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Estudo de Minerais UNIDADE 2 – MINERAIS 2.1 – Definições. 2.2 - Estrutura Cristalina. 2.3 - Composição Química. 2.3.1 - Principais minerais formadores de rocha: Halóides e Sulfatos;Sulfetos; Elementos Nativos; Carbonatos; Óxidos e Hidróxicos; Silicatos: Nesossilicatos; Inossilicatos; Filossilicatos e Tecnossilicatos Introdução ao Estudo de Minerais Introdução ao Estudo de Minerais Introdução ao Estudo de Minerais Mineral 1ª Definição O mineral é um sólido natural, homogêneo, formado por um elemento químico ou por uma combinação do dois ou mais elementos químicos Ex.: Ouro nativo (Au) Grafite (C) Diamante (C) Quartzo (SiO2) Calcita (CaCO2) Introdução ao Estudo de Minerais Elementos Químicos Tabela Periódica Introdução ao Estudo de Minerais 87 elementos ocorrem naturalmente Composição química média em peso (%) da crosta terrestre 0,10,10,80,22,05,26,28,08,523,344,5C. oceânica 0,10,10,52,42,31,94,04,18,328,946,6C.contine tal PMnTiKNaMgFeCaAlSiOElemento Mais de 98% da crosta terrestre: O, Si, Al, Ca, Fe, Mg, Na e K (8 elementos químicos) Mais de 70% da crosta: O e Si Para o desenvolvimento dos vegetais: Macrunutrientes essenciais: C, O, N, P, K, Ca, Mg, H, S Micronutrientes essenciais: B, Mo, Zn, Fe, Cl, Cu, Mn, Al. Com exceção do C, O, H e N, que vem diretamente ou indiretamente do ar e água, os outros provém dos componentes minerais do solo. Elementos Químicos Introdução ao Estudo de Minerais Composição química média em peso e volume Elementos Químicos Introdução ao Estudo de Minerais CONCEITOS BÁSICOSCONCEITOS BÁSICOS ÁTOMOÁTOMO tijolinho do elementotijolinho do elemento NÚCLEONÚCLEO (região central)(região central) PRÓTONS NEUTRONSPRÓTONS NEUTRONS (carga +)(carga +) ELÉTRONSELÉTRONS (carga (carga --)) Número de prótons = ZNúmero de prótons = Z ZZ define o nome do elemento!define o nome do elemento! Introdução ao Estudo de Minerais Elementos Químicos LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS Os íons ou átomos de elementos que formam os compostos são Os íons ou átomos de elementos que formam os compostos são mantidos juntos por forças de atração entre elétrons e prótonsmantidos juntos por forças de atração entre elétrons e prótons Tipos de ligações químicasTipos de ligações químicas Introdução ao Estudo de Minerais LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS são as forças de maior atração que unem átomossão as forças de maior atração que unem átomos Atração elétrica entre íons de cargas opostasAtração elétrica entre íons de cargas opostas Ex.: Ex.: HalitaHalita –– NaClNaCl Sal de CozinhaSal de Cozinha Cerca de 90% de todos os minerais são compostos essencialmente iCerca de 90% de todos os minerais são compostos essencialmente iônicosônicos Introdução ao Estudo de Minerais são as forças de maior atração que unem átomossão as forças de maior atração que unem átomos Não ganham nem perde elétronsNão ganham nem perde elétrons Formam compostos por compartilhamento eletrônicoFormam compostos por compartilhamento eletrônico Ex.: DiamanteEx.: Diamante LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS Introdução ao Estudo de Minerais O QUE DETERMINA A ESTRUTURA INTERNA O QUE DETERMINA A ESTRUTURA INTERNA DE UM MINERAL?DE UM MINERAL? Um mineral é composto por um Um mineral é composto por um arranjo ordenado de arranjo ordenado de átomosátomos quimicamentequimicamente ligados entre si para formar uma estrutura cristalina ligados entre si para formar uma estrutura cristalina particular.particular. Forma externa Forma externa CRISTALCRISTAL ARRANJO ORDENADO CARGAS DOS ÍONS ARRANJO ORDENADO CARGAS DOS ÍONS equilíbrio elétrico (cequilíbrio elétrico (composto neutro)omposto neutro) Mineral São constituintes básicos das rochas Introdução ao Estudo de Minerais Definição de Mineral - 2ª Definição Substância de ocorrência natural, sólida, cristalina, geralmente inorgânica, com composição química específica. Ex.: Ouro nativo (Au) Grafite (C) Diamante (C) Quartzo (SiO2) Calcita (CaCO2) Introdução ao Estudo de Minerais Definição de Mineral � Substância de ocorrência natural: deve ser encontrada na natureza � Sólida: não liquida, exceção do mercúrio � Cristalina: os átomos estão dispostos em um arranjo tridimensional ordenado e repetitivo. Apresenta forma definida. Caso contrário: vítreos ou amorfos � Geralmente inorgânico: carvão é tradicionalmente considerado um mineral � Composição química específica: são expressados por uma fórmula química Introdução ao Estudo de Minerais Definição de Mineral Definição de Mineral -- ResumoResumo 1.1. SólidoSólido 2.2. InorgânicoInorgânico 3.3. NaturalNatural 4.4. Estrutura interna organizada (cristal)Estrutura interna organizada (cristal) 5.5. Composição química definidaComposição química definida Diamantes sintéticos, água, gelo, osso, aço, petróleo Diamantes sintéticos, água, gelo, osso, aço, petróleo -- NÃO!NÃO! MINERALMINERAL tijolinhos da rochatijolinhos da rocha MINERALÓIDE: NÃO POSSUI ESTRUTURA CRISTALINA ORGANIZADA!!MINERALÓIDE: NÃO POSSUI ESTRUTURA CRISTALINA ORGANIZADA!! Introdução ao Estudo de Minerais Introdução ao Estudo de Minerais Definição de Mineral Definição de Mineral -- ResumoResumo • Estrutura cristalina • É o modo pelo qual os átomos, ou moléculas, ou íons se encontram espacialmente arranjados • As propriedades dos minerais dependem da sua estrutura cristalina - devemos então descrever essa estrutura para relacioná-la com as propriedades EstruturaEstrutura internainterna organizadaorganizada Introdução ao Estudo de Minerais EstruturaEstrutura internainterna organizadaorganizada O cristal é um sólido homogêneo (mineral) com forma externa poliédrica que reflete o arranjo interno ordenado da matéria. Todo o cristal é mineral mas nem todo o mineral é cristal. No crescimento dos cristais dá-se a adição de pequenos grupos atômicos, compostos pelo empilhamento regular, nas três direções, desses pequenos grupos. Cada unidade dessas é chamada cela unitária e corresponde ao menor volume que apresenta as propriedades físicas, químicas e aspecto geométrico do cristal. Ex. Cloreto de Sódio (Halita) - 4NaCl. Introdução ao Estudo de Minerais Estrutura cristalina Os átomos constituintes de um mineral encontramOs átomos constituintes de um mineral encontram--se se distribuídos ordenadamente, distribuídos ordenadamente, formando uma rede tridimensionalformando uma rede tridimensional Célula Unitária Introdução ao Estudo de Minerais CÉLULA UNITÁRIA (unidade básica repetitiva da estrutura tridimensional) Célula Unitária Os átomos são representados como esferas rígidas É gÉ geradaerada pela repetição de uma unidade pela repetição de uma unidade atômica ou iônica fundamental que já atômica ou iônica fundamental que já tem as propriedades físicotem as propriedades físico--químicas do químicas do mineral completomineral completo Introdução ao Estudo de Minerais Estrutura cristalina Introdução ao Estudo de Minerais Tamanho dos Íons Raio iônico Introdução ao Estudo de Minerais Tamanho dos Íons Introdução ao Estudo de Minerais • Fatores que definem o arranjo mais estável dos átomos de um cristal: –Preservar a neutralidade elétrica –Satisfazer o caráter direcional das ligações covalentes –Ajustar os átomos do modo mais compacto possível Quando se Formam os Minerais? Introdução ao Estudo de Minerais Quando se Formam os Minerais? Introdução ao Estudo de Minerais Processo de Cristalização são o resultado do arranjo atômico interno tridimensional refletido externamente. Como se Formam os Minerais? Sistemas cristalinos O mineral cresce a partir de um núcleo de cristalização e pode ou não desenvolver faces cristalinas, dependendo das condições reinantes na época (velocidade de cristalização, quantidade de voláteis, viscosidade do meio, espaço, etc.). Arranjo tridimensional ordenado Arranjo básico repete-se em todas asdireções Apresenta superfícies planas Faces cristalinas Introdução ao Estudo de Minerais Sistemas cristalinos Os cristais de minerais diferentes exibem, normalmente, formas diferentes Existem sete diferentes combinações dos parâmetros de rede. Cada uma dessas combinações constitui um sistema cristalino. Cúbica de face centrada - CFC Sólido cristalino CFC Célula unitária representada por esferas rígidas – tamanho real - Célula unitária de um reticulado cristalino. Os circulos representam as posições ocupadas pelos átomos. átomos localizados no vértice do cubo e no centro das faces Sistemas cristalinosSistemas cristalinos Cúbica de corpo centrado - CCC Sólido cristalino CCC Célula unitária representada por esferas rígidas – tamanho real - Célula unitária de um reticulado cristalino. Os circulos representam as posições ocupadas pelos átomos. átomos localizados no vértice do cubo e no centro do cubo Sistemas cristalinosSistemas cristalinos Hexagonal Compacta - HCP átomos localizados no vértice das faces hexagonais 3 átomos localizados no centro da estrutura átomos nos pontos centrais dos dois planos hexagonais Sistemas cristalinosSistemas cristalinos • Hexagonal compacta – # átomos/cel unitária = 6 – # coord. = 12 – FEA = 0.74 • Cúbica de face centrada – # átomos/cel unitária = 4 – # coord. = 12 – FEA = 0.74 • Cúbica de corpo centrada – # átomos/cel unitária = 2 – # coord. = 12 – FEA = 0.68 Sistemas cristalinosSistemas cristalinos aa bb cc αα ββ γγ aa bb cc αα ββ γγ aa bb cc ααββ γγ aa bb cc ααββ γγ CÚBICOCÚBICO TETRAGONALTETRAGONAL TRIGONALTRIGONAL HEXAGONALHEXAGONAL α=β=γ=900 a=b=c α=β=γ=900 a=b≠c α=β=γ≠900 a=b=c α=β=900 γ=1200 a=b≠c Sistemas cristalinosSistemas cristalinos aa bb cc αα ββ γγ TRICLÍNICOTRICLÍNICO aa bb cc ααββ γγ MONOCLÍNICOMONOCLÍNICO aa bb cc ααββ γγ ORTORRÔMBICOORTORRÔMBICO α=γ=900≠β a≠b≠c α=β=γ=900 a≠b≠c α≠β≠γ≠900 a≠b≠c Sistemas cristalinosSistemas cristalinos Sistemas cristalinosSistemas cristalinos Hábito - forma externa Hábito dos minerais O hábito dos minerais é o aspecto característico que um cristal comumente assume. É determinado pela estrutura cristalina e pode corresponder a uma forma simples (ex. octaedro na magnetita) ou pode ser uma combinações de formas, como na maioria dos cristais (ex. prisma + pirâmide, no quartzo). Alguns cristais (calcita, por exemplo) mostram diferentes hábitos (romboedro e escalonoedro). Outros, apresentam-se irregulares. Existem vários fatores que determinam o hábito e crescimento de um mineral como por exemplo, a natureza da solução onde o cristal cresceu, as condições de temperatura e pressão em que a cristalização ocorreu, etc. A agregação de minerais da mesma espécies resulta geralmente em hábitos característicos, tais como: foliáceo, acicular, fibroso, radiado, granular, tabular, botroidal (mamelonar), dentrítico, etc. Hábito - forma externa - Hábito cristalino (individual) - Equidimensional - Prismático - Acicular - Tabular - Placóide • Hábito do agregado cristalino • Compacto (maciço) • Terroso • Botrioidal • Fibroso Formas desenvolvidas durante o crescimento mineral cristal de quartzo formado em cavidades abertas Quando o crescimento é impedido como o caso de quartzo preenchendo uma cavidade (geodo) vidro vulcânico, resfriamento muito rápido falta um ordenamento interno do cristal (obsidiana) Identificação dos Minerais Introdução ao Estudo dos Minerais Identificação dos Minerais É realizada por meios físicos, químicos e cristalográficos: Os meios físicos são tradicionais, sendo simples, rápidos e de baixo custo. Os meios químicos são de custo mais alto, sendo aplicados para obter informações detalhadas como no caso de minerais de solução-sólida, isto é, a variação química dentro da mesma estrutura cristalina. Os meios cristalográficos com o auxílio de difratometria de Raios-X são de maior precisão e confiabilidade, sendo úteis para certos grupos de minerais, como argilas e zeólitas. Introdução ao Estudo dos Minerais Propriedades Físicas dos minerias Usadas na identificação macroscópica (meios físicos) � Cor � Transparência � Brilho � Clivagem, partição, fratura � Dureza � Densidade �Tenacidade � Reação com ácido clorídrico � Magnetismo Identificação dos Minerais Propriedades Físicas dos minerias Usadas na identificação macroscópica Identificação dos Minerais As propriedades físicas podem ser examinadas com auxílio de instrumentos simples e de baixo custo, tais como lupa, canivete, agulha, etc. Desta forma, são importantes para a identificação rápida de minerais. Cor do mineral • A cor do mineral é produzida devido a absorção, pelo mineral, de certos comprimentos de onda da luz. • A cor está relacionada com a composição química mineral ou devida as impurezas. • Impurezas químicas podem mudar a cor, ex.: quartzo • Elementos cromóferos: mesmo em pequena quantidade, dão cores aos minerais: Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni e Cu. Variedades de quartzo • Quartzo puro (incolor) • Ametista (quartzo roxo) – íons de Fe • Quartzo róseo (Mn) • Quartzo exposto à radiação - marrom Cor do traço • Cor do pó do mineral • Usada para minerais metálicos • Cor do traço deixada em placa de porcelana Cor do traço Transparência É a capacidade do mineral de absorver ou transmitir a luz • Transparentes - minerais com com baixo coeficiente de absorção da luz • Translúcidos – absorvem considerável quantidade de luz • Opacos – elevada absorção da luz Brilho • Capacidade de reflexão da luz incidente na superfície • Brilho metálico – os minerais que absorvem fortemente a luz. • Brilho não metálico – absorvem pouca luz » Vítreo » Sedoso » Graxo » Perláceo • Quando não tem brilho – superfície fosca Fratura e clivagem Quando minerais são submetidos a uma força externa destrutiva, como um forte impacto por um martelo, estes se rompem. Fratura e clivagem Existem várias maneiras de rompimento físico, ou seja desintegração mecânica: Clivagem. minerais se rompem sempre ao longo de determinadas superfícies planas paralelas. É originada da estrutura cristalina do mineral, ou seja, a configuração ou coordenação de átomos ou íons. Portanto, o mineral se rompe sempre segundo direções paralelas aos planos de configuração atômica, sendo obviamente paralelas aos planos de cristalização. Fratura: minerais que se rompem na direção não paralela aos planos do cristal. O plano de rompimento deste tipo não é reto. Fratura e clivagem • Fratura Superfície de quebra plana, irregular ou conchoidal • Clivagem Quebra preferencial segundo planos preferenciais e paralelos Fratura e clivagem • Clivagem • Quebra preferencial segundo planos preferenciais e paralelos Fratura e clivagem Fratura e clivagem Fratura e clivagem Dureza A dureza no sentido mineralógico corresponde a um parâmetro de resistência mecânica da superfície dos minerais. Quanto maior for força de interligação entre os átomos constituintes, tanto maior será a dureza. A dureza do mineral é definida através de ensaios de risco entre dois minerais, isto é, quando a superfície de um mineral é riscada por um outro mineral ou não. Em 1832, Mohs apresentou uma escala com 10 minerais padrões, denominada de escala Mohs Escala de Mohs. 1. talco 2. gipso 3. calcita 4. fluorita 5. apatite 6. ortoclásio 7. quartzo 8. topázio 9. corindon 10. diamante Dureza Dureza Comparação de durezas • Unha +- 2 • Alfinete +- 3,5 • Aço (lâmina do canivete) +- 5 • Vidro +- 5,5 • Porcelana +- 6 Escala de Mohs • 1. talco • 2. gipso • 3. calcita • 4. fluorita • 5. apatite • 6. ortoclásio • 7. quartzo • 8. topázio • 9. corindon • 10. diamante Comparação de durezas O talco, padrão mineral de dureza 1, é facilmente riscado pela unha, porém o gipso, dureza 2, não é muito fácil de ser riscado pela unha. A calcita, padrão de dureza 3, é facilmente riscada por prego, porém,o ortoclásio, de dureza 6, não é riscado. O quartzo, padrão de dureza 7, não é riscado mesmo por canivete de aço. Calcário e mármore são compostos quase totalmente de minerais carbonatos, cuja dureza é baixa (dureza 3), portanto, essas rochas podem ser cortadas por serras de aço. Por outro lado, rochas graníticas (de sentido comercial), que contêm minerais de alta dureza, tais como quartzo (dureza 7) e feldspato potássico (dureza 6), precisam de serras diamantadas para corte. Nota-se que todas as rochas de granulometria grossa, que não são mármores, são chamadas comercialmente de “granito”. O rubi e a safira são minerais da espécie do coríndon. Por causa da sua alta dureza (dureza 9), o custo de lapidação é alto. O diamante (dureza 10) é constituído por firme rede tetraédrica de carbono, que não pode ser riscado por nenhum outro mineral. O único material que pode lapidar diamante é o próprio diamante. Densidade relativa • Número que indica quantas vezes um certo volume de mineral é mais pesado do que um mesmo volume de água destilada à temperatura de 4 oC • Grafite 1-2 • Quartzo 2-3 • Berilo 3-4 • Óxidos metálicos 4-6 • Ouro nativo, platina 19 Densidade relativa Tenacidade A tenacidade corresponde ao comportamento da deformação diante de força externa. Este exame é simples, fácil e de baixo custo, necessitando-se apenas uma agulha. Ouro (Au), pirita (FeS2) e calcopirita (CuFeS2) possuem cor amarela e brilho metálico, sendo de aparência similar. Entretanto, são facilmente identificados por meio da tenacidade: ouro se deforma plasticamente, pirita não se deforma nem se risca, e calcopirita quebra com facilidade. Minerais Cor Brilho D Du Hábito Enxofre amarela graxo 2,07 2,0 Granular ou como massa folhada Cobre amarelo- cobre metálico 8,95 2,5 Arborescente ou como ramos nodulares Pirita amarelo- pálida metálico 5,21 6,0 Cristais cúbicos com faces estriadas, maciço ou granular. Calcopirita amarelo- ouro metálico 4,20 3,5 Geralmente compacto, maciço. Magnetita preta metálico 5,20 6,0 Cristais octaédricos ou maciço finamente granular. Hematita vermelho- escuro metálico 5,30 6,0 Na forma de massas folhadas ou tabular, compacta e, ainda , reniforme. Ilmenita preta metálico 4,72 5,5 Granular, maciço ou tabular Pirolusita preta metálico 4,80 2,0 Maciço, dentrítico, granular ou como cristais fibro-radiados. Limonita marrom amarelado 3,60 4,00 5,0 5,5 Maciço ou massas terrosas Halita incolor, branca vítreo 2,16 2,5 Cristais cúbicos ou maciços e compacto. Silvita incolor, branca vítreo 2,00 2,5 Cúbico ou granular Calcita incolor, branca vítreo 2,70 3,0 Romboédrico, escalonoédrico, granular compacto. Resumo Dolomita incolor, branca vítreo 2,85 3,5 Romboédrico, escalonoédrico, granular compacto. Nitrato de Sódio Incolor, branca vítreo 2,30 1,5 2,0 Maciço ou como incrustações Bórax incolor, branca vítreo 1,71 2,0 2,5 Como incrustações ou massas de cristais prismáticos curtos Barita branca, marrom, avermelhada vítreo 4,5 3,0 3,5 Cristais tabulares ou granular Gipsita incolor, branca vítreo ou perláceo 2,32 2,0 Cristais prismáticos, granular, acidular ou foliáceo. Apatita verde- azulada vítreo 3,15 5,0 Em cristais prismáticos, maciço ou compacto. Olivina verde-oliva vítreo 3.35 6,5 Geralmente granular Tremotita- Actinilita verde-clara vitreo 2,98 3,46 5,5 Cristais prismáticos, alongados em agregados fibrosos. Hornblenda verde-escura vítreo 3,2 6,0 Cristais colunares ou massas granulares. Augita preta vítreo 3,4 6,0 Granular ou como cristais prismáticos curtos. Biotita preta vitreo 2,5 Foliáceo Muscovita incolor, prateada vítreo a perláceo 2,5 Foliáceo Ortoclásio rosa-aver- melhada, branco vítreo 6,0 Cristais irregulares ou tabulares Plagioclásios cinza a branca vítreo 6,0 Grãos irregulares ou cristais tabulares Quartzo variada 2,65 7,0 Prismático, piraminado, maciço ou granular D = Densidade Du = Dureza Minerais Cor Brilho D Du Hábito Resumo
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