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1 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS – DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA RESUMO DA DISCLIPLINA DE MINERALOGIA GEO104 GUIA PARA O ESTUDANTE Prof. Dr. Antonio Luciano Gandini DEGEO/EM/UFOP 2 CONCEITOS BÁSICOS Definições: Mineral: é um sólido homogêneo de ocorrência natural, formado inorganicamente, com uma composição química definida e um arranjo atômico ordenado. Cristal: é uma substância onde seus átomos (ou moléculas) que o constitui estão dispostos segundo uma rede tridimensional bem definida e que é repetida por milhões de vezes (cela unitária). Possui arestas retilíneas e faces planas simetricamente arranjadas. Rocha: é um corpo heterogêneo constituído por um agregado mono (mármore) ou policristalino (granito), formado em condições e períodos geológicos diferentes, com características geológicas definidas como volume, grau de consolidação etc. Existem três tipos de rochas: sedimentares, ígneas e metamórficas. Propriedades físicas dos minerais escalares (densidade) vetoriais - contínuas (cor, pleocroísmo) descontínuas (crescimento das faces dos cristais, D) 3 NOMENCLATURA DOS MINERAIS minerais - terminação ITA malaquita, hematita exceção: quartzo, ouro rochas - terminação ITO granito, pegmatito exceção: mármore, folhelho fósseis - terminação ITE Amonite, Tentaculite Muitos nomes são derivados de palavras gregas e latinas, dando algumas informações a respeito do mineral. cor branco - albus (lat.) albita NaAlSi3O8 comp. quím. cálcio calcita CaCO3 prop. fís. fluorescência fluorita CaF2 morfologia octaedro octaedrita TiO2 - anatásio localidades Aragón - Espanha aragonita CaCO3 personalidades Goethe - poeta alemão goethita FeO(OH) 4 Cristalografia - Sistemas Cristalinos: sistema cte lineares e angulares exemplos cúbico a = b =c = = = 90o diamante, fluorita tetragonal a = b c = = = 90o zircão, rutilo trigonal = hexagonal-R a1 = a2 = a3 c = = 90o e = 120o quartzo, coríndon hexagonal a1 = a2 = a3 c = = 90o e = 120o berilo, apatita ortorrômbico a b c = = = 90o topázio, crisoberilo monoclínico a b c = = 90o e 90o espodumênio, euclásio triclínico a b c 90o cianita, amazonita Escola européia - 7 sistemas; Escola americana - 6 sistemas: trigonal = hexagonal-R (R - romboedro) 5 SISTEMAS CRISTALINOS 6 Densidade relativa (d): A densidade relativa de um mineral expressa a relação entre o peso do mineral e o peso de um volume igual de água a 4oC e é representado por um número puro. Esta propriedade depende essencialmente: do peso atômico dos átomos que compõem o mineral: mineral peso atômico do cátion d aragonita CaCO3 Ca = 40,08 2,95 cerussita PbCO3 Pb = 207,21 6,55 do raio iônico dos elementos constituintes: mineral raio iônico d peso atômico silvita KCl K+ = 1,33Å 1,98 K+ = 39 halita NaCl Na+ = 0,98Å 2,17 Na+ = 23 do arranjo estrutural dos átomos: mineral composição sistema cristalino d diamante C cúbico 3,5 grafita C hexagonal 2,2 7 CÁLCULO DA DENSIDADE RELATIVA balança hidrostática: d = M x dlíq V dlíq = dH2O = 1 d = [P1/(P1-P2)].dlíq d = P (mineral no ar) x 1 P - P’ (min. na H2O) líquidos densos fórmula d diluente bromofórmio iodeto de metileno solução de Clerici CHBr3 CH2I2 formiato e malonato de Ta 2,89 (2,90 - 2,95) 3,33 (3,324) 4,05 (4,2 - 4,322) acetona acetona ou éter água 8 Dureza relativa (D): A dureza relativa é definida como sua resistência ao risco. Essa propriedade está diretamente relacionada à estrutura do cristal. A seguir, algumas correlações entre a dureza e a estrutura cristalina: a dureza é maior quanto menor forem os átomos ou íons: mineral composição raio iônico D calcita CaCO3 Ca++ = 0,99Å 3 magnesita MgCO3 Mg++ = 0,66Å 4,5 a dureza aumenta com a valência ou carga dos íons: mineral composição raio iônico D nitrato de sódio NaNO3 Na+ = 0,97Å 2 calcita CaCO3 Ca++ = 0,99Å 3 a dureza aumenta com a densidade de empacotamento dos átomos: mineral composição sistema cristalino D diamante C cúbico 10 grafita C hexagonal 1 Não confundir: risco (sulco que o mineral mais duro deixa no mais macio); traço (linha de pó que o mineral mais macio deixa no mais duro). 9 ESCALA DE MOHS Carl Friedrich Christian Mohs, 1773 – 1839 Alemão – escala em 1812 1 – talco 2 – gipsita 3 – calcita 4 – fluorita 5 – apatita 6 – ortoclásio 7 – quartzo 8 – topázio 9 – coríndon 10 – diamante TENACIDADE Modo pelo qual o mineral se comporta sob a ação de esforços mecânicos e está relacionada com a coesão entre os átomos. A tabela a seguir relaciona os diversos tipos de tenacidades. tenacidade descrição exemplo quebradiço pulveriza-se ao choque mecânico quartzo séctil pode ser cortado em lascas delgadas prata maleável pode ser transformado em lâminas platina dúctil pode ser transformado em fio cobre flexível placas que podem ser encurvadas e que permanecem assim uma vez cessado o esforço talco elástico placas que podem ser encurvadas mas retornam a sua posição original uma vez cessado o esforço micas 10 Clivagem: É a tendência de alguns minerais se partirem segundo superfícies mais ou menos planas relacionadas à estrutura cristalina. Ela é sempre paralela a uma possível face do cristal, sendo assim, um reflexo da estrutura interna. A clivagem ocorre entre planos atômicos de menor resistência devido a um espaçamento reticular maior ou a tipos mais fracos de ligação Tipos de clivagens - (número de direções) pinacoidal (1) prismática (2) cúbica (3, ângulos retos) romboédrica (3, ângulos diferentes de 90o) octaédrica (4) dodecaédrica (6) associação de clivagem – cianita; barita FRATURA: é a maneira particular como o mineral se quebra quando isto não se dá ao longo de planos de clivagem ou partição. Os principais tipos de fraturas são as irregulares, serrilhadas ou estilhaçada e as conchoidais. PARTIÇÃO: é a ruptura do mineral ao longo de superfícies de menor resistência desenvolvidas acidentalmente por deformação ou por geminação. 11 Hábito cristalino: É o modo ou combinação das faces comuns e características em que o mineral se cristaliza, incluindo as suas irregularidades de crescimento. Forma, em cristalografia, é o conjunto de todas as faces de um cristal, simétricas entre si. Estas podem ser abertas ou fechadas. hábito exemplo cúbico pirita octaédrico magnetita bipiramidal anatásio escalenoédrico calcita romboédrico dolomita rombododecaédrico granadas pentadodecaédrico pirita trapezoédrico leucita tetraédrico tetraedrita prismático berilo tabular albita laminado cianita acicular rutilo capilar serpentina 12 Agregado cristalino:De um modo geral, os cristais não ocorrem isolados, mas sim em agrupamentos, os quais podem ser bastantes característicos. Tipo Exemplo Tipo Exemplo maciço / compacto calcedônia estalactítico / estalagmite aragonita granular / terroso barita coraloidal gibbsita reticulado rutilo colunar goethita fibroso asbestos concêntrico ágata radial malaquita bandado ágata micáceo micas oolítico calcita drúsico / geodo quartzo pisolítico calcita amigdaloide zeólitas estrelado micas dendrítico cobre coloforme: globular; botrioidal; mamilar; reniforme goethita Macla ou geminação: Dois ou mais indivíduos da mesma espécie mineral estão maclados ou geminados, quando o seu intercrescimento obedecer a certa lei de simetria. Reconhecimento de cristais maclados: ângulos reentrantes; interrupção de estrias ou direções diferentes sobre as faces. Tipos de Maclas: cruz de Santo André, cauda-de-andorinha, ... 13 Fenômenos relacionados com a luz: Diafaneidade: Esta propriedade descreve a capacidade do mineral de transmitir a luz. Os diversos graus dessa propriedade podem ser descritas como: transparente; semitransparente; translúcido; semitranslúcido e opaco. Na mineralogia, a análise é feita em lâmina delgada de até 3m, enquanto na gemologia a análise é feita macroscopicamente. 14 Brilho: É o aspecto superficial do mineral sob luz refletida. O brilho depende, além do índice de refração, da natureza da superfície refletora e de absorção. Brilho Descrição Exemplo metálico minerais opacos n ≥ 3 pirita submetálico minerais opacos n entre 2,6 e 3 ferroclumbita não metálico: minerais transparentes a trunslúcidos adamantino semelhante ao diamante n entre 1,9 e 2,6 diamante vítreo semelhante ao vidro n entre 1,3 e 1,9 quartzo resinoso semelhante a resina enxofre gorduroso em superfícies rugosas nefelina ceroso semelhante ao da cera de vela calcedônia terroso em agregados porosos caulinita perláceo semelhante ao da pérola talco sedoso semelhante ao da seda serpentina 15 Cor: É produzida pela absorção de alguns e reflexão de outros comprimentos de onda que compõem a luz branca. No caso de minerais metálicos, a cor está ligada a reflexão metálica. A cor pode ser dividida em: tipo descrição exemplo a) idiocromática cor verdadeira, está relacionada a própria composição química e estrutural do mineral íons de metais de transição absorção seletiva existem 8 elementos de transição: Ni - falcondoíta (verde) Ti - titanoaugita (castanho-avermelhado) Cr - crocoíta (alaranjada) V - cavansita (azul esverdeado) Mn - rodocrosita (rosa) Fe - almandina (veremelho) Co - esferocobaltita (vermelho) Cu - azurita (azul) (Ni,Mg)4Si6O15(OH)2·6H2O Ca(Mg,Fe,Al,Ti)(Si,Al)2O6 PbCrO4 Ca(VO)2Si4O10·6H2O MnCO3 Fe3Al2(SiO4)3 CoCO3 Cu3(CO3)2(OH)2 reflexão preferencial cobre - Cu vermelho 16 tipo descrição exemplo b) alocromática cor não própria, está relacionada com impurezas ou defeitos eletrônicos ou estruturais impurezas de íons de metais de transição Ni - safira laranja sintética Ti - safira azul sintética Cr - rubi (vermelho) esmeralda (verde) 0,3% - Cr2O3 V - esmeralda Mn - kunzita (rosa) Fe - heliodoro (amarelo) Co - espinélio azul (sintético) Cu - smithsonita (azul, esverdeada) Al2O3 Al2O3 Al2O3 Be3Al2Si6O18 Be3Al2Si6O18 LiAlSi2O6 Be3Al2Si6O18 MgAl2O4 ZnCO3 centro de cor fluorita - CaF2 violeta exsolução agulhas de rutilo (0,1mm / 0,05mm) quartzo róseo c) pseudocromática cor falsa, está relacionada a efeitos ópticos difração jogo-de-cores opala preciosa labradorescência labradorita interferência da luz irisação hematita embaçamento ou pátina bornita 17 Dupla refração (birrefringência): Quando um raio luminoso atravessa uma substância anisótropa (minerais uni e biaxiais), desdobra-se em dois raios, de cada um com uma velocidade e um índice de refração característico, ou seja, ocorre a dupla refração. Ex: calcita, variedade espato-da-Islândia. Acatassolamento (chatoyance ou olho-de-gato): É um fenômeno produzido pela reflexão da luz em minerais de estrutura fibrosa, ou que contém inúmeras inclusões aciculares. O efeito é um brilho sedoso ondulante, em que a luz se concentra em estreitas faixas, observada sob luz refletida. Asterismo: O efeito do asterismo é decorrente da reflexão da luz em inclusões cristalinas, fluidas ou em cavidades aciculares orientadas segundo determinadas direções cristalográficas da amostra. Opalescência: Apresenta um aspecto azulado leitoso a nacarado provocado pela reflexão da luz. A opala apresenta esse fenômeno como alguns outros minerais. Este termo não deve ser confundido com opalinização ou jogo- de-cores da opala preciosa. 18 Adularescência: É uma luminosidade branca a azulada observada em certos minerais (adulária – pedra da lua) quando são girados e que se deve à reflexão difusa da luz em lamelas de geminação em certos minerais paralelamente intercrescido e com índice de refração um pouco diferente. Aventurinização: É caracterizada por um reflexo brilhante de pequenas inclusões, geralmente sobre um fundo opaco. No caso do quartzo aventurina as inclusões são de fuchsita, enquanto no feldspato aventurina (pedra do sol), as inclusões são de hematita ou goethita. Na imitação do vidro aventurina são utilizadas limalha de cobre como inclusões. Luminescência: É a emissão de luz resultante de todos os processos, exceto a incandescência. Ela é normalmente produzida pela irradiação com luz ultravioleta. A luminescência pode ser dividida em: fluorescência: é a emissão de luz que se dá durante a irradiação; fosforescência: é a emissão continuada de luz, após a interrupção da irradiação excitante; termoluminescência: é a emissão de luz quando a amostra é aquecida a temperatura inferior a da incandescência e triboluminescência: é a emissão de luz após quebra ou esmagamento do cristal. 19 Pleocroismo: É uma absorção seletiva da luz nas diferentes direções cristalográficas do mineral, mudando a cor ou a tonalidade deste. Dependendo do sistema cristalino que o mineral pertencer, com exceção do cúbico, este poderá ser dicróico ou tricróico. Essa propriedade não ocorre em minerais incolores. dicróicos n tricróicos n turmalina verde (trigonal) nω = verde forte nε = verde claro cordierita (ortorômbico) nα = amarelo nβ = azul claro nγ = violeta escuro rubi (trigonal) nω = vermelho forte nε = vermelho amarelado andaluzita (ortorômbico) nα = vermelho escuro nβ = verde claro nγ = cor de oliva safira (trigonal) nω = azul forte nε = azul amarelado kunzita (monoclínico) nα = incolor nβ = rosa pálido nγ = cor de ametista n- índice de refração 20 CLASSIFICAÇÃO QUÍMICA DOS MINERAIS classe mineral fórmula Elementos nativos ouro Au Sulfetos pirita FeS2 Sulfossais enargita Cu3AsS4 Haletos fluorita CaF2 Óxidos hematita Fe2O3 Hidróxidos goethitaFeO(OH) Carbonatos calcita CaCO3 Nitratos nitratita NaNO3 Boratos sinhalita MgAlBO4 Iodatos lautarita Ca(IO3)2 Fosfato monazita (Ce,La,Y,Th)PO4 Arseniatos nicolita NiAs Vanadatos vanadinita Pb5Cl(VO4)3 Antimoniatos monimolita (Pb,Ca)2Sb2O7 Niobatos ferrocolumbita (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6 Sulfatos barita BaSO4 Cromatos crocoíta PbCrO4 Molibdatos wulfenita PbMoO4 Tungstatos scheelita CaWO4 Seleniatos eucairita AgCuSe2 Teluratos cavalerita AuTe2 Titanatos perovskita CaTiO3 Tantalatos tantalita (Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6 Silicatos nesossilicatos zircão ZrSiO4 sorossilicatos bertrandita Be4(Si2O7)(OH)2 ciclossilicatos berilo Be3Al2Si6O18 inossilicatos espodumênio LiAlSi2O6 filossilicatos talco Mg3Si4O10(OH)2 tectossilicatos ortoclásio KAlSi3O8 Sais de ác. orgânic. oxilatos Hidrocarbonetos 21 ELEMENTOS NATIVOS Encontram-se no estado nativo (não combinado estado de valência mais reduzido, sem ânions: Au0, Ag0, ...) cerca de 20 elementos como minerais, os quais, podem ser divididos em: metais: 3 grupos grupo do ouro Au, Ag, Cu, Pb grupo da platina Pt, Pd, Ir, Os, Rh grupo do ferro Fe, Fe – Ni (tetrataenita – FeNi) semimetais: 2 grupos grupo do arsênio As, Bi, Sb grupo do selênio e telúrio Se, Te não metais: grupo do enxofre (S): -S ou S8 – enxofre (ortorrômbico) e β-S ou S8 – rosickyíta (monoclínico) grupo do carbono (C): grafita diamante 22 SULFETOS [S]2- A importância dessa classe é a presença da grande maioria dos minerais minérios metálicos. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOS SULFETOS são acessórios importante das rochas; estão relacionados com Au, Ag, Pb, Cu, Hg, Sb, Ni, Zn, ... apresentam vários tipos de ligações; a clivagem e a fratura estão relacionadas a certos tipos de ligações; escuros; cores e cor do traço característicos; minerais essencialmente opacos (há exceções); brilho essencialmente metálico (há exceções); dureza variável molibdenita 1 e pirita 6,5; densidade, de média a alta, raramente inferior a 4. SULFOSSAIS [S]2- Classe com 100 espécies pouco comuns e de estrutura complexa. Parecem ser sulfetos múltiplos. metal + não metal + semimetal A C B A x B y C z Pb 2+ Sb 3- sulfoantimonietos Ag 1+ S 2- As 3- sulfoarsenetos Cu 1+ Bi 3+ sulfobismutitos 23 HALOGENETOS ou HALETOS (±85 espécies) presença de íons halogênicos eletronegativos: F-, Cl-, Br- e I-; D e d relativamente moderados; ponto de fusão e de ebulição razoavelmente altos; são maus condutores de calor e eletricidade em T ambiente, excelentes condutores no estado de fusão. Exemplos: halita - Na[6]Cl[6] fluorita - CaF2 ÓXIDOS [O]2 1 cátion (metal) (óx. simples) ou mais (óx. múltiplos) ligado ao O2; clivagem rara ou ausente; partição em algumas espécies; brilho metálico a submetálico (há exceções); relativamente duros (>5,5 - 9) e densos; ocorrem como acessórios em rochas metamórficas e ígneas, além de grãos detríticos nas rochas sedimentares; importância econômica: Fe, Cr, Sn, Ti, Mn, Al, U ... 24 TIPOS DE ÓXIDOS I) Óxidos simples pirolusita MnO 2 rutilo TiO 2 cassiterita SnO 2 II) Óxidos múltiplos cromita FeCr 2 O 4 magnetita Fe 2+ Fe 2 3+ O 4 HIDRÓXIDOS óxidos que contêm hidroxila (OH)-; D e d relativamente mais baixos; todos hidróxidos são secundários. FeS 2 FeO(OH) • nH 2 O pirita limonita (amorfa - pseudomorfo) (termo genérico) Exemplos: romanechita - (Ba,H2O)2Mn5O10 (“psilomelano”) goethita - FeO(OH) 25 DIVERSAS CLASSES (650 espécies) grupos ou complexos aniônicos Ri (raio iônico) O 2- = 1,40Å nitratos (N 5+ O 3 ) 1- 0,13 radical [RO 3 ] x- carbonatos (C 4+ O 3 ) 2- 0,16 boratos (B 3+ O 3 ) 3- 0,23 radical [RO 4 ] x- fosfatos (PO 4 ) 3- 0,35 R 5+ arseniatos (AsO 4 ) 3- 0,46 vanadatos (VO 4 ) 3- 0,59 sulfatos (SO 4 ) 2- 0,30 R 6+ cromatos (CrO 4 ) 2- 0,52 tungstatos (WO 4 ) 2- 0,62 molibdatos (MoO 4 ) 2- 0,62 26 NITRATOS [N5+O3]1- nitro - KNO3 (salitre ou sal de potássio) nitratita - NaNO3 (salitre do Chile ou nitro de sódio) BORATOS [B3+O3]3- Existem, aproximadamente, 100 espécies e são semelhantes aos silicatos, formam grupos aniônicos polimerizados. bórax - Na2B4O5(OH)4 • 8H2O sinhalita - MgAlBO4 CARBONATOS [C4+O3]2- possuem clivagem geralmente perfeita; transparente a translúcido brilho essencialmente vítreo; dureza < 5,5; densidade - média a alta EXEMPLOS DE CARBONATOS a) carbonatos anídricos b) carbonatos básicos e hidratados magnesita MgCO3 malaquita Cu2CO3(OH)2 calcita CaCO3 azurita Cu3(CO3)2(OH)2 27 radical FOSFATOS ARSENATOS VANADATOS [R 5+ O 4 ] 3- [PO 4 ] 3- [AsO 4 ] 3- [VO 4 ] 3- apatita Ca5(F,Cl,OH)(PO4)3 monazita (Ce,La,Y,Th)PO4 (ETR) piromorfita Pb 5 Cl(PO 4 ) 3 mimetita Pb 5 Cl(AsO 4 ) 3 vanadinita Pb 5 Cl(VO 4 ) 3 radical SULFATOS CROMATOS [R 6+ O 4 ] 2- [SO 4 ] 2- [CrO 4 ] 2- ligação covalente forte; clivagem excelente a imperfeita; dureza variável, <5; densidade - média a alta; transparente a translúcido brilho vítreo. 28 Sulfatos anidros: barita BaSO 4 celestina SrSO 4 anglesita PbSO 4 anidrita CaSO4 Sulfatos hidratados: gipsita CaSO 4 • 2H 2 O epsomita MgSO 4 • 7H 2 O CROMATO: crocoíta - PbCrO4 radical TUNGSTATOS MOLIBDATOS [R 6+ O 4 ] 2- [WO 4 ] 2- [MoO 4 ] 2- presença de clivagem; densidade - média a alta; opaco a transparente brilho submetálico a adamantino. scheelita CaWO 4 wulfenita PbMoO 4 29 SILICATOS Compreendem a classe química mais importante entre os minerais da crosta terrestre, com cerca de 99% em volume. Quase todos os minerais que formam as rochas ígneas são silicatos (mais de 90% da crosta terrestre - em volume). cela unitária de [SiO4]4- “ponte de oxigênio” ou polimerização quanto mais alta a T(oC) de cristalização de um silicato, tanto mais baixo o grau de polimerização. Seis subclasses NESOSSILICATOS - [SiO4]4- SOROSSILICATOS - [Si2O7] 6- CICLOSSILICATOS - [Si6O18]12- INOSSILICATOS - [Si2O6]4- e [Si4O11]6- FILOSSILICATOS - [Si2O5]2- TECTOSSILICATOS - [SiO2]o 30 subclasse – NESOSSILICATOS (grego – ilha, isolado) grupo aniônico: tetraédrico – [SiO4]4- relação Si : O = 1 : 4 lig. covalente forte no interior da estrutura tetraedros isolados ligados uns aos outros por cátions intersticiais (ligação iônica); substituição eventual de Si4+ por Al3+. Exemplos: olivina - (Mg2+,Fe2+)2SiO4 topázio - Al2SiO4(F,OH)2 euclásio - BeAlSiO 4 (OH)fenaquita - Be2SiO4 zircão - ZrSiO4 titanita - CaTiSiO5 ou CaTiOSiO4 estaurolita - (Fe2+,Mg,Fe3+)4Al17O13[(Si,Al)O4]8(OH)3 31 Grupo das granadas - 15 espécies espécies fórmulas série piralspita granadas aluminosas piropo almandina sperssartina Mg 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 Fe 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 série ugrandita granadas cálcica uvarovita grossulária andradita Ca 3 Cr 2 (SiO 4 ) 3 Ca 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 Ca 3 Fe 2 (SiO 4 ) 3 Polimorfos – Al2SiO5 ou Al2O(SiO4) cianita – zona de falha (P, T) andaluzita – met. de contato (P, T) sillimanita – met. de alto grau (P, T) 32 subclasse – SOROSSILICATOS (grego – grupo) grupo aniônico: tetraédrico – [Si2O7] 6- relação Si : O = 2 : 7 lig. covalente forte no interior da estrutura polimerização por uma ”ponte” de oxigênio; tetraedros interligados por cátions intersticiais; minerais raros, apesar das 70 espécies conhecidas (6 são comuns); hemimorfita - Zn4(Si2O7)OH • H2O epídoto - Ca2(Al,Fe 3+ )3Al 2 O(SiO 4 )(Si 2 O 7 )(OH) subclasse - CICLOSSILICATOS (grego – anel) grupo aniônico [Si3O9]6- relação Si : O = 1 : 3 benitoíta - BaTiSi3O9 grupo aniônico [Si4O12]8- relação Si : O = 1 : 3 axinita – Ca2Fe2+ Al2(BO3)(Si4O12)(OH) grupo aniônico [Si6O18]12- relação Si : O = 1 : 3 berilo - Be3Al2Si6O18 grupo aniônico: tetraédrico lig. covalente forte no interior da estrutura 33 cátions: Ca, Fe, Na, Al, Be, Mg, Mn, Cu, Li, ...; Grupo da turmalina - XY3Z6(BO3)3T6O18(O1)3(O2) dravita - NaMg3Al6(BO3)3Si6O18(OH)3(OH) [turmalina típica] berilo – Be3Al2Si6O18 cordierita – (Mg, Fe2+)2Al3[AlSi5O18] • H2O subclasse – INOSSILICATOS (grego – cadeia) cadeia simples PIROXÊNIOS grupo aniônico: tetraédrico lig. covalente forte no interior da estrutura cadeia dupla ANFIBÓLIOS grupo aniônico [Si2O6]4- relação Si : O = 1 : 3 grupo aniônico [Si4O11]6- relação Si : O = 4 : 11 34 I - Cadeia simples: grupo dos piroxênios os piroxênios ricos em Ca são os mais abundantes (sist. mono.) cristais prismáticos, com 4 ou 8 lados, geralmente curtos e grossos; possuem clivagem prismática má (87o - 93o ou 88o - 92o); min. essenciais de rochas ígneas e met. (T↑). Piroxênios em met. regressivo na presença de H2O transformam-se em anfibólios. espodumênio - LiAlSi2O6 jadeíta - Na(Al, Fe3+)Si2O6 PIROXENÓIDES wollastonita - CaSiO 3 rodonita - MnSiO 3 II - Cadeia dupla: grupo dos anfibólios semelhantes aos piroxênios + hidroxila; cristais prismáticos, com 4 ou 8 lados, geralmente longos e finos; possuem clivagem prismática (56 - 124o); min. essenciais de rochas met. (acessórios em ígneas - <1%). Anfibólios podem se alterar em biotita. hornblenda: rochas met. (médio - alto grau) e ígneas [+ rara no QF] ferrohornblenda - Ca2[Fe2+4(Al,Fe3+)]Si7AlO22(OH)2 magnesiohornblenda - Ca2[Mg4(Al,Fe3+)]Si7AlO22(OH)2 nefrita var. de tremolita ou ferroactinolita compacta JADE 35 subclasse - FILOSSILICATOS (grego – folha) grupo aniônico: tetraédrico lig. covalente forte no interior da estrutura grupo aniônico [Si2O5]2-, [Si4O10]4-, [AlSi3O10]5- ou [Al2Si2O10]6- relação Si : O = 2 : 5 polimerização bidimensional; hábitos achatados ou em escamas - TABULAR; moles, flexíveis, elásticos ou não; clivagem perfeita - pinacoidal; D e d relativamente baixos; são constituintes principais do solo. Grupo das micas (43 minerais) a – subgrupo da muscovita (14) muscovita - KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2 [var. fuchsita – Cr] 36 b – subgrupo da biotita (18) - K(Mg,Fe2+)3[(AlSi3)O10](OH,F)2 flogopita – siderofilita / annita – eastonita flogopita - KMg3(Si3Al)O10(F,OH)2 siderofilita - KFe2+Al(Al2Si2)O10(F,OH)2 annita - KFe3+(AlSi3O10)(OH,F)2 eastonita - KMg2Al[Al2Si2O10](OH)2 c – subgrupo da margarita (7) margarita - CaAl2(Al2Si2)O10(OH)2 d – subgrupo da hidromica (4) vermiculita - (Mg,Fe2+,Al)3(Si,Al)4O10(OH)2 • 4(H2O) Grupo da pirofilita - talco (6) pirofilita - Al2Si4O10(OH)2 talco - Mg3Si4O10(OH)2 Grupo da palygorskita - sepiolita (subgrupo da sepiolita) sepiolita - Mg4Si6O15(OH)2 • 6(H2O) falcondoíta - (Ni,Mg)4Si6O15(OH)2 • 6(H2O) [GARNIERITA] Grupo da apofilita apofilita - KCa4 (Si4O10) 2F • 8(H2O) 37 GRUPO CAULINITA - SERPENTINA A2-3Si2O5(OH)4 A = Al, Fe3+, Fe2+, Mg, Ti, Mn Grupo caulinita caulinita - Al2Si2O5(OH)4 Grupo da serpentina antigorita - (Mg,Fe2+)3Si2O5(OH)4 [variedade maciça] subgrupo da crisotila: clinocrisotila - Mg 3Si2O5(OH)4 (monoclínico) ortocrisotila - Mg 3Si2O5(OH)4 (ortorrômbico) Grupo da clorita (11) [termo genérico] cookeíta - LiAl4(Si3Al)O10(OH)8 clinocloro - (Mg,Fe2+)5Al(Si3Al)O10(OH)8 Grupo da “esmectita” [min. argilosos] (13) montmorillonita - (Na,Ca)0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2 • n(H2O) nontronita - Na0,3Fe2(Si,Al)4O10(OH)2 • n(H2O) crisocola - (Cu,Al)2H2Si2O5(OH)4 • n(H2O) petalita - LiAlSi4O10 38 subclasse – TECTOSSILICATOS (grugo – tridimensional) grupo aniônico: tetraédrico lig. covalente forte no interior da estrutura grupo aniônico [SiO2]o relação Si : O = 1 : 2 AlxSiyOz [z = 2(x+y)] minerais mais abundantes da crosta terrestre; quase ¾ dos componentes das rochas; quase a totalidade das rochas ígneas; frequentemente há substituição parcial do Si4+ por Al3+; apresentam ligações fortes, dificultando a clivagem; os tectossilicatos são divididos em 5 grupos: sílica quase a totalidade das rochas ígneas feldspatos feldspatoides escapolitas zeólitas 39 GRUPO DA SILICA - SiO2 Existe 8 polimorfos de SiO2 (quartzo, tridimita, cristobalita, moganita, melanofloguita, coesita, stishovita), sendo a opala amorfa e a lechatelierita (sintéticas e amorfa). QUARTZO (GRUPO DA SÍLICA) - SiO2 A - variedades cristalinas de granulação grossa hialino ametista citrino fumê ou morion i róseo n leitoso c rutilado l astérico u olho-de-gato s olho-de-falcão õ olho-de-tigre e azulado s aventurina B - variedades criptocristalinas c cornalina a sárdio l crisoprásio c heliotrópio a) fibrosas e ônix d ágata: opala: ô musgosa n dendrita i madeira silicificada a ou opalizada, ou ... jaspe b) granular prásio silex chert 40 GRUPO DOS FELDSPATOS feldspato do alemão feld (campo) + spath (pedra); substituição parcial do Si4+ pelo Al3+ 3 grupos: feldspatos potássicos; f. sódicos-cálcicos; f. de bário (mais raro) de um modo geral, podem ser considerados como soluções sólidas de três componentes: OrxAbyAn100-x-y ortoclásio (Or) - KAlSi3O8 albita (Ab) – Na+AlSi3O8 anortita (An) – Ca2+Al2Si2O8 pertita: separação, desmisturação ou exsolução [tendem a ser // a (100)] de albita (filetes, filmes ou delgadas camadas), em um cristal de ortoclásio hospedeiro, contendo algum sódio ainda em solução sólida. Sendoinverso gera a antipertita. Série dos plagioclásios (feldspatos Na - Ca) plagioclásio do grego plagios (oblíquo) + klasis (fratura); fórmula geral: plagioclásio* (Na,Ca)(Si,Al)4O8 (*IMA não reconhece) 41 % "moleculares" fórmula Na Ca albita (Ab a-b ) anortita (An a-b ) albita NaAlSi3O8 100-90 0-10 oligoclásio (Na,Ca)(Si,Al)4O8 90-70 10-30 *andesina (Na,Ca)(Si,Al)4O8 70-50 30-50 *labradorita (Ca,Na)(Si,Al)4O8 50-30 50-70 *bytownita (Ca,Na)(Si,Al)4O8 30-10 70-90 anortita CaAl2Si2O8 10-0 90-100 Esta divisão é unicamente de conveniência não apresentando nenhum significado estrutural, aparecendo denominações como oligoclásio cálcico, andesina sódica etc. Série dos feldspatos K (Na, Ba) ou feldspatos alcalinos ortoclásio - KAlSi3O8 sanidina - (K,Na)(Si,Al)4O8 hialofano - (K,Ba)Al(Si,Al)3O8 celsiano - BaAl2Si2O8 microclínio - KAlSi3O8 anortoclásio - (Na,K)AlSi3O8 rubiclina - (Rb,K)AlSi3O8 42 diferenças entre feldspatos-K e plagioclásios propriedades feldspatos-K plagioclásios hábito prismático tabular clivagem 1 perfeita + 1 boa a 90 o 1 perfeita + 1 boa a ±90 o fratura irregular irregular D 6 6 - 6,5 d 2,55 2,63 - 2,76 cor branco, róseo incolor, branco, acinzentado traço branco branco macla simples são comuns Carlsbad, Manebach, Baveno, periclina múltiplas e estriadas Carlsbad e polissintética pertita presente ausente GRUPO DOS FELDSPATOIDES silicatos insaturados em sílica e ricos em álcalis. Contêm 2/3 de sílica contida nos feldspatos; não são encontrados em rochas que contêm quartzo. Ex.: sienito; são aluminossilicatos de K, Na, Ca, Cl, S, CO3 e SO4, quimicamente, muito semelhantes aos feldspatos. 43 Grupo da leucita (107) leucita - KAlSi2O6 Grupo da nefelina (6) nefelina - (Na,K)AlSiO4 [min. petrográfico] Grupo da sodalita (8) sodalita - Na8Al6Si6O24Cl2 lazurita - Na3Ca(Al3Si3O12)S [lápis-lazúli: rocha] Grupo da cancrinita (16) cancrinita - (Na,Ca,)8(Al6Si6O24)(CO3,SO4)2 • 2H2O liottita - (Ca,Na,K)8(Si,Al)12O24[(SO4),(CO3),Cl,OH]4 • (H2O GRUPO DA ESCAPOLITA escapolita do grego skapos (haste) + lithos (pedra), pelo seu hábito prismático; são minerais raros, geralmente aprecem em rochas carbonáticas (metamórficas). marialita - Na4Al3Si9O24Cl meionita - Ca4Al6Si6O24CO3 silvialita - (Ca,Na)4Al6Si6O24(SO4,CO3) 44 GRUPO DAS ZEÓLITAS (89) zeólita do grego zeo (ferver) + lithos (pedra): a maioria das espécies funde-se rapidamente com intumescência pronunciada, uma vez que aparentam ferver em sua própria água; são aluminossilicatos hidratados de metais alcalinos e alcalino- terrosos; a grande maioria são minerais secundários, quando primárias aparecem em cavidades de rochas ígneas básicas (basaltos). Analcima e espécies correlatas (5) ≈ analcima - NaAlSi2O6 • (H2O) ≈ polucita - (Cs,Na)2Al2Si4O12 • (H2O) Natrolita e espécies correlatas (10) natrolita - Na2[Al2Si3O10] • 2(H2O) escolecita - CaAl2Si3O10 • 3(H2O) Cabazita e espécies correlatas (9) Ca-cabazita - (Ca,Na2,K2,Mg)[Al2Si4O12] • 6(H2O) offretita - (K2,Ca,Mg)2,5Al5Si13O36 • 15(H2O) Heulandita e espécies correlatas (5) série da heulandita - (Ca,Na2)Al2Si7O18 • 6(H2O) série da estilbita - (Ca,Na)Al(Al,Si)Si2O8 45 PROPRIEDADES ELÉTRICAS Condutibilidade elétrica (e térmica) dos cristais: condutores - lig. metálica. Ex.: elementos nativos: Au, Ag, Pt, Cu; sulfetos: pirita (FeS2) isolantes - maioria. Ex.: quartzo (SiO2), calcita (CaCO3). Indução de eletricidade em minerais por: temperatura piroeletrecidade pressão piezoeletrecidade pressões dirigidas corrente alternada, e, inversamente, campo elétrico deformação mecânica do cristal. emprego placas de quartzo no controle de frequência de: produção ou detecção de som (sonar); recepção e transmissão de rádio; relógios de quartzo; ultrassonografia médica; microbalanças, à base de cristal de quartzo, capaz de pesar massa de até 0,1 ng (nanograma) 1g = 1.000.000.000ng; microfones; produção de faísca em acendedores; controles remotos para aparelhos eletrônicos; detectores de ondas em radar ultrassensíveis e espectrofotômetros. 46 PROPRIEDADES MAGNÉTICAS campo magnético os minerais podem ser magnetizados ou não caráter magnético: Diamagnéticos: minerais que não se magnetizam num campo magnético. Ex.: quartzo (SiO2), fluorita (CaF2), halita (NaCl), ouro (Au). Paramagnéticos: minerais fracamente atraído pelo imã, ficam magnetizados num campo magnético. Ex.: rutilo (TiO2), berilo (Be3Al2Si6O18), todos minerais com Fe; - granadas (Fe, Mg, Mn, Ca)2+3 (Al, Fe, Cr)3+2[SiO4]3; - olivina (Fe, Mg)2SiO4, etc. ferro magnético: intensamente atraídos por um imã, podem ficar magnetizados permanentemente. Ex.: magnetita − [Fe2+Fe3+2O2-4 ou (Fe3O4)], pirrotita − [Fe1-xS; x = 0 - 0,17] emprego: separação de minerais com eletroímã de campo magnético variável; transportes trens ultrarrápidos que funcionam por levitação magnética; ressonância magnética (paramagnetismo); prospecção de jazidas com magnetômetro. 47 PROPRIEDADES DE SUPERFÍCIE molhabilidade: liófilos ou hidrófilos: minerais facilmente molhados Ex.: quartzo (d = 2,65), granadas (d 3,06 - 4,20), diamante (d 3,5) de aluvião liófobos ou hidrófobos: dificilmente são recobertos pela água Ex.: diamante (d 3,5) de kimberlitos, sulfetos FLOTAÇÃO: técnica para tratamento de minério (diferença de propriedades de superfície) emprego: separação do mineral-minério (sulfeto liófobo) da ganga (quartzo, calcita etc. liófilos) minério finamente moídos + água polpa polpa + pequenas quantidades de agentes [coletor (adere aos liófobos) + espumante] + ar sulfetos são carreados na espuma e a ganga afunda 48 MÉTODOS DE DATAÇÃO GEOCRONOLOGIA (gr. gê - terra; khronos - tempo; logos - estudo) DATAÇÃO RELATIVA estabelece idades em termos meramente posicionais Baseia-se: a) Princípio da superposição; b) Biocronologia - fósseis índex - sucessão faunística. DATAÇÃO ABSOLUTA determina valores absolutos Radiometria: desintegração radioativa de um isótopo. Descoberto no fim do séc. XIX e, em 1911. Holmes desenvolveu o método U/Pb que é usado até hoje. a - Datação radiométrica por isótopos de meia-vida longa nuclídeos meia vida minerais ou rochas comumente datados 40K/40Ar 1,3Ga muscovita, biotita, sanidina, rocha vulcânica total 87Rb/87Sr 47Ga muscovita, biotita, microclínio, rocha metamórfica total 238U/206Pb 4,51Ga zircão, monazita (idade de cristalização) 235U/207Pb 713Ma zircão, monazita (idade de cristalização) 147Sm/144Nd 106Ga granadas 49 Ex.: 10g U238 4,5Ga 5g; 4,5Ga 2,5g; ... b - Datação pelo método do radiocarbono 14C (meia vida – 5730 anos) Outros métodos: datação absoluta pela contagem de linhas ou anéis de crescimento: - bivalves e braquiópodas; - corais; - troncos de árvores (dendrocronologia). varves = controle climático sazonal. método de hidratação da obsidiana (1 a 50m).PROBLEMAS DE DATAÇÃO - recristalização / contaminação. - refossilização / faunas ou floras endêmicas / intromissão / homomorfia. 50 SÉRIE DE BOWEN (1928) http://geo.browardcentralscience.org/bowens.html http://darkwing.uoregon.edu/~cashman/GEO311/311pages/L10-mafic%20rocks.htm 51 RESUMO DAS PRINCIPAIS PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS hábitos agregados D d diafaneidade/ brilho cor / traço clivagem cúbico maciço 1 - talco não metálico transp - transl idiocromático 1 - pinacoidal rombododecaédrico granular 2 - gipsita b < 2,2 pentadodecaédrico reticulado 2,5 - unha m 2,6 - 3,0 não metálico traço colorido 2 - prismática trapezoédrico lamelar 3 - calcita a > 3,5 adamantino tetraédrico dendrítico 4 - fluorita vítreo 3 - cúbica ou octaédrico estalactítico 5 - apatita submet - met resinoso alocromático romboédrica bipiramidal fibroso 5,5 - vidro ou estilete b < 3 sedoso romboédrico radial 6 - ortoclásio m 5 ceroso traço branco 4 - octaédrica escalenoédrico coloforme 7 - quartzo a > 7 gorduroso prismático drúsico 8 - topázio nacarado 6 - dodecaédrica capilar geodo 9 - coríndon terroso pseudocromático acicular coraloidal 10 - diamante tabular bandado opaco laminado concêntrico submetálico oolítico metálico pisolítico amigdaloide 52 LABORATÓRIO DE MINERALOGIA Propriedades amostra 1 amostra 2 amostra 3 amostra 4 amostra 5 amostra 6 amostra 7 amostra 8 amostra 9 amostra 10 cor cor do traço diafaneidade brilho hábito agregado clivagem fratura partição densidade dureza magnetismo reação à HCl macla prop. organoléptica classe mineral subclasse composição química espécie "variedade" 53 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA Básica: Dana J.D. & Hurlbut Jr. C.S. 1981. Manual de mineralogia. LTC Editora, São Paulo, 642 pp. Klein C. & Dutrow B. 2012. Manual de ciências dos minerais. 23th ed. Bookman, Porto Alegre, 716 pp. Complementar: Deer W.A., Howie R.A., Zussman J. 1981. Minerais constituintes das rochas - uma introdução. Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 559 pp. Frye K. 1974. Modern mineralogy. Prentice-Hall, New Jersey, 325 pp. Gaines R.V., Skinner H.C.W., Foord E.E., Mason B., Rosenzweig A. 1997. Dana’s new mineralogy. 8th ed. John Wiley & Sons, New York, 1819 pp. Nesse W.D. 2000. Introduction to Mineralogy. Oxford University Press, New York, 442 pp. Putnis A. 1995. Introduction to mineral sciences. Cambridge University Press, New York, 457 pp. http://webmineral.com http://www.mindata.org http://www.museu.em.ufop.br/ OBS: vários periódicos na biblioteca DEGEO/DEMIN, além de outros títulos.
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