La sabbia è un materiale generalmente eterogeneo e di granulometria.
Per una classificazione adegauata delle dimensioni si suggerisce questa precedente risposta di Angela PAscarella : http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=9829
La sabbia è definita come il prodotto fine di disgregazione delle rocce e come tale può contenere anche materiale organico presente nelle rocce stesse o prodotto dall’azione abrasiva o durante il trasporto e la sedimentazione. Le argille invece vengono definite tali quando non contengono materiale organico.
L’analisi della sabbia può effettuarsi con metodi fisici e con metodi chimici. I metodi fisici sono più semplici anche se un po’ laboriosi e richiedono minime attrezzature di laboratorio, mentre i metodi chimici richiedono un laboratorio meglio attrezzato ed attrezzatura chimica.
ANALISI DELLA SABBIA
- Classificazione e parametri fisici
L’analisi dei parametri fisici è la più semplice da fare e consente di farsi una idea della possibile composizione e del materiale che si sta analizzando.
1) Granulometria: per determinare la granulometria della sabbia occorre disporre di un quantitativo sostanzioso di sabbia (circa 100 grammi) altrimenti gli errori sono notevoli. Con quantità inferiori si può comunque procedere a titolo di esempio. Occorrono alcuni setacci a maglia dalla più larga alla più fine; il numero è arbitrario a seconda della precisione e delle informazioni che si vuole ottenere. Si procede come segue:
a) pesare il campione di sabbia (es: circa 100 grammi)
b) pesare tutti i setacci, il fondo ed il coperchio dei setacci uno ad uno (tara)
c) disporre i setacci uno sopra all’altro nell’ordine dal basso in alto: fondo di raccolta, setaccio più fine, setcacio intermedio, setaccio largo, coperchio
d) disporre il campione nel piatto a maglia larga superiore
e) chiudere la pila di setacci con un il coperchio
f) iniziare ad agitare il setaccio con movimenti laterali destra/sinistra per circa 5 minuti
g) pesare ciascun setaccio contenente la frazione di sabbia (lordo)
h) volendo essere scrupolosi ripetere i punti da d) – f) senza svuotare i setacci, in modo da essere sicuri che tutta la sabbia è stata classificata
i) sottrarre al peso dei setacci con sabbia (lordo) il peso della relativa tara
i) il peso rimasto è il peso della frazione di determinata granulometria
l) esprimere la dispersione granulometrica come % in peso rispetto alle dimensioni delle maglie del setaccio.
2) Umidità: si procede come segue
a) prendere circa 1 grammo di sabbia e pesarli con la massima accuratezza possibile (almeno alla 2a cifra decimale = centesimo di grammo, in altrenativa occorre aumentare la quantità di sabbia di 10 volte ogni decimale in meno di precisione possibile) e metterlo su di un piattino di vetro (lente da orologio) largo, pesato, secco
b) mettere il campione in una stufa alla temperatura di 105 °C -110°C per circa 3 ore
c) fare raffreddare il campione in un vaso ermeticamente chiuso che contenga un po’ di cloruro di calcio
d) pesare rapidamente il campione secco e freddo
e) rimettere in stufa per 1 ora e ripetere le operazioni c) – e) fino a raggiungimento di peso costante
3) Parte organica, solubile in acqua, insolubile, torbidità: occorre verificare che la sabbia contenga parti organiche leggere (densità inferiore a 1,0 g/ml) e solubili. Nella procedura seguente vengono sottolienati i punti che forniscono i risultati.
a) prendere un campione pesato di sabbia
b) prendere un bicchiere di vetro
c) versare nel bicchiere una quantità nota di acqua (ml o peso) distillata di cui sia nota la densità e la temperatura
d) versare il campione di sabbia
e) mescolare la sabbia e l’acqua più volte con una bacchetta di vetro od un cucchiaio metallico.
f) separare eventuale residuo galleggiante, tenendolo da parte, seccare il residuo leggero galleggiante, seccarlo in stufa e pesarlo.
g) separare l’acqua dalla sabbia tramite un filtro di carta pesato, ripetere le operazioni c) – g) per altre 2 volte, sulla stessa sabbia di a) che verra quindi filtrata per 3 volte.
Parte liquida
h) pesare il liquido filtrato e misurarne nuovamente la densità
i) fare il confronto tra la densità dell’acqua al punto c) ed al punto h). RISULTATO: in caso la densità dell’acqua si adifferente dal valore di c) significa che vi si sono discolte quantità sensibili di sali. Va notato che però si avrà una differenza sostanziale sono in caso di molto sale disciolto dell’ardine di qualche % in peso rispetto alla sabbia (5%-10%).
l) Misurare anche la temperatura poichè alcuni sali disciolgiendosi hanno la proprietà di aumentare la temperatura o di abbassarla., confrontandola con la temperatura della sabbia a) e con quella al punto c) dell’acqua.
m) se possibile confrontare anche la colorazione dell’acqua tra c) ed g). RISULTATO: la colorazione indica che sostanze coloranti organiche ed inorganiche sono passate in soluzione.
n) se il liquido apparirà torbido anzichè limpido significa che una parte della sabbia fine e particelle finissime (organiche, inorganiche) inferiori al diametro dei pori della carta da filtro, sono passate in sospensione.
o) Per quantificare il residuo fine insolubile occorre rifiltrare una quantità nota e pesata (volume e peso) del liquido già filtrato una prima volta, rifiltrarla su un filtro pesato a porosità inferiore (pori più stretti), seccare il filtro e pesarlo. Successivamente il liquido filtrato si misura in volume e si fa evaporare completamente in un bicchiere pesato. Si misura la differenza di peso del bicchiere prima (tara) e dopo evaporazione completa dell’acqua filtrata. La differenza in peso corrisponde per la maggioranza ai sali disciolti passati in soluzione dal secondo filtro; in minima parte potrebbero esserci anche particelle fini insolubili passate dalla seconda filtrazione.
Parte solida
p) il solido rimasto sul filtro al punto g) precedente, viene pesato per quantificare l’acqua presente rispetto al peso del campione tal quale al punto a)
q) occorre adesso seccarlo in stufa spandendolo su di un sopporto di vetro (vetro da orologio) largo quanto basta e lasciandolo in una stufa a 105 -110°C per circa 3 ore [come per l’analisi precedente al punto 2):a)-e)].
r) pesare il campione finale e sotrarre il peso del filtro. Nei calcoli tenere conto del valore della umidità inizale (analisi 2). RISULTATO: il peso rimanente è quello della sabbia secca depurata da particelle solide leggere organiche non solubili e da molecole e sali roganici ed inorganici solubili.
4) Colore della sabbia
Il colore della sabbia può fornire alcune indicazioni di massima:
Colore scuro, nero, bruno: può indicare contenuti in ossidi ferrosi o di metalli dello stato di transizione, oppure sabbia di origine basaltica
Colore chiaro, bianco, crema, giallino: può indicare sabbie di silicati, quarzi, allumina sporca, carbonati
Colore vetroso , traslucido, semitrasparente: può indicare sabbia di quarzie ed allumina ad elevata purezza
Colore giallo, marrone: può indicare argille miste.
Interessante è il colore della sabbia strofinata su una superficie di grez non verniciato. Questo saggio è uno dei principali saggi sul campo in geologia. Il colore della polvere su grez può essere anche molto differente da quello della sabbia tal quale.
5) Composti organici decomponibili
Scaldando la sabbia tra i 500° ai 600°C in genere si dissolvono, sublimano e decompongono composti organici e materiali decomponibili ad eccezione degli ossidi metallici, non metallici (silicati ed alluminati). E’ possibile che si abbiano alcune trasformazioni chimiche come la decomposizione dei carbonati ad ossido di calcio e magnesio e bario. In questo caso la sabbia potrebbe avere anche cambiamenti di colorazione.
6) Densità polvere
Si può deternminare la densità della sabbia con un metodo un po’ appossimativo, ma semplice:
a) si pesa un campione di sabbia
b) si secca in stufa [analisi 2)] e si ripesa (Ms)
c) si prepara un cilindro graduato con scala millimetrica riempito per metà con acqua distillata di cui sia nota la temperatura e si legge il volume dell’acqua (Va)
d) si versa la sabbia pesata nel cilindro e si legge il nuovo valore del volume di acqua + sabbia (Vtot)
e) si sottrae al volume totale il volume dell’acqua e si ottiene il volume della sabbia Vs
f) densità sabbia Ds = Ms/Vs
g) se la sabbia è omogenea è possibile confrontare questo valore di Ds con quelli delle tabelle dei minerali e cercare di trovare un valore che ne indichi la composizione e l’appartenenza.
- Coposizione ed analisi chimiche
7) Acidità della polvere
a) trattare la sabbia con acido cloridrico: in caso di effervescenza è possibile che ci siano carbonati nella sabbia
b) trattare la sabbia con soluzione basica di soda ed osservare se ci sono sviluppi effervescenti o cambiamenti
c) con una cartina tornasole umida di acqua toccare la sabbia umida e vedere se ha carattere acido o basico dalla colorazione al tornasole.
Se la sabbia è di tipo quarzifero (silicati) od alluminati non presenterà alcuno sviluppo di gas, mentre se è di tipo carbonatico svilupperà gas di CO2 per decomposizione dei carbonati. Questo svilupppo di gas si osserva anche trattando con un po’ di acdio sabbia di terra (argille) che sono miscele di silicati, alluminati, carbonati ed ossidi di ferro in tracce, mistri a matrici organiche di decomposizione di vegetali ed animali.
8) Composizione chimica
Purtroppo la determinazione della coposizione chimica qualitativa e quantitativa è complessa e richiede attrezzature in un laboratorio completo di reagenti per analisi quantitativa (Marcia dei catione e Marcia degli anioni). La sabbia, se per tale intendiamo sabbia quarzifera del tipo da costruzione, è in genere composta da silicati ed alluminati insolubili negli acidi e pertanto per potre effettuare una analisi occorre disporre di acidi fortissimi (acqua regia) e fusione alcalina con carbonato di potassio a 1500 -2000°C in soffieria.
Per alcune sabbie è necessario poi ricorrerea metodi difrattometrici ai raggi X per determinare la struttura cristallina (parametri di cella) ed identificare direttamente la sabbia pura.
Alcune analisi semplici che si possono fare disponendo di poca strumentazione (un buntsen, filo di platino, acido cloridrico concentrato) è l’analis alla fiamma e la perla di borace di cui ci siamo occupati in precedenti risposte su vialattea:
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7437
Queste due analisi permettono di indentificare qualitativamente alcuni ioni presenti nelle sabbie e nei terrenti ed in generale in tutti i composti chimici, tramite la differente e caratteristica colorazione che viene sprigionata dalla fiamma di metano quando un cristallino di polvere viene riscaldato alla fiamma tramite un filo di platino.
Per i dettagli è meglio fare riferimento alle due risposte precedenti.