Course Syllabus
Obiettivi
Il corso intende fornire agli studenti una panoramica dei più comuni minerali che formano le rocce, come sono fatti, dove si trovano, come si formano e come si riconoscono. Laddove la semplice ispezione visiva non è sufficiente, il ricorso a tecniche investigative strumentali è d'obbligo, e lo studente viene introdotto alle più comuni metodologie analitiche usate in campo mineralogico. Vengono pertanto presentate allo studente la microscopia ottica, la microscopia elettronica, la diffrazione di raggi X su polvere, l'analisi per fluorescenza di raggi X, ed introdotte altre tecniche più sofisticate e/o di uso meno routinario, come la spettrometria di massa e la spettroscopia infrarossa.
Contenuti sintetici
Il corso inizia con l'introdurre cos'è un minerale, su come si è evoluta la mineralogia nel tempo, su cos'è una struttura cristallina, la simmetria che la contraddistingue, le morfologie e le proprietà che ne derivano, i difetti strutturali che si possono formare. Parallelamente si prendono in rassegna le diverse metodologie investigative necessarie per riconoscere e studiare un minerale, ed infine si affronta la sistematica dei minerali in una maniera funzionale ad affrontare gli esami che seguono nel percorso universitario.
Programma esteso
- Introduzione: cos'è un minerale, cosa fa la mineralogia, come si è evoluta; 2) Cristallografia geometrica: simmetria, reticoli di Bravais, gruppi puntuali, forme cristalline, Indici di Miller; 3) Cristallochimica: legame chimico, elettronegatività, stato di ossidazione, numero di coordinazione; 4) Strutture cristalline: metalli, solidi ionici e covalenti, solidi molecolari, polimorfismo, soluzioni solide; 5) Crescita cristallina: nucleazione omogenea ed eterogenea, difetti puntuali, dislocazioni, geminati; 6) Proprietà fisiche: proprietà che dipendono dalla coesione, colore, proprietà elettriche e magnetiche; 7) Ottica mineralogica: il microscopio petrografico, rifrazione e birifrazione, indicatrice ottica, osservazioni in luce parallela e convergente; 8) Diffrazione di raggi X: equazione di Bragg, identificazione dei minerali, studio quantitativo di un diffrattogramma; 9) Metodologie analitiche: fluorescenza di raggi X, spettrometria di massa, spettroscopia infrarossa; 10) Minerali delle rocce ignee: gruppo della silice, feldspati, pirosseni; 11) Minerali delle rocce metamorfiche: granati, anfiboli, miche; 12) Minerali delle rocce sedimentarie: carbonati, minerali delle argille, solfati ed alogenuri.
Prerequisiti
Non è prevista nessuna propedeuticità specifica per sostenere l'esame di Mineralogia, sebbene sia raccomandabile aver seguito e possibilmente superato gli esami di Principi di geologia, Matematica, Fisica e Chimica prima di affrontare lo studio della Mineralogia.
Modalità didattica
Il corso è erogato in lingua italiana in modalità "blended learning", cioè con alcune lezioni erogate on-line. In particolare, l'insegnamento prevede:
- 16 lezioni da 2 ore svolte in modalità erogativa in presenza;
- 6 lezioni da 2 ore di laboratorio svolte in modalità interattiva in presenza;
- 6 lezioni da 2 ore di esercitazioni svolte in modalità interattiva in presenza;
- 12 lezioni da due ore di esercitazione in modalità interattiva on-line.
In particolare, saranno erogate on-line le esercitazioni di cristallografia geometrica, sull'analisi dei diffrattogrammi di polvere e sul ricalcolo delle formule chimiche di minerali ed è previsto l'aiuto di un tutor e di un forum di discussione. Inoltre, sono previsti dei test di verifica dell'apprendimento alla fine di ogni lezione, sottoforma di domande vero/falso, domande a risposta multipla, e domande aperte. Le lezioni di laboratorio di ottica mineralogica, dove è previsto l'uso del microscopio ottico polarizzatore, saranno erogate in presenza, ma a turnazione, secondo due o più gruppi in funzione della popolosità degli studenti.
Materiale didattico
Oltre alle dispense del docente - tratte dai libri sotto riportati e dall'esperienza personale del docente - libri a scelta consigliati per approfondire gli argomenti trattati sono: William D. Nesse: "Introduction to Mineralogy", Oxford University Press; Cornelis Klein & Barbara Dutrow: "Mineral Science", John Wiley & Sons, Inc. (di cui esiste anche una traduzione in Italiano); Hans-Rudolf Wenk & Andrei Bulakh: "Minerals, their constitution and origin", Cambridge University Press.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre del secondo anno, dall'inizio di ottobre all'inizio delle vacanze natalizie, generalmente con una settimana di pausa a novembre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame consiste di un compito scritto a fine corso sulle materie più pratiche e di laboratorio, che è necessario superare per poter sostenere l'esame orale, generalmente programmato da 10 a 14 giorni dopo, e che è prevalentemente incentrato sulla sistematica e sulla parte di programma non centrale per lo scritto. Lo scritto ha validità fino all'inizio dell'A.A. successivo (fino alla fine del settembre dell'anno in cui è stato sostenuto, in cui generalmente è messo un appello). Lo scritto praticamente si compone di:
- 1 esercizio sul ricalcolo di formule chimiche;
- 1 esercizio sull'analisi di un diffrattogramma di polveri;
- 1 esercizio di cristallografia geometrica;
- 1 esercizio con domande a risposta multipla sulle tecniche analitiche;
- 1 esercizio a risposta multipla sull'ottica mineralogica.
Ciuscuno esercizio contribuisce fino a 6 punti (un compito perfettamente svolto vale 30/30). L'orale verte sulla sistematica, la cristallochimica, le strutture cristalline, la crescita cristallina. Il voto finale è la media tra il compito scritto e l'esame orale.
Orario di ricevimento
Previo appuntamento, tutti i giorni lavorativi della settimana negli orari di ufficio, compatibilmente con gli impegni del docente fuori sede, degli impegni istituzionali in sede, e ad eccezione dei periodi di vacanza estiva, natalizia e pasquale.
Aims
The course aims to provide students with an overview of the most common rock-forming minerals, their constitution and origin, and how they are recognized. Students are introduced to the most common analytical methodologies used in mineralogy, such as optical microscopy, electron microscopy, X-ray powder diffraction, X-ray fluorescence analysis, mass spectrometry, and infrared spectroscopy.
Contents
The course starts with the definition of mineral, the role of mineralogy nowadays and how mineralogy has evolved over time. The central part of the course is devoted to crystal structures, crystal defects, and crystal symmetry and the morphologies and properties that derive from the latter. In parallel, the most common methodologies used in the identification and study of minerals are examined and, finally, the classification of minerals is presented, grouped in igneous, metamorphic and sedimentary minerals.
Detailed program
- Introduction: what is a mineral, what is mineralogy and how it has evolved over time; 2) Morphological crystallography: symmetry, Bravais lattices, crystal forms, Miller indices; 3) Crystal-chemistry: chemical bonding, electronegativity, oxidation state, coordination number; 4) Crystal structures: metals, ionic and covalent solids, molecular solids, polymorphism, solid solutions; 5) Crystal growth: homogeneous and heterogeneous nucleation, point defects, dislocations, twins; 6) Physical properties: density, hardness, cleavage, color, piezoelectricity, magnetic properties; 7) Optical Mineralogy: the petrographic microscope, refraction index and birefringence, optical indicatrix, parallel light and convergent light microscopy; 8) X-ray powder diffraction: Bragg equation, identification of minerals, quantitative study of a diffractogram; 9) Analytical methods: X-ray fluorescence, mass spectrometry, infrared spectroscopy; 10) Igneous minerals: silica group, feldspars, pyroxenes; 11) Metamorphic minerals: garnets, amphiboles, mica group minerals; 12) Sedimentary minerals: carbonates, clay minerals, sulphates and halides.
Prerequisites
It is recommended to attend the courses of Introduction to Geology, Mathematics, Physics and Chemistry before tackling the study of Mineralogy.
Teaching form
The course is delivered in Italian language in "blended learning" mode, i.e. with some lessons delivered online. In particular, the teaching includes:
- 16 2-hour lectures, in person, delivered didactics;
- 6 2-hour laboratory activity, in person, interactive teaching;
- 6 2-hour practical classes, in person, interactive teaching;
- 12 2-hour practical classes, online, interactive teaching.
In particular, exercises on geometric crystallography, analysis of powder diffractograms and on recalculation of chemical formulas of minerals will be provided online, with the help of a tutor and a discussion forum. Furthermore, tests to verify learning, in the form of true/false questions, multiple choice questions, and open questions, will be provided at the end of each lecture. The optical mineralogy labs, where the use of the polarizing optical microscope is envisaged, will be delivered in person, but in shifts, in two or more groups, depending on the number of students.
Textbook and teaching resource
Lectures notes derived from the most popular Mineralogy books (listed below) and from the teacher personal experience are provided. Further readings: William D. Nesse: "Introduction to Mineralogy", Oxford University Press; Cornelis Klein & Barbara Dutrow: "Mineral Science", John Wiley & Sons, Inc. (available also in Italian); Hans-Rudolf Wenk & Andrei Bulakh: "Minerals, their constitution and origin", Cambridge University Press.
Semester
First semester of the second year, from the beginning of October to the beginning of Christmas holiday, usually with a week of break in November.
Assessment method
The exam is written and oral, both at the end of the course and separated by 10 to 14 days. The written part focuses on practical matter and laboratory subjects and gives access to the oral part, which mainly focuses on mineral systematics and the rest of the program. Basically, the written parts consists of 5 blocks:
- 1 exercise on recalculation of chemical formulas;
- 1 exercise on analysis of a powder diffractogram;
- 1 excercise on geometric crystallography;
- 1 exercise with multiple choice questions on analytical techniques;
- 1 exercise with multiple choice questions on optical mineralogy.
Each excercise contributes up to 6 points (a perfectly done written exam counts 30/30 points). The oral part consists of (five-ten) questions spanning through the mineral systematics, crystal-structures and crystal-chemistry, mineral nucleation and growth, and mineral defects. The final mark is the average of the written and oral evaluation.
Office hours
All working days, by appointment, consistently with the off-site teacher's commitments, institutional commitments, and with the exception of summer, Christmas and Easter holidays.
Staff
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Giancarlo Capitani
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Valerio Cerantola
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Niccolò Magnani