Geologicas Mineralogia

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Curso de Extensão em Ciências Geológicas
Prof. Luiz Carlos Godoy
Departamento de Geociências - UEPG
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MINERALOGIA
Ciência que estuda os minerais e todos os aspectos relacionados aos mesmos: propriedades físicas, químicas e morfológicas, aplicações, modo de ocorrência, etc.
Mineral: sólido homogêneo (elemento ou composto químico), de composição química definida (geralmente não fixa), de ocorrência natural na crosta terrestre, proveniente de processos inorgânicos e que apresenta estrutura atômica ordenada, ou seja, átomos e íons arranjados de forma regular (Klein & Hurlbut, 1999). 
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Sólido: excluem-se as substâncias gasosas ou líquidas. Assim, o gelo das calotas polares é um mineral, mas a água não.
Homogêneo: que não pode ser fisicamente dividido em componentes químicos mais simples.
Natural: exclui as substâncias produzidas em laboratório ou por uma ação consciente do homem.
Composição química definida: um mineral pode ser expresso por uma fórmula química, como o quartzo (SiO2), a calcita (CaCO3), etc. Em muitos casos, a composição química dos minerais pode variar dentro de certos limites, sem que seja necessário alterar o nome do mineral (a esfalerita ZnS admite a substituição de Zn por quantidades variáveis de Fe).
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Arranjo atômico ordenado: estrutura interna, onde os átomos ou íons estão dispostos em um padrão geométrico regular. Sólidos que possuem tal arranjo interno são chamados de cristalinos, e os que não o possuem são chamados de amorfos, constituindo o grupo dos mineralóides.
Origem inorgânica: a maioria dos minerais é de origem inorgânica. Porem, algumas substâncias, mesmo atendendo a todos os requisitos anteriores, são geradas naturalmente por organismos ou com a ajuda de organismos. Estes minerais são chamados de biogênicos.
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Propriedades físicas dos minerais 
Dureza: resistência que a superfície lisa do mineral oferece ao risco. Depende da estrutura do cristal: quanto mais intensas as forças de união entre os átomos, mais duro será o mineral.
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Densidade Relativa
Número que exprime a relação entre seu peso e o de um volume igual de água destilada a 4°C.
Depende de dois fatores: (1) espécie de átomos de que é composto; (2) maneira como os átomos estão arranjados entre si. Nos compostos isoestruturais em que o arranjo é constante, os átomos com pesos atômicos mais altos formarão minerais de densidade relativa mais elevada. 
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Procedimentos para a determinação da densidade relativa
Pesa-se primeiramente o mineral no ar (Par).
O mineral é imerso em água e pesado de novo. Nestas condições, ele pesa menos, pois qualquer objeto imerso em água é impelido para cima por uma força equivalente ao peso da água deslocada. Representemos por Págua o peso do mineral na água. 
A expressão (Par – Págua) é igual à perda de peso causada pela imersão na água, ou seja, peso do volume de água deslocado (correspondente ao volume ocupado pelo mineral).
A densidade relativa será calculada, então, pela expressão:
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Clivagem e Fratura 
Diz-se que um mineral possui clivagem quando, aplicando-se uma força adequada, ele se rompe de modo a produzir superfícies planas definidas.
A clivagem pode ser:
Excelente (ou proeminente) - quando o mineral apresenta planos muito evidentes e quase perfeitos como nas micas;
Perfeita - quando os planos de clivagem apresentam certa aspereza e um grau de escalonamento bastante nítido, como na calcita e nos feldspatos;
Distinta - quando os planos de clivagem apresentam pequeno grau de escalonamento e as superfícies mostram-se ásperas, como na aragonita;
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A clivagem depende da estrutura do cristal e ocorre somente paralelamente aos planos de átomos.
Se uma família de planos de átomos paralelos tem entre si uma força de ligação fraca, é provável que a clivagem ocorra ao longo destes planos.
Esta menor resistência pode ser devida ainda a um maior espaçamento reticular no cristal.
a clivagem será sempre paralela às faces, ou às possíveis faces do cristal, pois tanto as faces como a clivagem, refletem a mesma estrutura cristalina.
Nem todos os minerais apresentam clivagem.
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Fratura de um mineral é a maneira pela qual ele se rompe quando tal rompimento não se produz ao longo de superfícies de clivagem. Minerais que não apresentam clivagem apresentam fratura, como o quartzo.
São utilizados os seguintes termos para designar as diferentes espécies de fratura:
Conchoidal - quando a fratura tem superfícies lisas, curvas, semelhantes à superfície interna de uma concha. Esta é a observada mais comumente em substância como o vidro e o quartzo. 
Fibrosa ou Estilhaçada - quando o mineral se rompe mostrando estilhaços ou fibras.
Regular - quando a superfície de fratura, embora apresente pequenas elevações e depressões, aproxima-se , no geral, de um plano. 
Desigual ou Irregular - quando o mineral se rompe formando superfícies rugosas e irregulares.
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Tenacidade 
Tenacidade – é a resistência que um mineral oferece ao ser rompido, esmagado, curvado ou rasgado, ou seja, é a coesão do mineral. Quanto à tenacidade os minerais são classificados em:
Quebradiço - mineral que se rompe ou se fragmenta facilmente quando golpeado (calcita);
Maleável – mineral que pode ser transformado em lâminas delgadas por percussão ou quando cilindrados (ouro, prata);
Séctil - mineral que pode ser cortado em aparas delgadas com um canivete, como ouro, gipsita;
Dúctil - mineral que pode ser estirado para formar fios (ouro);
Flexível Elástico - mineral que depois de ter sido curvado retoma sua posição original, ao cessar a pressão (micas);
Flexível Plástico - mineral que se encurva, mas não retoma sua forma primitiva quando a pressão cessa (talco).
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Brilho
Brilho: é a aparência geral da superfície de um mineral à luz refletida. Pode ser dividido era dois tipos: metálico e não-metálico. 
Brilho metálico: quando tiver a aparência brilhante de um metal. Em geral são minerais opacos, de traço escuro e de alta densidade.
Minerais que não têm aparência metálica terão brilho não-metálico. Em geral são claros, transparentes ou translúcidos e produzem traço claro.
O brilho dos minerais não-metálicos pode ser:
Vítreo. Produz reflexão como o brilho de vidro (Quartzo);
Resinoso. Possui a aparência de resina (Esfalerita);
Nacarado. Tem a aparência iridescente de uma pérola (Talco);
Gorduroso. Com a aparência de estar recoberto por uma camada delgada de óleo (alguns espécimes de Esfalerita e de Quartzo);
Sedoso. Com aspecto de seda. (Gipsita fibrosa, Asbesto);
Adamantino. Tem brilho intenso como o do diamante (Cerussita);
Mate ou Terroso. Quando o mineral não possui brilho (Caulinita).
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Cor 
A cor depende da absorção seletiva da luz, restando uma fração refletida e outra transmitida.
Para muitos minerais, especialmente os que exibem brilho metálico, a cor é constante (invariável), servindo como importante meio de identificação. O amarelo-latão da calcopirita, o cinza-chumbo da galena, o preto da magnetita, etc., são exemplos em que a cor constante é propriedade notável do mineral. Tais minerais, cuja cor é constante, são ditos idiocromáticos.
Muitos minerais, no entanto, apresentam cores variáveis para uma mesma espécie. Tais minerais são ditos alocromáticos. Esta variação de cor na mesma espécie pode ser devida a diferentes causas: mudança na composição química, presença de impurezas, etc. 
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Cor do traço 
A cor do traço é a cor do pó de um mineral.
Embora a cor do mineral possa variar dentro de amplos limites, a cor do traço é usualmente constante. 
Esta propriedade é determinada esfregando-se o mineral sobre uma peça de porcelana branca não-vitrificada, conhecida como placa para traço. 
Como esta placa tem uma dureza aproximadamente 7, não pode ser usada com minerais de maior dureza pois, neste caso, não teríamos um traço, mas, sim, um risco. 
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Mineralogia química
A composição química de um mineral é de importância fundamental, pois todas as outras propriedades dependerão dela em grande escala. Contudo, estas propriedades dependem não só da composição química,
mas também da geometria do arranjo dos átomos constituintes e da natureza das forças elétricas que os mantêm unidos.
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Composição química e classificação mineral 
A composição química é a base para a classificação dos minerais.
De acordo com o ânion ou grupo aniônico dominante, os minerais são divididos em várias classes. 
Assim, tanto as propriedades físicas como as químicas dependem, até certo ponto, da composição química → o chumbo (Pb), de pesado atômico elevado, conferirá densidades relativas altas aos minerais que o contêm, refletindo a influência dos elementos químicos sobre as propriedades físicas dos minerais.
Da mesma forma, os radicais, que são grupos ou combinações de elementos, embora não possam existir no estado livre como um elemento químico, conferem propriedades características a todos os minerais que os contêm. Assim, o radical carbonato (CO3-2) reage com o ácido clorídrico produzindo dióxido de carbono, liberado da reação sob a forma de bolhas de gás.
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Principais elementos químicos da crosta 
Esta tabela é de muito importante na mineralogia e petrologia, estando diretamente relacionada com os principais minerais formadores de rochas. 
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Classificação dos minerais 
Elementos Nativos: Minerais que ocorrem na forma de elementos químicos isolados (Au, Pt).
Sulfetos. Combinações de metais com enxofre. A maioria dos minérios metálicos está nesta classe. Exemplo: Galena (PbS).
Sulfossais. Minerais compostos de chumbo, cobre ou prata em combinação com enxofre e antimônio, arsênico ou bismuto são incluídos na classe dos sulfossais (Enargita - Cu3AsS4).
Óxidos. Minerais que contêm um metal combinado ao oxigênio (Hematita - Fe2O3).
Hidróxidos. Os óxidos minerais contendo água ou a hidroxila (OH), como radical importante, estão incluídos nesta classe. Exemplo: Brucita (Mg(OH)2).
Halogenetos. Esta classe inclui os cianetos, fluoretos, brometos e iodetos naturais (Fluorita - CaF2).
Carbonatos. Minerais que contêm metal combinado ao radical carbonato (CO3)-2 (Calcita - CaCO3).
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Nitratos. Os minerais que podem ser considerados sais do ácido nítrico e contêm o radical NO3 (Nitro ou Salitre da Índia - KNO3) e Salitre do Chile - NaNO3).
Boratos. Os boratos contêm o grupo BO3 (Bórax - Na2B4O7. 10H2O).
Fosfatos. Estão incluídos nesta classe os minerais, cujas fórmulas contêm o radical PO4 (Apatita - Ca5(F,Cl,OH)(PO4)3).
Sulfatos. Minerais cujas fórmulas incluem o radical sulfato, SO4 (Barita - BaSO4).
Tungstatos. Os poucos minerais que estão incluídos nesta classe têm o radical tungstato, WO4, em suas fórmulas (Scheelita - CaWO4).
Silicatos. 
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Silicatos
Os silicatos representam o grupo mineral mais importante, constituindo mais de 90% da crosta terrestre.
A subdivisão deste grupo é feita com base em critérios estruturais, tendo como unidade fundamental o íon [SiO4]4-, ou seja, um tetraedro com um átomo de silício ocupando a posição central e quatro átomos de oxigênio dispostos nos vértices deste tetraedro.
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Dependendo da geometria assumida, ou seja, do grau de polimerização e da amplitude de participação do oxigênio entre os tetraedros, a estrutura dos silicatos pode consistir em tetraedros independentes, em grupos tetraédricos múltiplos e independentes, cadeias, folhas, etc. Desta forma são reconhecidos 6 grupos fundamentais de silicatos:
Nesossilicatos: com grupos tetraédricos isolados ([SiO4]4-) ligados a outros similares por ligações iônicas, através de cátions diferentes do silício. Nos nesossilicatos a relação Si:O é de 1:4.
 
 
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Sorossilicatos: caracterizam-se por apresentar tetraedros duplos, isolados, unidos por um vértice, formando grupos [Si2O7]6- que estão relacionados entre si através de cátions distintos do silício. A relação Si:O é de 2:7. 
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Ciclossilicatos: quando 3, 4 ou 6 tetraedros se unem para formar um anel. A relação Si:O é de 1:3. O anel [Si3O9]6- é muito raro, ocorrendo apenas no mineral Benitoíta (BaTiSi3O9). O anel [Si4O12]8- também é raro sendo encontrado no mineral Axinita. Já o anel [Si6O18]12- é o mais abundante, sendo encontrado em minerais como o Berilo, a Cordierita, etc.
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Duas cadeias simples podem unir-se, lado a lado, formando inossilicatos de cadeia dupla, quando a relação Si:O é de 4:11 ([Si4O11]6-), como nos anfibólios. Essas cadeias (simples e dupla) têm comprimentos indefinidos.
Inossilicatos: Os tetraedros [SiO4] podem estar unidos em cadeias simples, compartilhando oxigênios com os tetraedros adjacentes, onde a relação Si:O é de 1:3 ([Si2O6]4-), como nos piroxênios.
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Filossilicatos: Os tetraedros configuram uma malha plana de arranjo hexagonal onde três dos quatro oxigênios de cada tetraedro são compartilhados com os tetraedros vizinhos, levando a uma relação Si:O de 2:5 ([Si2O5]2-). Estas folhas silício-oxigênio se estendem indefinidamente. 
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Tectossilicatos: Os tetraedros configuram uma estrutura tridimensional complexa onde todos os íons oxigênio de cada tetraedro são compartilhados com os tetraedros vizinhos. Desta forma a relação Si:O é de 1:2 ([SiO2]0). É comum a presença de alumínio no lugar do silício em alguns dos tetraedros, permitindo a presença de cátions diversos (Na+, Ca2+, K+) incluídos no edifício cristalino, como nos feldspatos. 
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Classificação dos Silicatos 
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Dedução da fórmula química a partir da análise de um mineral (Balkanita) 
Cu9 Ag5 Hg S8
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 K2Al2Si6O1+3+12 = K2Al2Si6O16
[K2(Al2Si6O16)] ÷ 2 = K(AlSi3O8)
K2O
Al2O3
6(SiO2)
Pesos atômicos:
K = 39,098 ; Al = 26,981
Si = 28,085 ; O = 16
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Dedução da composição percentual a partir da fórmula de um mineral 
Quais são as percentagens de Al2O3, de SiO2 e de H2O na Caulinita?
Al2 (Si2O5) (OH)4 →
Pesos atômicos: Al = 26,981 ; Si = 28,085 ; O = 16 ; H = 1,008
Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O