I minerali delle fotografie 4 e 5 hanno aspetto molto diverso l’uno dall’altro, ma in realtà sono lo stesso minerale di zolfo. Nella foto 4 lo zolfo si presenta allo stato cristallino: i solidi geometrici dotati di facce, spigoli e vertici che lo compongono sono cristalli. La forma poliedrica dei cristalli è legata alla disposizione ordinata delle molecole e degli atomi di cui il minerale è costituito. La forma esterna riproduce una struttura geometrica interna, chiamata reticolo cristallino, dove gli atomi occupano posizioni precise e tipiche per ogni specie minerale. Nella foto 5 lo zolfo è allo stato amorfo: non presenta cristalli e le sue molecole non sono disposte ordinatamente ma alla rinfusa, come quelle dei liquidi.

Da che cosa dipende la struttura di un minerale?

Per capire da che cosa dipendono i due diversi tipi di struttura, cristallina e amorfa, osserva le due modalità di formazione dello stesso minerale di zolfo nei seguenti esperimenti di laboratorio. In entrambi gli esperimenti si fa fondere con il calore della polvere di zolfo, poi la si fa raffreddare con due diverse modalità: nel primo caso ( 6 ) con un raffreddamento lento, nel secondo ( 7 ) con un raffreddamento veloce.

Come puoi osservare nelle immagini, si ottengono dei cristalli solo attraverso il raffreddamento lento. Puoi quindi dedurre che le due strutture dipendono dalle diverse condizioni in cui avviene la formazione del minerale. In natura si ha la cristallizzazione se l’ambiente permette un processo lento e regolare ( c ). All’inizio della cristallizzazione alcune molecole della sostanza minerale si dispongono in modo ordinato a formare il “germe”, cioè la prima maglia del reticolo cristallino, sul quale si depositeranno altre molecole, fino alla formazione del cristallo. Se invece il minerale si forma con un processo veloce o disturbato da movimenti improvvisi, si otterrà una struttura amorfa ( 2 ).

La scoperta del reticolo cristallino

Sin dal XVII secolo gli studiosi cercarono di spiegare come l’aspetto esterno dei cristalli, detto abito, dipendesse da una distribuzione interna ordinata delle particelle che li costituivano. L’abate francese Renato Giusto Haüy, vedendo un cubo di pirite cadere e disgregarsi in tanti cubetti, formulò la teoria secondo la quale le molecole dei cristalli sarebbero piccolissimi poliedri a contatto tra loro. In seguito, un altro fisico francese, Auguste Bravais, affermò che le molecole dei cristalli sono disposte in modo da costituire dei reticoli cristallini con maglie di varie forme e dimensioni che sono caratteristiche di ogni singola specie minerale. Tale ipotesi ebbe una verifica sperimentale quando si usarono i raggi X per studiare i cristalli. I raggi X, infatti, attraversando il cristallo, formano su una lastra fotografica un insieme di macchie regolari che corrispondono alla posizione degli atomi nel cristallo.

La grotta dei cristalli

Una miniera di piombo e ferro nelle vicinanze di Naica, in Messico, è diventata una delle più spettacolari meraviglie della natura da quando, a grandi profondità, è stata ritrovata una grotta contenente straordinari cristalli di selenite, un minerale di gesso, lunghi anche 15 metri e con 2 metri di diametro. La caverna, che è un vero e proprio geode, cioè un’associazione di cristalli che crescono in una cavità di forma quasi sferica, ha una temperatura di 48 °C e un tasso di umidità del 100%. Tali condizioni ambientali rendono difficilissima la permanenza di esseri umani al suo interno, perciò i ricercatori hanno dovuto indossare particolari tute protettive. Gli enormi cristalli bianchi si sono formati grazie alla deposizione di solfato di calcio, la sostanza che costituisce il gesso, sciolto nell’acqua calda che ha riempito la grotta per migliaia di anni.