Il sistema esagonale: berillo, apatite, grafite e cristalli a sei facce

← Torna a: Mineralogia per principianti

Il sistema esagonale ha un unico asse c e due assi uguali a 120° nel piano di base. Berillo (smeraldo, acquamarina), apatite e grafite vi appartengono; il quarzo è trigonale.

Da ricordare

Assia = b ≠ c (due assi uguali in un piano, un asse c perpendicolare)
Angoliα = β = 90°, γ = 120°
Simmetria caratteristicaUn asse di rotazione d'ordine 6
Classi di simmetria7 su 32
Reticolo di Bravais1 (primitivo)
Minerali tipiciBerillo, apatite, grafite, molibdenite, vanadinite, piromorfite, sugilite, ghiaccio
Trappola frequenteIl quarzo è trigonale e non esagonale

Sei lati, sei facce, un asse d'ordine 6

Nel sistema esagonale, la cella ha due assi uguali, a e b, che formano tra loro un angolo di 120°, e un terzo asse, c, perpendicolare al loro piano e di lunghezza diversa. Il suo marchio di fabbrica è un asse di simmetria d'ordine 6: un giro di un sesto di cerchio attorno a c lascia il cristallo invariato. Da qui la silhouette di prisma a sei facce associata al berillo, e le lamelle a sei lati della grafite.

Il ghiaccio è un buon esempio quotidiano: è un minerale in senso stretto, e i fiocchi di neve a sei punte riflettono il suo reticolo esagonale. Johannes Kepler si era già interrogato su questa simmetria nel 1611, in un piccolo trattato sul fiocco di neve a sei angoli.

Assi e angoli

GrandezzaValoreOsservazione
Lunghezzea = b ≠ cL'asse c è unico
Angoliα = β = 90°, γ = 120°a e b sono a 120° nel piano di base
SimmetriaAsse d'ordine 6Almeno un asse senario
Classi7Tra cui la classe più ricca, 6/mmm
Reticolo1 (P)Un solo reticolo di Bravais

Per descrivere le facce, i cristallografi aggiungono talvolta un terzo asse nel piano di base (gli indici di Miller-Bravais, indicati hkil, con h + k + i = 0). Questa notazione a quattro cifre ricorda la simmetria a sei.

Esagonale o trigonale? Una questione di convenzione

È il punto che più confonde i principianti. Il quarzo, le tormaline, la calcite, il corindone (rubino, zaffiro) hanno cristalli che ricordano prismi a sei facce, eppure appartengono al sistema trigonale, perché la loro simmetria obbligatoria è un asse d'ordine 3, non 6. Vedere il sistema trigonale.

I testi divergono nel modo di presentare la questione. La cristallografia moderna distingue sette sistemi, tra cui l'esagonale e il trigonale. Ma i due condividono la stessa forma di cella, e vengono raggruppati in un'unica famiglia esagonale; vecchi manuali e alcuni siti parlano quindi di soli sei sistemi. Questa pagina segue la presentazione a sette sistemi, la più diffusa. Un caso curioso: il quarzo alfa, quello delle nostre pietre, è trigonale, ma al di sopra di circa 573 °C, a pressione ordinaria, si trasforma in quarzo beta, che è esagonale.

Minerali esagonali: riferimenti

MineraleFormula semplificataDurezza di MohsDensitàAbito
Berillo (smeraldo, acquamarina, morganite, eliodoro)Be3Al2Si6O18da 7,5 a 8da 2,6 a 2,9Prismi allungati a sei facce
ApatiteCa5(PO4)3(F,Cl,OH)5da 3,1 a 3,2Prismi esagonali corti
GrafiteCda 1 a 2da 2,1 a 2,2Lamelle esagonali
MolibdeniteMoS2da 1 a 1,5circa 4,7Scagliette esagonali
VanadinitePb5(VO4)3Clda 2,5 a 3da 6,8 a 7,1Prismi rosso-arancio, contiene piombo
PiromorfitePb5(PO4)3Clda 3,5 a 4circa 7Prismi verdi o gialli, contiene piombo
Sugilitesilicato di potassio, sodio, ferro, manganese e litioda 5,5 a 6,5da 2,7 a 2,8Massiva, viola

La durezza 5 dell'apatite è proprio il quinto riferimento della scala di Mohs. Il berillo, più duro, è piuttosto fragile: uno smeraldo pieno di fratture (il « giardino ») può spezzarsi all'urto nonostante una durezza da 7,5 a 8. Vedere le nostre pagine berillo, smeraldo, acquamarina e apatite.

Grafite e diamante: lo stesso carbonio, due architetture

La grafite e il diamante sono entrambi fatti di carbonio puro, ma la loro struttura cambia tutto. Nella grafite (esagonale), gli atomi formano lamelle piatte a maglie esagonali, dove i legami sono corti (circa 1,42 Å); queste lamelle sono impilate a circa 3,35 Å l'una dall'altra e scivolano facilmente: da qui la durezza da 1 a 2, la traccia grigia sulla carta e l'uso nelle mine delle matite. Nel diamante (cubico), ogni atomo è legato a quattro vicini in un tetraedro, da qui la durezza 10. Due minerali di uguale composizione ma di strutture diverse sono detti polimorfi.

Osservare l'esagono a casa

Alcune idee senza pericoli: osservi con una lente un piccolo cristallo di quarzo o di tormalina e conti le facce laterali (sei, ma di due tipi, il che rivela il sistema trigonale); osservi la sezione di un prisma di berillo o di acquamarina; guardi un fiocco di neve su un tessuto scuro; oppure strofini una matita su un foglio di carta e guardi con una lente la polvere di grafite, fatta di minuscole scaglie. Si astenga invece da qualsiasi prova alla fiamma o con acidi su una pietra che desidera conservare: il calore può incrinarla.

Domande frequenti

Quali minerali sono esagonali?

Il berillo (smeraldo, acquamarina, morganite), l'apatite, la grafite, la molibdenite, la vanadinite, la piromorfite, la sugilite e il ghiaccio.

Il quarzo è esagonale?

No, a temperatura ordinaria è trigonale. I suoi cristalli somigliano a prismi a sei facce, ma la sua simmetria obbligatoria è un asse d'ordine 3. Diventa esagonale solo al di sopra di circa 573 °C.

Perché alcuni libri contano sei sistemi cristallini e altri sette?

Perché il trigonale e l'esagonale hanno la stessa forma di cella. Raggrupparli dà sei famiglie; separarli, in base alla loro simmetria propria, dà sette sistemi.

Lo smeraldo è fragile?

È duro (da 7,5 a 8) ma spesso fratturato a causa delle sue inclusioni, quindi sensibile agli urti. Non lo colpisca e non lo pulisca con gli ultrasuoni.

Qual è la differenza tra grafite e diamante?

Lo stesso atomo di carbonio, ma strutture diverse: lamelle esagonali che scivolano nella grafite, reticolo tridimensionale rigido nel diamante.

Da leggere anche

I significati citati appartengono alla tradizione e al simbolismo. Non sono né promesse di risultati né consigli medici. Torna a Mineralogia per principianti.

Illustrazione originale Oracle & Opale