buona preparazione di chimica e di mineralogia.
It is assumed that student of a BSc (second level) course have already a good preparation in chemistry and minenralgy.
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Cristallochimica generale. Il legame chimico. Elettronegatività secondo Pauling e secondo Mulliken. Legame ionico in molecole. Cristalli ionici. Energia coesiva: termini coulombiani e termini repulsivi di Born. Raggi ionici: raggi univalenti e raggi cristallini. Variazione della distanza di legame con la coordinazione. Impacchettamento compatto di sfere e strutture tipo A, B, C. Poliedri di coordinazione. Descrizione di una struttura cristallina: esempi. Le regole di Pauling (criteri di stabilità delle strutture ioniche): esempi. Raggi ionici empirici. Estensione della II regola di Pauling: correlazione tra forza di legame e distanza di legame. Cristallochimica speciale. Strutture a impacchettamento compatto di ioni ossigeno: strutture AX, AX2, A2X3. Strutture AB2O4 (spinelli). Teoria del campo cristallino. Energie di stabilizzazione in campo ottaedrico e in campo tetraedrico. Effetto Jahn-Teller. Polimorfismo e politipismo: aspetti termodinamici, aspetti strutturali. Esempi di polimorfismo. Struttura tipo olivina. Struttura tipo granato. Struttura tipo humite. Polisomatismo: definizione ed esempi. Strutture del composto Al2SiO5. Silicati a catena. Connessioni di catene tetraedriche ed ottaedriche: modalità diverse di connessione. Pirosseni, pirossenoidi, anfiboli, biopiriboli. Dagli inosilicati ai fillosilicati. Principali famiglie di fillosilicati. Politipismo nelle miche. Silicati a impalcatura tridimensionali di tetraedri. Feldspatoidi e zeoliti: caratteristiche strutturali e proprietà. Soluzioni solide ideali; soluzioni “regolari”. Cristallochimica di alta temperatura; espansioni poliedriche. Cristallochimica di alta pressione; compressibilità poliedriche. Pressione, temperatura e composizione come variabili strutturali ‘analoghe’. Limiti assoluti per l’estensione e la compressione dei legami. Caso di Si-O. Mineralogia del mantello. Informazioni di carattere geofisico e petrologico. Informazioni di carattere cristallografico: isostrutturalità di silicati e germanati. Studi di altissima pressione. Strutture di alta pressione: beta-Mg2SiO4, gamma-Mg2SiO4, struttura tipo ilmenite, struttura tipo Sr2PbO4, struttura tipo perovskite, struttura tipo hollandite. Trasformazioni di fase nel mantello. Ruolo del silicio in coordinazione ottaedrica.
The chemical bond. Ionic radii. Close-packing of sphere. Coordination polyhedra. Examples of description of crystalline structures. Structures based on close packing of oxygens: AX, AX2, A2X3, AB2O4 (spinels). Crystal field theory. The Jahn-Teller effect. Thermodinamic and structural features of polymorphism and polytypism. Structure of olivine, garnets. Polysomatism: definition and examples. Chain silicates. Sheet silicates. Framework silicates. Solid solutions, phase diagrams. HT and HP crystal chemistry. Polyhedral expansions and compressions. Mineralogy and very high pressure transformation in the Earth's mantle.
Nessuno dei testi elencati è obbligatorio. Lo studente può scegliere diversi argomenti da ognuno di essi.
- Bloss F.D. (1971): Crystallography and crystal chemistry. Holt, Rinehart & Winston, New York (in particolare cap. 8 e 9).
- Carobbi G. (1971): Trattato di mineralogia. USES, Firenze (part. cap. 3).
- Papike J.J. & Cameron M. (1976): Crystal chemistry of silicate minerals of geophysical interest. Rev. Geophys. Space Phys., 14, 37-80.
- Hazen R.M. & Finger L.W. (1982): Comparative crystal chemistry. Wiley, New York (in particolare cap. 6-10).
- Papike J.J. (1987): Chemistry of rock-forming silicates: ortho, ring, and single-chain structures. Rev. Geophys., 25, 1483-1526.
- Papike J.J. (1988): Chemistry of rock-forming silicates: multiple-chain, sheet and framework structures. Rev. Geophys., 26, 407-444.
- McElhinny M.W. (ed.) (1979): The Earth: its origin, structure and evolution. Academic Press, London (in particolare cap. 1, 7 e 8).
- Griffen D.T. (1992): Silicate crystal chemistry. Oxford University Press, Oxford (in particolare cap. 1-8).
None of the text listed below is mandatory, the student may select topics from either of them. Bloss F.D. (1971): Crystallography and crystal chemistry. Holt, Rinehart & Winston, New York (in particular chapters 8 e 9) Papike J.J. & Cameron M. (1976): Crystal chemistry of silicate minerals of geophysical interest. Rev. Geophys. Space Phys., 14, 37-80. Hazen R.M. & Finger L.W. (1982): Comparative crystal chemistry. Wiley, New York (in particular chapters 6-10). Papike J.J. (1987): Chemistry of rock-forming silicates: ortho, ring, and single-chain structures. Rev. Geophys., 25, 1483-1526. Papike J.J. (1988): Chemistry of rock-forming silicates: multiple-chain, sheet and framework structures. Rev. Geophys., 26, 407-444. Griffen D.T. (1992): Silicate crystal chemistry. Oxford University Press, Oxford (in particular chapters 1-8).
Discussione di una breve relazione su un argomento correlato al corso e concordato individualmente con gli studenti, seguito da un esame orale con voto
Discussion of a short presentation on a topic related to the course and individually agreed with each student, followed by an oral exam.
