Aula5 Cristal FG

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Composição química dos 
minerais 
 
 
 
Capítulo 5 
Klein&Dutrow 
Composição química dos 
minerais 
 
 
 
Tabela Periódica: mais de 100 elementos 
químicos conhecidos 
 
 
Composição da Terra: composta 
principalmente por uns 10-15 elementos 
Relembrando 
 
 
 
Composição da Terra: 
 
Composição química dos minerais 
 
 
 
Crosta da terra: 
 
• Formada por 95% de rochas ígneas e o restante são 
rochas sedimentares 
 
• Elementos: Si, Na, K, Al (feldspatos, quartzo, micas) 
 Mg, Fe e Ca (máficos) 
 
• Oxigênio em abundância: silicatos, carbonatos, 
fosfatos, óxidos, sufatos 
 
 
 
Manto superior: 
 
• Contraste químico e mineral – Moho 
 
• Manto superior formado por minerais ricos em Si, Mg, 
Fe e Ca – olivina (mais abundante), piroxênios, mineral 
aluminoso 
 
 
 
Composição química dos minerais 
 
Manto superior: 
 
Composição química dos minerais 
 
 
 
Manto Inferior : 
 
• Sílica deixa de ter coordenação 4, para ter 
coordenação 6 (coord. octaédrica) 
 
• Composição ainda formada por Si, Mg, Fe, Ca 
 
• Perovskita, principalmente 
 
 
Composição química dos minerais 
 
Manto inferior: 
 
Composição química dos minerais 
 
 
 
Pra estudar altas profundidades do manto 
 
Multi anvil vai até 22GPA e 2000°C 
 
Composição química dos minerais 
 
 
 
Diamond Anvil Cell 
DAC 
Até 300GPa 
 
Composição química dos minerais 
 
 
 
Núcleo: 
 
• Fe, Ni, S, 
 pouco de Si 
 
• Externo: líquido 
• Interno: sólido 
 
Composição química dos minerais 
 
Composição química dos minerais 
 
Em
p
ac
o
ta
m
e
n
to
 
Variabilidade da composição dos minerais 
 
Composição química dos minerais 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
 
• Variação de composição em um mineral na qual sítios 
atômicos específicos são ocupados por dois ou mais 
elementos diferentes em proporções variáveis 
 
• As substituições que ocorrem nas soluções sólidas 
envolvem a reestruturação dos átomos e o balanço de 
suas cargas 
 
• Por consequência a neutralidade das cargas deve ser 
mantida e o tamanho dos átomos deve ser similar 
 
Variabilidade da composição dos minerais 
 
Composição química dos minerais 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
 
• Essas variações vão depender: 
• Tamanho dos íons 
• Cargas, valência 
• Temperatura e Pressão 
• Disponibilidade de íons 
Devem formar estruturas neutras eletronicamente 
Variabilidade da composição dos minerais 
 
Composição química dos minerais 
 
Variabilidade da composição dos minerais 
 
Composição química dos minerais 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
 
• Substitucional (simples troca) 
• Substituição Acoplada 
• Substituição Intersticial 
• Substituição por Omissão 
 
Variabilidade da composição dos minerais 
 
Composição química dos minerais 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
 
• Substitucional (simples troca): 
 
 Substituição catiônica ou aniônica simples (sem 
mudança de valência) 
 
 Em um composto do tipo A+X-, A+ pode ser parcial 
ou completamente substituido por B+ sem carga de 
valência 
Composição química dos minerais 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
 
• Substitucional (simples troca): 
 
• Rb+ por K+, ou Br- por Cl- na estrutura do KCl 
(silvita) 
Composição química dos minerais 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
 
• Substitucional (simples troca): 
 
• Série completa de solução sólida binária: 
substituição de um íon por outro ocorre em todo o 
espectro composicional possível definido pela 
composição dos dois membros finais 
 
 
• Série das olivinas (Mg,Fe)2SiO4 
 Mg2SiO4⇔Fe2SiO4 
 
• Carbonatos de Fe e Mn (Mn,Fe)CO3 
 rodocrosita MnCO3 ⇔ siderita FeCO3 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
• Substitucional (simples troca): 
• Série completa de solução sólida binária: 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
• Substitucional (simples troca): 
• Série completa de solução sólida binária: 
Variabilidade da composição dos minerais 
 
Composição química dos minerais 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
 
• Substituição acoplada 
 
 Se em uma composição A3+X3-, um cátion B2+ entra 
para substituir uma parte de A3+, a neutralidade 
elétrica é mantida se uma quantidade idêntica de 
A3+ é simultaneamente substituída por um cátion 
C+ 
 
 Na substituição acoplada ocorre um balanço de 
cargas 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
 
• Substituição acoplada 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Ca2+ + Al3+ ⇔ Na+ + Si4+ 
Notar que a soma das cargas é sempre é cinco. 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
• Substituição acoplada 
 Solução sólida acoplada entre os plagioclásios Ab-Na 
 Os Membros finais são Albita e Anortita: 
• Albita –NaAlSi3O8 
• Anortita – CaAl2Si2O8 
 
 
 
 
 
 
 
 
Variabilidade da composição dos minerais 
 
Composição química dos minerais 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
 
• Solução sólida intersticial 
 
 Em estruturas cristalinas podem existir interstícios 
que normalmente são vazios (vacancies) 
 
 Íons ou átomos ocupam estes sítios estruturais 
vazios, resultando na solução sólida intersticial 
 
 Sítios vazios podem ser ocupados por cátions 
grandes e ínclusive moléculas 
 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
• Solução sólida intersticial 
 
 
 
 
 
Devem formar estruturas neutras eletronicamente 
Be3Al2Si6O18 – Possíveis substituições com Na
+, K+, Rb+, Cs+, H2O 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
• Solução sólida intersticial 
 
 
 
 
 
Devem formar estruturas neutras eletronicamente 
Micas 
Variabilidade da composição dos minerais 
 
Composição química dos minerais 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
 
• Solução sólida por omissão: 
 
• Ocorre quando um cátion mais altamente carregado 
substitui dois ou mais cátions menos carregados 
 
• Para manter o balanço de cargas, um outro sítio é 
deixado sem preenchimento ou vacante 
 
• A vacância na estrutura pode ser chamada de defeito 
cristalino 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
• Solução sólida por omissão: 
 
 
 
SOLUÇÃO SÓLIDA: 
 
• Solução sólida por omissão: 
 
• Microclínio – Feldspato Potássico KAlSi3O8 
 
• Pb2+ substitui K+ 
 
• K+ + K+ = Pb2+ + ⇔ 
 
 
 
 
 
amazonita 
Exemplos de soluções sólidas 
 Plagioclásios 
Ocorre a substituição acoplada, onde acontece um 
balanço de cargas e a neutralidade é mantida 
Os Membros finais são Albita e Anortita. 
Albita – NaAlSi3O8 
Anortita – CaAl2Si2O8 
 
Feldspatos alcalinos 
Ocorre a solução sólida substitucional (simples 
troca) 
Os Membros finais são Ortoclásio e Albita 
Ortoclásio – KAlSi3O8 
Albita – NaAlSi3O8 
Exemplos de soluções sólidas 
 
Grupo das Granadas 
 
O grupo das granadas se divide em Piralspita e Ugrandita. 
Esta divisão ocorre devido aos diferentes cátions que ocupam 
os sítios A e B. 
 
Os membros finais da Piralspita 
Piropo –Mg3Al2(SiO4)3 
Almandina -Fe3Al2(SiO4)3 
Espessartita -Mn3Al2(SiO4)3 
 
Os Membros Finais da Ugrandita 
Uvarovita –Ca3Cr2(SiO4)3 
Grossulária -Ca3Al2(SiO4)3 
Andradita -Ca3Fe2(SiO4)3 
 
Grupo das Granadas 
Exemplos de soluções sólidas 
 Grupo dos piroxênios 
 
Os orthopiroxênios desenvolvem uma solução sólida 
importante entre Estatita e Ferrosilita 
Enstatita –Mg2Si2O6 
Ferrosilita –Fe2Si2O6 
 
Quando o Ca entra na estrutura, os piroxênios começam a 
desenvolver uma solução sólida que tem como membro final 
os Piroxenóides (Wollastonita) e numa zona intermediária os 
calco-clinopiroxênios 
 
Diopsídio –CaMgSi2O6 
Hedenbergita – CaFeSi2O6 
 
Wollastonita – CaSiO3 
Grupo dos Piroxênios