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Cristais de ametista,umavariedadede quartzo. As superfíciesplanaressão facescristalinas, cujasgeometriassão determinadaspelo arranjo interno dos átomos que constituemos cristais. [Breck P. Kent] ALBERT EINSTEIN 77 78 80 81 82 86 89 96 No Capítulo2, vimosco~o a tectônicadeplacaspodeexplicaradinâmicae asestruturasdegran-desproporçõesdaTerra,maspoucofoi vistoso- bre a imensavariedadede materiaisqueaparecemnos ambientesgeotectônicos.Nestecapítuloe no próxjmo, vamosdirigir nossaatençãoàsrochas,queformamos registrosdosprocessosgeológicos,e aosminerais,que sãoosseusconstituintesbásicos. As rochase osmineraissãoúteisparaidentificaras váriaspartesdo sistemaTerra,damesmaformacomoo concreto,o açoe o plásticoidentificamaestrutura,o de- sign eaarquiteturadosgrandesedifícios.Paracontarcom precisãoahistóriadaTerra,osgeólogosfreqüentemente adotamuma"estratégiadeSherlockHolmes",utilizando asevidênciasexistentesparadeduzirosprocessoseeven- tosqueocorreramemumdeterminadolocal,emtempospassados.Porexemplo,osti- posdemineraispresentesemumarochavulcânicapodemfornecerevidênciasdeque aserupçõestrouxeramà superfícieterrestrerochasfundidas,comtemperaturasche- gandotalveza l.OOO°C. Os mineraisdeumgranitorevelamqueestecristalizouna crostaprofunda,nasaltastemperaturase pressõesqueocorremquandoduasplacas continentaiscolidemeformammontanhascomoasdoHimalaia.IO conhecimentoda geologiadeumaregiãopermite-nosfazerprevisõesconsistentessobreoslocaisonde hápossibilidadededescobrirrecursosmineraisdeimportânciaeconômica. O assuntodestecapítuloéamineralogia- ramodaGeologiaqueestudaacompo- sição,aestrutura,a aparência,aestabilidade,os tiposdeocorrênciae asassociações deminerais. Minerais formadores de rochas oque é um mineral? A estrutura atômica da matéria Reaçôes químicas Ligaçôes químicas A estrutura atômica dos minerais Propriedades físicas dos minerais Os minerais e o mundo biológico "Tudo deveriaserfeito daforma maissimples possível,nãomaisqueisso." Os mineraissãoosconstituintesbásicosdasrochas:namaioriadoscasos,comfer- ramentasapropriadas,pode-sesepararcadaum dosmineraisqueas constituem. cc~tender a Terra Figura3.1 O mineralcalcitaéencontradonasconchasde muitosorganismos,comoos foraminíferos. [Esquerda:LesterV.Bergman/Corbis;direita:CushmanFoundationfor ForaminiferalResearch,1987] Poucos tipos de rochas,comoos calcários,contêmapenas ummineral(nessecaso,a calcita).Outrostipos,comoo gra- nito, são constituídosde vários mineraisdiferentes.Para identificare classificarosdiversostiposderochasquecom- põemaTerraeentendercomoseformaram,devemosconhe- cerosmmeralS. Osgeólogosdefinemummineralcomoumasubstânciade ocorrêncianatural,sólida,cristalina,geralmenteinorgânica, comumacomposiçãoquímicaespecífica.Os mineraissãoho- mogêneos:nãopodemserdivididos,pormeiosmecânicos,em componentesmenores.Vamosexaminardetalhadamentea se- guircadapartedanossadefiniçãodemineral. De ocorrêncianatural... Paraserqualificadacomoummine- ral, umasubstânciadeveserencontradananatureza.Os dia- mantesquesãoretiradosdasminasdaÁfrica doSul sãomine- rais.Os exemplaressintéticos,produzidosemlaboratóriosin- dustriais,nãosãoconsideradosminerais,nemosmilharesde produtosinventadospelosquímicos. Substânciasólida cristalina... Os mineraissãosubstâncias ólidas- nãosãolíquidosnemgases.Quandodizemosqueum mineralécristalino,queremosnosreferiraofatodequeasmi- nús ulaspmtículasdematéria,ouátomos,queo compõemes- tãodispostasemumarranjotridimensionalordenadoerepetiti- \'0. O materiaissólidosquenãotêmumarranjoordenadodes- e tipo ãoconsideradosvítreosouamorfos(semforma)e por con\'ençãonãosãoconsideradosminerais.O vidrodejanelaé amorro.comotambémalgunsvidrosnaturaisformadosduran- teaserupções\lllcânicas.Mais adiante,nestecapítulo,discuti- remoscommaisdetalheosprocessosqueformamosmateriais cristalinos. Geralmenteinorgânico... Os mineraissãodefinidoscomo substânciasinorgânicas,excluindoassimosmateriaisorgâni- cosqueformamoscorposdasplantasedosanimais.A matéria orgânicaécompostadecarbonoorgânico,queéaformadecar- bonoencontradaemtodososorganismosvivosou mortos.A vegetaçãoemdecomposiçãoemumpântanopodesertransfor- mada,porprocessosgeológicos,emcarvão,quetambéméfei- todecarbonoorgânico,mas,emboraformedepósitosnaturais, o carvãonãoétradicionalmenteconsideradoummineral.Mui- tosmineraissão,entretanto,secretadospororganismos.2Um dessesminerais,acalcita(Figura3.1),formaasconchasdeos- trasedemuitosoutrosorganismosecontémcarbonoinorgâni- co.A calcitadessasconchas,queconstituiaparteprincipalde muitoscalcários,satisfazadefiniçãodemineral,porserinorgâ- nicaecristalina. ...Com umacomposiçãoquímicaespecíficaA chaveparaen- tendermosacomposiçãodosmateriaisqueformamaTerrare- sideemconhecercomooselementosquímicosestãoorganiza- dosnosminerais.O quetomacadamineralúnicoéasuacom- posiçãoquímicaeaformacomoestãodispostososátomosna suaestruturainterna.A composiçãoquímicadeummineral, dentrodelimitesdefinidos,tantopodeserfixacomovariável. O quartzo,porexemplo,temumaproporçãofixa dedoisáto- mosdeoxigênioparaumdesilício.Essaproporçãonuncamu- da,emborao quartzopossaserencontradoemmuitostiposde rochas.Os componentesdaolivina- fen'o,magnésioesilício- sempreocorrememumaproporçãofixa.Emboraarazãoentre onúmerodeátomosdeferroemagnésiopossavariar,apropor- çãoentrea somadosmesmose o totalde átomosde silício semprepermanececonstante. :~truturaatômica da matéria Os dicionáriosmodernoslistammuitossignificadosparaapa- lavraátomoe seusderivativos.Umadasprimeirasdefinições encontradasé "...algoconsideradocomoa menorpartepossí- veldequalquermaterial".Paraosgregosantigos,átomosigni- ficava"indivisível".John Dalton(1766-1844),umquímicoin- CAPíTULO 3 • Minerais:ConstituintesBásicosdasRochas~ ...circundandoumnúcleo comseisprótonscarregados positivamente ~. f::)\\• • ) semcarga.. .'"""- ~......---/ Elétron (-) Próton (+) Nêutron Figura 3.2 Estruturaeletrônicadoátomodecarbono (carbono-12).Oselétrons,cadaumcomcarga-1, são representadoscomoumanuvemcarregadanegativamente,que circundao núcleo;estecontémseisprótons,cadaqualcom carga+1, eseisnêutrons,cadaqualcomcargazero.No desenho,o tamanhodonúcleoestárepresentadonumaescala muitoexageradaemrelaçãoaodanuvemeletrônica,sendo,na realidade,muitomenor. o carbono tem seis elétrons carregados negativamente em uma nuvem... __ ---Nuvem eletrônica Átomo de carbono muitopequena,nãosãoincluídosnessasoma.)Emborao nú- merodeprótonssejaconstante,os átomosdeummesmoele- mentoquímicopodemterdiferentesnúmerosdenêutronse, portanto,diferentesmassasatômicas.Essesváriostiposdeáto- mossãochamadosdeisótopos.Todososisótoposdoelemento carbono,por exemplo,têmseisprótons,podendoter6, 7 e 8 nêutrons,cujasmassasatômicasserão,portanto,12,13e 14, respectivamente. Na natureza,oselementosquímicosexistemornomisturas deisótopose,assim,suasmassasatômicasnunca ãonúmeros inteiros.A massaatômicadocarbono,porexemplo,é 12,011. É próximaa 12,porqueo isótopocarbono-12é.delonge,mui- to maisabundante.A abundânciarelatin entreos diferentes isótoposdeumelementonaTerraédeterminadaporprocessos específicosquecausamo aumentodaquantidadedealgunsisó- toposemrelaçãoaosoutros.A maiorabundânciadocarbono- 12,porexemplo,éfavorecidaporalgumasreações,taiscomoa fotossíntese,nasquaisoscompostosdecarbonoorgânicosão produzidosapartirdecompostosdecarbonoinorgânico. úmeroatômicoe massaatômica onúmerodeprótonsdo núcleodeumátomoé chamadonú- meroatômico.Comotodososátomosdeummesmoelemento remigualnúmerodeprótons,então,elestambémtêmomesmo :1úmeroatômico.Todososátomoscomseisprótons,porexem- ?lo, sãoátomosdecarbono(númeroatômico6).De fato,o nú- :neroatômicodeumelementopodenosdizertantascoisasso- . reo seucomportamento,queatabelaperiódicafoi organizada ..:e acordocomessenúmero(Figura 3.3).Por exemplo,osele- :nentosdeumamesmacoluna,taiscomocarbonoesilício,ten- ·bmareagirdeformasimilar.Paramaisdetalhesacercadata-~la periódica,vejaoApêndice4. A massaatômicadeumelementoé asomadasmassasde seusprótonse nêutrons.(Os elétrons,por teremumamassa Elétrons Circundandoo núcleoháumanuvemdepartículas õõmmovimento,oselétrons,cadaqualcomumamassatãope- ~uenaque,porconvenção,é consideradadevalorzero.Cada õõlétrontemumacargaelétrica-1. O númerode prótonsde qualquerátomoébalanceadopelomesmonúmerodeelétrons danuvemquecircundao núcleo;portanto,umátomoéeletri- ::amenteneutro.Assim,onúcleodeumátomodecarbonoécir- zundadoporseiselétrons(verFigura3.2). estruturadosátomos O conhecimentodaestruturadosátomospermite-nospredizer ::ornooselementosquímicosirãoreagirunscomosoutros,for- :nandonovasestruturascristalinas.Parainformaçõesmaisdeta- adasarespeitodaestruturadosátomos,consulteoApêndice4. O núcleo:prótonsenêutronsNo centrodecadaátomoháum núcleodenso,noqualestácontidavirtualmentetodaamassado iromo,e queécompostodedoistiposdepartículas:prótonse êutrons(Figura 3.2).O prótontemumacargaelétricapositi- -a+1.O nêutronéeletricamenteneutro- istoé,semcarga.Os , ornasdeummesmoelementoquímicopodemterdiferentes úmerosdenêutrons,maso númerodeprótonsnãovaria.Por ~.xempl0,todososátomosdecarbonotêmseisprótons. _ ês,consideradoo paidateoriaatômicamoderna,propôsque - átomosfossempartículasdematériadeváriostipos,tãope- quenasquenãopoderiamservistascomqualquermicroscópio ;:mouniversaisquecomporiamtodasassubstâncias.Em 1805, ~altonformulouahipótesedequecadaelementoquímicocon- _- teemdiferentestiposdeátomos,todososátomosdeumda- ~oelementoquímicosãoidênticose os compostosquímicos --o formadosporváriascombinaçõesdeátomosdediferentes ~lementosemproporçõesdefinidas. o iníciodoséculoXX, osfísicos,químicosemineralogis- - . trabalhandoapartirdasidéiasdeDalton,conseguiramen- -~ndera estruturada matériade umaformamuitopróxima jaquelaaceitaatualmente.Sabemoshojequeumátomoé a :nenorpartedeumelementoqueconservaaspropriedadesfísi- :as e químicasdeste.Tambémsabemosqueosátomossãoas :nenoresunidadesde matériaquese combinamnasreações :juímicase queosprópriosátomossãodivisíveisemunidades aindamenores. 8 O êR - tender a Terra D Elementos com maior abundância na crosta terrestre D Elementosde menor abundância,masde grande importância geológica i~êfjo ,..-- Hélio1 2 H ~~ Nome do elemento He 1,0079 C"bono Número atômico 4,0026 lilk> Berl1io 6, Bom CarbonoNitrogênioOxigênioflüorNeônio 3 4 C,Símbolo5 678910 Li Be ~-----""Massa atômica BCNOFNe 6.941 9,0122 10,81112,01114,006715,999418,998420,1797 Sódio Magnêsio Alumínio$iUdofósforoEnxofreCloroArgõnio 11 12 131415161718 Na Mg AISiPSCIAr 22,9898 24,3050 26,981528,085530,973832,06635,452739.948 Potássio CálcioEscãndioTitânioVanádioCromoManganêsFerroCabaltaNíquelCobreZincoGãlioCermânioArsênioSelênioBramoCriptônio 19 2021222324252627282930313233343536 K CaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr 39,0983 40,07844,955947,86750,941551,996154,938055,84558,933258,693463,54665,3969,72372,6174,921678,9679,90483,80 Rubídio EstrâncioítrioZircônioNióbioMolibdênioTecnécioRutênioRádioPaládioPrataCádmio(ndiaEstanhoAntimônioTelúriolodoXenônio 37 3839404142434445464748495051525354 Rb SrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe 85,4678 87,6288,905991,22492,906495,94197,907\101,07102,9055106,42107,8682112,411114,818118,710121,760127,60126,9045131,29 Césio BárioLantãnioHâfnioTântaloTungstênioRênioÓsmioIrídioPlatinaOuroMercúrioTálioChumboBismutoPolônioAstatínioRadõnio 55 5657727374757677787980818283848586 Cs BalaHfTaWReOsIrPtAuHgTIPbBiPoAtRn 132,9054 , 37,32], 38,9055178,49180,9479183,84, 86,207190,2, 92,22, 95,08196,9665ZOO,59204,3833207,2208,98041208,98\1209,99\1222,02\ Frâncio RádioActfnioRulherfórdioDúbnioSeabórgioBóhrioHássioMeitnério Unumbio 87 8889104105106107108109 112 Fr RaAcRfDbSgBhHsMt Uub 1223,02\ 226,0254227,027811261,11\1262,11\1263,12\1262,12\1265\1266\ 1277\ Cério Pras@OdímioNeodimioPromécio5amárioEurópioGadolínioTérbioOysprosiumHolmiumÉrbioTüliolterbioLutécio 58 59606162636465666768697071 Ce PrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu 140,11 5 140,9076144,241144,91\150,3615',965157,25158,9253162,50164,9303167,26168,9342173,04174,967 Tório ProtactínioUrânioNetúnioPlutônioAmericio(unoBerquélioCalifômioEinsténioFérmioMendelévioNobéliolaurêndo 90 919293949596979899100101102103 Th PaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNolr 232,0381 231,0388238,0289237,048211244,664\11243,061\1247,07\1247,07\1251,08\1252,08\1257,10\(258,10\(259,10\(262,11\ Figura3.3 A tabela periódica organiza os elementos em ordem crescente de número atômico (nas linhas, da esquerda para a direita), Os elementos de particular importância geológica estão realçados. A estruturadeumátomodeterminasuasreaçõesquímicascom o demais.As reaçõesquímicassãointeraçõesentreátomosde doi ou maiselementosquímicosemcertasproporçõesfixas, produzindonovassubstânciasquímicas- oscompostosquími- cos,Por exemplo,quandodoisátomosdehidrogêniocombi- nam-e comumdeoxigênio,formamumnovocompostoquí- micoquechamamosde água(H20).As propriedadesdeum compotoquímicoformadonodecorrerdeumareaçãopodem serinteiramentediferentesdaquelasdosseuselementosconsti- tuintes,Por exemplo,quandoumátomodesódio,ummetal, combina-secomumátomodecloro,umgásnocivo,forma-seo compostoquímicocloretodesódio,maisconhecidocomosal decozinha.Representa-seessecompostopelafórmulaquímica NaCl, naqualo símboloNa refere-seaoelementosódioeo Cl, ções químicas ao cloro (a cadaelementoquímicofoi atribuídoumsímbolo próprio,queseusaàmaneiradeumanotaçãotaquigráfica,pa- raescreverfórmulaseequaçõesquímicas), Os compostosquímicos,taiscomoosminerais,sãoforma- dospor transferênciasdeelétronsentreosátomosreagentes ou por compartilhamentode elétronsentreeles,Na reação entreosátomosdesódio(Na)edecloro(CI), paraformarclo- retodesódio(NaCI),o átomodesódioperdeumelétron,queé transferidoparao cloro(Figura 3.4), Comoo átomodecloro recebeuumelétroncomcarganegativa,ficouagoracan"egado negativamente(Cl-), Da mesmaforma,aperdadeumelétron dáaosódioumacargapositiva(Na+),°compostoNaCIperma- neceeletricamenteneutro,poisacargapositivadoNa+éexata- mentebalanceadapelacarganegativadoCl-, Um íon carrega- dopositivamenteé denominadodecátion,e umíoncarregado negativamenteéchamadodeânion, CAPíTULO 3 • Minerais:Constituintes Básicosdas Rochas ~ ...eo átomodecloro adquireaqueleelétron. Nessareação,forma-seum arranjoordenadodeíons. oQuandoo sódio(Na)e o cloro(CI) reagem,o átomodesódioperde umelétron... Átomodesódio Átomodecloro (1 elétronnacamadaexterna) (7 elétronsnacamadaexterna) ~e~.----e____. e ,.....---e~e /.~e\ \ (e~e\\®'\!!vj ~~ {i.f2Jjj)e\. @ I \ '--../ e'---- •.-/ Atração e '----e.-//eelétrica "---_...........-- 19ura3.4 O salde cozinha,NaCI,é formadopelareaçãoentreátomosde cloro e de :' dio. [C. D. Winter/Photo Researchers] Os átomosquenãoreagempormeiodeperdasou ganhos ~ elétronscombinam-sequimicamenteporcompartilhamento ::=. elétrons.O carbonoeosilício,doisdosmaisabundantesele- - ...ntosda crostaterrestre,tendema formarcompostospor -~io decompartilhamentodeelétrons.O diamanteé umcom- 7 toformadointeiramenteporátomosdecarbonoquecom- ~lham elétronsentresi (Figura3.5). IJ _ ,. çoes qUlmlcas Osíonsouátomosdeelementosqueformamoscompostossão mantidosjuntosporforçasdeatraçãoentreelétronseprótons, quechamamosdeligaçõesquímicas.As atraçõesquímicasen- treelétronscompartilhadosouelétronscedidosouganhospo- s átomosdecarbono,no amante,sãodispostos ~gundotetraedrosregulares... •.\2.~• -. ~ .- ~.~( ..Y·~'-J·~-.~~.~.~~.- j L;;·~Elétrons ~ (; ~ ~ / Núcleo Figura 3.5 O compartilhamentode elétronsno diamante.O mineral diamanteé compostopor umúnico elemento,o carbono.Cadaátomode carbonocompartilhaseusquatro elétronscomquatroátomosde carbonoadjacentes. 2 era:. õ:endera Terra -~:-fon soufracaseasligaçõescriadasporessasatrações • em-er onseqüentementefortesoufracas.Asligaçõesfor- - - impedemquea substânciadecomponha-sequimicamente o eu elementosconstituintesouemoutroscompostos.Elas Iaillbémtomamosmineraisdurose impedemqueelesseque- bremousedividamempartes.Existemdoisprincipaistiposde ligaçõesnosmineraisqueformamasrochas:asligaçõesiôni- aseascovalentes. to de elétronslivresresultaemum tipo de ligaçãocovalente chamadadeligaçãometálica,queocorreempoucosminerais, entreeles,o cobremetálicoealgunssulfetos. As ligaçõesquímicasdealgunsmineraistêmcaráterinter- mediárioentreligaçõespuramenteiônicasepuramentecova- lentes,poisalgunselétronssãotrocados,enquantooutrossão compartilhados. Ligações iônicas A formamaissimplesdeligaçãoquímicaéaligaçãoiônica.As ligaçõesdessetipoformam-sepelaatraçãoelétricaentreíons decargasopostas,comoo Na+e o Cl-no doretodesódio(ver Figura3.4).Essaatraçãoéexatamentedomesmotipodaeletri- cidadeestáticaquefaz comqueasroupasdenáilonoudeseda fiquemgrudadasaonossocorpo.3A forçadeumaligaçãoiôni- cadiminuimuitoàmedidaqueadistânciaentreosíonsaumen- taeémaisforteseascargaselétricasdestesforemmaiores.As ligaçõesiôllÍcassãopredominantesnasestruturascristalinas: cercade90%detodosos mineraissãocompostosessencial- menteiônicos. trutura atômica dos minerais Os mineraispodemserestudadossegundodoispontosdevista complementares:comocristais(ougrãos)quepodemservistos aolhonu,oucomoagrupamentosdeátomossubmicroscópicos organizadossegundoumarranjotridimensionalordenado.De agoraemdiante,vamosestudaremdetalheasformasordenadas quecaracterizamaestruturadosmineraiseascondiçõesemque sãoformados.Maisadiante,nestecapítulo,veremosdequema- neiraa estruturacristalinadosmineraissemanifestanassuas propriedadesfísicas.Entretanto,primeiramente,vamosvoltarà discussãodosprocessosquelevamàformaçãodosminerais. Ligações covalentes Os elementosquenãoganhamnemperdemelétronsfacilmen- teparaformaríonse que,ao invésdisso,formamcompostos porcompartilhamentoeletrônicoligam-seunsaosoutrospor meiodeligaçõescovalentes,quesão,emgeral,maisfortesque asligaçõesiônicas.Um exemplodemineralcomestruturacris- talinaligadapormeiodecovalênciaéo diamante,quesecom- põeunicamentedoelementocarbono.Os átomosdecarbono têmquatroelétronsna camadade valênciae adquiremmais quatroporcompartilhamento.No diamante,cadaátomodecar- bono(nessecaso,nãosetratadeíon) é circundadoporquatro outrosátomos,dispostossegundoumtetraedroregular,ouseja, umaformapiramidaldequatrofacestriangulares(verFigura 3.5).Nessaconfiguração,cadaátomodecarbonocompartilha umelétroncomcadaumdeseusátomosvizinhos,o queresul- taemumaconfiguraçãomuitoestável.A Figura3.5mostraum retículoformadoportetraedrosdecarbonoligadosentresi. Osátomosdeelementosmetálicos,quetêmfortetendência deperderelétrons,sãoempacotadoscomosefossemcátionse oselétrons,quepermanecemlivresparamover-se,sãocompar- tilhadoseficamdispersosentreosíons.Essecompartilhamen- Como se formam os minerais? Osmineraisformam-sepeloprocessodecristalização,queéo crescimentodeumsólidoa partirdeumgásou líquidocujos átomosconstituintesagrupam-sesegundoproporçõesquímicas e ananjoscristalinosadequados(lembre-sedequeosátomos dosmineraissãoorganizadossegundoumarranjotridimensio- nalordenado).Um exemplodecristalizaçãoeestruturacrista- lina sãoasligaçõesdeátomosdecarbonododiamante,queé ummineralconstituídoporligaçõescovalentes.Os átomosde carbonojuntam-seemtetraedros,cadaqual ligadoa outros, constituindoumaestruturatridimensionalregulara partirde umgrandenúmerodeátomos(verFigura3.5).À medidaqueo cristaldediamantecresce,estendesuaestruturatetraédricaem todasasdireções,sempreadicionandonovosátomose seguin- do um ananjogeométricopróprio.Os diamantespodemser sintetizadosemaltastemperaturasepressões,quereproduzem ascondiçõesdomantoterrestre. Os íonssódioedoreto,queconstituemo doretodesódio. ummineralcujasligaçõessãoiônicas,tambémcristalizamse- gundoum arranjotridimensionalordenado.Na Figura 3.6a. Figura 3.6 Estruturado c1oretode sõdio. (a) As linhastracejadasentreos íons mostrama geometriacúbicadesse mineral;elasnão estãorepresentando ligações.Note quecadaíon sõdio é circundadopor seisíonsc1oreto.(Os íons nãoforamdesenhadosemescala).(b) Os tamanhosrelativosentreos íons sõdio e c1oretopermitemqueelesseempacote conjuntamente,emumaestruturacúbica. A ilustraçãomantéma proporcionalidade entreos tamanhosdos íons. íon cioreto/ íon sódio\ (a) (b) IOs íons sódio e c1oretoempacotam-sejuntos segundoumaestruturacúbica. 1,00 1,38 Potássio (K+) t turacristalina,mascomcomposiçõesquímicasdiferentes.A substituiçãocatiônicaécomumemmineraiscontendoo íonsi- licato(SiO44-)e esseprocessopodeserilustradopelaolivina, ummineraldo tiposilicatoqueé abundanteemmuitasrochas vulcânicas. Os íonsferro(Fe2+)e magnésio(Mg2+)têmtamanhosse- melhantese duascargaspositivas,podendoentãosubstituir-se mutuamentecommuitafacilidadenaestruturada olivina.A composiçãodaolivinapuramentemagnesianaéMg2Si04,e a daolivinapuramenteferríferaéFe2Si04.A composiçãodaoli- vina contendo ferro e magnésio é dada pela fórmula (Mg,Fe)2Si04'o quesignificasimplesmentequeo númerode cátionsdeferroe demagnésiopodevariar,masseutotalcom- binado(expressopelonúmero2nafÓlmuladaolivina)nãomu- daemrelaçãoacadaÍonSiO44-. A proporçãoentreferroemag- nésioédeterminadapelaabundânciarelativa4dosdoiselemen- tosnomaterialfundidoapartirdoqualaolivinacristalizou-se. Em muitosmineraissilicáticos,o alumínio(Al) substituio silí- cio (Si). Os íonsalumínioe silício sãotãosimilaresemtama- nhoqueo primeiropodetomaro lugardo segundoemmuitas estruturascristalinas.A diferençade cargaentreo alumínio (3+)e o silício (4+)éentãocompensadapeloaumentodonú- merodeoutroscátions,comoo sódio(l +). A cristalizaçãocomeçacomaformaçãodecristaismicros- cópicosindividuais,quesãoarranjostridimensionaisordena- dosdeátomos,nosquaiso arranjobásicorepete-seemtodasas direções.Os limitesdoscristaissãosuperfíciesplanaschama- dasdefacescristalinas.As facescristalinasdeummineralsão aexpressãoexternadaestruturaatômicainterior.NaFigura 3.8 sãomostradosdesenhosde cristaisperfeitos(queraramente ocorremnanatureza)junto comfotografiasdedoisminerais. CAPíTULO 3 •Minerais:ConstituintesBásicosdasRochas~ 1,84 1,40 1,81 ÂNIONS Oxigênio (02-) CÁTlONS Silício (Si4+)0,27Alumínio (AI3+)0,53Ferro (Fe3+) 0,65 Magnésio '", (Mg2+) e 0,72Ferro (Fe2+) '~;r 0,73 Sódio (Na+) ", .. 0,99 gura3.7 Ostamanhosdosíons,naformaemquesão mumenteencontradosemmineraisformadoresderocha.Os -:'05 iônicossãodadosem108+cm.[Fonte:L.G.Berry,B.Mason R.V.Dietrich,Míneralogy.SanFrancisco:W.H.Freeman,1983) (a) (b) Figura 3.8 Cristaisperfeitos.Oscristaisperfeitossãoraros, mas,independentementedograudeirregularidadedasfaces,os ãngulossãoexatamenteosmesmos.[(a)EdDeggingerandBruce Coleman,(b)BreckP.Kent) O quartzo,umcristalhexagonalA halita,umcristalcúbico ~ Facescristalinas/ ?Qdemosvercomoéageometriadesseagrupamento,ondeca- "" íondeumelementoécircundadoporseisíonsdooutro,for- :aa.ndoumasériedeestruturascúbicasqueseestendememtrês 5.reções.Podemosassimconsideraros íonscomosefossem _sferasrígidas,empacotadasemconjuntoeformandounidades illllturaisqueseajustamprecisamente.A Figura3.6bmostra - dimensõesrelativasdosíonsnoNaCl, cujaunidadeestrutu- ~ básicacontémseisíonsvizinhosunsdosoutros,sendoque ...tamanhosrelativosdos íonssódioe cloretopermitemque = ~sseencaixememumarranjoprecisamenteajustado. osmineraismaiscomuns,amaioriadoscátionsépeque- eadosânionségrande(Figura3.7),comoéocasodoânion :mllS comumnaTerra,o oxigênio.Comoos ânionstendema .::a- maioresqueoscátions,éevidentequeamaiorpartedoes- .:- ,o deumcristalé ocupadaporânionsequeoscátionsocu- ?8.Ill osespaçosentreestes.Comoconseqüência,asestruturas :ristalinassãoemgrandepartedeterminadaspelaformacomo - ânionsestãodispostosepelamaneiracomooscátionsseco- ... amentreeles. Os cátionscomtamanhose cargassemelhantestendema ~ tituir-semutuamenteeformarcompostosdemesmaestru-Figura 3.10 Umdepósitode halitado Sultanatode Omã.Esse depósito,que temmaisde 500 milhõesde anos,foi amostrado por umasondagemprofunda.A bandanegraé matériaorgânica concentrada,derivadade microrganismosqueviveramem ambientesextremamentehipersalinos,formadosquandoum antigooceanosecou. [JohnGrotzinger) Quandoseformamos minerais? Umamaneiradesecomeçarumprocessodecristalizaçãoédi- minuir a temperaturadeum líquido abaixode seupontode congelamento.Paraa água,porexemplo,O°Céatemperatura abaixodaqualoscristaisdegelo,queéummineral,começam aseformar.Damesmaforma,ummagma- queéumarochalí- quidaderretidaquente- cristalizamineraissólidosà medida ",""2 ~i1 ender a Terra - do ri taisdehalita,comsuasformasgeométricas . orrepondemaoarranjocúbicodeseusíons.A forma yada(hexagonal)docristaldequartzocorrespondea sua ;>s urraatômicainternahexagonal. O grandescristaiscom facesbemdefinidasformam-se .uandoocrescimentoé lentoeestávelequandoháespaçoade- quadoparapermitiro crescimentoseminterferênciadeoutros ristai próximos.Poressarazão,amaioriadosgrandescristais forma-seemespaçosabertosnasrochas,taiscomofraturase a\'idades(Figura3.9). Entretanto,comumenteouosespaçosentreoscristaisem rescimentoencontram-sepreenchidosou,então,acristaliza- ,ãoocorrecommuitarapidez.Dessaforma,oscristaisacabam rescendounssobreosoutrosecoalescemparasetornaruma massasólidadepartículascristalinas,chamadasdegrãos.Nes- secaso,poucosgrãosounenhumterãofacescristalinas(verFi- gura3.9).Cristaissuficientementegrandesparaseremvistosa olhonusãoraros,masmuitosdosmineraismicroscópicosnas rochastêmfacescristalinas. Diferentementedosmineraiscristalinos,os materiaisví- treos- que,porsesolidificaremtãorapidamenteapartirdelí- quidos,nãotêmqualquerordematômicainterna- nãoformam cristaiscomfacesplanas.Ao invésdisso,elessãoencontrados comomassascomsuperfíciescurvas,irregulares.O maisco- mumdosvidroséo vidrovulcânico. Figura 3.9 Amostrade ametista,comcristaisgrandese bem formados[JoséManuelSanchisCalvete/Corbis) queseresfria.Quandoatemperaturadeummagmacaiabaixo doseupontodefusão,quepodesermaisaltoqueI.OOO°C,os cristaisdesilicatoscomoaolivinaouofeldspatocomeçamase formar.(Osgeólogosnormalmenteutilizampontodefusãode magmasemvezdepontodecongelamento,poisestapalavra, emgeral,implicatemperaturasbaixas.) Outroconjuntodecondiçõescapazdeproduzircristaliza- çãoé aquelequeocorrequandoos líquidosdeumasolução evaporam.Umasoluçãoforma-sequandournasubstânciaquí- micaédissolvidaemoutra,cornoo salnaágua.À medidaque a águaevaporadeurnasoluçãosalina,a concentraçãode sal torna-setãoaltaqueasoluçãoéditasaturada- nãopodemais contersal.Seaevaporaçãocontinuar,o salcomeçaaprecipi- tar, istoé,abandonaasoluçãosobaformadecristais.Depósi- tos dehalita,queé o sal de cozinha,formam-seexatamente nessascondições,ouseja,quandoaáguadomarevaporaatéo pontode saturação,embaíasou braçosde maresde climas quenteseáridos(Figura3.10). O diamantee agrafita(queéusadanafabricaçãodelápis) exemplificamos efeitosdramáticosque a temperaturae a pressãopodemexercerna cristalizaçãode minerais.Esses doismineraissãopolimorfos,ou seja,estruturasalternativas deumúnicocompostoquímico(Figura panorâmica3.11). Ambos sãoformadospor carbonotêmdiferentesestruturas CAPíTULO 3 • Minerais:Constituintes Básicos das Rochas ~ o CARBONO E O SILíCIO EXISTEM COMO MINERAIS POLlMÓRFICOS MINERAISPOLlMORFOSDOCARBONO (a) Grafita OPolimorfossãoestruturas alternativasdeumúnico compostoquímico,nesse caso,decarbono. DA grafitaforma-seem pressõesetemperaturas maisbaixasqueo diamante. DSeusátomosdecarbono formamfolhascujosátomos têmumempacotamentomais abertoqueaqueledodiamante. (b) Diamante O diamantenaturaléformado nasaltaspressõesetemperaturas domantoterrestre. Seusátomosdecarbono têmumempacotamento fechado. Grafita Diamante Arranjos tridimensionais O quartzoé composto por tetraedrosdesilicato dispostosdamesma formaqueostetraedros nodiamante. (g)(f) Cadeiasduplas O íonsilicatoforma tetraedroscomumíoncentral desilíciocircundadopor quatroíons. Tetraedroscomdiferentestipos dearranjossãocaracterísticos deoutrosmineraissilicáticos. íonsilício (Si4+)~ _:1 . L-- lonsoxigênio (02-) (d) Tetraedrosisolados (e) Cadeiassimples O íON SILlCATOEOS MINERAISPOLlMORFOSDESILlCATOSs (c) íonsilicato(Si044-) Olivina Piroxênio Anfibólio Moscovita Feldspato Figurapanorâmica3.11 Os polimorfosde carbonoe asestruturasdos silicatos.[Grafita: john A. jaszczak,MichiganTechnologicalUniversity.Diamante:CharlesO'Rear/Corbis. Olivina: Chip C1ark.Piroxênio:Chip Clark.Anfibólio (homblenda):GeorgeWhiteley/PhotoResearchers. Moscovita (mica):Chip Clark.Feldspato:Chip Clark] 6 i'araEntenderaTerra "-ralina e uaaparênciaé, também,bastantediversa(Figu- .11a e -..11b).A partirdeexperimentose daobservação ceológica,sabemosqueo diamanteforma-seemantém-sees- m\"elna altaspressõese temperaturasdomantoterrestre.A altapressãodomantoforçaosátomosdo diamanteaficarem fortementeempacotadose, portanto,o diamantetem uma den idade(massaporunidadedevolume)de3,5g/cm3,maior quea dagrafita,quetemumempacotamentomenosfechado e umadensidadede apenas2,lg/cm3. A grafitaforma-see permaneceestávelem pressõese temperaturasmoderadas, taiscomoasdacrostaterrestre. As baixastemperaturastambémpodemproduzirempacota- mentosdensos.°quartzoeacristobalitasãopolimorfosdesí- lica (Si02).°quartzoforma-seembaixastemperaturaseére- lativamentedenso(2,7g/cm3). A cristobalita,queseformaem temperaturasmaisaltas,temumaestruturamaisabertae,por- tanto,émenosdensa. /\Jeraisformadores de rochas Os mineraissãoclassificadosemoito gruposdeacordocom suacomposiçãoquímica,sendoseisdelesIistadosnoQuadro 3.1.6Algunsminerais,comoocobre,ocorremnaturalmenteco- mo elementospurosnão-ionizadose sãoclassificadoscomo elementosnativos.A maioriadosdemaismineraiséclassifica- dadeacordocomseusânions.A olivina,porexemplo,éclassi- ficadacomosilicatoporcausadeseuânion,quetemafórmula Si044-. A halita(NaCl)esuaparentepróxima,asilvita,queéo cloretodepotássio(KCl), sãoambasclassificadascomohale- tosporcausadeseuânion,o Cl-. Emboraseconheçammilharesdeminerais,osgeólogosco- mumentesedeparamcompoucomaisde30mineraisdiferen- tes,sendoessesosprincipaisconstituintesdamaioriadasro- chascrustaise,poressemotivo,denominadosdemineraisfor- madoresderochas.°pequenonúmerodemineraisformadores de rochasexistentesé conseqüênciado reduzidonúmerode elementosencontradosdentreosmaisabundantesdacrostater- restre.Como aprendemosno Capítulo 1, 99% da crostasão constituídosporsomentenoveelementos. Naspáginasseguintes,vamosestudarosmineraisformado- resderochasmaiscomuns,quaissejam: • Silicatos,osmineraismaisabundantesdacrostaterrestre,são formadospelacombinaçãodeoxigênio(O) e silício (Si) - os doiselementosdemaiorocorrêncianacrosta- comcátionsde outroselementos. • Carbonatossãomineraisconstituídosdecarbonoeoxigênio, naformadeânioncarbonato(C032-) combinadocomcálcioe magnésio.A calcita(CaC03) éumdessesminerais. • Óxidossãocompostosdeânionoxigênio(02-)ecátionsmetá- licos;umexemploéo mineralhematita(Fe203). • Sulfetossãocompostosdeânionsulfeto(S2-)ecátionsmetáli- cos.Nessegrupoestáinclusoomineralpirita(FeS2). • Sulfatossãocompostosdeânionsulfato(SO42-)ecátionsme- tálicos;o grupoincluiomineralanidrita(CaS04). As outrasclassesquímicasdeminerais,incluindoos ele- mentosnativosehaletos,nãosãotãocomunsquantoosmine- raisformadoresderochas. Silicatos °constituintebásicodetodasasestruturasdosmineraissilicá- ticosé o íonsilicato.É umtetraedro- umaestruturaempirâ- midecomquatrofaces- compostodeumíon centraldesilício (Si4+)circundadoporquatroíonsoxigênio(02-), queconfigu- ramafórmulaSi044- (Figurapanorâmica3.11c).Comoo íon silicatotemumacarganegativa,freqüentementeseliga a cá- tionsparaformarmineraiseletricamenteneutros.°íon silica- to liga-setipicamentea cátionscomosódio (Na+),potássio (K+),cálcio(Ca2+),magnésio(Mg2+),eferro(Fe2+).Alternati-Quadro 3.1 Classe Elementosnativos Óxidosehidróxidos Haletos Carbonatos Sulfatos Silicatos Ânions definidores Nenhum:semíonscarregados Íonoxigênio(02-) Íonhidroxila(OH-) Cloreto(Cl-),fluoreto~), brometo(Br), iodeto0-) Íoncarbonato(C032-) Íonsulfato(5°42-) Íonsilicato(Si044-) Exemplo Cobremetálico(Cu) Hematita(pe203) Brucita(Mg[OHh) Halita(NaCl) Calcita(CaC03) Anidrita(CaS04) Olivina(Mg2Si04) CAPíTULO 3 •Minerais:Constituintes Básicosdas Rochas ~ mnente,elepodecompartilharíonsoxigêniocomoutroste- :medrosdesilício-oxigênio.Ostetraedrospodemestarisolados .:igadossomentea cátions),comotambémpodemligar-sea 0Utrostetraedrosdesílica,formandoanéis,cadeiassimples,ca- .:.eiasduplas,folhasouredes,algunsdosquaismostradosnaFi- .5illapanorâmica3.11. Tetraedrosisolados Os tetraedrosisolados7 sãoconectados :" r meio de uma ligaçãoa um cátion (Figurapanorâmica :.lld). Os cátions,por suavez,ligam-seaosíonsoxigêniode utrostetraedros.Ostetraedrossão,assim,isoladosunsdosou- ::ospormeiodecátions,queosseparamportodososlados.A liYÍnaéumdosmineraisformadoresderochasqueapresenta _- aestrutura. Arranjos emcadeiassimples As cadeiassimples8formam-se ~bém porcompartilhamentodeíonsoxigênio.Dois íonsde ~xigêniodecadatetraedroligam-seatetraedrosadjacentesem :nnacadeiadeextremidadeaberta(Figurapanorâmica3.11e). cadeiasindividuaisligam-sea outrascadeiaspormeiode _ 'nons.Os mineraisdo grupodospiroxêniossãosilicatosde _ deiassimples.A enstatita,umpiroxênio,écompostadeíons .:eferroou magnésio,ou ambos,e suaestruturaé limitadaa ~a cadeiaúnicadetetraedros,naqualosdoiscátionspodem _ bstituir-se mutuamente,como na olivina. A fórmula _lg,Fe)Si03 representaessaestrutura. Arranjos em cadeiasduplas Duascadeiassimplespodem :ombinar-separaformarcadeiasduplasligadasumasàsoutras -; r íonsoxigêniocompartilhados(Figurapanorâmica3.11f). - mineraisdo grupodosanfibóliostêmestruturasformadas ~ r cadeiasduplasadjacentes,ligadasporcátions.A hornblen- ~ membrodessegrupo,éummineralextremamentecomum rochasígneasemetamórficas.Suacomposiçãoécomplexa, luindocálcio (Ca2+),sódio(Na+),magnésio(Mg2+),ferro Fe2+)ealumínio(AP+). Estruturas em folha Em estruturasdo tipo folha,9cadate- ~ edrocompartilhatrêsdosseusíonsoxigêniocomoutroste- :L<l.edrosparaformarempilhamentosde folhasde tetraedros ~gurapanorâmica3.11g),sendoque,entreas folhasdete- ~ edros,podemestarinteracamadosos cátions.Os silicatos aisabundantescomestruturaemfolhasãoasmicaseosmi- nerais de argila. A moscovita,uma mica cuja fórmula é KAI3Si30IO(OH)2' éumdossilicatoscomestruturaemfolha maiscomuns,podendoserencontradaemmuitostiposdero- chas.A moscovitapodeserseparadaemfolhastransparentes extremamentefinas.A caulinita(AI2Si20s(OH)4)'quetema mesmaestruturaemfolhas,é um argilomineralcomum,en- contradoemsedimentos,econstituiamatéria-primaessencial paraafabricaçãodecerâmica. Estruturas tridimensionais As redestridimensionais1ofor- mam-seàmedidaquecadatetraedrocompartilhatodososseus íonsoxigêniocomoutrostetraedros.Osfeldspatos,quesãoos mineraismais abundantesda crostaterrestre,bem como o quartzo(Si02),outromineraltambémmuitocomum,sãosili- catoscomredestridimensionaisdetetraedros(Figurapanorâ- mica3.11h). Composiçãodossilicatos O silicatodecomposiçãoquímica maissimplesé o dióxidode silício, tambémchamadosílica (Si02),queéencontradomaisfreqüentementenaformadomi- neralquartzo.Quandoostetraedrosdesilicatodoquartzoseli- gam,compartilhandodoisíonsoxigênioparacadaíonsilício,a fórmulatomaaconfiguraçãoSi02. Em outrossilicatos,asunidadesbásicas- anéis,cadeias,folhas e estruturastridimensionais- sãoligadasa cátionstaiscomo sódio(Na+),cálcio (Ca2+),potássio(K+),magnésio(Mg2+)e ferro(Fe2+).Comojá foi mencionadonadiscussãosobresubs- tituiçãodecátions,o alumínio(AI3+)substituio silícioemmui- tossilicatos. Carbonatos A caleita(carbonatode cálcio, CaC03) é um dos minerais não-silicáticosmais abundantesda crostaterrestre,sendoo constituinteprincipaldeumgrupoderochas,oscalcários(Fi- gura 3.12).°constituintebásicodacalcita,o íon carbonato (C032-),consisteemumíon carbonocircundadopor trêsíons deoxigênio,emumtriângulo,comovistonaFigura3.12b.° átomodecarbonocompartilhaelétronscomosátomosdeoxi- gênio.Os gruposde íonscarbonatosãodispostosemfolhas, sendo,deceltaforma,similaresàestruturadossilicatoscomes- truturafoliácea,e sãoligadosporcamadasdecátions(Figura 2) Calcário (b) íon carbonato (C032-) Carbonato e cálcio dispõem-sesegundo folhas alternadas. (c) Estruturado carbonato de cálcio íon cálcio\ Figura3.12 Os carbonatos. comoa caleita(carbonatode cálcio,CaC03), têmumaestrutura emcamadas.(a) Calcário. (Leonard Lessin/PeterArnold Inc.] (b) Vista de topo do constituintebásicodo carbonato,queéconstituídopor umíon carbonocircundado,emum triângulo,por três íons oxigênio, comumacargatotal de -2. (c) Vistadascamadasalternadasde íons cálcioe carbonato. ~ra =. ender a Terra Figura 3.13 Mineraisquenãofazempartedo grupodos silicatos:hematita(esquerda);espinélio(direita). [Chip Clark] 3.12c).As folhasdeíonscarbonatonacalcitasãoseparadaspor camadasde íons cálcio.°mineraldolomita,cuja fórmulaé CaMg(COJ)2'queétambémumdosprincipaismineraisdasro- chascrustais,éconstituídopelasmesmasfolhasdecarbonato, separadasporcamadasalternadasdeíonscálcioemagnésio. Óxidos Os mineraisdo grupodosóxidossãocompostosnosquaiso oxigênioéligadoaátomosoucátionsdeoutroselementos,nor- malmenteíonsmetálicoscomooferro(Fe2+ouFe3+).A maio- riadosóxidostemligaçõesiônicase suasestruturassãovariá- veisdeacordocomo tamanhodoscátionsmetálicos.Essegru- podemineraistemgrandeimportânciaeconômica,poisinclui osminériosdamaioriadosmetais,taiscomocromoe titânio, usadosnaindústriaenasaplicaçõestecnológicasdemateriaise aparelhosmetálicos.A hematita(Fe203), mostradanaFigura 3.13,éo principalminériodeferro. Outro abundantemineraldessegrupo,o espinélio,é um óxidodedoismetais,magnésioealumínio(MgAI204). °espi- nélio(Figura3.13)temumaestruturacúbicafortementeempa- Figura 3.14 Umaamostrade pirita,tambémconhecidacomo "ourode tolo". [LesterV.Bergman/Corbis] cotadae altadensidade(3,6g/cm3),refletindoascondiçõesde altapressãoetemperaturaemqueseforma.°espinéliotrans- parente,comqualidadedegema,lembrao rubiea safiraepo- deserencontradonasjóiasdacoroadaInglaterraedaRússia. Sulfetos Osprincipaisminériosdemuitassubstânciasimportantes- tais comocobre,zincoeníquel- sãomembrosdogrupodossulfe- tos.EssegrupoéformadopeloscompostosdoÍon sulfeto(S2-) comcátionsmetálicos.No Íonsulfeto,umátomodeenxofrere- cebeudoiselétronsemsuacamadamaisexterna.Muitos dos sulfetosparecemmetaise quasetodossãoopacos.°sulfeto maiscomuméapirita(FeS2),tambémchamadade"oUIOdeto- lo", devidoà suasemelhançacomo ouro(Figura 3.14). Sulfatos A unidadebásicadetodosossulfatosé o íon sulfato(SOl-). Trata-sedeumtetraedrocompostoporumátomocentraldeen- xofrecircundadoporquatroíonsdeoxigênio(02-). Um dos mineraismaisabundantesdessegrupoéagipsita,o componen- teprimáriodogesso(Figura 3.15).A gipsitaforma-sequando aáguadomarevapora.Duranteaevaporação,o Ca2+eo SO42-, doisÍonsabundantesnaáguado mar,combinam-seeprecipi- tamcomocamadasdesedimento,formandosulfatodecálcio (CaS04• 2H20) (o ponto,nessafórmula,representaa ligação deduasmoléculasdeáguaaosÍonscálcioesulfato). Outrosulfatodecálcio,aanidrita(CaS04), diferedagipsi- tapornãoconterágua.Seunomeéderivadodapalavraanidro, quesignifica"semágua".A gipsitaéestávelnasbaixastempe- raturasepressõesnasuperfícieterrestre,enquantoa anidritaé estávelemtemperaturase pressõesmaiselevadas,típicasdas rochassedimentaresquesofreramsoterramento. Figura 3.15 A gipsitaé umsulfatoformadopelaevaporaçãoda águado mar.[JoséManuelSanchisCalvete/Corbis] CAPíTULO 3 • Minerais:Constituintes Básicos das Rochas ~ Figura 3.16 Testecomácidoclorídrico.Um métodofácil e eficazparaidentificarcertos mineraisé pingarácidoclorídricodiluído(HCI) na substância.Se elaefervescer,indicandoescapede dióxidode carbono,o mineralprovavelmenteé a calcita.[Chip Clark] Mineral Númerona escalaObjetoscomuns Talco Gipsita 2---Unha Calcita 3--- Moeda11 decobre Fluorita 4 Apatita 5--- Lâminadeumafaca Ortoclásio 6--- Vidrodejanela Quartzo 7--- EstiletedeaçolZ Topázio 8 Coríndon 9 Diamante 10 E~' ~ Quadro3.2 EscaladedurezadeMohs Lembre-sede queas ligaçõescovalentessãogeralmente maisfortesqueasiônicas.A durezadeummineraldependeda forçadesuasligaçõesquímicas:quantomaisfortesasligações, maisduroeleserá.Tambémaestruturacristalinavariaentreos mineraisdogrupodossilicatos,o quesetraduzemvariações dedureza.Porexemplo,adurezavariadesde1,notalco(umsi- licatocomestruturaemfolhas),até8,notopázio(umsilicato formadopor tetraedrosisolados).A durezadamaioriadossili- catosvariaentre5 e 7, naescaladeMohs, e somenteaqueles comestruturaemfolhassãorelativamentemoles,comdureza variávelde1a3. Dentrodegruposespecíficosdemineraiscomestruturas cristalinassimilares,o aumentodadurezaestárelacionadoa Dureza A durezaéafacilidadecomqueasuperfíciedeummineralpo- ie serriscada.Da mesmaformaqueo diamante,o mineral ;:naisdurodanatureza,riscao vidro,tambémo quartzo,queé ;:naisduroqueo feldspato,poderiscaresteúltimomineral.Em 1 22,FriedrichMohs, um mineralogistaaustríaco,construiu :mIaescala(conhecidacomoescaladedurezadeMohs), ba- .::~adanafacilidadecomqueummineralriscaooutro.Numex- ::;emodaescala,estáomineralmaismole(talco),e,nooutro,o aisduro(diamante)(Quadro3.2).A escaladeMohs éainda 'llIladasmelhoresferramentasparaidentificarummineraldes- ;:onhecido,e,comumafacadeaçoe amostrasdealgunsdos :nineraisquefazempartedaescaladedureza,umgeólogopo- 2<:.nocampo,determinaraposiçãoqueummineraldesconhe- .:idoocupanaescala.Por exemplo,seo mineraldesconhecido .;:-uderserriscadoporumpedaçodequartzo,masnãopelafaca, _ adureza,naescala,estaráentre5 e7. Os geólogosusamseusconhecimentossobrea composiçãoe a estruturadosmineraisparaentenderas·origensdasrochas.Para ranto,emprimeirolugar,énecessárioidentificarosmineraisque compõemarocha,oqueéfeitopormeiodepropriedadesfísicas i: químicas,asquaispodemserobservadasdemodorelativamen- :efácil.No séculoXIX einíciodoXX, osgeólogosandavamcom _ tojosdecampoparafazertestesquímicospreliminaresqueaju- davamnaidentificaçãodosminerais.Um dessestestesdeuori- gemàexpressão"testedaefervescência",queconsisteempingar umagotadeácidoclorídricodiluído(HCI)nomineralparaverse de efervesce(Figura3.16).A efervescênciaindicaqueodióxido decarbono(COz)estáescapando,o quesignificaqueo mineral emquestãoéprovavelmenteacalcita,umcarbonato. A parteseguintedestecapítuloserádedicadaareveraspro- priedadesfísicasdosminerais,muitasdasquaislhesconferem "alordeusopráticooudecorativo. 9 :lzra ::n-enderaTerra 3.1 Porqueasgemassãotãoespeciais? Não sesabequandoo serhumanocoletoupelaprimeiravezumbelocristalminerale o guardouparaSi,13massa- be-sequenaantigacivilizaçãoegípcia,há4 milanos,utiliza- vam-segemasemcolarese emoutrosadornos.14Semdúvida, essesantigosegípciossentiam-seatraídospelascorese pelos jogosdeluznassuperfíciespolidasdeminerais,comoacorna- lina,o lápis-Iazúlie aturquesa.A core o brilho(queéacapa- cidadederefletira luz)sãoatéhojequalidadesqueajudama definirseummineraléounãoumagema.Emborao valoratri- buídoaumagemasejavariávelemcadaculturae períodohis- tórico,outrosatributosnecessáriosparecemser:beleza,trans- parência,durabilidadee raridade.A maioriadosmineraistem essasnotáveisqualidades,masasgemasconsideradasmais preciosassãoo rubi,asafirae,éclaro,o diamante. Umdiamante,aocontráriodoqueaspropagandasalegam, podenãoserparasempre- pelomenosemtermosgeológi- cos-, maséalgoespecial.Seubrilho,osjogosdecoresnasua superfícieeascintilaçõesqueeleemitesãoúnicos.A origem dessaqualidaderepousanamaneiracomodiamanterefrataou encurvaa luz.Essascaracterísticassãorealçadaspelanotável capacidadequeo diamantetemdepartir-seperfeitamenteao longodedeterminadasdireçõesdo cristale queos lapidado- resutilizamparafacilitaro corteprecisodaspedrascomqua- lidadedegema.As múltiplasfacetasdosdiamanteslapidados sãopolidasparaaumentara aparênciacintilantedagema.15 Suasfacetassomentepodemserpolidascomautilizaçãode outrosdiamantes,poiseleéo maisduromineralconhecido- étãoduroquepodearranharqualqueroutromineralenãoso- frerdanos.A estruturadensamenteempacotadaeasfortesli- gaçõescovalentesentreos átomosdecarbonoconferemao diamanteessascaracterísticas,quepermitemqueelesejaiden- tificadosemerropelosmineralogistasejoalheiros. Os rubiseassafirassãovariedadesgemológicasdocorín- don,ummineralcomum(óxidodealumínio),queéabundante etemamplaocorrênciaemváriostiposderochas.Emborame- nosqueo diamante,o coríndontambémé extremamentedu- ro.Pequenasquantidadesdeimpurezasproduzemasintensas outrosfatores,quetambémaumentama forçadasligações, taiscomo: • Tamanho:Quantomenoresosátomosouíons,menoradistân- iaentreeles,maisforteaatraçãoelétricae,portanto,maisforte a ligação. • Caroa:Quantomaioracargadosíons,maiora atraçãoentre =lese.portanto,maisfortea ligação. • Empacoramenfodosátomosou íons:Quantomaisfechadoo -oramentodeátomosouíons,menoradistânciaentreeles 'íülDtO.mai fortealigação. coresquelheconferemvalor.O rubi,porexemplo,évermelho devidoa pequenasquantidadesdecromo,a mesmasubstân- ciaqueconfereàesmeraldasuacorverde. Gemascomoo topázio,a granada,a turmalina,ajade,a turquesaeo zircãosãomenosvaliosase,porvezes,denomi- nadassemipreciosas.16Muitasdelas,a exemplodagranada, sâoconstituintescomunsdasrochas,ondeocorremprincipal- mentecomopequenoscristaisimperfeitoscommuitasimpu- rezase baixatransparência.Entretanto,sobcondiçõesespe- ciais,podemformar-segranadascomqualidadedegema.De temposemtempos,algunsmineraisquenãosâoordinaria- menteconsideradosgemaspodemgozardesúbita(etalvez temporária)popularidade.A hematita(óxidodeferro)hojeem diatemessacondição,aparecendoemcolaresepulseiras. Umbrochedesafira(azul)ediamante(incolor)deFortunato PioCasteliani,séculoXIX,do InstitutoSmithsonian,século XIX. [AldoTutino/ArtResource] O tamanhoéumfatordeespecialimportânciaparaadure- za damaioriadosóxidosmetálicose sulfetosdemetaiscom grandenúmeroatômico- taiscomoouro,prata,cobreechum- bo. Os mineraisdessesgrupossãomoles,comdurezamenor que3,porqueoscátionsmetálicosqueoscompõemsãomuito grandes.Oscarbonatose sulfatos,gruposemqueasestruturas têmempacotamentomenosdenso,tambémsãomoles,comdu- rezamenorqueS. Em todosessesgrupos,adurezarefleteafor- çadasligaçõesquímicas. Camada...........•de silicato ~ Camada de hidróxido de ~alumínio Átomo de alumínio "Sanduíche" A c1ivagemdas micasocorre entreas camadasdo "sanduíche". "Sanduíche" CAPíTULO 3 • Minerais:Constituintes Básicosdas Rochas ~ Figura3.17 A c1ivagemda mica.O diagramamostraos planos dec1ivagemnaestruturado mineral,orientados perpendicularmenteao planoda página.As linhashorizontais marcamasinterfacesentreasfolhasde tetraedrosde sílica- oxigênioe asfolhasde hidróxidode alumínio.Estasúltimasligam Clivagem Clivagemé a tendênciaqueumcristalapresentadepartir-se segundosuperfíciesplanares.17 A perfeiçãodessassuperfícies variainversamentecoma força dasligações:fortesligações produziriamclivagensimperfeitas;ligaçõesfracasproduziriam livagensperfeitasouboas.Comoconseqüênciadesuaforça, asligaçõescovalentesgeralmenteproduzemclivagensimper- feitasou mesmonenhumaclivagem.As ligaçõesiônicassão geralmentefracase,assim,produzemexcelentesclivagens. Se as ligaçõesentrealgunsdosplanosde átomosde um ristalforemfracas,pode-seforçaro minerala separar-seao longodessesmesmosplanos.A moscovita,queéumsilicatoda famíliadasmicascomestruturaemfolhas,quebra-seaolongo desuperfíciesplanares,paralelase lustrosas,formandofolhas transparentescommenosde lmm deespessura.A excelente clivagemdasmicaséresultantedafraquezadasligaçõesentre ascamadasdecátionsalternadascomfolhasdetetraedrosdesílica,formando"sanduíches"(Figura 3.17). As clivagenssãoclassificadasdeacordocomdoisgrupos decaracterísticas:(1) númerodeplanosepadrãodeclivagem; (2) qualidadedosplanosdeclivageme facilidadecomqueo cristalseseparaaolongodessesplanos. Númerodeplanos;padrãodeclivagemO númerodeplanos eospadrõesdeclivagemsãocaracterísticasdiagnósticasparaa identificaçãodemuitosmineraisformadoresderochas.A mos- covita,porexemplo,temsomenteumplanodeclivagem,en- quantoacalcitaeadolomitatêmtrêsexcelentesdireçõesdecli- vagem,o quedáaelasumaaparênciaromboidal(Figura3.18). A estruturadecadacristaldeterminaanaturezadosseuspla- nosdeclivageme desuasfacescristalinas.Emumdadocristal, o númerodeplanosdeclivagemserásempremenorqueo de possíveisfacescristalinas,poisfacespodemformar-seaolongo dequalquerumdosmuitosplanosformadosporalinhamentosde átomosou íons,enquantoa clivagemocorreráentreosplanos as duascamadastetraédricascomosefossemum"sanduíche".Os planosde clivagemlocalizam-seentreesses"sanduíches" compostosde tetraedrosde sílicae de hidróxidode alumínio.A fotografiamostraasfinasfolhasquese separamao longo de planosde c1ivagem.[Chip C1ark] Figura3.18 Exemplode c1ivagemromboidalnacalcita.A calcita pode serc1ivadapor umalevemarteladadadaemumformão . orientadoemdireçãoparalelaa umde seusplanosde c1ivagem. [Chip Clark] 92 :>c ::ntendera Terra -: ~-ãnliga>õe fracasentresi.Enquantotodososcristaisdeum esmomineralexibema suaclivagemcaracterística,somente clgunsmostramsuasfacesdistintivas. --\.galena(sulfetodechumbo,PbS)eahalita(cloretodeSó- dio.~aCl) clivam-seaolongodetrêsplanos,formandocubos perfeitos.A existênciadeclivagensemângulosdistintivosaju- daa identificaroutroimportantegrupodesilicatos,ospiroxê- moseanfibólios,que,senãofossepelasclivagens,seriammui- [O parecidosentresi (Figura 3.19).Ospiroxêniossãosilicatos decadeiassimples,ligadasumasàsoutrascomumadisposição queprovocao surgimentodeplanosdeclivagemqueformam ângulosquaseretos(cercade90°)entresi.Em secçõesbasais, o padrãode clivagemdo piroxênioaparecequasecomoum quadrado.Em contraste,os anfibólios,formadospor cadeias duplas,sãoligadosdemaneiraa mostrardoisplanosdecliva- gem,formandoângulospróximosa60e 120°entresi eprodu- zindoumasecçãoemformadelosango. Qualidadedac1ivagemefacilidadedeseparaçãodosplanos A clivagemdeummineralpodeseravaliadacomoperfeita,boa ouregular,dependendodaqualidadedasuperfícieproduzidae dafacilidadecomqueo mineralseseparanosplanosdecliva- gemoA moscovitapodeserfacilmenteclivada,produzindosu- perfíciesmuitolisas,deextremaqualidade;diz-sequesuacliva- geméperfeita.Ossilicatosdecadeiassimpleseduplas(piroxê- nioseanfibólios,respectivamente)têmclivagensboas.Embora essesmineraisquebrem-sefacilmenteaolongodosseusplanos de clivagem,podemquebrar-setambémem outrasdireções, produzindosuperfíciesdeclivagemnãotãolisasquantoasdas micas.A clivagemregularocorrenoberilo,umsilicatocomes- truturaemanéis.A clivagemdoberiloémenosregularqueadas micas,e O mineralquebra-sedeformarelativamentefácil ao longodedireçõesdiferentesdaquelasdosplanosdeclivagem. Muitosmineraisformam-seporligaçõestãofortesquenão apresentamnemmesmoclivagensregulares.O quartzo,queé umsilicatocomestruturaemredestridimensionais,temliga- çõestãofortesemtodasasdireçõesquesequebraaolongode superfíciesirregulares.A granada,um silicatocomestrutura formadapor tetraedrosisolados,tambémtemligaçõesmuito fortesemtodasasdireçõese,assim,nãotemclivagem.A falta deumatendênciaaclivaréencontradaemmuitossilicatosfor- madospor redestridimensionaisde tetraedrose emsilicatos formadosportetraedrosisolados. Fratura Fratura éatendênciaqueoscristaistêmdequebrar-seaolongo desuperfíciesirregularesaoinvésdeutilizaremplanosdecliva- gem.18Todososmineraismostramfraturas;elaspodemcortaros planosdeclivagemou desenvolver-seemqualquerdireçãoem mineraisquenãotêmclivagem,comooquartzo.As fraturasestão relacionadasaomodocomoasforçasde ligaçãodistribuem-se emdireçõestransversaisaosplanoscristalinos.A quebradessas ligaçõesresultaemfraturasirregulares.As fraturasconchoidais19 têmsupeJfícieslisas,encurvadas,comoasqueseformampela quebradepeçasespessasdevidro.As fraturascomumentetêma aparênciademadeirarachadae,nessecaso,sãochamadasdefra- turasfibrosas.A fonuaeaaparênciadosmuitostiposdefraturas irregularesdependemdaestruturaparticulardecadamineral. IOs piroxêniossâo mineraisde silicatos.Quandoas ligaçõesfra- casentreascadeiasse rompem,o ânguloformadoéde cercade 90'. Os anfibóliossâo silicatosdeca- deiasduplas.Quandoasligações fracasentreascadeiasse rompem,o ânguloformadoé de cercade 120'. Brilho O modocomoasuperfíciedecadamineralrefletealuzconfere- lheumapropriedadecaracterística,queéO brilho. O brilhodos mineraispodeserdescritopelostermoslistadosnoQuadro3.3. O brilhoé controladopelostiposdeátomospresentese pelas suasligações,sendoqueessesdoisfatoresafetamamaneiraco- moaluzpassaatravésdomineralouérefletidaporele.Oscris- taiscomligaçõesiônicastendema servítreos,masoscristais comligaçõescovalentessãomaisvariáveis,sendomuitosdeles caracterizadospelobrilhoadamantino,comoo dodiamante.O brilho metálicoocorrenosmetaispuros,comoo ouro,e em muitossulfetos,comoagalena(sulfetodechumbo,PbS).O bri- lho nacaradoresultadasmúltiplasreflexõesdaluz formadasa partirdeplanoslocalizadosabaixoda supertkiede minerais translúcidos.Essetipodebrilhoaparecenaparteinterna,com aspectodemadrepérola,dasconchasdemuitosmariscos,que sãoconstituídasdomineralaragonita.Emborao brilhosejaum importantecritérioparaaclassificaçãodemineraisemcampo, eledependemuitodapercepçãovisualdaluz queérefletidae, portanto,asdescriçõesdoslivros-textopodemestarmuitodis- tantesdascondiçõesexistentesparaavaliaro mineralquepor venturachegaràssuasmãos. Figura3.19 Comparaçãoentreasdireçõesde c1ivageme as T2Ces ípicasde piroxêniose anfibólios.Essesdois mineraissão - ito arecidosentresi, masseusângulosde c1ivagemsão ~;.;o~'<:n-es.Essesângulosfreqüentementesão usadosparasua e- ',cação e classificação. Cor A cor deummineralé conferidapelaluz refletidaoutransmi- tidasejaatravésdoscristaisedasmassasirregulares,sejaatra- vésdotraço.O traçodeummineralrefere-seàcordofinode- pósitodepóqueédeixadoquandoeleéraspadosobreumasu- uadro3.3 Brilhod~s'~ine~ai~ Brilho Características CAPíTULO 3 • Minerais:Constituintes Básicos das Rochas ~ A cor dosmineraisé umapropriedadecomplexae ainda nãototalmentecompreendida.E determinadatantopelostipos deátomosencontradosnomineralpuroquantopelostraçosde impurezaspresentes. gura3.20 A hematitapodeser preta,vermelhaou marrom, -25sempredeixaumtraço castanho-avermelhadoquando .=- adanumaplacade porcelana.[BreckP. Kent] - edoso °lustrodosmateriaisfibrosos,comoaseda .-'1damantino°brilhointensododiamanteedeminerais parecidos Gravidadeespecíficae densidade Pode-sefacilmentesentiradiferençadepesoentreumpedaço deminériodeferrohematíticoeumpedaçodeemofredomes- motamanhoaoerguermososdois.Entretanto.a densidade- massaporunidadedevolume(geralmenteexpresacomogra- masporcentímetrocúbico.:: m3) - damaioriadosminerais derochacomunsé muitopare ida.não endoper eptívelpor meiodeumte te imple ornoe e.As imoo cientistaspre- cisamde outrométodo imple paramedire sapropriedade dosminerai. -mamedida-padrãodadensidadeé agravidade específica.queéopesodomineralnoar.divididopelopesode umyolumeigualdeáguapuraa.f0c. A densidadedependedamassaatômicadosíonsquecom- põemummineraledaproximidadecomaqualelesestãoem- pacotadosemsuaestruturacristalina.Considereamagnetita, umóxidodeferro,cujadensidadeé5,2g/cm3.Essaaltaden- Os Íonseascoresdosminerais A cordassubstânciaspuras dependedapresençadecertosíons,comoferrooucromo,que absorvemfortementedeterminadasporçõesdoespectrolumi- noso.A olivinaquecontémferro,porexemplo,absorvetodas ascores,excetoo verde,enquantoaolivinapuramentemagne- sianaserápercebidapelanossavisãocomoummaterialbranco (transparentee incolor). Os traçosdeimpurezaseacor dosminerais Todososmine-raiscontêmimpurezas,e hojeemdiaháinstrumentoscapazes demedirquantidadesmuitopequenasde algunselementos- atémesmoalgunsbilionésimosdegrama,emalgunscasos.Os elementosqueperfazemmenosde 0,1% deumdeterminado mineralsãochamadosde"traços",e muitosdelessãochama- dosdeelementos-traço. Algunselementos-traçopodemserutilizadosparainterpre- tarasorigensdosmineraisondeforamencontrados.Outros, comoostraçosdeurânioemalgunsgranitos,contribuempara aumentararadioatividadelocal.Outros,ainda,comoospeque- nos flocos dehematitaquecoloremos cristaisdefeldspatos comcoresacastanhadasouavermelhadas,sãonotáveisporcon- ferircoresaummineralque,deoutraforma,seriaincolor.Mui- tasdasvariedadesgemológicasdeminerais,comoaesmeralda (beriloverde)e asafira(coríndonazul),devemsuascoresaos traçosdeimpurezasdissolvidasnocristalsólido(verReporta- gem3.1).A esmeraldadevesuacorverdeaocromo;asfontes dacorazuldasafirasãoo ferroeo titânio. A cordeummineralpodeserdistintiva,masnãoéo critério maisconfiávelparasuaidentificação.Algunsmineraissempre mostramamesmacor,enquantooutrospodemapresentar-sesob váriascores.Existemmineraisquemostramumacorcaracterís- ticasomenteemsuperfíciesrecém-quebradas,enquantooutros sómostramcorescaracterísticasemsuperfíciesalteradas.Hámi- nerais(aopalapreciosa,porexemplo)quemostramumdeslum- brantearranjodecoresnassuperfíciesondea luz é refletida. Existem,ainda,mineraiscujacorvarialevementesehouveruma mudançanoângulodaluz quebrilhaemsuasuperfície. Reflexõesfortesproduzidasporsubstâncias opacas Brilhantecomoodovidro Graxa ~~inoso Característicodasresinas,comooâmbar Comoseestivesserecobertoporuma substânciaoleosa _-a arado Éa iridescênciaesbranquiçadadealguns materiaiscomoapérola _Ietálico ~erfícieabrasiva,talcomoumaplacadeporcelananão-vitrifi- . Tais materiaissãochamadosdeplacasdeporcelana2o ~IgUra3.20).Essasplacassãoboasferramentasparadiagnós- _:o. poisospequenosgrãosuniformesdo mineralqueestão ~-entes nopó retidopelaplacadecerâmicapermitemanali- melhora cor do mineraldo queumamassade grãosdo -~-mo. Umamassaformadaporhematita(Fe203), porexem- :: . podeser preta,vermelhaou marrom,masessemineral =rnpredeixaráumtraçodepócastanho-avermelhadoquando -- adonumaplacadeporcelana. 94 Para Entendera Terra idaderesulta,emparte,daaltamassaatômicadoferroe,em parte.da estruturafortementeempacotadaquea magnetita reme queécomumaosoutrosmineraisdogrupodosespiné- lio (verpágina88).A densidadeda olivina,um silicatode ferro,é4,4g/cm3,menor,portanto,quea densidadedamag- netita,porduasrazões.Primeiramente,amassaatômicadosi- lício, umdoselementosqueformaaolivina,émaisbaixaque adoferro.Em segundolugar,aolivinatemumaestruturacom umempacotamentomaisabertoqueaqueledosmineraisdo grupodosespinélios.A densidadeda olivina magnesianaé aindamais baixa, 3,32 g/cm3, porquea massaatômicado magnésioé muitomaisbaixaquea do ferro.Aumentosde densidadedecorrentesdo aumentodapressãoafetama ma- neiracomoos mineraistransmitema luz, o calore asondas dos terremotos.Experimentosfeitos em pressõesextrema- mentealtasmostraramqueaestruturadaolivinaconverte-se naestruturamaisdensado espinélioempressõescorrespon- dentesaumaprofundidadede400km.Emprofundidademais alta,a670km,osmateriaisdo mantotransformam-seemsi- licatoscomaestruturadeumempacotamentoaindamaisden- sodomineralperovskita(titanatodecálcio,CaTi03). Devido aoenormevolumedomantoinferior,aperovskitaé,provavel- mente,o maisabundantemineraldaTerracomoum todO.21 Alguns mineraisdo tipo perovskitaforamsintetizadospara serviremcomosemicondutoresdealtatemperatura,quecon- duzemeletricidadesemperdasde correntee podemteralto potencialeconômico.Os mineralogistasquetêmexperiência comperovskitasnaturaisajudaramarevelaraestruturadesses materiaisrecentementecriados.A temperaturatambémafeta adensidade:quantomaisaltaatemperatura,maisabertaeex- pandidaa estruturado minerale, portanto,maisbaixaa sua densidade. Quadro 3.4 Propri~dadesfíS~Cé!Sdos minerais· Hábito cristalino O hábitocristalinodeummineraléaformacomoseuscristais individuaisouagregadosdecristaiscrescem.Oshábitoscrista- linostêmnomesfreqüentementerelacionadosaformasgeomé- tricas,taiscomolâminas,placase agulhas.Alguns minerais têmhábitoscristalinostãodistintivosquesãofacilmentereco- nhecíveis.Um exemploéo quartzo,queéformadoporumaco- lunadeseisladosqueculminanumconjuntodefacesemfor- madepirâmide. Essasformasindicamnãosóosplanosdeátomosouíons, comotambémavelocidadee adireçãodecrescimentotípicas do cristal.Assim, umcristalacicularcrescemuitorápidoem umadireçãoe muitolentamenteemtodasasoutras.Em con- traste,umcristalemformadeplaca(muitasvezesdenominado deplacóide)crescemuitorápidoemtodasasdireçõesquefo- remperpendicularesàúnicadireçãoondeo crescimentoé len- to.Os cristaisfibrosostomamaformademúltiplasfibras,lon- gase estreitas,queconstituemessencialmenteagregadosde longasagulhas.O nomegenéricoasbestoaplica-seaumgrupo desilicatoscomhábitomaisoumenosfibroso,o qualfazcom queoscristaispermaneçamentranhadosnospulmõesapóste- remsidoinalados(verReportagem3.2). Algumasvariedadesdeasbesto(verReportagem3.2)são exemplosdemineraiscompropriedadesperigosasàsaúde.Ou- trosminerais,comoaspiritascontendoarsênico,sãovenenosos quandoingeridos,eoutros,ainda,liberamgasestóxicosquan- do aquecidos.Doençascausadasporpoeiramineralestãopre- sentesemmuitosmineiros,quepodemenfrentarexposições ocupacionaisprolongadas.Um exemploéasilicose,umadoen- çadospulmõescausadapelainalaçãodepoeiraquartzosa. O Quadro3.4resumeaspropriedadesfísicasdosminerais, discutidasnestaseção. Propriedade Relaçãocomacomposiçãoecomaestruturacristalina Dureza Fortesligaçõesquímicasresultamemaltadureza.Mineraiscomligaçõescovalentessãogeralmentemaisduros quemineraiscomligaçõesiônicas Clivagem A clivagemépobreseasligaçõesnaestruturacristalinaforemfortes,eboaseasligaçõesforemfracas.Liga- çõescovalentesgeralmenteresultamemclivagenspobresouemausênciadeclivagem.Ligaçõesiônicassão fracase,portanto,originamexcelentesclivagens Frarura O tipodefraturaéprodutodadistribuiçãodasforçasdeligaçãoaolongodesuperfíciesirregularesnão-corres- pondentesaplanosdeclivagem Brilho Tendeaservítreonoscristaiscomligaçõesiônicasemaisvariávelnoscristaiscomligaçõescovalentes Cor Determinadapelostiposdeátomoseportraçosdeimpurezas.Muitoscristaiscomligaçõesiônicassãoincolo- res.A presençadeferrotendeaproduzirfortecoloração Tra,o A cordopóémaiscaracterísticaqueadomineralmaciço,poisopóéformadoporgrãosdepequenotamanho Densidade DependedopesoatômicodosátomosouÍonsedaproximidadedoseuempacotamentonaestruturacristalina. Mineraisdeferroedemetaistêmaltadensidade;mineraiscomligaçõescovalentestêmempacotamentomais abertoe,portanto,densidademaisbaixa Hábitocristalino DependedosplanosdeátomosouÍonspresentesnaestruturacristalinadomineraledavelocidadeedireçãode crescimentoespecíficasdecadacristal CAPíTULO 3 • Minerais:Constituintes Básicosdas Rochas ~ Asbesto (crisotilo).As fibrassão retiradasdo mineralcom muitafacilidade.[Runk/Schoenberger/GrantHeilman Photography] do queos não-fumantes.A exposiçãoprolongada,no trabalho, a algumasoutrasformasde asbestoque não a crocidolita,co- mo a dos trabalhadoresem indústriasde asbesto,pode tam- bémser perigosa. Existemmuitasevidências,entretanto, indicando que as pessoasexpostaspor longos períodos de tempo a quantida- des moderadasde crisotilo, que é o asbestomaiscomumente utilizadonos EstadosUnidos, não mostramenfermidadespul- monaresrelacionadasa asbesto.A inexistênciade umacorre- lação,verificadapor análisesde laboratório,entrea exposição a mineraisde asbesto específicose a ocorrência de doenças pulmonaresespecíficastambémcontribui paracriarconfusão acercado perigo de exposiçãoao asbesto.A situaçãoé bas- tantepolêmicano quese refereaos perigosdecorrentesde ex- por a população comumao asbesto,emgrandesprédios pú- blicos. Muitos cientistasda áreamédicae mineralogistasduvidam ser necessáriogastarquantiasentre50 e 150 bilhõesde dó- larespararetirardos edifícioso crisotilo, que é relativamente inofensivo,e asoutrasquatroformasde anfibólioque nãofor- mamfibrastão finas.Paratomarumadecisãoacertada,são ne- cessáriasmaisavaliaçõesmineralógicase maisestudos médi- cos, paradeterminara naturezado problemaque hoje enfren- tamos. 3.2 Asbesto:riscoà saúde,exagero sensacionalistaou ambos? as duasúltimasdécadas,a simplesmençãoda palavraas- besto (materialantigamentemuitousadocomo isolanteà vadefogo e retardadorde chamasemplacasde gesso,te- - dos e pisos,bemcomo emisolamentotérmicode automó- ='s) passoua provocarmedo.O asbestofoi correlacionadoa irias doençasfataisde pulmão,taiscomo a asbestose(carac- :=rizadapor umlento enrijecimentodos pulmõese dificuldade ::e respiração)e o mesotelioma,câncer que ataca o revesti- ento do pulmão.A correlação mencionadaparece derivar -::.Jandode umaexposiçãoprolongadaa certos mineraisdeno- -;Jinadoscomercialmentecomo asbesto.A maneiraexatapela ~ ai essassubstânciascausamas doenças ainda não é bem :::onhecida,maso hábitocristalinofinamentefibroso de alguns :::essesmineraisfoi imputadocomo causa. Os problemasde saúdeassociadosà exposiçãoao asbes- :o chamarama atençãopúblicaquando advogadosrepresen- :ando trabalhadorese suas famniasimpetraramações traba- istascontra algumasdas principaiscompanhiasfabricantes ce produtos com asbesto.As ações acusavamas companhias de seremresponsáveispelasdoençase deficiênciasfísicasde "áriaspessoasanteriormenteempregadasem fábricasde as- :Jesto.Após pagaremas indenizaçõesdevidas,determinadas ::>elasdecisõesjudiciais resultantesdessasações,algumasdas companhiasforam à falência.O público ficou intensamente :Jreocupado com a presençade produtos contendo asbesto em escolas,hospitaise outros prédios públicos. Muitos esta- dos americanoshoje exigemque os proprietáriosdiscriminem 2 presençade tais materiaisemresidênciasprivadas,quando elasforemnegociadas. Muitos cientistas sem envolvimentonas ações acreditam que essaforte preocupaçãocomtodas as formasde asbesto sejaexagerada.No centro dessedebateestáa mineralogia. Seisdiferentesmineraissão conhecidospelo nomecomer- cialasbesto:o crisotilo,umsilicatoemfolhas membrodo gru- po da serpentina;a crocidolita,um silicatode cadeiasduplas pertencenteao grupo dos anfibólios;e quatro outros silicatos de cadeiasduplas,tambémdo grupo da serpentina.Emboraa crocidolita efetivamenteforme materiaisfinamentefibrosos, muitosdos demaismineraisnão formamtaisfibrase não esta- riamassociadosa doençaspulmonares.Entretanto,asnormas do governoamericanoaplicam-sea todos essesminerais. Os médicose os mineralogistastêm opiniões amplamente ariadassobre a necessidadede eliminartodas as formas de asbestodos edifíciose dasfábricas.Qualquerdecisãoa serto- madadeveconsiderarváriosfatos. Primeiro,que a exposição prolongadaà crocidolita é perigosa- especialmenteparafu- mantes,que são muitomaissuscetíveisa doençaspulmonares 96 àf2 ~ntenderaTerra ~inerais e o mundo biológico ~ o hábitoe a composiçãoquímicade algunsmineraisfazem om queelestomem-seimportantesno mundobiológico.Os exemplosmaissimplessãoacalcitae aaragonita,mineraisde arbonatodecálcioqueconstituemasconchasdemuitosani- mai invertebrados,comoosmexilhõeseasostras.Bastaapal- parnossosossosprareconhecera importânciadaapatita,um fo fatodecálcioqueconstituiosossosdosvertebrados. luz refletida;cor - conferidapelaluz transmitidaourefletida peloscristaisouàsmassasirregularesouaoseutraço(queé a cordofinopódomineral);densidade- amassaporunidadede volume;ehábitocristalino- aformadoscristaisindividuaisou deagregados. I Minerais que você deveria conhecer olivina quartzo granada diamante hematita mica halita caleita piroxênio feldspato pirita gipsita dolomita caulinita anfibólio [Primeira fila: GeorgeWhiteley/PhotoResearchers;Chip C1ark; CharlesO'Rear/Corbis. Segunda fila: CharlesD. Winters/Photo Researchers;Chip Clark;AndrewRomeo-coolrox.com.Terceira fila: todas de Chip Clark.Quarta fila: VincentCronin;Chip Clark; Chip Clark.Quinta fila: todas de Chip Clark] o quesãoosminerais? Os minerais- constituintesbásicos dasrochas- sãosólidosinorgânicos,de ocorrêncianatural, comestruturascristalinasespecíficase composiçõesquímicas fixasouvariáveisdentrodecertoslimites.Um mineralécons- tituídodeátomos,quesãopequenasunidadesdematériaquese combinampormeiodereaçõesquímicas.Um átomoécompos- todeumnúcleodeprótonsenêutrons,circundadoporelétrons. O númeroatômicodeumelementoéo númerodeprótonsem seunúcleoe suamassaatômicaé a somadasmassasdeseus prótonsenêutrons. Como os átomossecombinampara formar as estruturas cristalinasdosminerais? As substânciasquímicasreagemen- tresi paraformarcompostos,perdendoou ganhandoelétrons parasetomaremíons,oupormeiodecompartilhamentodeelé- trons.Os íonsemumcompostoquímicosãomantidosjuntos por ligaçõesiônicas,queseformampelaatraçãoeletrostática entreíonspositivos(cátions)e negativos(ânions).Os átomos quecompartilhamelétronsparaformarumcompostomantêm- sejuntospormeiodeligaçõescovalentes.Quandoummineral cristaliza,osátomosou íons agrupam-seemproporçõesade- quadasparaformarumaestruturacristalina,queé umarranjo tridimensionalordenadonoquala configuraçãobásicarepete- seemtodasasdireções. Quais sãoosprincipais minerais formadoresdasrochas? Os silicatos- osmaisabundantesmineraisdacrostaterres- tre- sãoestruturascristalinasformadaspor tetraedrosdesi- licatoligadosentresi deváriasformas.Os tetraedrospodem ser isolados(olivinas) ou estruturadosem cadeiassimples (piroxênios),duplas(anfibólios),emfolhas(micas)ou,ain- da,emarranjostridimensionais(feldspatos).Os mineraisde carbonatosãocompostosde íonscarbonatoligadosa cálcio ou magnésioou ambos.Os óxidossãocompostosdeoxigê- nio com elementosmetálicos.Os sulfetos e sulfatos são ompostosde átomosde enxofreemcombinaçãocomele- mentosmetálicos. Quaissãoaspropriedadesfísicasdosminerais? As proprie- dade físicasdosminerais,querefletemsuacomposiçãoe es- aurura.são:dureza- facilidadecomquesuasuperfíciepode -~rarranhada;clivagem- suaaptidãoparasedividirouquebrar ::'0longode superfíciesplanares;22fratura- o modocomose ':. e ramaolongodesuperfíciesirregulares;brilho- o tipode I RESUMO CAPíTULO 3 • Minerais:Constituintes Básicosdas Rochas ~ onceitos e termos-chave Questões para pensar 1. JoaneAlex estãocomparandorubis.O deJoanénaturale o deAlex é sintético.Osmateriaisqueelesexaminamsãominerais?Porquê? 2. O hidrogênio(H), o elementomaisleve,tem,nanatureza,número atômicoI emassaatômica1,008.O queessainformaçãopodelhedi- zersobreospossíveisisótoposdehidrogênio? 3. Desenheumdiagramasimplesparamostrarcomoo silícioe o oxi- gêniodossilicatoscompartilhamelétrons.Utilize comomodeloo dia- gramadaFigura3.5. 4. Explique o mecanismode substituiçãode cátionsutilizandoo exemplodoferroe domagnésionossilicatos. 5. O diopsídio,umpiroxênio,tema fórmula(Ca,Mg)zSizÜ6'Quein- dicaçõesessafórmulapodedarsobreasuaestruturacristalinaesobre assubstituiçõesentrecátions? 6. O oxigênioexistecomotrêsisótoposcommassasatômicasinteiras 16,17e 18.A massaatômicado oxigênioencontradonanaturezaé aproximadarnente16.O queessainformaçãopodeindicarsobrea abundânciarelativadessestrêsisótoposnanatureza? 7. Em algunscorposdegranito,pode-seencontrarcristaismuitogran- des,com atéum metrode comprimento,que,entretanto,tendema apresentarpoucasfacescristalinas.O quevocêpodededuzira respei- todascondiçõesdecrescimentodessescristais? 8. Quaispropriedadesfísicasdossilicatoscomestruturaemfolhases- tãorelacionadascomsuaestruturacristalinae forçadeligação? 9. Comovocêpoderiaidentificare diferenciarumsilicatodecadeias simplesdeumdecadeiasduplas? 10. Quepropriedadesfísicasindicariamquea calcitanãoé umbom materialparausocomogema? 11. No Apêndice5, escolhadois mineraisquevocêacreditaserem passíveisdeusocomobonsabrasivosoupedrasparaafiaraçoedes- crevaapropriedadefísicaquejustificaasuaescolha. 12. A aragonita,cuja densidadeé de 2,9 g/cm3,temexatamentea mesmacomposiçãoquímicada calcita,que temumadensidadede 2,7g/cm3Considerandosomenteessesfatores,qualdessesdoismine- raistemmaiorprobabilidadedeterseformadosobaltapressão? 13. Quaispropriedadesdotalcotomam-noadequadoaousocomopó paraafacee parao corpo? ~ 14. Há,pelomenos,oitopropriedadesfísicasquepodemseruti- lizadasparaidentificarummineraldesconhecido.Quaisdelassãomais úteisparafazeradiscriminaçãoentremineraisquetêmamesmaaparên- cia?Descrevaumaestratégiaquelhepossibiliteafirmarcomcenezaque umclistalnão-identificadodecalcitatransparenteé.na\-erdade.a mes- macoisaqueumaamostrajá identificadadequartzotransparente. 15.Há muitacontrovérsiasobrearemoçãodeasbestodo edifícios nosEstadosUnidose noCanadá,sendoclaroquealgumasformasde asbestorealmenteimplicamriscosdesaúde.Com baseno quevocê aprendeusobreaestruturadosminerais.queaspectodaestrururado asbestocausamos riscos?Con iderandoa estrururaemcadeiasdu- plasdoasbesto.quaissãoosourro mineraisqueporencialmentepo- demcausarriscosà aúde: 16. O car\·ão.queseformaa panirdadecomposiçãodavegetação,e queé.portanto.umasubstâncianarural.nãoé onsideradoummine- ral.Enrretanto,quandoaquecidoa altastemperaturase soterradoem áreasdealtapressão,rransforma-seno mineralgrafita.Por que,en- tão,o carvãonãoéconsideradoumminerale agrafita,sim?Explique seupontodevista. • hábitocristalino(p.94) • isótopo(p.79) • ligaçãocovalente(p.82) • ligaçãoiônica(p.82) • ligaçãometálica(p.82) • massaatômica(p.79) • mineral(p.78) • mineralogia(p.77) • nêutron(p.79) • núcleo(p.79) • númeroatômico(p.79) • polimorfo(p.84) • precipitar(p.84) • próton(p.79) • reaçãoquímica(p.80) • traço(p.92) • transferênciadeelétrons(p.80) :!nion (p.80) :!romo(p.79) brilho(p.92) ::átion(p.80) :Ihagem(p.91) ;:ompartilhamentodeelétrons p.80) ;:or (p. 92) cristal(p.83) cristalização(p.82) densidade(p.93) dureza(p.89) ~Iétron(p.79) e caladedurezadeMohs p.89) fratura(p.92) gravidadeespecífica(p.93) Exercícios !~J Esteíconeindicaqueháumaanimaçãodisponívelnosítioele- CONECTARWE8 trônicoquepodeajudá-Ianaresposta. 8. Citetrêsgruposdeminerais,quenãosejamsilicatos,deacor- o coma suacomposiçãoquímica. 9. Quaissãoosdoisfatoresqueinfluenciamadensidadedosminerais domanto? 10. Comoumgeólogodecampomediriaadureza? 11. Quetestesmineralógicosvocêfariaparadistinguirahematitada magnetita? 12. Qualé adiferençaentreosmineraiscalcitae dolomita? 13. Qualdosmineraisdeasbestopodecausardanosà saúde? Esteíconeindicaqueháumaanimaçãodisponívelnosítioele- trônicoquepodeajudá-lonaresposta. ::lIKilRIY!8 Defmamineral. • Quaissãoasdiferençasentreumátomoe umíon? ~ Desenheaestruturaatômicadoc1oretodesódio. Quaissãoosdoistiposdeligaçõesquímicas? 5. Quaissãoosdoispolimorfosdecarbono? Enumereasestruturasbásicasdossilicatos. - Comoa clivagemdasmicasestárelacionadacoma suaestrutura :rrômica? 98 ara entenderaTerra 1;. _-o fim do éculoXIX, osmineirosdeouro"bateavam"paraob- -crouro.::3istoé,coletavamsedimentosdosriosnabateia,juntocom ,guado rio, e agitavamamesmajuntocomseuconteúdo.Fazendo '- o.elesqueriamtercertezadequetinhamencontradoouroenãopi- rimC-ourodetolo").Por queessemétodofunciona?Qualaproprieda- dedosmineraisqueé utilizadanoprocessodebatear?Queoutromé- lOdoé possívelparadistinguirentreouroe pirita? I Investiguevocê mesmo Por queoDiamanteHopeéazul? No finalde 1955,RobertH. WentolfJr. realizoualgoparecidocoma alquimia.Ele comprouumpotedemanteigadeamendoimnumamer- cearia,levouparao laboratórioe, então,transformouumapitadada pastaemumapequenaquantidadedepequenosdiamantesverdes.24 Afinal decontas,amendoinssãoricosemproteínas,quesãoricasem nitrogênio.Os diamantessintéticosgeralmentesãopretosdevidoàs inclusõesdegrafitae apresençadetraçosdenitrogêniono interiorda estruturacristalinapodedeixá-Iascastanhos,amarelosou verdes.Os diamantesformam-seno mantosuperior,emprofundidadesdemais de200km,ondeastemperaturase pressõesfazemcomquea grafita, queé o mineralirmão do diamante,tenhasuaestruturadestruída, transformando-seem umaestruturacristalinacom empacotamento muitomaisdenso(verFigurapanorâmica3.11).A maioriadosdia- mantespesamenosde I quilate(0,2g) e é incolor,amarelo-pálidoou castanho.Diamantesmaiores,especialmenteosCOlOlidos,sãoraros.O maiordiamantefacetadoéo GoldenJubilee,descobertoem1995,que é amareloe tem545,67quilates.O DiamanteHope,expostono Insti- tutoSmithsoniano(SmithsonianInstitute),é provavelmentea gema maisconhecidadomundo,umraríssimodiamanteazulde45quilates. O queproduza cordasgemase dosminerais?A interaçãodaluz coma matéria.Vocêjá deveterobservadocomoumprismaoumesmo umagotad'águaconvertealuz brancaemumespectroouarco-írisde luz colorida.Quandoa luzatingeasupelfíciedeumcristaloupenetra nele,interagecomosátomos;algunsdoscomponentesdaluz podem serabsorvidos,enquantooutrossãotransmitidos.À medidaquea luz passaatravésdo diamanteHope, o cristalabsorvea luz vermelhae transmitealuz azul. Por quea maioriadosdiamantesé incolore outrossãoazuis,ver- melhos,amarelos,verdesou castanhos?Os traçosdeimpurezase as imperfeiçõesdaestruturacristalinadeummineralpodemmodificaro modocomoeleinteragecomaluz etorná-Iacolorido.Emboraosdia- mantessejamconstituídosdecarbonopuro,é suficientequeapenas umátomodeoutroelementoestejapresenteentreosmuitosmilhões deátomosdecarbonoparatorná-Iosazuis.Os rubise assafirassão amboscristaisdeóxidodealumínio;entretanto,os rubissãoverme- lhos e as safiras são azuis. Vá até a página http://www.whfree- man.com/understandingearthparadescobrirporqueo DiamanteHo- peéazul,osrubissãovermelhose a safira,azul. jlnvestigue em equipe Asbesto .\srianças estavamemperigo.Novosrelatóriossobreasbestonases- colasde:'\o\'aYork desencadearamumaondadeindignaçãopúblicae aSecretariadeEducaçãoadiouportrêssemanaso iníciodoanoletivo de 1993,paracompletarumprogramaderemoçãodeasbesto. Os relatóriossobrea presençade asbestoemprédiospúblicos quasesempreenfocamosriscosdedoençaspulmonares.Raramente, entretanto,incluementrevistascommineralogistas.Comoresultado, o públicosabemuitopoucosobreo asbestoparaformularaspergun- tascertase fazerumjulgamentobeminformado. Vocêagoratemapossibilidadedeeducaro público.Trabalhando comumaequipedequatrocolegasnaspróximasduassemanas,prepa- reumprogramaderádiodemeiahoraparaapresentarosvariadospon- tosdevistaa respeitodaquestãodoasbesto.O programaterádemos- trarcomoo conhecimentobásicodemineralogiaseriaútil paratomar decisõesemrelaçãoaimportantesquestõespolíticas.Reúnaumgrupo deespecialistascomvisõesopostassobreo assunto.Quaisseriamas especialidadesprofissionaisdeles?Comquaisargumentose fatoseles defenderiamsuasposições?Escrevaumroteiroparao programaepro- duzaumresumooraldasualistadeespecialistasedesuasopiniões. Sugestões de leitura Atkins,P., andJones,L. 2002.ChemicalPrinciples,2d ed.New York:W. H. Freeman. Berry,L. G., Mason,B, andDietrich,R. V. 1983.Mineralogy,2d. ed.SanFrancisco:W. H. Freeman. Dietrich,R. v.,andSkinner,B. J. 1990.Cems,granitesandgra- vels.Cambridge:CambridgeUniversityPress. Hazen,RobertM. 2001.Life's rockystart.ScientificAmerican284 (4):76-85. Keller,P.C. 1990.CemstonesandTheirOrigins.NewYork:Chap- man&Hall. KJein, c., andHurlbutJr.,C. S. 1999.Manualofmineralogy.21" ed.,revised.NewYork:Wiley. Patch,SuzanneSteinem.1999.Bluemistery:thestoryoftheHope Diamond.2ded.NewYork:HarryN. Abrams. Perkins,D. Mineralogy.1998.EnglewoodCliffs, N. J.: Prentice- Hall Prinz, M., Harlow,G., andPeters,J. 1978.Simon& Schuster's CuidetoRocksandMinerals.NewYork:Simon&Schuster. Varon,Lymm200L Internetgems:Websitesfor rockhoundsand lapidaries.RockandCem31(6):34-36,90. Sugestões de leitura em português Anderson,B. W. Identificaçãodasgemas.Rio deJaneiro:Ao Li- vroTécnico. Skinner,B. 1996.Recursosmineraisda
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