Área 1 - aula 3 - Mineralogia

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Geologia de Engenharia I
Mineralogia
Questões que a aula vai procurar responder
• De que são feitos os 
minerais?
• Quantos minerais existem 
na natureza?
• Quais as semelhanças e 
quais as diferenças entre 
os diferentes minerais?
• Como podem ser 
identificados os minerais?
• As propriedades físicas 
dos minerais.
Sumário
• Conceitos Básicos
• Química dos Minerais
• Estrutura Cristalina
• Propriedades Físicas
Mineralogia
• Definição de Mineralogia
– Estudo de minerais e suas propriedades.
• Propriedades
– Físicas, óticas e químicas
O Slide mostra duas rochas
Rocha é um agregado sólido que ocorre naturalmente e 
é constituído por um ou mais minerais
Rocha ao microscópio
• Se a rocha for vista ao microscópio será possível 
identificar os diversos minerais que a compõe.
O que é um MINERAL?
• Substância natural
– Exclui substâncias criadas artificialmente
Exemplo: diamante industrial
• Composição química definida
• Propriedades química e física específica
• Homogêneo
• Inorgânico
• Estrutura cristalina
O que é um mineral ?
Algumas imagens de minerais
• A crosta terrestre é composta por mais de 3500 tipos de 
minerais.
• Os minerais apresentam grandes variações nas suas 
propriedades físicas e químicas.
Composição química e propriedades físicas
• O diamante e o coríndon são os minerais mais duros na 
natureza.
• São utilizados como abrasivos.
• São apreciados como gemas preciosas.
• Diamante é composto exclusivamente por carbono - C.
• A fórmula do coríndon é Al2 O3
• O cristal vermelho de coríndon chama-se rubi, enquanto 
que o azul se chama safira.
Corindon vermelho 
Rubi
Corindon Azul
Safira
Imagens de Minerais
Cianita Azul
Al2SiO5
Imagem de Minerais
Pirita – Fe2O3
Cristais isométricos, normalmente na forma de cubos
Imagem de mineral
•
Quartzo (SiO2)
Coloração depende do contaminante …Exemplo Ametista
Propriedades físicas cristais na forma de prismas hexagonais
Crescimento dos cristais (tamanho e forma) depende tempo e espaço
Imagem de Minerais
Hematita
Oxido - Fe2O3
Elementos - Nativos
Imagem de Minerais
Ouro
Imagem de Minerais
Arsênio
Cobre Nativo
Elementos - Nativos
Cristal
• Substância Cristalina / Cristal
– Substâncias químicas que possuem estrutura atômica 
ordenada, homogênea e regular (quartzo, etc..)
– Forma um poliedro / limitado por faces planas
– Difratam raios-x 
• Substância Amorfa / ou Mineralóide
– Substância que não possui estrutura atômica ordenada e 
regular (ex. água, vidro vulcânico)
(Superficies – expressam arranjo interno)
Exemplo: Obsidiana (vidro vulcânico)
Substância Cristalina
Ex: Quartzo
Substância Amorfa
Ex: Obsidiana
Cristais de SELENITA – Sulfato de Cálcio
NAICA - Mexico
Conceitos e Definições 
• Mineral ou Grão
– Homogêneo
– Origem Inorgânica
– Formado por átomos organizados tridimensionalmente.
– Características importantes:
• Composição Química
• Estrutura Cristalina.
• Minério
– Mineral de interesse ECONÔMICO
Mineral = Minério
Rocha
– Associação de minerais
– Unidos por motivos diversos..
– Ao quebrar, liberamos minerais : Cominuição
Desmonte - Britagem – Moagem 
separação por filtragem, peneiramento, etc...
Ex: do Basalto até a brita !...
Sequências de desmonte com 
explosivos
https://www.facebook.com/video.php?v=874837122579138&fref=nf
Detonação Mineração de carvão
Minerais e sua química
• Minerais Simples: átomos do mesmo elemento químico: ex. 
OURO, GRAFITE....
• Minerais + Comuns: combinação de diferentes elementos 
químicos. Ex. QUARTZO, FELDSPATO, MICA,....
Importância:
• Os minerais são substâncias químicas com estruturas 
cristalinas (arranjos atômicos).
• É necessário conhecer a estrutura provável a fim de entender as 
suas propriedades. 
Minerais e sua química
Minerais são compostos por átomos de um ou mais elementos.
Ligações atômicas nos minerais
Os átomos que constituem os minerais se mantém unidos em uma estrutura cristalina 
por meio de ligações atômicas.
• Átomo: prótons + nêutrons + elétrons + outros....
• Íon: átomo carregado positivamente (cátion)
ou negativamente (ânion)
• Composto químico
– Forma-se a partir da combinação de um ou mais cátions com um ou mais 
ânions, ex. NaCl (cloreto de sódio / Halita)
Átomo
• O átomo é composto por um núcleo constituído por 
prótons (carga positiva) e neutros.
• O núcleo é rodeado por nuvem de elétrons com carga 
negativa.
• O número de prótons no núcleo define o tipo de elemento 
químico. Ex. Hidrogênio apenas um próton.
• Para que um átomo seja eletricamente neutro o número de 
prótons no núcleo é igual ao número de elétrons na nuvem.
Isótopos do Hidrogênio
Os núcleos com mesmo número de prótons mas com 
diferentes números de nêutrons constituem os isótopos de 
um elemento.
- O núcleo H-1 é constituído por um próton (azul);
- H-2 constituído por um próton e um nêutron (Deutério);
- H-3 constituído por um próton e dois nêutrons. 
Minerais e sua química
Tipos de ligações atômicas
Ligação Iônica
Ligação Covalente
Ligação Metálica
Ligação de Van der Waals
Ligação iônica
Resulta da atração mútua entre cátions e ânions
Extremamente Resistente 
ex. NaCl (Halita)
Na tende a perder elétrons e se tornar cátion
Cl tende a capturar elétrons e se tornar ânion
Exemplo de ligação iônica: Solúvel em água, soluções tendem ser bons condutores elétricos
Ligação iônica
Cristal Halita ou NaCl
(-) ION CLORO (+) ION SODIO
Cada ION tem 6 outros IONS vizinhos diferentes
Estrutura interna da Halita (NaCl)
Ligações Iônicas
• Os íons Na e Cl estão ligados formando uma 
estrutura cúbica.
• Cada íon Cl (azul) está rodeado por seis de Na
(verde) e vice versa.
• Força de atração entre partículas positivas e 
negativas se denomina Ligação Iônica) 
Ligação covalente
Ligação covalente
Resulta do compartilhamento de elétrons entre núcleos 
positivos.
ex. Diamante
cada átomo de C tem 4 elétrons na camada de valência, 
compartilhados com 4 átomos adjacentes
Extremamente resistente
Ligação Covalente no Diamante
Diamante = Cristal de C, 
Ligações de carbono covalentes
5000 kimberlitos mineralizados hoje – 29 minas em operação.
Maiores Produtores
…… 1720 INDIA
1725 – 1860 BRAZIL
1860 – 1990 South Africa
2012
Russia – Siberia
Canada
Africa: Liberia, Sierra Leone, South Africa
Diamantes artificiais
• Indústria já substitui com qualidade
• Os 4 C:
– Cut – corta vidro – faces retas 
– Color – dispersão espectro
– Carat - peso
– Clarity – índice refração
1 carat minerado
Alta qualidade
US$ 40.000
1 carat artificial
Alta qualidade
US$ 90
2,5 carat
Ligação do Tetraedro SiO4
• Grande parte das ligações nos minerais são combinações 
de Ligações Iônicas e Covalentes.
• A ligação entre o Silício (Si) e o Oxigênio (O) é um 
exemplo.
• O Oxigênio tenta roubar um elétron do Silício mas não é 
completamente bem sucedido.
• Na maior parte do tempo o elétron “roubado” orbita o 
átomo de oxigênio, mas de vez em quando é recuperado 
pelo silício.
• A ligação entre o Silício e o Oxigênio pode ser 
considerada 50% Iônica e 50% Covalente.
Ligação química nos minerais
• A maior parte das ligações nos minerais são uma 
combinação ou mistura de diferentes tipos de ligações.
• Pela importância cabe destacar as ligações genuinamente 
iônicas.
• Como são construídos os minerais com íons de cargas 
positivas e negativas?Ligação metálica
• Resulta de elétrons da última camada de um grupo de átomos que 
são fracamente atraídos pelos núcleos de seus átomos, deslocando-
se entre os mesmos.
• Átomos perdem elétrons, tornando-se cátions.
• Os elétrons desse tipo de ligação, que possuem certa liberdade de 
movimento, que explicam muitas propriedades dos metais como:
condutividade elétrica, térmica,
tenacidade e ductibilidade.
Hematita - Óxido de Ferro III
Ligações metálicas
Pirita
A Pirita é formada por átomos de ferro (Fe) e 
enxofre (S) ligados entre si por ligação metálica.
Ligação de Van der Waals 
Resultado de atração eletrostática entre íons, 
(a mais fraca)
ex. Grafite
Cada átomo de C é unido por ligação covalente a outros 3 átomos 
em cada plano de “foliação” 
Os planos são unidos por fracas ligações de Van der Waals
Por isso ocorre baixa resistência a ruptura no grafite.
Grafite – Ligação de Van der Waals
Ligação Covalente dentro das camadas (forte)
Ligação Van der Walls entre as camadas (fraca)
Mica Muscovita
Ligações Van der Walls
Mica
Propriedade isolante térmico
Ponte de Hidrogênio
• São ligações fracas que envolvem o hidrogênio.
• As moléculas de água formadas por ligações covalentes podem 
ligar-se a outras moléculas através do hidrogênio.
• Os elétrons partilhados passam mais tempo perto do núcleo de 
oxigênio do que do núcleo de hidrogênio.
• Desenvolve-se uma carga muito fraca positiva perto do núcleo de 
hidrogênio e uma carga equivalente negativa fraca perto do 
núcleo do oxigênio. 
• A parte da molécula de água com carga negativa é atraída pela 
parte da carga positiva da outra molécula de água.
Estrutura Cristalina
• É o Padrão geométrico que átomos assumem no mineral;
• Superfícies planas de um cristal são manifestações externas
– da estrutura cristalina (arranjos estruturais internos)
• Os minerais são criados:
– Por processo lento de formação
– Lentamente formam a estrutura cristalina
– Tendem a formar poliédros, repetindo arranjo atômico interno (se 
há espaço disponível para seu crescimento)
Raio Iônico
• Distância entre o centro do núcleo do átomo ou do íon até 
o elétron estável mais afastado.
• É medido em picometros
• { 1 pm=10−12 m ou Angstrons ( 1 Å=10−10 m )}.
Raio Iônico
• Pode-se considerar os 
íons que formam os 
minerais como esferas 
de diferentes tamanhos.
• Os íons de carga oposta 
formam ligações.
• O empacotamento dos 
íons (crescimento do 
mineral) depende da 
diferença de tamanho 
entre os íons que o 
constituem.
• Os números indicam o 
raio dos íons em 
“ANGSTRONS”.
• 1 Angstron = 
0,0000000001 m.
Estrutura de Cubo
• Quando um mineral cresce os íons tendem a se juntar da 
forma mais próxima possível.
• Se os cátions e os ânions forem de tamanhos semelhantes.
• Exemplo: íon azul rodeado por oito íons vermelhos
Tetraedro
• O raio iônico do oxigênio é cerca de cinco vezes o raio do 
silício.
• Se organizam numa estrutura denominada “Tetraedro”.
• O pequeno íon de silício Si+4 é rodeado por quatro íons de 
Oxigênio O-2.
Octaedro e Tetraedro
Estrutura interna – Forma exterior
Estrutura interna – Forma exterior
Exemplo : Minerais com estrutura cúbica
Estrutura interna – Forma exterior
Quartzo – SiO4
Estrutura interna – forma exterior
A forma dos cristais é controlada pela estrutura interna do mineral
Forma / Hábito Cristalino
- É a forma característica de um cristal, ou
Tendência de Cristalização
• forma: tabular, prismático, colunar;
-Hábito Cristalino
-auxilia na identificação do mineral
Hábito Acicular
Natrolita
Na2(Al2Si3O10)2H2O
Hábito Colunar
Água Marinha (variedade de Berilo)
Al2Be3(Si6O18)
Hábito Tabular
Hematita
Hábito Fibroso
Crocidolita
Hábito Micáceo ou Foliáceo
Mica Muscovita
Hábito Cúbico
Limonita
Pirita
Hábito Cúbico
Hábito Prismático
Quartzo
Platina
Barita
Enargita
Fluorita
MINERAL 
Composição química + Estrutura cristalina
(Define as propriedades físicas)
Propriedades da Estrutura Cristalina
Isomorfismo: Estrutura Cristalina SEMELHANTE
Composição Química DIFERENTE
Propriedades Físicas DIFERENTES
Formam cristais “ iguais”, porém são minerais diferentes
Ex. Albita - Anortita
(plagioclásio, Na) - (plagioclásio, Ca)
Polimorfismo:
Estrutura Cristalina DIFERENTE
Composição Química SEMELHANTE
Propriedades Físicas DIFERENTES
Diamante
transparente, incolor, dureza 10, denso, simetria 
cúbica
Grafite
opaco, preto, dureza 1,5 , pouco denso, simetria 
hexagonal
Polimorfismo
Estrutura Cristalina DIFERENTE
Composição Química SEMELHANTE
Propriedades Físicas DIFERENTES
Propriedade física diferente
EX: Diamante e Grafite
Grafite – Densidade 2,1 g/cm3
Diamante – Densidade 3,5 g/cm3
Propriedades da Estrutura Cristalina
• ANISOTROPIA E ISOTROPIA
– ISO: cristais mostram mesmas propriedades para todas 
as direções
– Ex. Quartzo
– ANISO: cristais reagem diferentemente de acordo com 
direção
– Ex. Mica Muscovita
Elementos Geométricos dos Cristais
Os cristais são sólidos em 3 dimensões, x y z
Apresentam os seguintes elementos:
– faces
– arestas
– ângulos planos (formados por 2 arestas)
– ângulos diedros (formados por 2 faces)
– vértices (ângulos formados por 3 ou + arestas ou faces)
Elementos de Simetria dos Cristais
– Plano de simetria (plano imaginário que divide o cristal 
em duas metades onde uma é o espelho da outra)
– Eixo de simetria (linha imaginária em torno da qual se 
pode girar o cristal e repetir n posições idênticas no 
espaço)
– Centro de simetria (ponto imaginário no interior do 
cristal a partir do qual em sentidos opostos e iguais 
distâncias encontra-se elementos iguais. 
Classes e Sistemas Cristalinos
– Os cristais possuem conjuntos de elementos de 
simetria
– Existem 32 combinações possíveis dos 
elementos de simetria que dão origem a 32 
classes de cristais.
• Embora existam 32 classes, a maioria dos cristais 
comuns cristaliza em apenas 15 classes. A partir destas 
15 classes surgiram os SETE Sistemas Cristalinos 
• Sistemas Cristalinos
apresentam características comuns de simetria.
1 - sistema cúbico 
2 - sistema hexagonal
3 - sistema trigonal
4 - sistema tetragonal
5 - sistema ortorrômbica
6 - sistema monoclínico
7 - sistema triclínico
Parâmetros cristalográficos
Também observados por Difratometria de raio-X
Determina forma e tamanho da cela (arranjo) unitária
Comprimentos das arestas, a, b , c,
Ângulo entre arestas, a, b, g.
Ângulo entre as arestas a e b é chamado de g;
Ângulo entre b e c, de a; 
Ângulo entre c e a, de b
arestas
angulos
Sistema Cúbico
Sistema Tetragonal
Sistema Hexagonal
Sistema Trigonal / Romboédrico
Sistema Rômbico
Sistema Monoclínico
Sistema Triclínico
Propriedades físicas dos minerais
Propriedades físicas dos minerais
Brilho 
Clivagem 
Compressibilidade 
Condutividade Elétrica 
Condutividade Térmica 
Cor 
Densidade 
Diafaneidade 
Dupla Refração 
Dureza 
Embaçamento 
Epitaxias 
Flexibilidade 
Fluorescência 
Forma 
Fraturas 
Fusibilidade
Inclusões 
Iridescência 
Jogo de Cores 
Luminescência 
Maclas 
Magnetismo 
Opalescência 
Paragênese 
Piezoeletricidade 
Piroeletricidade 
Pleocroísmo 
Polarização 
Radioatividade
Solubilidade 
Tenacidade 
Termoluminescência 
Traço 
Zonação 
1. Transparência
2. Brilho
3. Cor
4. Traço
5. Dureza
6. Clivagem / Fratura7. Propriedades elétricas - magnéticas 
Propriedades físicas para campo
Transparência
Não absorvem ou absorvem pouco a luz.
Os que absorvem a luz são considerados translúcidos
e dificultam o reconhecimento de imagens através das
faces
Diamante : transparente
Brilho
Quantidade de luz refletida pela superfície de um mineral.
Brilho Metálico - Elevado índice de refração
exemplo metais nativos (ouro, prata).
Brilho Não Metálico - Característico dos minerais de cor clara, em geral
transparentes ou translúcidos.
Brilho:
Vítreo - semelhante, no aspecto ao vidro.
Nacarado - aspecto de pérola;
Gorduroso - aspecto oleoso;
Sedoso - semelhante ao da seda;
etc
Galena : brilho metálico Topázio : brilho vítreo
Vanadinita
Pb5(VO4)3Cl
Azurita
Cu3(CO3)2(OH)2
Cor
Traço
Cor do pó do mineral
Obtida riscando o mineral contra uma
placa de porcelana branca
Dureza
Resistência que a superfície do mineral oferece ao ser
riscada
Medida pela Escala de Mohs (1812)
Quanto mais forte a força de união entre os átomos, mais
duro o mineral. É determinada pela facilidade ou dificuldade
relativa de ser riscado por outro mineral, aço (canivete),
unha, etc...
Dureza Mineral Dureza 
Absoluta
1 Talco (Mg3Si4O10(OH)2) 1
2 Gipsita (CaSO4·2H2O) 2
3 Calcita (CaCO3) 9
4 Fluorita (CaF2) 21
5 Apatita (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)) 48
6 Ortoclásio (KAlSi3O8) 72
7 Quartzo (SiO2) 100
8 Topázio (Al2SiO4(OH-,F-)2) 200
9 Coríndon (Al2O3) 400
10 Diamante (C) 1500
Escala de Dureza Mohs
Unha 2,5
Aço 5,5
Vidro 6,5
Porcelana 7,0
Clivagem
Fratura onde a superficie tem padrão,
regularidade.
Relacionada com o rompimento da estrutura
cristalina
Forma superfícies planas bem definidas
Mostra Tendência de Quebra !
Tendência do mineral quebrar paralelamente 
aos plano formados pelas ligações fracas da 
sua estrutura
Clivagem
Mica Calcita
Fratura
• Quebra sem padrão repetido / regular
• Formato da superficie de quebra:
• Ex:
• Tipo irregular
• Tipo conchoidal (quartzo)
Fratura
Quartzo
fratura conchoidal
Clivagem:
quebra com superfície 
plana bem definida
Fratura:
quebra sem superficie 
plana definida
Diferença entre Clivagem e Fratura
Propriedades elétricas
Condutores de eletricidade, (Cu, Au, Ag, etc.)
Semicondutores (sulfetos)
Magnéticos, (magnetita, pirrotita)
Piezoelétricos (quartzo)
Magnetita
(Fe3O4)
Densidade e Gravidade Específica
Gravidade específica (considerando densidade da água) = 
densidade do mineral/ densidade da água
Medida adimensional
Considerando densidade da água = 1g/ cm3
Gravidade específica - exemplos:
Quartzo = 2,6
Galena = 7,2 – 7,6
Hematita = 5,2
Grupos de Minerais
Divisão em grupos de acordo com ânions...
Exemplos:
- Silicatos – possuem “sílica” – Exemplo: Quartzo, feldspato, mica, 
olivina, piroxênio e anfibólio
- Óxidos – Exemplo: hematita
- Carbonatos – Exemplo: calcita
- Sulfetos e Sulfatos – Exemplos: galena (sulfeto); gipso (sulfato)
- Sais halógenos– Exemplo: halita
- Elementos Nativos – Exemplo: ouro
Composição da Crosta da Terra
Oxigênio – 46,6%
Silício - 27,7%
Ca, Na, K, Mg –
Mais de 80% 
Ligações do Tetraedro de Silício
Constitui o “bloco de construção” 
fundamental dos silicatos (SiO4)
Íon de Silício compartilhado 
por dois tetraedros
• Os tetraedros de SiO4 pode ocorrer isoladamente ou se 
ligarem a outros tetraedros nas estruturas dos minerais.
• Formam cadeias, anéis, camadas e redes tridimensionais.
Ligações do Tetraedro de SiO4
Estrutura do Quartzo
Feldspatos
• No campo muitas vezes é difícil distinguir o 
quartzo do feldspato.
• Uma forma é determinar se o mineral apresenta 
clivagem.
• O quartzo não tem clivagem, feldspato 
apresenta clivagem ao longo de superfícies 
lisas.
• O quartzo apresenta fratura conchoidal.
GUIA para identificação macroscópica de minerais
Dureza Resistência que sua superfície lisa oferece ao ser riscada. Medida em relação aos padrões da escala de dureza de Mohs.
Forma dos cristais (hábito) Aspecto geral que o mesmo apresenta pelo desenvolvimento relativo das diferentes formas cristalinas
Transparência
Transparente Translúcido Opaco
Brilho
Metálico Não metálico
Adamantino Vítreo Sedoso Resinoso Graxo Nacarado
Cor
Traço
Clivagem
Perfeita Boa Regular Indistinta
Fratura
Conchoidal Fibrosa Estilhaçada Serrilhada Irregular
Imperfeições e Deformações São todas as modificações que atingem o cristal, não destruindo sua condição de poliedro.
Densidade relativa Densidade em relação à da água
leve (abaixo de duas vezes) normal (de duas a quatro vezes) pesado (acima de quatro vezes)
Tenacidade
Quebradiço Maleável Dúctil Flexível Elástico
Nome do mineral:
Sumário
Mineral é uma substância com as seguintes propriedades:
• Ocorre naturalmente na natureza.
• É inorgânico
• Possui estrutura interna ordenada.
• Possui composição química definida.
• Possui propriedades físicas e químicas específicas.
•
O mineral é composto por átomos interligados. Existem diversos tipos de ligações atômicas: Iônica, 
Covalente, Van der Waals, Ponte de Hidrogênio.
Mais de 70% da Crosta da Terra consiste nos elementos Silício e Oxigênio que formam o tetraedro de 
SiO4, que é o bloco fundamental dos minerais do grupo silicatos. Maior e mais importante grupo de 
minerais da natureza.
Outros grupos importantes de minerais são: Os carbonatos (CO4), os óxidos, os sulfetos, os sulfatos (SO4) 
e os fosfatos (PO4).
Os minerais são normalmente identificados pelas suas propriedades físicas: dureza, cor, traço, hábito, 
magnetismo, solubilidade e densidade.
As propriedade físicas são controladas: 1) composição do mineral, 2) ligações entre os átomos.
Referências
• Élements de Géologie, Charles Pomerol, 14 Edition –
DUNOD, Paris 2011
• Princípios de Geologia: técnicas, modelos e teorias/ Charles 
Pomerol...[et. Al]. Tradução Maria Lídia Vignol Legarge, 14 
edição. Porto Alegre. Bookman 2013.
• Flashed Teaching Resources in Geology from the University
of tromso, Norway.
• News and Information About Geology and Earth Science 
.Geosciene News and Information. http://Geology.com