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Mineralogia con Laboratorio (Corso B)

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Mineralogy with laboratory

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Anno accademico 2019/2020

Codice attività didattica
MFN0691
Docenti
Roberto Giustetto (Titolare del corso)
Marco Bruno (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Triennale in Scienze Naturali D.M. 270
Anno
2° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
8
SSD attività didattica
GEO/06 - mineralogia
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto
Prerequisiti
Conoscenze di base di Chimica, Fisica, Matematica, Inglese
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

Lo scopo dell'insegnamento è:

- Fornire gli strumenti concettuali di base sullo stato cristallino, che caratterizza i minerali, per comprenderne la struttura e le proprietà fisiche e chimiche;
- Descrivere le caratteristiche fisiche ed i più significativi fenomeni e trasformazioni che riguardano i minerali;
- Illustrare le più importanti famiglie di minerali che entrano nella costituzione della crosta terrestre, e le loro condizioni di genesi.

The aim of the course is:

- To provide the basic conceptual tools on the crystalline state which characterizes minerals, in order to understand the structure and physical and chemical properties;

- To describe the physical properties and the most significant phenomena and transformations that affect the minerals;
- To illustrate the most important families of minerals of the earth's crust, and the conditions of their genesis.

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Risultati dell'apprendimento attesi

 Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà dimostrare conoscenza e capacità di comprensione in merito a:

- l’identificazione e classificazione di specie minerali nell’ambito delle regole di classificazione attuali (chimiche e strutturali) mediante osservazioni dirette delle proprietà fisiche e con l’utilizzo di tecniche analitiche di base presenti in qualsiasi laboratorio moderno.

 - attitudine ad espandere le conoscenze acquisite sulla base dell’ accesso ad opportuni testi, manuali o informazioni presenti nel web.

Lo studente inoltre, applicando la conoscenza e la comprensione acquisite con questo insegnamento e integrandole con quelle derivate da altri insegnamenti, dovrà essere in grado di 

- pervenire all’identificazione di un minerale e rapportarlo al suo ambiente di formazione

- discernere le tecniche oportune per risolvere problemi di identificazione

- discutere i dati ottenuti con tecniche d’ identificazione dei minerali quali l’ottica cristallografica, la diffrazione di raggi-X ed analisi chimiche con piena autonomia di giudizio

- esprimere con proprietà e linguaggio opportuno le caratteristiche di un minerale o di un’associazione di più minerali.

At the end of the course the student will demonstrate knowledge and understanding about:

 - The identification and classification of mineral species in the context of the current classification rules (chemical and structural) by direct observations of the physical properties and with the use of basic analytical techniques present in any modern laboratory.

  - Ability to expand their knowledge on the basis of 'access to appropriate texts, manuals or information on the web.

 The student also, applying the knowledge and understanding gained from this teaching and integrating them with those derived from other teachings, will have to be able to:

 - achieve identification of a mineral sample and relate it to its crystallization ambient 

 - Discern oportune techniques to solve problems of identification

 - Discuss the data obtained with techniques of identification of minerals such as optical properties, X-ray diffraction and chemical analysis with full independence of judgment

 - Express in appropriate language the characteristics and properties of a mineral or an association of more minerals.

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Programma

Lezioni frontali (48 ore):

+ Presentazione del corso.

+ Introduzione (4 ore): 

Definizione di Minerale - minerale e rocce - elementi più abbondanti - ioni e anioni - coordinazione . sistemi cristallini - classe ottiche 

+ Classificazione dei minerali (2 ore):

Evoluzione storica della classificazione dei minerali - sistema di Dana, sistema di Strunz, Lima di Faria. Identificazione di un minerale: database e nuovi minerali -> L'IMA-CNMMC. - 11 minerali importanti.

+ Ottica mineralogica (6 ore)

natura della luce - indice di rifrazione - legge di Snell - dispersione - assorbimento della luce - lenti e microscopio a luce polarizzata - rilievo - linea di Becke – birifrangenza (simmetria) - indicatrici ottiche - osservazione in luce polarizzata con polarizzatori incrociati - ritardo - estinzione - formula di Fresnel - polarizzazione cromatica e colori d'interferenza - osservazione in conoscopia e figure d'interferenza: uniassici e biassici.

+ Cristallografia morfologica (9 ore):

Legge di Stenone, legge di Hauy, indici di Miller. Operazioni di simmetria - proiezione stereografica. Combinazioni di elementi di simmetria. Classi di simmetria e forme cristalline. Reticoli bidimensionali, gruppi spaziali bidimensionali, reticoli tridimensionali (reticoli di Bravais). Cristallografia strutturale. Rototraslazioni - slittopiani – gruppi spaziali tridimensionali.

+ Diffrazione (6 ore):

diffrazione - sorgente di raggi X - reticolo reciproco -  cenni storici sulla diffrazione - equazione di Bragg - sfera di Ewald - diffrazione da polveri.

Cristallochimica (11 ore):

proprietà fisiche e legame chimico - raggio ionico - impacchettamenti - poliedro di coordinazione - regole di Pauling - tipi strutturali - cristallochimica di silicati, isomorfismo, polimorfismo - politipismo - pseudomorfismo – polisomatismo.

+ Cristallo reale (2 ore):

difetti - difetti puntuali - difetti lineari - difetti planari - difetti tridimensionali – geminazioni.

+ Chimica minerale (2 ore):

Normalizzazione degli analisi dei minerali e formule cristallochimiche.

+ Genesi dei minerali (2 ore):

Composizione chimica e mineralogica della crosta terrestre. Ambienti di formazione dei minerali.

+ Ripasso e simulazione prove scritte (2 ore)

 

Laboratorio (32 ore):

(4 ore) Proprietà fisiche dei minerali: abito, aggregati, colore, lucentezza, durezza, tenacità, sfaldatura, frattura, densità.

(6 ore) Ottica cristallografica. Descrizione del microscopio petrografico. Osservazione in luce polarizzata con e senza analizzatore. Birifrangenza. Polarizzazione cromatica. Esercizi di ottica. Osservazioni in conoscopia.

(12 ore) Simmetria e solidi cristallografici: reticoli e indici di Miller  (esercizi di calcolo di indici di Miller). Gruppi bidimensionali (esercizi). Sistemi e gruppi puntuali (esercizi di riconoscimento con solidi) 

(2 ore) Riconoscimento di minerali mediante diffrazione (esercizi)

(8 ore) Mineralogia Sistematica. Classificazione dei minerali. Descrizione delle specie mineralogiche più significative. 

Lectures (48 hours):

+ Presentation of the course.

+ Introduction (4 hours):

Definition of Mineral - minerals and rocks - the most abundant elements - ions and anions – coordination - crystalline systems - optical classes

+ Classification of minerals (2 hours):

Changes of classification of minerals during the history - Dana’s system, Strunz’s system, Lima di Faria, Mineral identification: databases and new minerals → IMA-CNMNC - 11 essential minerals.

+ Optical mineralogy (8 hours):

the nature of light - index of refraction - Snell's law - dispersion – light absorption - lenses and polarized light microscopy - relief - Becke’s line - birefringence (symmetry) – optical indicatrices - observation in polarized light with crossed polarizers - retardation - extinction - Fresnel formula - chromatic polarization and interference colors - conoscopic observation and interference figures: uniaxial and biaxial materials.

+ Morphological crystallography (9 hours):

Steno's law, Haüy’s law, Miller indices. Combinations of symmetry elements. Classes of symmetry and crystalline forms. Lattices, two-dimensional space groups, three dimensional lattices (Bravais lattices). Structural crystallography. Screw axis and glide planes - three-dimensional space groups.

+ Diffraction (6 hours):

Diffraction - X-ray sources – reciprocal lattice – Brief story of diffraction - Bragg’s equation – Ewald’s sphere - powder diffraction

+ Crystal chemistry (11 hours):

chemical bond and physical properties – ionic radii – close packing - polyhedron of coordination - Pauling's rules - structural types - crystal chemistry of silicates, isomorphism, polymorphism - polytypism - pseudomorphism - polysomatism.

+ Real crystal (2 hours):

point defects - linear defects - planar defects - three-dimensional defects – twining.

+ Mineral chemistry (2 hours):

Normalization of chemical analysis of mineral and crystal chemical formulas.

+ Mineral Genesis (2 hours):

Chemical and mineralogical composition of the Earth crust. Growth environments of minerals

+ Review and simulation tests (2 hours)

Lab (32 hours):

(4 hours) Physical properties of minerals: crystal form, aggregates, colour, lustre, hardness, toughness, cleavage, fracture, density.

(6 hours) Optical crystallography. Description of the petrographic microscope. Observation in polarized light with and without analyzer. Birefringence . Chromatic polarization. Exercises. Conoscopical  observations.

(12 hours) and solids crystallographic Symmetry : lattices and Miller indices ( calculation exercises of Miller indices ) . Groups dimensional ( exercises ) . Systems and point groups ( exercises recognition with solids )

(2 hours) Minerals identification by diffraction (exercises)

(8 hours) Systematic Mineralogy. Classifications of minerals. Description of the most significant mineral species.

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Modalità di insegnamento

L'insegnamentosi svolgerà, complessivamente, nel corso di 48 ore di lezioni frontali e 32 ore di laboratorio, suddivise in sessioni di 2 e/o 4 ore. La frequentazione è facoltativa. Le lezioni frontali prevedono materiale didattico (slides) precaricate dal docente. Nelle sedute di laboratorio si faranno esercitazioni per risolvere problemi (verranno forniti problemi da fare in aula ed altri da risolvere in casa) e si procederà al riconoscimento di elementi di simmetria in solidi cristallografici e il riconoscimento di una selezione di minerali con scopo sistematico di base. Oltre ai minerali, saranno forniti strumenti per il riconoscimento delle proprietà fisiche dei minerali. Sempre in laboratorio, verrà illustrato l'uso dei microscopi petrografici forniti in aula; l'insegnamento del uso del microscopio è coadiuvato con l'uso del microscopio della postazione del docente, che manda immagini al videoproiettore.

Teaching will be done in 48 hours of lectures and 36 laboratory sessions of two hours each. Classes attendance is optional. For lectures, teaching material (slides) preloaded by the teacher, will be used. In the sessions of laboratory, exercises will be made to solve problems (problems will be provided to do in the classroom and others to solve at home), to recognize symmetry elements in crystallographic solids and to recognize a selection of minerals with aim of basic systematics. In addition to minerals for the teaching collection available in the lab, tools for the recognition of the physical properties of minerals will be provided. Always in the lab, the use of petrographic microscopes, provided in the classroom, will be learnt; teaching is aided through the use of the microscope at the workstation of the teacher, which sends images to the projector. 

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame prevede una verifica di conoscenza dei concetti presentati nell'insegnamento.

E' previsto un esame scritto ed un esame orale.

L'esame scritto prevede un certo numero di quesiti (solitamente quattro), riguardanti sia esercizi eseguiti durante la parte di 'Laboratorio', sia domande inerenti i contenuti del programma. Il superamento dello scritto (ottenuto rispondendo correttamente ad almeno metà dei quesiti posti) ammette di fatto lo studente alla prova orale, che è obbligatoria. 

L'esame orale verte sull'intero programma svolto, sia nella parte cd. di 'Lezioni Frontali', sia in quella di 'Laboratorio'. Il superamento della prova orale prevede l'assegnazione di un voto, espresso in trentesimi.

MESSAGGIO PER GLI STUDENTI ISCRITTI PRECEDENTEMENTE ALL'ANNO ACCADEMICO 2016/2017:

Si informano gli studenti che, relativamente all'insegnamento di 'Mineralogia con Laboratorio', la possibilità di optare per il sostenimento dell'esame con la cd. 'vecchia modalità' (compito scritto basato su 10 quesiti, con possibilità di registrare direttamente il voto dello scritto ed orale facoltativo) - riservata ai soli studenti che abbiano seguito il corso negli Anni Accademici antecedenti il 2016/2017 - verrà concessa fino al mese di Settembre 2017.

 
Oltre quella data, le procedure d'esame verranno uniformate - per tutti - in conformità con la cd. 'nuova modalità' (scritto di 4 quesiti + orale obbligatorio, in caso di superamento dello scritto)."""

The examination is a test of knowledge of concepts taught during classes.

There will be both a written and an oral examination.

The written examination will be based on several questions (usually four), concerning some exercises done during the 'Laboratory' course as well as topics explained during lectures. The written examination will be considered 'passed' if the student correctly answers to at least half of the questions, and this will admit him to the oral examination.

The oral examination will deal with the whole program discussed during 'Lectures' and/or 'Laboratory'. If passed, the student will be acknowledged a mark, expressed in thirtieths.

MESSAGE FOR STUDENTS ENROLLED BEFORE THE ACADEMIC YEAR 2016/2017

We inform all students that, for what concerns the 'Mineralogy with Laboratory' class, the option to take the exam with the so-called 'old procedure' (written examination based on 10 questions, with the chance to directly record the mark of the written test and optional oral examination) - destined to those students who attended classes before the Academic Year 2016/2017 - will be granted only until the month of September 2017.

 

Beyond that date, the examination procedure will be uniformed - for everyone - according to the so-called 'new procedure' (written examination based on 4 questions + compulsory oral examination, in case the the written one has been passed).

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Testi consigliati e bibliografia

Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sul sito internet
I testi base consigliati per il corso sono:
Klein (2004) Mineralogia, Zanichelli, pp 632,
Rigault (2005) Introduzione alla Cristallografia, Levrotto e Bella, pp215
E’ fortemente consigliato l’utilizzo del seguente materiale per approfondimenti e integrazioni:
M.D. Dyar & M.E. Gunter. Mineralogy and Optical Mineralogy.
Mineralogical Society of America, Chantilly, VA (materiale DVD-ROM)

The course material presented in class is available on the course website
The recommended basic texts for the course are:
Klein (2004) Mineralogy, Freeman, pp. 632,
Rigault (2005) Introduzione alla Cristallografia, Levrotto e Bella, pp215
It strongly advised to use the following material for further information and integration:
M.D. Dyar & M.E. Gunter. Mineralogy and Optical Mineralogy.
Mineralogical Society of America, Chantilly, VA (material DVD-ROM)

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    Ultimo aggiornamento: 27/05/2019 15:16
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