Outras Propriedades Físicas

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BRILHO
Aspecto da superfície do mineral devido à luz refletida.
TRAÇO
Cor do pó fino do mineral
R = Poder de Reflexão
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Termos para descrever as variedades de reflexos superficiais dos minerais não metálicos:
Vítreo
Resinoso
Perláceo ou nacarado
Graxo
Sedoso
Ceroso
Adamantino
Terroso
Vítreo – semelhante à superfície do vidro
Resinoso – aperência de resina amarela. Ex.: esfalerita
Perláceo ou nacarado – aparência iridescente de uma pérola
Graxo – aspecto como se estivesse recoberto por uma película de óleo. Ex.: nefelina
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Sedoso – como tubo de linha de seda
Ceroso – semelhante a cera de abelha. Ex.: opala
Adamantino – Igual ao brilho do diamante, rutilo, etc.
Terroso – embaçado (como no solo)
OBS 1: Traço é uma propriedade diagnóstica para identificar o mineral. Não é influenciado por impurezas, como a cor.
OBS 2: O traço de minerais com dureza < 7 é determinado na porcelana. Para minerais com dureza >7, pulveriza-se o mineral.
OBS 3: Precauções ao tirar o Traço, sobretudo os metálicos → evitar área alteradas.
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COR
A impressão da cor é dada pelos comprimentos de onda da luz branca que são refletidos pelo material.
As causas da cor nos minerais são variadas: (a) composição química → azul e verde secundários dos minerais de cobre; (b) estrutura → grafita (preta e opaca), diamante (incolor e transparente).
Fatores modificadores da cor de um mineral:
Impurezas
Inclusões
Substituições
Alteração
IMPUREZAS: substâncias ou elementos que penetram nos interstícios durante a cristalização.
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EX.: Fe nas formas Fe++ e Fe+++, que são as principais impurezas da natureza. O cromo dá a cor verde da esmeralda. Ex.: Esmeralda de Carnaíba.
Colorações não uniformes denunciam que elas não são próprias do mineral.
INCLUSÕES: é óbvia a mudança de cor. Há também as inclusões gasosas. EX.: Quartzo leitoso.
SUBSTITUIÇÕES: exemplo da série isomórfica tremolita (Ca2Mg5Si8O22(OH)2) – actinolita (Ca2(Mg,Fe)5,Si8O22(OH)2). A tremolita é branca, porém com a entrada de Fe, a partir de 5%, a cor muda para esverdeado-escuro. 
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ALTERAÇÃO: transformações químicas, geralmente superficiais.
Os minerais menos afetados são os silicatos. Os mais afetados são os metálicos: nativos, sulfetos e óxidos.
A cor nem sempre é constante, devendo ser usada com cautela na identificação dos minerais.
ORIGEM DA COR:
Absorção de energia do espectro incidente, ocasionando a mudança de elétrons de um nível para outro de mais alta energia. 
São absorvidos fótons cujos comprimentos de onda possuem energias exatamente iguais às diferenças de energia entre os níveis eletrônicos. 
As absorções de comprimentos de onda entre 300 e 700 nm (0,3 e 0,7 µm) – região da luz visível – resultam de cromóforos, ou metais de transição, tais como Fe3+ e Cr3+. 
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1nm	= 10 Å = 10-7 cm
1 Å	= 10-8 cm
1 µm	= 1.000 nm = 10-4 cm
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Mecanismos eletrônicos e físicos fazem com que os minerais sejam coloridos:
Mecanismos Eletrônicos:
Transições do campo cristalino
Transições do orbital molecular
Centros de cor.
Mecanismos Físicos:
Impurezas sólidas na forma de misturas mecânicas
TRANSIÇÕES DO CAMPO CRISTALINO – ocorrem entre orbitais 3d, parcialmente preenchidos, de elementos de transição. 
São comuns em minerais contendo os elementos de transição: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni e Co.
	Dentre eles, destaca-se o Fe, por ser o mais abundante, e, também, pelo fato do Fe2+ substituir facilmente o Mg2+.
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Os elétrons nos orbitais 3d parcialmente preenchidos podem ser excitados (por quanta de energia do espectro visível). Essas transições eletrônicas (excitações) absorvem energia das ondas de luz, removendo certos comprimentos de onda do espectro.
Teoria do campo cristalino – trata das transições eletrônicas entre orbitais 3d parcialmente preenchidos.
-	As cargas negativas dos ânions de coordenação (no poliedro) criam um campo elétrico ao redor do íon de metal de transição central.
Esse fenômeno é conhecido como campo cristalino.
Esse campo tem uma simetria e forma dependentes do número de ânions, de suas distâncias ao cátion e de suas cargas:
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Os cinco orbitais 3d dos metais de transição têm a mesma energia na ausência de íons vizinhos.
Quando um íon de metal de transição está posicionado em um sítio de coordenação em um mineral, há uma interação não uniforme do campo cristalino com os vários orbitais d pelos ânions vizinhos. Isso resulta em que o campo cristalino estabelecido pelos ânions circundantes divida os níveis de energia 3d do cátion central. Esse fenômeno é conhecido como divisão do campo cristalino. 
Como minerais geralmente têm poliedros de diferentes coordenações (tetraédrica, octaédrica, etc.), a divisão dos níveis de energia dos orbitais 3d dos metais de transição também será diferente.
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Além disso, qualquer distorção do poliedro de coordenação aniônico, ao redor do elemento de transição central, irá causar níveis adicionais de divisão dos orbitais 3d.
Esses vários níveis de energia causam a absorção de diferentes comprimentos de onda da luz, resultando numa gama de cores de minerais. Os comprimentos de onda da luz, que correspondem em energia exatamente à soma das diferenças de energia causadas nos orbitais 3d pela divisão do campo cristalino, são absorvidos.
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Resumindo, os vários fatores que influenciam a cor transmitida produzida pela interação do campo cristalino são:
a presença de um elemento de transição específico;
seu estado de oxidação, que determina o número de elétrons nos orbitais 3d;
a geometria do sítio no qual o metal de transição reside (octaédrico, tetraédrico, etc.); e
a força do campo cristalino (carga dos ânions, distorção do poliedro de coordenação, etc.).
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Exemplos de minerais comuns cuja cor é decorrente da interação dos elementos de transição e das transições do campo cristalino:
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TRANSIÇÕES DO ORBITAL MOLECULAR – também conhecidas como transições de transferência de carga, ocorrem quando elétrons de valência são transferidos de um íon para outro adjacente.
Exige íons em mais de um estado de valência:
Fe2+ → Fe3+
Um elétron é transferido do Fe2+ (no sítio A, tornando-o Fe3+) para o Fe3+ (no sítio B, tornando-o Fe2+).
As energias desses processos de transferência de elétrons são absorvidas da luz incidente.
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Exemplos de minerais comuns cuja cor é resultado da transição de transferência de carga, descrita perla teoria do orbital molecular:
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CENTROS DE COR – a cor também pode ser causada por defeitos estruturais. Isso pode ocorrer devido a:
Excesso de elétrons aprisionados em algum defeito (íon ausente) → Centro de cor do tipo eletrônico.
Um “buraco” (ausência de elétrons) → Centro de cor do tipo buraco.
1) Centro de cor do tipo eletrônico
(Exemplo: cor púrpura da Fluorita)
Esse centro de cor resulta do defeito de Frenkel → um elétron preenche um vazio criado pela retirada de um íon de flúor.
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A estrutura deve permanecer neutra. Então, um elétron vai ocupar a posição vazia, produzindo um “centro de cor do tipo eletrônico”. 
O elétron não está ligado ao lugar por um núcleo central, mas por um campo elétrico dos íons circundantes (campo cristalino).
Tal defeito pode ser causado por:
Radiação de alta energia (Ex. raios-x), que desloca o F- para outra posição na estrutura;
Crescimento da fluorita em ambiente com excesso de Ca;
Remoção de algum F- pela aplicação de um campo elétrico.
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Dentro desse campo, o elétron pode ocupar um estado fundamental e vários estados excitados. A transição dos elétrons entre esses estados pode causar cor e fluorescência, devido à energia absorvida.
A estrutura original, sem defeito, pode ser restaurada pelo aquecimento, causando o desbotamento.
Centro de cor do tipo buraco
(Exemplo: cor enfumaçada do quartzo)
Nesse tipo de quartzo, um Si4+ é trocado por Al3+. Essa substituição é casada com alguns íons intersticiais de Na+ ou H+, de forma a manter a neutralidade elétrica.
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Quando esse
tipo de quartzo com Al3+ substituindo Si4+ é exposto a feixes intensos de raios-x ou raios gama, por alguns minutos, ou, a níveis baixos de radiação durante certo período geológico, → → → 
expele um elétron de um par de elétrons em um átomo de oxigênio adjacente ao íon de Al3+, deixando, assim, um elétron desemparelhado no orbital. 
O elétron ausente é denominado “buraco” → (“centro de cor do tipo buraco”). 
O elétron desemparelhado, restante, tem um conjunto de estados excitados muito parecido com aquele em que há um elétron em excesso, visto anteriormente. A luz absorvida na transição de elétrons nesses estados excitados produz a cor enfumaçada do quartzo.
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Exemplos de minerais nos quais a coloração é decorrente de centros de cor
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MECANISMOS FÍSICOS – mistura mecânica de impurezas. Essas impurezas originam diversas cores a certos minerais, que, de outra forma, seriam incolores:
Verde do quartzo devido à presença de clorita dispersa;
Preto da calcita devido à presença de óxido de manganês ou grafita;
Cor vermelha do feldspato, calcita e jaspe, devido à presença de hematita;
Cor brilhante de cobre da “pedra da lua” (feldspato branco) devido à presença de cobre finamente disseminado.
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IRIDESCÊNCIA
Série de cores espectrais no interior ou sobre a superfície do mineral.
A iridescência interna é devida a pequenas fraturas ou planos de clivagem. A externa, a superfícies delgadas de alteração
JOGO DE CORES
Variação de cores espectrais (iridescência) na superfície ou interior de um mineral, observada ao girar o mineral. Resulta da difração e/ou reflexão da luz a partir de feições estreitamente espaçadas:
Esferas da estrutura da opala (opalescência)
Lamelas finas de geminação dos plagioclásios (labradorescência)
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CHATOYANCE E ASTERISMO
Alguns minerais apresentam aparência sedosa quando observados em luz refletida.
Essa feição resulta de:
Fibras paralelas ou
Arranjos paralelos de inclusões
	Quando um mineral exibe uma banda de luz perpendicularmente ao comprimento das fibras ou à direção das inclusões, esse efeito é denominado chatoyance. Algumas gemas são lapidadas em cabochão para exibir a chatoyance. Ex:
Olho-de-gato (crisoberilo)
Olho-de-tigre (quartzo c/ fibras de anfibólio)
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Em alguns cristais as inclusões podem estar arranjadas em 3 direções de 120º umas das outras. Um cristal lapidado em cabochão exibe uma estrela de seis pontas. Este fenômeno é denominado asterismo. Ex:
Rubi-estrela;
Safira;
Granadas; e
Quartzo c/ rutilo
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LUMINESCÊNCIA
Emissão de luz que não seja resultado direto da incandescência. A luminescência resulta da absorção, pelo material, de uma forma de energia (térmica, mecânica, eletromagnética) e sua posterior emissão com luz visível. A luminescência engloba:
 Fluorescência
 Fosforescência
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FLUORESCÊNCIA E FOSFORESCÊNCIA – emissão de luz (luminescência) no espectro visível, durante a exposição de um mineral à luz ultravioleta, raios-x ou raios catódicos. 
Mineral fluorescente: a luminescência cessa com a interrupção dos raios excitantes;
Mineral fosforescente: a luminescência continua depois da interrupção (até 1 hora ou mais) dos raios excitantes.
Os elétrons, quando excitados por uma radiação invisível curta (luz UV), são elevados de seus estados básicos a níveis de energia mais altos (estado excitado), mas tendem a cair de volta ao estado inicial de energia mais baixo.
Quando os elétrons caem de volta para seu básico, uma luz visível é emitida.
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Mineral fluorescente: os elétrons retornam imediatamente ao estado básico com a interrupção dos raios excitantes
Mineral fosforescente: existe um atraso de tempo entre a excitação dos elétrons para um nivel de energia mais alto e o seu retorno ao estado básico
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PLEOCROISMO
Variação de cor quando se observa o mineral em diferentes direções cristalográficas. Resulta da absorção seletiva dos comprimentos de onda da luz nessas diferentes orientações cristalográficas.
REFRAÇÃO DA LUZ
Mudança na direção da luz ao penetrar no mineral. Isto ocorre devido à diferença de velocidade da luz nos dois meios de densidades diferentes.
v1 = velocidade da luz no ar
v2 = velocidade da luz no mineral
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DUPLA REFRAÇÃO: Propriedade apresentada por quase todos os minerais, exceto aqueles do sistema isométrico.
Ao penetrar o mineral, um raio de luz desdobra-se em dois, cada um com velocidade diferente 
PROPRIDADES ELÉTRICAS
Piezoeletricidade
Piroeletricidade
Piezoeletricidade: um mineral desenvolve cargas elétricas de sinais opostos nas extremidades de um seu eixo cristalográfico, quando pressionado na direção desse eixo. 
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Piroeletricidade: mesmo efeito produzido na piezoeletricidade, entretanto o agente causador é um gradiente de temperatura entre as duas extremidades do eixo.
Ex.: turmalina, quartzo, halita (fornos) 
Ex.: quartzo (relógio a quartzo, faísca para acendedor e controle frequência de rádio)
MAGNETISMO
São magnéticos os minerais que, no estado natural, são atraídos por um imã.
Os dois únicos minerais comuns magnéticos são a magnetita (Fe3O4) e a pirrotita Fe(1-X)S
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Partículas carregadas criam campos magnéticos quando em movimento.
Uma espira (laço) portadora de corrente elétrica torna-se um dipolo magnético (dois polos magnéticos opostos).
A intensidade do campo magnético do dipolo é indicada por um vetor m chamado momento magnético.
Se a direção da corrente é invertida, seus polos N e S são também invertidos
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Ambas as espiras (laços) juntas têm os seus momentos magnéticos anulados.
Átomos individuais ou íons produzem correntes de espira extremamente pequenas, devidas, sobretudo ao movimento orbital dos elétrons em torno do núcleo e do spin desses elétrons.
Dois elétrons numa mesma orbital têm órbitas e spins opostos (princípio de exclusão de Pauli). Assim, seus momentos magnéticos se anulam.
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Como consequência do principio de Pauli, os átomos ou íons possuem momento magnético efetivo (μeff) proporcional ao números de elétrons não emparelhados em seus orbitais mais externos.
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DIAMAGNETISMO: em 1846, Michel Faradey observou que um pequeno pedaço de bismuto era repelido por um imã. Ele chamou essas substâncias de diamagnéticas, as quais possuem todos os elétrons emparelhados (seus momentos se anulam).
As figuras a e b mostram um elétron percorrendo, com velocidade w0, uma trajetória circular de raio r num átomo de uma substância diamagnética. O elétron se move sob a ação de uma força centrípeta de origem eletrostática FE.
Em (a) o momento magnético μ1 está orientado para dentro da página, ao contrário de (b). Assim, seus efeitos se anulam.
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Se aplicarmos um campo magnético B, orientado para dentro da página (fundo da flecha), passará a atuar no elétron uma força adicional FB, magnética. Esta é perpendicular à velocidade dos elétrons.
FE e FB apontam no mesmo sentido em (d), e em sentido contrário em (c). Assim, a força centrípeta vai variar com a aplicação de B, provocando a variação da velocidade angular w0 e, consequentemente, do momento magnético μ1.
FE ± FB = ma = mw2r, donde
em (c) w1 = (w0 – Δw), enquanto em (d) w2 = (w0 + Δw)l
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-(μl - Δμ) = -μl + Δμ
Após a aplicação do campo magnético B, os dois momentos magnéticos deixam de se anular. Há uma resultante 2Δμ, em sentido contrário a B.
A magnetização M induzida em um pedaço de material diamagnético colocado próximo a um dos polos de um imã apontará sempre em direção oposta ao vetor B. Logo o pedaço de material diamagnético será sempre repelido.
Já para um material paramagnético, o vetor M estará orientado no mesmo sentido de B. O lado do pedaço mais próximo do imã passa a ser um polo oposto ao do imã, sendo então atraído por este.
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PARAMAGNETISMO E FERROMAGNETISMO: elementos com elétrons não emparelhados produzem momento magnético.
Os materiais constituídos por átomos desses elementos possuem momentos magnéticos dispostos aleatoriamente.
Sob a ação
de um imã, esses materiais têm comportamento distinto:
PARAMAGNÉTICOS: há uma tendência dos pequenos dipolos se orientarem com o campo externo, porém a agitação térmica dificulta a orientação → apenas uma pequena parcela se alinha → retirado o campo cessa o efeito. 
FERROMAGNÉTICOS: há um forte alinhamento dos momentos magnéticos dos dipolos (acoplamento de troca) → retirado o campo permanece o efeito.