Mineraux

Les éléments

Les oxydes et hydroxydes

Les 7 systèmes cristallins

La minéralogie est la science qui s’intéresse aux minéraux. leur forme, leur composition chimique et leurs propriétés (chimiques et physiques). Elle s’intéresse aussi aux conditions de leur formation.

Les minéraux sont des substances chimiques que l’on trouve à l’état naturel le plus souvent sous la forme de solides cristallins ou cristaux.

On classe les minéraux selon leur composition chimique: les éléments, les sulfures, les halogénures (chlorures, fluorures...), les oxydes, les hydroxydes, les nitrates, les carbonates, les sulfates, chromates, phosphates, les silicates (les plus nombreux), les minéraux organiques,...

Ils ne sont formés que d’un seul type d’atomes qui ont tendance à résister à l’oxydation. On trouve parmi ceux-ci quelques métaux comme l’or, l’argent ou le cuivre.

Cuivre

Cuivre natif

Composition chimique théorique: Cu

Eclat: métallique

Densité: 8,9

Dureté: 2,5 à 3

Système cristallin cubique

Soufre

Soufre natif

Composition chimique théorique: S

Eclat: adamantin (cassure mate)

Densité: 2 à 2,1

Dureté: 1,5 à 2

Système cristallin orthorhombique

Fossa, Vulcano (Italie)

Tous les éléments chimiques sont classés dans la tableau périodique des éléments. Pour en savoir plus ...

Les sulfures

Les carbonates

Les silicates

Propriétés des minéraux

L’oxygène est l’élément chimique le plus représenté dans les minéraux et les roches. Son électronégativité élevée fait de ce “voleur d’électrons” l’oxydant le plus important. Il attire à lui 2 électrons et se trouve sous la forme

Quartz

Silice, dioxyde de silicium

Composition chimique théorique: SiO2

Variété “cristal de roche”, incolore et transparente.

Eclat: vitreux

Densité: 2,65

Dureté: 7

Système cristallin rhomboédrique

Massif du Saint-Gothard (Suisse)

L’élément silicium (Si) se trouve dans la 4e colonne du tableau périodique. Il a donc 4 électrons périphériques. Il réagit donc avec 2 atomes d’oxygène pour former SiO2

Améthyste

Quartz, silice: dioxyde de silicium SiO2

La coloration est due aux atomes de fer Fe3+,

titane et manganèse, présents en faible quantité.

Minas Gerais (Brésil)

Quartz fumé & granite

Quartz, dioxyde de silicium SiO2

Le granite en dessous contient des cristaux de quartz plus petits, associés à d’autres cristaux (feldspath et mica)

La coloration est due à la présence d’éléments radioactifs à l’état de traces

(très faible quantité)

Quartz rose

Silice, dioxyde de silicium

Composition chimique théorique: SiO2

Variété rose translucide

Cassure conchoïdale (comme le verre)

Eclat: vitreux

Densité: 2,65

Dureté: 7

Système cristallin rhomboédrique

Glace

Eau, monoxyde de dihydrogène

Composition chimique théorique: H2O

Système cristallin hexagonal

Le soufre se trouve comme l’oxygène dans la 6e colonne du tableau périodique. Son électronégativité est cependant moins élevée. Il attire aussi à lui 2 électrons et se trouve sous la forme

Galène

Sulfure de plomb PbS dans une gangue de fluorine CaF2

Composition chimique théorique: PbS

Eclat: métallique

Densité: 7,2 à 7,6

Dureté: 2,5 à 3

Système cristallin cubique

Mine des Trappistes, Valais (Suisse)

Pyrite & magnétite

Disulfure et oxyde de fer

Pyrite, éclat doré FeS2

magnétite aiguilles grises Fe3O4

Dans le cas du disulfure de fer (pyrite), le soufre est au degré d’oxydation -1

Il forme un pont disulfure :

On peut le noter

Ici le fer (Fe) est oxydé à la fois par l’oxygène et le soufre. Il y a donc une compétition pour la formation d’oxyde de fer et de sulfure de fer. Avec le temps, les échantillons de sulfures ont tendance à s’oxyder (voir la marcassite ci-dessous). Le soufre, délogé, se retrouve à l’état élémentaire jaune.

Nodule de Marcassite

Sulfure de fer FeS2

Concrétion fibro-radiée

Cet échantillon est fortement altéré

En brun, des oxydes et hydroxydes de fer (limonite)

En jaune, le soufre

Système cristallin orthorhombique

Chalcopyrite

Sulfure de cuivre et fer

Composition chimique théorique: CuFeS2

Eclat: métallique

Couleur: laiton avec irisations

Densité: 4,2 à 4,3

Dureté: 3,5 à 4

Système cristallin quadratique

Calcite

Carbonate de calcium

Composition chimique théorique: CaCO 3

Eclat: vitreux

Densité: 2,6 à 2,8

Dureté: 3

Système cristallin rhomboédrique

Les plans de clivage sont bien visibles(Mexique)

Calcite

Carbonate de calcium

Exemplaire poli

(Chine)

Le cristal de calcite a une propriété remarquable: la biréfringence. Les rayons lumineux sont doublement réfractés: on “voit double” à travers le cristal.

Malachite

Carbonate et hydroxyde de cuivre

CuCO3 . Cu(OH)2

Minerai de cuivre (Congo)

Malachite (vert)

Carbonate et hydroxyde de cuivre

CuCO3 . Cu(OH)2

Azurite (bleu)

Carbonate et hydroxyde de cuivre

CuCO3 . Cu(OH)2

Muscovite

Phyllosilicate, mica blanc alumineux

Composition chimique théorique: KAl2 [Si3AlO10 (OH,F)2 ]

Eclat: nacré, vitreux, soyeux

Densité: 2,7 à 2,8

Dureté: 2 à 2,5

Système cristallin monoclinique

Les minéraux sont des substances chimiques que l’on trouve à l’état naturel le plus souvent sous la forme de solides cristallins ou cristaux.

Il existe quelques critères utiles pour décrire et caractériser les milliers de minéraux:

1.

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La forme des cristaux (dérivés des 7 systèmes cristallins)

La densité

La dureté

La couleur

Le goût (sel)

La trace (couleur du minéral en poudre)

L’éclat (métallique, vitreux, nacré, mat,...)

Le clivage (propriété de se casser selon des directions déterminées)

La transparence

La solubilité dans différentes substances

La luminescence

Les propriétés électriques (conductibilité) et magnétiques

La radioactivité

En chantier... Bientôt la suite

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Visiter les roches sédimentaires

Visiter les roches magmatiques

Visiter les roches métamorphiques

Cristallographie

Phyllosilicate:

les tétraèdres de silicate sont disposés en feuillets

C’est la famille minérale la plus importante: ils constituent plus de 90 % de la masse de la lithosphère.

L’anion silicate SiO4 -- forme un tétraèdre (une pyramide à base triangulaire). Les atomes d’oxygène occupent les sommets de la pyramide centrée sur l’atome de silicium.

O--

Si4+

atome d’oxygène

atome de silicium

Le tétraèdre est la figure géométrique à la base de la construction de tous les silicates.

Représentation vu de dessus

Les nésosilicates

Les tétraèdres n’ont pas de sommet commun

Exemples: olivines, grenats,...

Les sorosilicates

Les tétraèdres ont un sommet commun

Exemples: épidotes,...

Les cyclosilicates

Les tétraèdres ont 2 sommets en commun.

Ils forment des anneaux.

Exemples: béryl, tourmaline,...

Les inosilicates “pyroxènes”

Les tétraèdres ont 2 sommets en commun.

Ils forment des chaînes simples.

Exemples: pyroxènes

Les inosilicates “amphiboles”

Les tétraèdres forment des chaînes doubles.

Exemples: amphiboles

Les phyllosilicates

Les tétraèdres forment des feuillets: minéraux en 2D.

Exemples: mica, talc, chlorite, serpentine,...

l’atome de silicium est “caché” à l’intérieur

Il y a plusieurs sortes de silicates:

Les tectosilicates

Les tétraèdres partagent tous leurs sommets.

Exemples: quartz, feldspaths,...

oxygène

silicium

Quartz

Tectosilicate, silice, dioxyde de silicium

Composition chimique théorique: SiO2

Variété “cristal de roche”, incolore et transparente

Eclat: vitreux

Densité: 2,65

Dureté: 7

Système cristallin rhomboédrique

Massif du Saint-Gothard (Suisse)

La cristallographie est la science qui étudie les cristaux. Comme la minéralogie, elle s’intéresse à la composition chimique des espèces minérales mais surtout à l’arrangement spatial des atomes.

Les atomes sont des petites boules qui occupent l’espace. Ils peuvent se ranger de différentes manières.

Les oranges sont faciles à ranger. Mais différentes solutions se présentent déjà...

Il reste de la place pour un “atome” plus petit comme un kiwi

Il y a tout juste la place pour glisser une noix...

L’ atome A est entouré de 4 atomes

L’ atome B est entouré de 6 atomes

A

B

La situation se complique quand on rajoute une couche: les cristaux sont des constructions en 3 dimensions.

Espace disponible

Le problème avec les atomes, c’est qu’ils n’ont pas la même taille. Et en plus ils portent des charges électriques différentes.

l’oxygène est un gros ion négatif

le calcium et le sodium ont la même taille... mais pas la même charge positive

le silicium est un ion positif très petit

Dans la croûte terrestre, on trouve 60% d’atomes d’oxygène, 20% d’atomes de silicium. C’est donc ces 2 atomes qui forment la structure de base des principales roches.