Silicatos I-II-III 2010

Prévia do material em texto

Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Estruturas Cristalinas de Silicatos
Introdução
Elementos em ordem de abundância na 
crosta:
Oxigênio O-2 1,30 Å 
Silício Si+4 0,30 Å NC=4
Alumínio Al+3 0,47 Å NC=4 ou 6
SiO4-4 é o bloco de construtor básico dos 
silicatos (95% em volume da crosta e manto)
A ligação Si – O é 50% iônica e 50% covalente
A grande maioria dos outros cátions ocorre em 
coordenação octaédrica ou mais elevada. Tetraedros de coordenação de Si+4 e Al+3 em silicatos e a 
valência eletrostática em cada 
caso.
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Fórmula geral dos silicatos
Os índices k, m, n e r dependem da necessidade da neutralidade eletrostática da 
estrutura.
Os índices p e q dependem do grau de polimerização da estrutura do silicato.
Ak Xm Yn (ZpOq) Wr
Na+
Ca 2+
Fe2+
Fe3+
Mg2+
Ti4+
Mn4+
Al3+
Si+4
Al3+
OH-
F-
Cl-
68 - 6 4
K+
Rb+
Ba2+
Sr2+
8 - 12
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Classificação dos silicatos
São classificados pelo grau de polimerização
O que é?
É o número de conexões de tetraedros (SiO4)4-
ligados diretamente uns aos outros
0 31
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Isolados
Neso-s.
(SiO4)4-
Pares
Soro-s.
(Si2O7)6-
Anéis
Ciclo-silicatos
(Si4O12)8-
4 membros
(Si3O9)6-
3 membros
(Si6O18)12-
6 membros
Cadeias de extensão infinita – Ino-silicatos
simples (Si2O6)4-
duplas (Si4O11)6-
triplas (Si3O8)4-
Folhas de extensão infinita – Filo-silicatos
(Si2O5)2-
Arranjos 
tridimensionais
todos os tetraedros 
unidos a outros 
tetraedros – Tecto-s.
SiO20
Grau de polimerização
Olivina, granada, zircão, 
alumino-silicatos, esfeno, 
estaurolita e topázio
Grupo do Epidoto
Berilo, 
turmalina e 
cordierita
Piroxênios
Anfibólios
Micas
Polimorfos 
de silica, 
feldspatos, 
feldspatóides
e zeolitas
Classificação de silicatos
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Neso-silicatos (isolados)
Também chamados de orto-silicatos
Tetraedros de SiO4-4 não compartilham 
oxigênios, são isolados, uns dos outros, 
pelos cátions
nesos = ilha
Orto = normal
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Grupo da Olivina
Forsterita (MgSiO4) – Faialita (FeSiO4)
Ortorrômbico - Dipiramidal
Clivagem: Fa [010] indistinta 
Fo [001] boa [010] 
distinta
dureza alta (6-7)
Cor: (Fo – verde garrafa, Fa 
–marrom ou negra) 
Densidade alta (3,2 – 4,7 
g/cm3)
Brilho vítreo – Traço Branco
Neso
Forsterita
Olivina LP
ao microscópio
Estrutura da forsterita
Note os tetraedros isolados
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Grupo da Granada 
X3Y2Si3O12
X= Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+ em NC= 8;
Y= Fe3+, Al3+, Cr3+ em NC= 6. 
Com base em X e Y tem-se dois grupos distintos: 
Grupo da U GR AND ITA Ugrandita
granadas ricas em Ca2+: 
uvarovita (rara) → Ca – Cr3+
grossulária → Ca – Al (m-margas e greisens)
andradita → Ca – Fe3+ (m-margas Fe e ígneas)
Grupo da PIR AL SP ITA Piralspita
Granadas Fe-Mg ou aluminosas: 
piropo → Mg – Al (manto, kimberlitos, eclogitos)
almandina → Fe2+- Al (m-pelitos e pegmatitos)
espessartita → Mn2+ - Al (m-sed. manganesíferos e ígneas)
Neso
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Grupo da Granada 
X3Y2Si3O12
Isométrico (hexaoctaédrica) –– d: ~4 – D: ~7,5
Sem clivagem – Fratura conchoidal – Brilho vítreo a resinoso
Neso
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank (*) Identificação segura das espécies apenas em RX
Granada (*)
Almandina
Andradita
GrossuláriaEspessartita
Piropo
Modelo da Andradita
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Estrutura: Grossulária
Ca3VIII Al2VI Si3IV O12
Neso-silicato, logo: 
nenhum O2- ligado a >1 
tetraedro de (SiO4)4-
1 O2- é compartilhado 
por 
2 poliedros cúbicos 
(deformados) – 2 x 1/4 = -1/2
1 octaedro - 3/6 = - 1/2
1 tetraedro -4/4 = - 1
Neso
Vista com poliedros cúbicos
Vista sem poliedros cúbicos
filmeEstrutura ilustrada em 
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Grupo dos alumino-silicatos
polimorfos de Al2SiO5
Neso
Sillimanita
Ortorrômbico T Alta P Baixa-AltaOrtorrômbico T Baixa P BaixaTriclínico T Baixa-Alta P alta
Andaluzita
Variedade: Quiastolita
Cianita
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Grupo dos alumino-silicatos
polimorfos de Al2SiO5
Neso
Cianita SillimanitaAndaluzita
Ortorrômbico T Alta P Baixa-AltaOrtorrômbico T Baixa P BaixaTriclínico T Baixa-Alta P alta
Se formam em rochas metamórficas 
de baixo a alto grau.
Ocorrem sós, em pares ou os três 
juntos. C
A
S
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Outros neso-silicatos
Topázio - Al2 SiO4 (F,OH)2
Estaurolita –
Fe2Al9O6(SiO4)4(O,OH)2
Zircão - ZrSiO4
Titanita ou Esfeno –
CaTi SiO4 (O,OH,F)
Neso
Topázio imperial
Estaurolita Macla 
cruz de ferro
Titanita
Zircão
Titanita ou Esfeno
Estaurolita
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Soro-silicatos
Grupos de 2 tetraedros 
de (SiO4)4- unidos por 
apenas um íon O2- ou 
(Si2O7)6-
Grupo do epidoto
Fórmula geral 
X2VIII Y3VI (Si2O7) (SiO4)(OH, F)
X= Ca2+ e ETR(*) (Ce)
Y= Al3+, Fe2+/3+, e Mn2+
Soro
(*) ETR = Elementos de Terras Raras (lantanídios) : La, Ce, Pr, Nd, Pm,Sm, Eu (leves), Gd, Dy, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Lu (pesadas) 
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Epidoto: Principais espécies
Zoisita: Ca2Al Al2O 
OH Si2O7 SiO4
(ortorrômbico) 
Clinozoisita: Ca2Al 
Al2O OH Si2O7 SiO4
(monoclínico) 
Epidoto: Ca2Fe Al2O 
OH Si2O7 SiO4
(monoclínico)
Alanita: (Ca, Ce, Y, 
La)2 (Al,Fe)3O Si2O7
SiO4
(monoclínico)
Soro
Zoisita
Clino-zoisita
La-Alanita
Epidoto
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Ciclo-silicatos
tetraedros de (SiO4)4- compartilham 2 íons O2- de seus vértices com 
outros tetraedros
formam anéis: (Si3O9)6- ; (Si4O12)8- ; (Si8O24)14- → raros 
(Si6O18)12- → mais comuns e importantes 
Berilo (Be3Al2Si6O18)
Turmalina [Na(Mg,Fe)3Al6(BO3)3(Si6O18)(OH)4]
Cordierita [(Mg,Fe)2Al4Si5O18.nH2O].
Ciclo
Berilo
Turmalina variedade Elbaíta
Cordierita
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Ciclo-silicatos
Estrutura do Berilo (Be3Al2Si6O18) 
Na estrutura do Berilo os anéis 
hexagonais Si6O1812- estão dispostos em 
folhas planas
Estas folhas são fortemente ligadas 
umas às outras, pelos pequenos íons de 
Be2+ e Al3+. 
Como conseqüência, a clivagem é 
imperfeita. 
Be2+ coordenação 4 com o O2-
Al3+ está em coordenação 6
Anéis de Si6O1812- alinhados // a c
Como conseqüência na região central: 
orifícios ou canais alojam: 
íons OH-, F-, Li+, Rb+, Cs+, Na+
moléculas de H2O
perpendicular ao eixo c 
paralelo ao eixo c
Berílo
Si
Be
Al
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Ciclo-silicatos
Estrutura da Turmalina (A3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4)
Além de anéis Si6O1812-
radicais BO3 em coordenação trigonal planar (~carbonatos)
grupos OH-
Unidades ligadas por cátions (A) 
Na+ e Ca2+ ou Mg2+, 
Al3+, Fe3+, Mn2+ e Li+
Ciclo
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Ino-silicatos
Tetraedros de (SiO4)4-
compartilham íons de O2- para 
formar cadeias de extensão 
infinita. 
Grupo dos piroxênios:
tetraedros de (SiO4)4- em 
cadeias simples formam 
unidades (Si2O6)4-
Ino
Diopsídio: note alguns 
sítios tetraedricos com Al
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Piroxênios – fórmula geral e 
estrutura
Ino
M2VIII M1VI Si2O6
Ca2+, Na+ Mg2+
Fe2+/3+
Al3+
Ti4+ 
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Piroxênios - fotos
Diopsídio - Cpx
Augita – Cpx - em basaltoPigeonita - Cpx
Hiperstênio – Opx – em gabro
Ino
Diopsídio - Cpx
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Piroxênios: 2 grupos principais
Clino-piroxênios e Orto-piroxênios
1 Clino-piroxênios (monoclínicos) 
posições M2 e M1 ocupadas por íons grandes e pequenos, 
respectivamente (e.g. Ca2+ e Mg2+ no diopsídio)
2 Orto-piroxênios (ortorrômbicos)
posições M2 e M1 ocupadas somente por íons pequenos (e.g. Mg2+ na 
enstatita)
Ino
1
2
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Augita
Pigeonita
Ortopiroxênios
Clinopiroxênios
CaSiO3
Wollastonita
CaMgSi2O6
Diopsídio
CaFeSi2O6
Hedembergita
Fe2Si2O6
Ferrosilita
Mg2Si2O6
Enstatita
O Quadrilátero dos Piroxênios
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Grupo dos anfibólios
Arranjo em cadeias duplas de unidades (Si4O11)6-
fórmula geral:
A 0-1 M42 VIII (M1, M2, M3)5 VI (Z4IV O11) (OH)2
Ino
nada 
Na+
K+
Ca2+ Mg2+
Fe2+
Fe3+
Al3+
Mn2+
Mn3+
Ti4+
Si4+
Al3+
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
•Fe 2+ e Mg 2+ ocupam as posições 
M1, M2 e M3 (NC= 6) 
•análogas ao sítio M1 dos piroxênios
•Ca 2+ ocupa posição M4
•análoga à M2 nos piroxênios
•A = sítios de coordenação cúbica, onde 
cabem íons grandes, podem ou não ser 
ocupados por Na+ ou K+.
Ino
Orto-anfibólios
Clino-anfibólios
b
a
M2M1M1
M4 A
M3
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Alguns Anfibólios importantes
Antofilita (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2
Série da Cumingtonita
Cummingtonita Fe2Mg7Si8O22(OH)2
Grunerita Fe7Si8O22(OH)2
Série da Tremolita
Tremolita Ca2Mg7Si8O22(OH)2
Actinolita Ca2(Mg,Fe)7Si8O22(OH)2
Hornblenda-Fe e Hornblenda-Mg X2-3Y5Z8O22(OH)2
Grupo dos Anfibólios Sódicos
Glaucofano Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2
Riebequita Na2Fe2+3Fe3+2Si8O22(OH)2
Ino
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Composição dos anfibólios em diagrama 
ternário (Klein & Hurlbut, 1993).
50
60
70
80
90
“Ca7Si8O22(OH)2”
Ca2Mg5Si8O22(OH)2
Tremolita
Porcentagem
Molecular
Ca2Fe5Si8O22
Ferroactinolita
Grunerita
Fe7Si8O22(OH)2
Cumingtonita-gruneritaAntofilita
Mg7Si8O22(OH)2
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Anfibólios - fotos
Hornblenda Clino-anfibólio
Hornblenda em andesito
Clivagens a ~124o
Antofilita – Orto-anfibólio
Ino
Actinolita
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Clivagens de piroxênios e 
anfibólios
Ino
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Tecto-silicatos
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Tecto-silicatos
Absolutamente todos os O2-
dos tetraedros de (SiO4)4- são
compartilhados com outros 
tetraedros vizinhos 
Resultado: uma estrutura 
tridimensionalmente contínua, 
fortemente unida e 
eletricamente estável 
64% da crosta é formada por 
tecto-silicatos:
Feldspatos
Sílica (quartzo) 
Zeólitas
Série da Escapolita
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Química e Estrutura dos 
Feldspatos
Introdução
o mais abundante grupo de minerais da 
crosta da Terra: o seu volume total na 
crosta excede o volume de água ocupada 
por todos os oceanos 
Feldspatos = 'campos de pedras‘
Manufatura de porcelanas e vidros
Fórmula geral: AT4O8
T sítio tetraédrico (NC= 4) ocupado por 
Si4+ e Al3+
A elementos de raio iônico grande e 
alta coordenação (≥ 8)
Na+, K+, Ca2+
Ba2+, Sr2+ e Pb2+ (podem substituir parte dos 
íons anteriores) 
Quando Al3+ substitui Si4+ na coordenação 
tetraédrica neste tipo de estrutura, cátions 
adicionais são necessários para manter a 
neutralidade eletrostática 
Al+3
+ 
A+1/+2
Si+4
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Substituições e grupos ou famílias 
de fedspatos
Quando ¼ de Si4+ é substituído por Al3+
as valências são balanceadas pela entrada 
de K+ ou Na+ para formar
Ortoclásio (KAlSi3O8) ou
Albita (NaAlSi3O8). 
Quando ½ de Si4+ é substituído por Al3+
a estrutura acomoda Ca2+, mantendo o 
balanceamento das cargas, para produzir 
Anortita (CaAl2Si2O8) 
Estes minerais constituem os membros 
finais do grupo dos feldspatos: 
Série ortoclásio – albita dos Feldspatos 
Alcalinos > Si < Al
Série albita – anortita dos Plagioclásios 
> Al < Si
Ortoclásio
Albita Anortita
KAlSi3O8
NaAlSi3O8 CaAl2Si2O8
PLAGIOCLÁSIOS
2 Si+42 Al
+3
+ 
Ca+2
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Classificação de Feldspatos - Sistema Ternário
KAlSi3O8
NaAlSi3O8 CaAl2Si2O8
Sanidina
Anortoclásio
Albita Oligoclásio Andesina Labradorita Anortita
Or
Ab An
Porcentagem 
molecular
Or-Ab-An
Plágioclásios
Bitownita
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Ortoclásio/Microclínio
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Maclas em feldspatos
Manebach
Baveno
Calsbad Albita
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Sanidina – Ortoclásio - Microclínio
Os feldspatos potássicos (KAlSi3O8) agrupam-se em 3 polimorfos 
estáveis em temperaturas diferentes: 
sanidina (monoclínico, alta temperatura – ígneas vulcânicas)
Si4+ e Al3+ ocupam as posições tetraédricas de forma aleatória
ortoclásio (monoclínico, temperatura intermediária – ígneas intrusivas) 
microclínio (triclínico, baixa temperatura – granitos e pegmatitos)
(*) A amazonita é 1 variedade preciosa do microclínio – note as 2 clivagens ~ 900)
Amazonita*2 cristais de ortoclásio em Macla Carlsbad
Macla Carlsbad – Microscópio LP
Sanidina em rocha vulcânica
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
A família dos Feldspatos Alcalinos 
e suas razões para sobreviver
Na Série Ortoclásio – Albita: 
Não há substituição iônica entre Si4+ e Al3+ sem 
destruição da estrutura
Solução sólida completa entre feldspato K+
(ortoclásio) e albita (Na+) só a temperaturas altas, 
nos magmas
A > 600°C a estrutura expande o suficiente para 
acomodar as diferenças entre os raios iônicos de Na+
e K+ e permite solução sólida simples
A temperaturas mais baixas (durante o resfriamento), 
a estrutura se contrai e em consequência:
Não suporta mais as diferenças entre os raios iônicos 
do K+ (maior) e Na+ (menor)
Os íons de Al3+ e Si4+ se reorganizam impedindo que 
Al3+ ocupe sítios tetraédricos 
Resultado: separação de Microclínio (macla em 
tartame) e Albita (macla da albita)
Formam uma textura de exsolução chamada de 
Pertita 
Microclínio(*)
Pertita(*)
Albita Microclínio
(*) Fotografias ao microscópio, em luz polarizada
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Plagioclásios
Série albita – anortita
Albita (An0-10)
Oligioclásio (An10-30)
Andesina (An30-50)
Labradorita (An50-70)
Bitownita (An70-90)
Anortita (An90-100) 
KAlSi3O8
NaAlSi3O8 CaAl2SiO8
Sanidina
Anortoclásio
Albita Oligoclásio Andesina Labradorita Anortita
Or
Ab An
Porcentagem 
molecular
Or-Ab-An
Plágioclásios
Bitownita
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Plagioclásios
em basalto
Macla polissintética
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Feldspatóides
fórmula dos feldspatóides: base a 
fórmula dos plagioclásios: 
retira-se um SiO2 para Leucita
um Si2O4 para Nefelina e Kalsilita 
< SiO2 na estrutura que os feldspatos
estrutura ~ feldspatos
≠: sitios maiores ou cavidades 
estruturais
entram ânions de raio iônico grande 
ou grupos aniônicos (e.g. SO42-) 
pouco abundantes
há muitas variedades de feldspatóides
rochas ígneas ricas em álcalis (Na2O e 
K2O) e deficientes em SiO2
intrusivas (e.g. sienitos) e extrusivas 
(e.g. traquitos).
quartzo e feldspatóides são 
mutuamente excludentes em rochas 
ígneas
as cavidades permitem a utilização 
como filtros moleculares, na indústria 
do petróleo
Leucita KAlSi2O6 Tetragonal
(Isométrico a 
alta T)
Nefelina/ Kalsilita NaAlSiO4/KAlSiO4 Hexagonal
Sodalita Na8(AlSiO4)6Cl2Isometrico
Lazurita (Na,Ca)8(AlSiO4)6(
SO4,S,Cl)2
Isometrico
Tetraedro em porcentagem molecular, com os campos de 
estabilidade dos feldspatóides, feldspatos e quartzo
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Minerais de Sílica: os polimorfos 
de SiO2
minerais de sílica formam um grupo 
de polimorfos estáveis sob diversas 
condições de pressão e 
temperatura 
α-quartzo (low quartz), a forma 
estável mais comum de sílica que 
ocorre na crosta terrestre sob 
condições mais baixas de P-T 
estrutura é a mais compacta
tetraedros de SiO4-4 compartilham 
vértices para formar anéis 
hexagonais em forma helicoidal
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
Variedades de quartzo
Cristal de rocha Quartzo incolor, transparente e na forma de cristal
Ametista Várias tonalidades de violeta devido a presença de traços
de Fe
Quartzo rosa Coloração rósea devida ao Ti4+
Quartzo fumê Amarelo fumê, marrom a quase preto – presença de Al3+
Cinza escuro a preto esfumaçado – presença de
deformação tectônica da cela cristalina (absorção da luz)
Quartzo leitoso Cor branco leitoso devido à presença de uma grande
quantidade de inclusões fluidas
Calcedônia Variedade maciça e microcristalina que preenche
cavidades de rochas vulcânicas
Ágata - quando apresenta camadas concêntricas de
diferentes colorações
Opala Variedade perlácea, estrutura desordenada e quantidade
variável de H2O
Instituto de Geociências
Prof. Alfonso Schrank
SiO2
Ametista + Jaspe + ágata
Jaspe + calcedônia
Flint (jaspe negro)
Ágata
Flint – pontas de flexas
Tridimita em 
Riolito
Tridimita beta - hexagonal
Cristobalita em quarto no MEV(*)
Cristobalita no MEV (*)
Calcedônia
Opala
Quartzo esfumaçado
(*) MEV=Microscópio Eletrônico 
de Varredura
	Estruturas Cristalinas de Silicatos
	Fórmula geral dos silicatos
	Classificação dos silicatos
	Slide Number 4
	Neso-silicatos (isolados)
	Grupo da Olivina�Forsterita (MgSiO4) – Faialita (FeSiO4) 
	Grupo da Granada �X3Y2Si3O12
	Grupo da Granada �X3Y2Si3O12 
	Granada (*)
	Estrutura: Grossulária �Ca3VIII Al2VI Si3IV O12
	Grupo dos alumino-silicatos�polimorfos de Al2SiO5
	Grupo dos alumino-silicatos�polimorfos de Al2SiO5
	Outros neso-silicatos
	Soro-silicatos 
	Epidoto: Principais espécies
	Ciclo-silicatos 
	Ciclo-silicatos� Estrutura do Berilo (Be3Al2Si6O18) 
	Ciclo-silicatos� Estrutura da Turmalina (A3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4)�
	Ino-silicatos 
	Piroxênios – fórmula geral e estrutura
	Piroxênios - fotos
	Piroxênios: 2 grupos principais�Clino-piroxênios e Orto-piroxênios
	Slide Number 23
	Grupo dos anfibólios 
	Slide Number 25
	Alguns Anfibólios importantes
	Composição dos anfibólios em diagrama ternário (Klein & Hurlbut, 1993).
	Anfibólios - fotos
	Clivagens de piroxênios e anfibólios
	Slide Number 30
	Tecto-silicatos
	Química e Estrutura dos Feldspatos 
	Substituições e grupos ou famílias de fedspatos
	Classificação de Feldspatos - Sistema Ternário �
	Maclas em feldspatos
	Sanidina – Ortoclásio - Microclínio
	A família dos Feldspatos Alcalinos e suas razões para sobreviver
	Plagioclásios
	Feldspatóides 
	Minerais de Sílica: os polimorfos de SiO2 
	Variedades de quartzo
	SiO2