Minerais na Crosta Terrestre

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DO SOLO
DISCIPLINAS: GÊNESE, MORFOLOGIA E FÍSICA DO SOLO (ZOO)
 GÊNESE E MORFOLOGIA DO SOLO (AGRO)
MINERAIS
Prof. Jaedson Mota
Fortaleza- CE
2014
0-35 km
35-60 km
35-2890 km
2890-5100 km
5100-6378 km
AS CAMADAS DA TERRA
Ca, Na
Si, Mg, Fe
Silicatados,
Silicatados
(Fe, Mg),
Si, Al, P,
Olivina 
Olivina
Metais
(Fe, Ni)
Metais
(Fe e Ni)
2
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CROSTA TERRESTRE
(base massa)
Fonte: Teixeira et al., 2009 (Decifrando a terra).
COMPOSIÇÃO MINERALÓGICA DA CROSTA TERRESTRE
Fonte: Teixeira et al. (2000). Decifrando a terra.
É um elemento ou composto químico homogêneo, formado por processos inorgânicos, de composição química definida, com arranjo atômico ordenado e encontrado naturalmente na crosta terrestre. É sólido nas CNTP.
MINERAL
POR QUE ESTUDAR OS MINERAIS?
 Avaliar o grau de evolução do solo.
Quartzo e feldspatos:
São mais resistentes
Olivina, augita, hornblenda:
São menos resistentes
Solo derivado de rochas com quartzo, feldspatos e minerais ferromagnesianos
Então,
 que apresenta quartzo e feldspato potássico como minerais primários
 é muito mais evoluído do que um mesmo que contenha ferromagnesianos
Avaliar o potencial de reserva de nutrientes para as culturas agrícolas.
Reserva mineral a curto prazo
Ferromagnesianos, feldspatos 
(< 0,02 mm)
Reserva mineral a médio prazo
Ferromagnesianos, feldspatos 
(> 0,02 mm)
Reserva mineral a longo prazo
Feldspatos potássicos, muscovita e outros mais resistentes (> 0,02 mm)
CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS
Com base no ânion ou no radical aniônico dominante em sua fórmula química.
Classe
Ânionou radical aniônico
Elementos nativos
Sem íons
Sulfetos
S2-
Óxidos/Hidróxidos
O2-/OH-
Haloides
Cl-, Br-, I-, F-
Carbonatos
(CO3)2-
Nitratos
(NO3)-
Sulfatos
(SO4)2-
Fosfatos
(PO4)3-
Silicatos
(SiO4)4-
MINERAIS NA CROSTA TERRESTRE
Não Silicatados
1. Elementos nativos
4. Haloides
Enxofre
Halita – NaCl
Cobre
Silvita – KCl
2. Sulfetos
5. Carbonatos
Pirita – FeS2
Calcita – CaCO3
Calcopirita – CuFeS2
Dolomita –CaMg(CO3)2
3. Óxidose Hidróxidos
6. Nitratose Boratos
Magnetita – Fe3O4
Nitrato de sódio – NaNO3
Hematita – Fe2O3
Bórax– Na2B4O7.10H2O
Ilmenita – FeTiO3
7. Sulfatos
Pirolosita – MnO2
Barita – BaSO4
Bauxita – Hidróxidosde Alumínio
Gipsita – CaSO4. 2H2O
Limonita – HFeO2
8. Fosfatos
Apatita – Ca5(PO4)3(F, Cl,OH)
MINERAIS NA CROSTA TERRESTRE
Silicatados
9. Silicatados
9.1. Nesossilicatos
9.5. Filossilicatos
Olivina – (Mg, Fe)2SiO4
9.5.1. Micas
Granada – (Ca, Mg, Fe, Mn)3(Al, Fe, Cr)2(SiO4)3
Biotita -K(Al, Fe)3(AlSi3O10) (OH)2
9.2. Sorossilicatos
Muscovita -KAl3(AlSi3O10) (OH)2
Epidoto – Ca5(Al, Fe) Al2O (SiO4) (SiO7) (OH)
9.5.2. Argilominerais
9.3. Ciclosilicatos
9.6. Tectossilicatos
Turmalina – Na(Mg, Fe)3Al6(BO3)3(Si6O18) (OH)4
9.6.1. Feldspatos
9.4. Inossilicatos
9.6.1.1. Potássicos oualcalinos
9.4.1. Anfibólios
Ortoclásio -KAlSi3O8
Tremolita-Actinolita -Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2
Microclínio -KAlSi3O8
Hornblenda -NaCa2(Mg,Fe,Al)5(Si,Al)8O22(OH)2
9.6.1.2. Plagioclásios ou calco-sódicos
9.4.2. Piroxênios
(Ca,Na)(Al,Si)AlSi2O8
Augita -Ca(Mg, Fe, Al) (Al, Si)2O6
9.6.2. Quartzo
Fonte: Teixeira et al., 2009 (Decifrando a terra).
Grupo
Característica
Estrutura
Nesossilicatos
Tetraedros isolados, sem vértices comuns ligados.
Sorossilicatos
2 grupos de tetraedros, 1 vértice comum.
Ciclossilicatos
Tetraedros arranjados em anéis; dois vértices em comum.
Inossilicatos
Tetraedros com 2 ou 3 vértices comuns, agrupados em cadeias simples ou duplas.
Filossilicatos
Tetraedros com 3 vértices comuns, arranjo em camadas bidimensionais.
Tectossilicatos
Tetraedros com 4 vértices em comum, arranjo tridimensional.
MINERAL ESSENCIAL
Mineral constituinte de uma rocha, fundamental para a sua definição, caracterização e classificação. 
Tem importância pelo teor significativo com que ocorre na rocha e/ou pelo seu significado petrogenético. 
MINERAL ACESSÓRIO
	Mineral que participa das rochas como elemento menor ou traço e não influi na definição, caracterização e classificação da rocha.
Tem importância na definição de características econômicas específicas de uma formação rochosa (ex.: zircão). 
MINERAIS PRIMÁRIOS
ESSENCIAIS
Tectossilicatos
Quartzo
Feldspatos
Filossilicatos
Micas
Inossilicatos
Anfibólios
Piroxênios
Nesossilicatos
Olivina
ACESSÓRIOS
Sulfetos
Sulfatos
Carbonatos
Fosfatos
Silicatos (Ciclossilicatos)
Óxidos
Quartzo
	Variedade cristalina da sílica. Um dos minerais mais frequentes na natureza (rochas ígneas, metamórficas e sedimentares).
Generalidades
- São translúcidos ou opacos;
- Apresentam alta resistência ao intemperismo;
- Apresentam baixa cinética de dissolução; e
- Não são fonte de nutrientes às plantas.
Importância do Quartzo
	A sua importância agrícola não se deve à sua qualidade como fornecedor nutrientes às plantas, mas como constituinte dos solos.
 Predomina na fração areia: influência nos atributos 
 físicos; e
 Via de regra, ao contrário dos outros minerais, não 
 se altera quimicamente, apenas se fragmenta.
DESGASTE FÍSICO SEM ALTERAÇÃO QUÍMICA
Feldspatos
	São tectossilicatos que ocorrrem devido à substituição do Silício pelo Alumínio nos tetraedros.
Generalidades
- São translúcidos ou opacos;
- São cristais mistos: potássio, sódio e cálcio
 Clivagem: ortoclásios e plagioclásios
Ângulo reto
(Feldspatos-K)
Ângulo oblíquo
(demais Feldspatos)
Importância dos Feldspatos
	Constituem cerca de 60% das rochas ígneas; fonte de potássio, cálcio e sódio; fornecem argilominerais quando do seu intemperismo.
Micas
	São minerais formados pela condensação de duas lâminas tetraédricas em sanduíche com uma lâmina octaédrica, formando uma unidade cristalográfica.
Generalidades
- São comuns nas diversas rochas; e
- Micas
Muscovita
(mica branca)
Biotita
(mica preta)
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- A biotita perde o potássio mais facilmente que a muscovita, o que leva à ocorrência de biotita apenas em solos jovens; 
- A biotita libera o potássio de sua estrutura de 10 a 100 vezes mais rápido que a muscovita.
Muscovita
(mica branca)
Biotita
(mica preta)
Intemperismo das micas
- É necessário meio ácido, e que todas as fontes de potássio sejam exauridas:
Mica
Remoção de potássio
Vermiculita
Importância das Micas
	São fonte de nutrientes às plantas (por exemplo, de potássio); dão origem a importantes minerais expansíveis 2:1.
Piroxênios e Anfibólios
- Clivagem: piroxênios; anfibólios
perpendicular
oblíqua
São silicatos de Mg, Ca e Fe, com ou sem Al2O3 e Fe2O3
Augita
Quimicamente parecidos com os piroxênios, mas possuem (OH) em sua composição
Hornblenda
Generalidades
- São caracterizados como minerais máficos;
- Ocorrem frequentemente nas rochas básicas; e
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Importância dos Piroxênios e Anfibólios
	Constituem cerca de 17% das rochas ígneas; fonte de cálcio e de magnésio. fornecem argilominerais quando do seu intemperismo.
Olivinas
	São minerais constituídos por silicatos de magnésio e ferro, com fórmula química (Mg,Fe)2SiO4.
Generalidades
- Cor verde;
- Presentes em rochas magmáticas escuras; e
- Importância agrícola: fonte de Fe e Mg.
- Principais espécies:
Fosterita (Mg2SiO4)
Fayalita (Fe2SiO4)
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Sulfetos
Principais espécies mineralógicas:
1. Elementos metálicos somados ao enxofre;
2. Brilho metálico; e 
3. Oxidam ou hidratam rapidamente.
Pirita (FeS2)
Galena (PbS)
Inibe o crescimento vegetal pelo excesso de ácido sulfúrico.
Importância agrícola:
Pirita + oxigênio + água → Sulfato ferroso + ac. sulfúrico 
 2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2FeSO4 + 2H2SO4
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Sulfatos
Principais espécies:
1. Ocorrem comumente em solos; e
2. São solúveis.
Gipsita (CaSO4.2H2O)
Anidrita (CaSO4)
Importância agrícola:
São fonte de cálcio e enxofre para as plantas; e
São empregados como corretivos de solos alcalinos.
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Carbonatos
Principais espécies:
Minerais que ocorrem com frequência em solos, principalmente os derivados de rochas sedimentares e metamórficas.
Calcita (CaCO3)
Dolomita Ca,Mg(CO3)2
Importância agrícola:
São fonte de cálcio e magnésio para as plantas; e
São empregados como corretivos de solos ácidos.
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Fosfatos
A principal espécie mineralógica é a apatita (Ca5(Cl,F)(PO4)3 e tem importância agrícola pelo fato de fornecer fósforo às plantas.
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Óxidos
Principais espécies:
São resultantes da combinação de um metal com o oxigênio.
Importância agrícola:
São fonte de ferro para as plantas.
Magnetita (Fe3O4)
Hematita (Fe2O3)
Limonita (2Fe2O3.3H2O)
Ilmenita (FeTiO2)
Rutilo (TiO2)
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Alguns minerais primários essenciais e acessórios que ocorrem na natureza
Fonte: Melo et al., 2009.
Se originam de transformações químicas a partir dos minerais primários. Podem ser silicatados ou não.
Argilominerais silicatados
MINERAIS SECUNDÁRIOS
São silicatos de Al, Fe e Mg hidratados, com estruturas cristalinas em camadas, constituídos por folhas contínuas de tetraedros de silício, ordenados de forma hexagonal, condensados com folhas octaédricas de hidróxidos de metais tri e divalentes.
Por que estudar os argilominerais silicatados ?
É a fração ativa do solo e participa de praticamente todas as reações fisico-químicas 
- Coloides na presença de cargas elétricas
 Adsorvem íons ( superfície específica)
- Fazem ligações com moléculas de água
- Apresentam plasticidade e pegajosidade
- Susceptíveis à dispersão e floculação
- Exibem dureza e tenacidade quando secos
- Alguns podem variar de volume: f(umidade)
Características
Classificação dos argilominerais
Filossilicatos
Tetraedros
Octaedros
Si
Al
Importante: Substituição isomórfica
Tipos de argilominerais silicatados
1:1
Ex.: Caulinita
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Tipos de argilominerais silicatados
2:1
Ex.: Montmorilonita
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Tipos de argilominerais silicatados
2:1:1 ou 2:2
Ex.: Cloritas
O que são argilominerais não silicatados ?
São os minerais que persistem ao final do processo de intemperismo e contêm óxidos ou hidróxidos de Fe e Al.
Gibbsita: Al(OH)3
Hematita: Fe2O3
Goethita: FeOOH
Superfície específica: área por unidade de massa ou de volume.
Atributos dos minerais secundários
Considera-se como SE de uma partícula toda a superfície externa – superior, inferior, lateral – mais a interna, entre camadas, quando existir.
Mineral secundário
Superfície específica (m2/g)
Caulinita
5 a 10
Montmorilonita
700 a 800
Ilita
100 a 200
Gibbsita
1 a 100
Óxido de ferro
100 a 400
Capacidade de troca de cátions (CTC)
A CTC do solo é definida como a quantidade de cátions que pode ser adsorvida pelas partículas do solo (minerais de argila, óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio), e trocadas com a solução do solo.
* Os cátions adsorvidos não fazem parte da estrutura do mineral; estão aderidos superficialmente;
* A CTC é função principalmente das cargas elétricas das partículas e de sua SE.
Carga permanente → substituição isomórfica
Substituição isomórfica = substituição de um cátion por outro de tamanho similar, na estrutura do cristal, sem que ocorra uma mudança significativa na estrutura.
	* Si+4 por Al+3 no tetraedro de Si
	* Al+3 por Mg+2 ou Fe+2 no octaedro de Al 
Mineral secundário
CTC (cmolc/kg)
Caulinita
10 a 30
Montmorilonita
80 a 150
Ilita
10 a 40
Gibbsita
< 10
Óxido de ferro
< 10
jaedson.mota@ufc.br