AULA 5 TERRA E SUA COMPOSIÇÃO

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Cristalografia e Mineralogia 
Mineralogia: Variação Terra, Cristalização, 
Classificação e representação química 
 
Prof. MSc Yuri Ribeiro 
Variação sistema Terra 
 O interior da terra é caracterizado com a profundidade o gradual 
aumento de densidade, T e P. 
 
 A 100 km prof  T ~1300°C. 
 
 
 Centro T >6700°C. 
 
 
 A pressão aumenta a cada km em 280 bars ou ~276 atm. 
 
• 3 camadas concêntricas composicionais 
 
• Núcleo 
• Manto 
• Crosta 
DENSIDADES (g/cm3) 
• Terra: 5,5 
 
• Crosta terrestre: 2,8 
 
• Manto: 4,6 
 
• Núcleo: 10,6 
 
 
 
 
 
 
Núcleo 
 mais denso (10,6 g/cm3) 
 Fe e ↓Ni e outros elementos (liga Fe-Ni) 
 
 NÚCLEO INTERNO (5.100 -6.371 
km)  a P na região interna é tão alta 
que o Fe é sólido (apesar da alta T) 
 P = 3 milhões de vezes a pressão 
atmosférica. 
 
 NÚCLEO EXTERNO (2.900-5.100 
km) a T e a P são tão balanceadas que 
o Fe é fundido e existe como líquido 
 
 
• densidade: 4,6 g/cm3 
 
• Compreende ~82% do volume da terra. 
Material rochoso que flui de forma plástica. 
 
• silicatos de Fe-Mg 
(Dominado por Olivina, em menores 
quantidades piroxênio e traço de minerais 
aluminosos (feldspatos, espinélios e 
granadas)) 
 
• Composição química varia pouco Manto 
Superior e Inferior - minerais se rearranjam 
em minerais mais densos. 
Manto 
Abaixo de 660 km rearranjo mineralógico e estrutural radical, e a sílica deixa a 
coordenação tetraédrica [4] e passa a octaédrica [6]. Espinélio transforma-se na da perovskita. 
Crosta 
• camada externa mais fina e menos densa (2,8 
g/cm3) 
 
• Composta por minerais de densidade 
relativamente baixa 
 
• rochas ígneas de composição granítica a basáltica, 
rochas sedimentares e seus equivalentes 
metamórficos. 
 
Tipos: 
1. oceânica - 3-15 km espessura e composta de 
basalto (ígneas). Jovem (idades<180 ma). 
 
2. continental – até 70 km de espessura e 
composta de variados tipos rochosos granitos, 
arenitos e etc 
 (idades novas a velhas <3.8 Ba). 
Oceânica 
Continental 
 Mais de 98% da crosta terrestre: O, Si, Al, Ca, Fe, Mg, Na e K (8 elementos químicos) 
 Mais de 70% da crosta: O e Si 
 Para o desenvolvimento dos vegetais: 
Macrunutrientes essenciais: C, O, N, P, K, Ca, Mg, H, S 
Micronutrientes essenciais: B, Mo, Zn, Fe, Cl, Cu, Mn, Al. 
 
 Com exceção do C, O, H e N, que vem diretamente ou indiretamente do ar e água, os 
outros provém dos componentes minerais do solo. 
Composição da Crosta da Terra 
 Crosta consiste quase inteiramente em compostos de oxigênio que são minerais 
principalmente: 
SILICATOS, CARBONATOS, ÓXIDOS, HIDRÓXIDOS, FOSFATOS E SULFATOS. 
Classificação - Abundância elementos 
 Quanto à ocorrência os elementos químicos podem ser classificados em: 
 Elementos maiores: ocorrem em grandes quantidades (>1%) e são 
medidos em porcentagem em peso (% em peso). 
 
 Elementos menores: ocorrem em quantidades menores (0,1 - 1,0%), 
mas também são medidos em porcentagem em peso (% em peso). 
 
 Elementos traço: ocorrem em quantidades muito pequenas (<0,1% 
em peso). Os elementos traço são medidos em partes por milhão (ppm) 
ou partes por bilhão (ppb). Apesar de sua pouca abundância, os 
elementos traço podem fornecer informações sobre os processos 
geológicos, tais como temperatura ou pressão nas quais os minerais são 
formados. 
Elementos traço na crosta 
 
Como se Formam os Minerais? 
 Processo de Cristalização 
O mineral cresce a partir de um núcleo de cristalização e pode ou não 
desenvolver faces cristalinas, dependendo das condições reinantes na época 
(velocidade de cristalização, quantidade de voláteis, viscosidade do meio, 
espaço, etc.). 
Sólido 
De ocorrência natural (processo geológico) 
Arranjo atômico altamente ordenado(7 Sistemas Cristalinos) 
Composição química homogênea e definida (mas não necessariamente fixa) 
Composição inorgânica 
 
 
 
 
Quais são os processos??? Comentar minas fechadas! 
Gênese mineral 
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 T
e
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p
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Prescipitação 
 Deserto do Atacama/ Chile 
Laguna Cejar: lagoa de água supersaturada em sais 
Fotos de arquivo pessoal: Laguna Cejar, Deserto do Atacama. Destaque para a precipitação de dos cristais de sal. 
Prescipitação 
• Salar de Uyuni – sul daBolívia 
Fotos de arquivo pessoal: Salar formado pela prescipitação de sal.. 
 
Resfriamento Fusão 
• Mina de El Teniente / Chile 
Depósito Porfirítico de Cobre 
Cavidade com minerais gigantes 
Fotos de arquivo pessoal: Mina de cobre de “El Teniente “, com minerais gigantes (5 cm) em galeria da Mina. 
A partir de Vapor 
 Vulcão Villa Rica 
 
Vulcão ativo Pucon/Chile 
Sua última grande erupção ocorreu em 1984. 
É também conhecido como Rucapillán, ou "casa do 
demônio" na língua Mapuche. 
Fotos de arquivo pessoal: Cratera do vulcão Villa Rica, com detalhe da precipitação de enxofre. 
Classificação 
 Uso e função 
 
 Sistema cristalino: monoclínico, tetragonal 
 
 Ocorrência: local, país 
 
 Química (Cátion / ânion) 
DISCUSSÃO sobre CLASSIFICAÇÃO 
Classificação– Uso 
 Desde a antiguidade os minerais foram usados para várias funções. Com o 
crescimento da civilização e o aumento da tecnologia a demanda por esses recursos 
tem aumentado cada dia mais. 
 
 Os minerais são usados basicamente para três funções: 
 para fabricação de jóias - GEMAS, 
 para extração de algum elemento químico - MINÉRIOS 
 para a utilização na indústria. 
Fonte: Compilado pela geóloga Renata Augusta Azevedo da Silva 
GEMAS 
 Substâncias sólidas trabalhadas 
para o uso como adornos pessoais 
 Beleza, raridade, durabilidade 
 Naturais (orgânicas e inorgânicas) ou 
artificiais. 
 
Opala 
Granada - 
Fe3Al2(Si3O12) 
 
 
MINÉRIO - Denomina-se minério toda a massa monomineral, polimineral ou mineralóide de 
onde podemos extrair, economicamente, um elemento químico ou um composto químico. Por 
exemplo, o mineral hematita (Fe2O3) é considerado um minério de ferro. 
 
Comentário: A água mineral é um mineral? E minério? 
JAZIDA - É qualquer depósito mineral que contenha reservas economicamente desejáveis de 
alguma substância útil. Quando se fala em jazida, esta ainda não sofreu exploração. 
MINA - É uma jazida em produção econômica de um ou mais bens minerais. Uma mina pode 
extrair apenas um bem mineral ou dois ou mais. No primeiro caso a mina só produz um produto. 
No segundo caso a mina pode produzir um produto principal e um subproduto ou um coproduto. 
Quando a mina produz um subproduto ele não é essencial à atividade da 
mina. No caso de produzir um coproduto, ambos são essenciais à atividade 
da mina. 
Uma mina pode produzir somente urânio, então ele é o produto. As minas 
de urânio e vanádio dos Estados Unidos precisam produzir ambos os 
produtos para sobreviverem. Neste caso tratam-se de coprodutos. 
Já as minas de ouro da África do Sul produzem também urânio que se não 
for vendido, não afetará a produção de ouro do país; nesse caso o urânio é 
um subproduto. 
Minérios Metálicos 
Metais Preciosos: Ouro, Prata, Platina, Paládio 
Metais Ferrosos: Ferro, Manganês 
Metais Não-Ferrosos (Básicos): Cobre, Chumbo, Zinco Estanho 
Metais Leves: Alumínio, Magnésio, Titânio 
Metais Menores: Bismuto, Mercúrio 
Metais Radioativos: Urânio, Tório, Césio, Lítio 
Minérios Não-Metálicos (Jazidas):Enxofre, Caulim, Calcário, Dolomito, Gipsita (Gesso), Sal-Gema, 
Apatita,Fosforita etc. 
Minerais econômicos 
 São todas as rochas e minerais, inclusive os sintéticos, predominantemente 
não metálicos, que por suas propriedades físicas ou químicas, e não pela 
energia gerada ou pelos metais extraídos, podem ser utilizados em processos 
industriais, de modo geral com múltiplas funções, com maior ou menor 
valor agregado, ou como aditivo, diretamente ou após beneficiamento e 
processamento (Ciminelli, 2004). 
 
Minerais Industriais 
Podem ser divididos em: 
 
• Minerais cerâmicos 
• Minerais físicos funcionais 
• Minerais químicos 
Lista de minerais industriais 
Revista Industrial Minerals 
 Minerais abrasivos 
 Agregados 
 Alumina/bauxita 
 Antimônio 
 Argilas plásticas “ball 
clay” 
 Barita 
 Bentonita/atapulgita/sepioli
ta 
 Minerais de berílio 
 Boratos 
 Carbonato de cálcio 
 Cromita 
 Diamante industrial 
 Diatomita 
 Dolomita 
 Feldspatos 
 Fluorita 
 Grafita 
 Gesso 
 Caulim 
 Minerais de lítio 
 Magnesita 
 Micas 
 Nitratos 
 Olivina 
 Fosfatos/apatita 
 Pedra-pome 
 Pirofilita 
 Terras-raras 
 Sal 
 Quartzo 
 Silimanita 
•Sulfato de sódio 
•Minerais de 
estrôncio 
•Enxofre 
•Talco 
•Minerais de 
titânio 
•Vermiculita 
•Wollastonita 
•Zeólitas 
•Zircônio 
•Ardósia 
Classificação dos minerais 
 A classificação dos minerais leva em conta a composição química e as 
classes dependem do ânion ou grupo aniônico dominante. 
 
Razões: 
 1) Minerais com mesmo ânion ou grupo aniônico apresentam mais 
familiaridades inconfundíveis, em geral, mais forte e claramente 
marcadas (entre si) do que os minerais contendo algum cátion 
dominante. 
Ex. minerais carbonáticos são mais semelhantes do que os minerais de cobre. 
 
 2) Minerais com o mesmo ânion tendem a ocorrer (gênese) juntos no 
mesmo ambiente geológico ou em ambientes geológicos semelhantes. 
Ex. Sulfetos são comuns em depósitos minerais do tipo veio (segregações centimétricas a métricas 
de quartzo + sulfetos). 
Classes dos minerais 
 Elementos nativos (metais) – Au, Ag, Cu 
 Sulfetos (S) – Galena (PbS) 
 Óxidos e hidróxidos (O e OH) – Hematita (Fe2O3) 
 Haletos (Cl, F) – Halita (NaCl) 
 Carbonatos, boratos e nitratos (CO3, NO3, BO3) –calcita (CaCO3) 
 Sulfatos, cromatos, molibdatos, tungstatos (SO4,CrO4, MoO4, WO4) – scheelita 
(CaWO4) 
 Fosfatos (PO4) – apatita (Ca5(F,Cl)(PO4)3) 
 Silicatos (SiO4) e Aluminosolicatos (AlSiO4) – sílica (SiO2) 
 Os nomes de minerais devem terminar com o sufixo ita 
Ex: Biotita, Calcita, Hematita, Malaquita, Pirita, etc. 
Exceção: Diamante, Feldspato, Galena, Quartzo, Talco, etc. 
 
 
 Rochas com o sufixo ito 
Ex: Arenito, Esteatito, Filito, Granito, Itabirito, Quartzito, etc. 
Exceção: Ardósia, Calcário, Mármore, Xisto, etc. 
 
 
 Fósseis: terminação ite 
 Ex: Amonites, Belemnites, Trilobites, etc 
Nomeclatura 
Nomeclatura 
 Entretanto, não basta colocar o sufixo ita. Para batizar um mineral é necessário que o 
prefixo também siga certas regras. Normalmente, o nome é dado de acordo com 
algum dos critérios abaixo: 
 
 Composição química. a calcita (possui cálcio) e a magnesita (possui magnésio). 
 
 Local de descoberta : a vesuvianita (descoberta no monte Vesúvio, Itália) e a 
brasilianita (descoberta no Brasil). 
 
 Propriedade específica: a pirita, que vem do grego pyro que significa fogo (já que 
emite fagulhas ao ser golpeada com um martelo) e a magnetita, que é um mineral 
magnético. 
 
 Homenagem a uma figura pública: A goethita, que foi batizada em homenagem 
ao poeta alemão Goethe e andradita em homenagem ao geólogo brasileiro José 
Bonifácio de Andrada e Silva. 
Conceitos decorrentes da estrutura 
cristalina 
Polimorfismo 
 Isoestruturalismo 
Solução Sólida 
Pseudomorfismo 
Sistema ortorrômbico (a≠b≠c e α=β=γ=90º). 
Dureza 3,5 a 4,5. Densidade 3. Brilho vítreo e resinoso. 
Sistema romboédrico (a=b=c e α=β=γ≠90º). Dureza 3. 
Densidade 2,8. Brilho vítreo e nacarado. 
Fonte: rochasmineraisgemasfosseis.blogspot.com 
Fonte:http://www.climber.org/reports/2004/1313.html 
Quando dois minerais têm a mesma fórmula química mas diferentes estruturas, são 
denominados polimorfos. 
 
 
 
Ex:CaC03, Ca:O tem uma relação dos raios de 0,714, próximo ao valor-limite de 0,732 entre 
coordenação 6 e 8. Consequentemente, o Ca pode ocorrer em dois tipos de estrutura. 
Polimorfismo 
Polimorfos 
• Algumas modificações polimorfas de substâncias mais ordinárias na natureza. 
Isoestruturalismo 
Cristais em que os centros dos átomos constituintes ocupam posições geometricamente 
similares, pertencem ao mesmo tipo de estrutura, mas têm a fórmula química 
diferente. 
Por exemplo, todos os cristais isométricos em que houver o mesmo número de cátions e de ânions em 
coordenação 6 pertencem ao tipo de estrutura do NaCI (halita). Alguns deles são: KCl, silvita; MgO, 
periclásio; PbS, galena; MnS, alabandita; AgCl, clorargirita; e TiN, osbornita. 
Ex: Enxofres (S) ocorrem com coordenação 
tetraédricas em esfalerita, ZnS. 
A calcopirita, CuFeS2, tem uma estrutura que derivada da 
estrutura da esfalerita, substituindo regularmente os íons 
de Cu e Fe por Zn na esfalerita. 
 Minerais que possuem estruturas análogas e composições diferentes (mesmo grupo aniônico). 
Os grupos isoestruturais são grupos de minerais relacionados uns aos outros por estrutura análoga, 
tendo geralmente um ânion comum, mas cátions diferentes. 
 
 Exemplos: 
 Grupo da calcita (CaCO3–calcita, CaMg(CO3)2 – dolomita, MgCO3–magnesita, FeCO3–siderita, MnCO3–
rodocrosita, ZnCO3–smithsonita (todos do sistema hexagonal-trigonal). 
 
 Grupo da aragonita (CaCO3–aragonita, BaCO3–viterita, SrCO3–estroncianita, PbCO3–cerussita (todos do 
sistema ortorrômbico). 
 
 Grupo da barita (BaSO4–barita, SrSO4–celestita, PbSO4– anglesita, CaSO4–anidrita) (todos do sistema 
ortorrômbico). 
 
 
Cristal romboédrico de Calcita. Fonte: Mente Cristalina - Sonia 
Fernandez 
 
Cristais bem formados de aragonita marrom e branca.Fonte: artstones 
 
Agregado de cristais bem formados de barita. 
Fonte: COOPSOACHA 
Pseudomorfismo 
 O processo de substituição no qual um mineral retém a forma externa de 
outra espécie mineral é chamado de pseudomorfismo. Um cristal é 
alterado de modo que sua estrutura interna ou composição química é 
mudada. 
Autor:Eurico Zimbres 
Autor:Eurico Zimbres 
Foto: SHB 
Exemplos: Madeira fossilizada, 
Leucita em argilominerais e Pirita 
em Limonita 
Solução Sólidas 
 Solução sólida é a variação de composição em um mineral na qual sítios 
atômicos específicos são ocupados por dois ou mais elementos químicos 
(ou íons) diferentes em proporções variáveis. 
 
 Substituição isomórfica-isoestrutural (Solução sólida = Série isomórfica). 
 
 Substituição de íons de mesma afinidade química e raios iônicos 
semelhantes. 
 
 Na fórmula do mineral, os elementos ou íons que se substituem são 
agrupados entre parênteses, como por exemplo, (Fe, Mg)O. 
 
 Nos extremos do espectro de uma série de solução sólida estão os 
membros finais. 
 Essa substituição não afeta a estrutura cristalina. 
 
 Isomorfismo é a propriedade de variar a composição mineralógica 
sem alterar a estrutura cristalina. 
 
 Plagioclásio (CaAl2Si2O8 - NaAl2Si2O8) 
 Olivina (MgSiO4 - FeSiO4) 
Fonte: MineralTown 
Fonte: Roger Welle 
 
Regras básicas: 
1- Tamanho dos íons 
 Raios diferem menos de 15%  substituição ampla é possível 
 Se a diferença nos raios for entre15 e 30%  limitada ou rara, 
 e se os raios diferirem em mais de 30%  fraca ou inexistente 
 
Como se escreve: cloreto de potássio apresentando solução sólida de Rb e KCl  (K, Rb)Cl 
Fonte: Klein e Dutrow, 2012. Substituição K por Rb 
na estrutura tipo Halita. 
 As estruturas minerais devem manter a neutralidade elétrica. 
 
 Se as cargas dos íons que se substituem são as mesmas, como a 
substituição iônica permanece eletricamente neutra e sua ocorrência é 
portanto, mais provável (Mg+2 e Fe+2). [substituição simples] 
 
 Se as cargas não são as mesmas deve ocorrer uma substituição iônica 
adicional em outro sítio estrutural para manter a neutralidade 
eletrostática geral (Al+3 que substitui o Si+4). [substituição dupla] 
 
Regras básicas: 
2- Carga dos íons envolvidos 
Al+3 + Ca2+ Na+ + Si
+4
 
 Os minerais, assim como outros materiais tendem a se expandir em 
altas temperaturas e a se contrair em grandes pressões. 
 
 as substituições iônicas são mais toleradas em altas temperaturas, 
quando as vibrações térmicas (de toda a estrutura) são maiores 
(expansão da estrutura cristalina). 
 
 À medida que a pressão aumenta, as estruturas cristalinas são 
comprimidas e menos tolerantes às discrepâncias de tamanho. 
Regras básicas: 
3- Temperatura x Pressão 
Substituição aumenta com 
temperatura alta 
Substituição diminui com 
pressão alta 
 Para que uma solução sólida ocorra, os íons que se substituem devem 
estar facilmente disponíveis. 
 
 
 Por exemplo, em um ambiente químico onde o Fe é raro e o Mg é 
abundante, deverá ocorrer pouca substituição de Mg+2 por Fe+2. 
 
Regras básicas: 
4- Disponibilidade de íon 
Solução sólida –regras básicas: 
 1- Tamanho dos íons 
 
 2- Carga dos íons envolvidos 
 
 3- Temperatura x Pressão 
 
 4- Disponibilidade de íon 
 
 Solução sólida substitucional 
 
 Substituição sólida acoplada 
 
 Solução sólida intersticial 
 
 
Tipos de Solução Sólidas 
 Solução sólida substitucional 
 
 simples catiônicas ou aniônicas, sem carga de valência. 
composto do tipo A+X-, A+ substituído por B+. 
Fe+2 Mg+2 (Mg, Fe)2SiO4 
Solução Sólidas 
K+ Rb
+
 (K,Rb)Cl Cl
-
 Br
-
 K(Cl,Br) 
 Substituição sólida acoplada 
 
 Se, em uma composição A+2X-2 , um cátion B+3 entra para 
substituir uma parte de A+2, a neutralidade elétrica é mantida 
se uma quantidade idêntica de A+2 é simultaneamente 
substituída por um cátion C+ 
NaAlSi308, albita, e CaAl2Si208, anortita 
Solução Sólidas 
Solução Sólidas 
 Solução sólida intersticial 
 Entre os átomos, íons ou grupos iônicos de uma estrutura cristalina, podem existir 
interstícios que normalmente são vazios. 
Sítio normalmente vazio que 
pode ser ocupado por: H20, 
C02, K
+, Na+, 
Rb+ ou Cs+. 
Conceitos decorrentes da estrutura 
cristalina 
Polimorfismo 
 Isoestruturalismo 
Solução Sólida 
Pseudomorfismo 
Representação 
da composição do 
mineral 
 
 Elementos, tais como ouro, arsênio e enxofre ocorrem no estado nativo e suas 
fórmulas minerais são o símbolo químico do elemento, ou seja, Au, As e S. 
 
 A maioria dos minerais, entretanto, é formada por compostos constituídos de dois 
ou mais elementos, e as suas fórmulas químicas indicam as proporções atômicas 
dos elementos presentes. 
 
 Razão entre elementos  Cu:Fe:S = 1:1 :2; resultando na fórmula química CuFeS2. 
Fórmula química 
Representação gráfica da fórmula mineral 
 Diagramas lineares ou barras 
 Muito útil para a representação da variabilidade composicional, porque a maioria dos 
minerais tem solução sólida parcial ou completa. 
 
 O primeiro passo é escolher os componentes químicos relevantes da composição mineral 
para comporem o gráfico. Eles são, geralmente, os componentes principais do mineral. 
 
Diagramas Lineares 
Forsterita Fayalita 
Fonte: Marek Chvátal, 2012 
Diagramas Triangulares 
Elementos são 
posicionados nos 
vértices. 
• O Análises minerais tipicamente 
sugerem a ocorrência de substituição 
de vários elementos no mesmo sítio 
atômico da estrutura. 
 
• Para representar a variação de três 
componentes usa-se o diagrama 
triangular 
 
Diagramas triangulares 
Sistemas isomórficos mais complexos 
• Grupo da granada em que são estabelecidas 12 componentes 
com substituição isomorfa de íons em duas posições estruturais, 
dentre as quais 6 se aplicam com mais frequência. 
Minerais mais comuns da 
crosta terrestre. 
Exercício = Plote a composição Química 
dos seguintes minerais: 
Madureira et al.(2000) 
 Olivina  A=10%, B=20% e C=70% 
 
 Carbonato  A=30%, B=30% e C=40% 
 
 Feldspato  A=40%, B=10% e C=50% 
C 
B 
Olivina  A=10%, B=20% e C=70% 
 
Carbonato  A=30%, B=30% e C=40% 
 
Feldspato  A=40%, B=10% e C=50% 
A 
Resolução Diagrama ternário: 
Revise 
 Capítulo 5: Composição Química dos Minerais. 
 KLEIN, C. & DUTROW, B. Manual de Ciência dos Minerais. 23. 
Ed. Porto Alegre: Bookman, 2012. 
 
 Capítulo 4: Cristalografia química e 3 Cristalografia Estrutural 
 Livro: Marek Chvátal. Cristalografia - Mineralogia para 
Principiantes. 2007. 
 
 Vídeos: 
Cursos USP: sistem Terra #10