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GEOLOGIA ENGENHARIA CIVIL PROFESSOR LUIZ GILBERTO DALL’IGNA 2011/2 Terceira Aula ENG 03 NB quarta-feira, 17 de agosto de 11 Cristalografia e Mineralogia quarta-feira, 17 de agosto de 11 CRISTALOGRAFIA 1.Cristais e cristalizações 2.Estrutura internas dos cristais 3.Elementos de simetria dos cristais 4.Hábitos dos Cristais 5.Agregados de cristais e geminados minerais quarta-feira, 17 de agosto de 11 Mineral: é uma substância de ocorrência natural na forma elementar ou de composição química inorgânica definida e com uma estrutura atômica característica. Constituem fases sólidas e são formados por átomos localizados sistematicamente e organizados tridimensionalmente. Cristal de Halita (NaCl) quarta-feira, 17 de agosto de 11 Definição de mineral “Um mineral é um sólido homogéneo¹, natural² com uma composição química definida ³ (mas não , necessariamente, fixa) e um arranjo atômico altamente ordenado ⁴. É, normalmente, formado por processos inorgânicos ⁵”. quarta-feira, 17 de agosto de 11 Definição de mineral 1. É um sólido homogêneo, isto é, é constituído por uma única substância sólida que não pode ser fisicamente dividida em compostos químicos mais simples. Excluem-se os gases e os líquidos. Amazonita Amazonita quarta-feira, 17 de agosto de 11 OBSERVAÇÃO As substâncias gasosas ou líquidas são excluídas do conceito de mineral. Assim o gelo nas calotas polares é um mineral, mas a água não. Algumas substâncias que fogem a esta definição ainda assim são objeto de estudo do mineralogista. É o caso do mercúrio líquido, que pode ser encontrado na natureza, em determinadas situações. Neste caso a substância é chamada de mineralóide. quarta-feira, 17 de agosto de 11 Definição de mineral 2. Laboratórios industriais e de pesquisa produzem equivalentes sintéticos de muitos materiais que ocorrem naturalmente, incluindo pedras preciosas. quarta-feira, 17 de agosto de 11 Definição de mineral 3. Tem uma composição química definida logo pode ser expressa por uma fórmula química específica. quarta-feira, 17 de agosto de 11 Definição de mineral 4. Um arranjo atômico altamente ordenado indica uma estrutura interna de átomos ou iões definindo um padrão geométrico regular. Cassiterita quarta-feira, 17 de agosto de 11 Definição de mineral 5. De acordo com a definição tradicional, um mineral é formado por processos inorgânicos. Se acrescentarmos a palavra normalmente, podemos incluir no domínio da mineralogia os compostos produzidos organicamente que cumprem todos os outros requisitos exigidos. Ametista quarta-feira, 17 de agosto de 11 Definição de mineralóide São materiais semelhantes aos minerais, mas sem estrutura cristalina. Exemplos: opala (SiO2 amorfa), minerais de U e Th, como o zircão (ZrSiO4), onde a cristalinidade original é destruída pala radiação de elementos radioativos presentes na estrutura original (minerais metamícticos) e o vidro vulcânico. Calcedônia quarta-feira, 17 de agosto de 11 Outras Definições Importantes mineral – elemento ou composto químico inorgânico com estrutura cristalina definida cristal – mineral com forma geométrica externa bem definida por faces, arestas e vértices naturais minério - mineral ou rocha com importância econômica rochas - associação de minerais unidos quarta-feira, 17 de agosto de 11 Mineralogia – Estudo dos Minerais Mineralogia: Estudos dos diversos minerais e suas propriedades. Propriedades dos minerais: físicas, óticas e químicas Características importantes: Composição Química e Estrutura Cristalina. Os minerais são substâncias que formam as rochas, os solos e os sedimentos. quarta-feira, 17 de agosto de 11 - Os minerais são as principais substâncias utilizadas pelo homem no seu avanço tecnológico, ou seja, sem ser as substâncias orgânicas, os demais materiais tem a ver com a mineralogia. quarta-feira, 17 de agosto de 11 quarta-feira, 17 de agosto de 11 Cristalografia – Estudo dos Cristais A cristalografia é a ciência experimental que tem como objeto de estudo a disposição dos átomos em sólidos. É também a ciência experimental que estuda o cristal, ou cristais. Cristal: é um mineral que ocorre na forma de poliedro limitado por faces planas. Devido a ação de forças interatômicas, possui uma ordenação estrutural de seus elementos e, por isso, manifesta uma forma poliédrica. quarta-feira, 17 de agosto de 11 Mineralogia - Estrutura Cristalina Estrutura cristalina é o padrão geométrico que os átomos assumem em um sólido (mineral). As superfícies planas de um cristal são manifestações externas da estrutura cristalina ou dos arranjos estruturais (cristalinos) internos. Nota: Mineral = composição química+estrutura cristalina ➜ propriedades físicas quarta-feira, 17 de agosto de 11 Cristalografia - Estruturas Internas dos Cristais Devido à estrutura interna, muitos minerais apresentam propriedades importantes: Isomorfismo: Minerais isomorfos são os que possuem estrutura cristalina semelhante mas composição química diferente ou variável dentro de determinados limites. Ex. Série albita-anortita. São exemplos as olivinas (forsterita – Mg2SiO4 e faialita – FeSiO4), nas quais Mg e Fe se substituem mutuamente; quarta-feira, 17 de agosto de 11 Cristalografia - Estruturas Internas dos Cristais Minerais isomorfos são os que possuem estrutura cristalina semelhante mas composição química diferente ou variável dentro de determinados limites. As olivinas (forsterita – Mg2SiO4 e faialita – FeSiO4), nas quais Mg e Fe se substituem mutuamente; quarta-feira, 17 de agosto de 11 Cristalografia - Estruturas Internas dos Cristais Devido à estrutura interna, muitos minerais apresentam propriedades importantes: Polimorfismo: fenômeno pelo qual uma substância ocorre com aspectos estruturais diferentes, variando suas propriedades físicas. Ex. grafite-diamante. quarta-feira, 17 de agosto de 11 Polimorfismo Dois minerais com estruturas cristalinas diferentes podem ter composições químicas idênticas? Polimorfos de carbono grafita e diamante Polimorfismo função de P, T quarta-feira, 17 de agosto de 11 Estrutura Cristalina Formas Cristalinas Forma é o conjunto de faces que compõe um cristal. Em seu significado mais comum, o termo forma é usado para indicar a aparência externa geral, porém na cristalografia, esta aparência é denominada hábito cristalino. Hábito Cristalino É a forma característica de um cristal, ou a combinação de formas que um mineral cristaliza. O hábito do cristal inclui a configuração geral e as irregularidades de seu crescimento, se estas são comuns. quarta-feira, 17 de agosto de 11 Estrutura Cristalina - Elementos Geométricos dos Cristais Os cristais como poliedros, são sólidos em 3 dimensões e apresentam os seguintes elementos: faces arestas ângulos planos (formados por 2 arestas) ângulos diedros (formados por 2 faces) vértices (ângulos formados por 3 ou mais arestas ou faces) quarta-feira, 17 de agosto de 11 Estrutura Cristalina - Elementos de Simetria dos Cristais Os cristais mostram pelo arranjo de suas faces uma simetria definida, que permite os agrupar em diferentes classes: Plano de simetria (plano imaginário que divide o cristal em duas metades onde uma é o espelho da outra); Eixo de simetria (linha imaginária em torno da qual se pode girar o cristal e repetir n posições idênticas no espaço); Centro de simetria (ponto imaginário no interior do cristal a partir do qual em sentidos opostos e iguais distâncias encontra-se elementos iguais. quarta-feira, 17 de agosto de 11 SistemasCristalinos São sete sistemas cristalinos básicos: Regular (isométrico ou cúbico) Tetragonal (quadrático) Hexagonal (seis lados) Trigonal (romboédrico) Ortorrôbico (Rômbico) Monoclínico (um eixo inclinado) Triclínico (três eixos inclinados) quarta-feira, 17 de agosto de 11 Sistemas Cristalinos quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábito e Agrupamentos Cristalinos Hábito – é a forma geométrica externa, habitual, exibida pelos cristais dos minerais, que reflete a sua estrutura cristalina. O conceito inclui: a) forma cristalográfica (cúbica, hexagonal, tetragonal, romboédrica, triclínico, monoclínico, ortorrômgico); b) forma geral (tabular, prismático, maciço, colunar); c) tipo de agrupamento cristalino; d) imperfeições quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábito e Forma quarta-feira, 18 de agosto de 2010 quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábito e Forma quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábito e Forma quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábito e Agrupamentos Cristalinos Classificação do grau de perfeição: a) euédrico: cristal bem conformado. b) subédrico : cristal medianamente conformado. c) anédrico: cristal mal conformado. Hábito ou forma dos cristais está relacionada com a qualidade do desenvolvimento das suas faces. Com base neste critério os cristais podem ser euédrico, subédrico e anédrico quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábito e Agrupamentos Cristalinos Agrupamentos cristalinos Na natureza a ocorrência de cristais isolados é rara. Os indivíduos cristalinos ocorrem associados, em número variado e com mesma ou diferentes espécies minerais. Classificação dos agrupamentos cristalinos: 1) agrupamentos regulares de cristais 1.1) de mesma espécie agrupamentos paralelos maclas 1.2) de espécies diferentes 2) agrupamentos irregulares de cristais (agregados) quarta-feira, 17 de agosto de 11 Cristais Geminados e Agregados Quando se observa dois ou mais cristais da mesma espécie ou espécies diferentes, intercrescidos segundo uma lei definida, chamamos de cristais geminados. Se não obedecer a uma determinada lei de geminação, chamamos de cristais agregados. Então o hábito de um mineral pode ser analisado quando o mineral ocorre: forma isolada ou como agregado quarta-feira, 17 de agosto de 11 Grupamento Geral Quando o hábito do mineral individual reflete externamente a forma cristalina, isto é, exibe uma das formas das 32 classes de simetria, agrupadas em 7 sistemas cristalinos. Este agrupamento é baseado segundo os ângulos entre os eixos coordenados e o tamanho dos parâmetros nas três direções cristalográficas. quarta-feira, 17 de agosto de 11 Grupamento Geral Como vimos adiante podemos reconhecer os seguintes hábitos: Regular (isométrico ou cúbico) Tetragonal (quadrático) Hexagonal (seis lados) Trigonal (romboédrico) Ortorrôbico (Rômbico) Monoclínico (um eixo inclinado) Triclínico (três eixos inclinados) quarta-feira, 17 de agosto de 11 Sistemas Cristalinos quarta-feira, 17 de agosto de 11 Sistema Isométrico ou Cúbico Sistema Isométrico: formas desenvolvidas igualmente nas três direções do espaço, onde os eixos a=b=c e ângulos entre eixos são α=β=γ=90° octaedro de diamante Hexaoctaedro – espessartita cubos de fluorita quarta-feira, 17 de agosto de 11 quarta-feira, 17 de agosto de 11 Sistema Tetragonal Sistema Tetragonal: Três eixos em ângulo reto, dois iguais a=b‡c, α=β=γ=90⁰. Ex. zircão. bipirâmide tetragonal Prisma e pirâmide tetragonal quarta-feira, 17 de agosto de 11 Tetragonal Zircão Xenotímio ! = " = # = 90º a=b $ c Zircão quarta-feira, 17 de agosto de 11 Prisma ortorrômbico , pirâmides e pinacóide - topázio Sistema Ortorrômbico Sistema Ortorrômbico: Três eixos desiguais, ângulos iguais a‡b‡c, α=β=γ = 90⁰ Prisma e pirâmide ortorrômbico – topázio quarta-feira, 17 de agosto de 11 quarta-feira, 17 de agosto de 11 Sistema Romboédrico Sistema Romboédrico: losangos em todos os lados e não há ângulos retos. Os eixos a=b=c são iguais e ângulos entre eixos α=β=γ ‡ 90°. Ex. Calcita Cristal romboédrico da calcita quarta-feira, 17 de agosto de 11 quarta-feira, 17 de agosto de 11 Sistemas Hexagonal Sistemas Hexagonal: Dois eixos iguais a 120°, terceiro eixo a 90° a=b‡c, α=β=120⁰, γ=90⁰ prisma hexagonal - berilo quarta-feira, 17 de agosto de 11 quarta-feira, 17 de agosto de 11 Sistema Monoclínico Sistema Monoclínico: Três eixos desiguais, um ângulo diferente a‡b‡c, α=γ=90º, β‡90º prismas monoclínico- linarita prismas monoclínico- Espodumênio quarta-feira, 17 de agosto de 11 quarta-feira, 17 de agosto de 11 Sistema Triclínico Sistema Triclínico: Três eixos desiguais, ângulos desiguais a‡b‡c, α‡β‡γ‡ 90º Triclínico pinacóide - microclinio quarta-feira, 17 de agosto de 11 quarta-feira, 17 de agosto de 11 Grupamento Especial Também podemos determinar os hábitos dos cristais sem levar em conta a estrutura interna, principalmente quando ela não é visível ou perceptível externamente, pelo crescimento desordenado e ou irregular das faces nas diferentes direções. Neste caso, as denominações abaixo estão principalmente na dependência do crescimento diferencial nas três direções cristalográficas. quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábitos para minerais que ocorrem como cristais isolados - Grupamento Especial Lamelar ou laminar: Ex.: hematita. Acicular : Tabular Foliáceo ou micáceo: Colunar Prismático Lenticular Fibroso Granular quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábitos para minerais que ocorrem como cristais isolados - Grupamento Especial quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábitos para minerais que ocorrem como cristais isolados - Grupamento Especial Talco : (Si4O10) Mg3 (OH)2 Lamelar quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábitos para minerais que ocorrem como cristais isolados - Grupamento Especial Aragonita : CaCO3 Acicular quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábitos para minerais que ocorrem como cristais isolados - Grupamento Especial Quartzo : SiO2 Tabular quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábitos para minerais que ocorrem como cristais isolados - Grupamento Especial Biotita : K(Mg,Fe++)3[AlSi3O 10(OH,F)2 Foliáceo ou micáceo quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábitos para minerais que ocorrem como cristais isolados - Grupamento Especial Antigorita :(Mg,Fe)3(Si2O5)(OH)4 Colunar quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábitos para minerais que ocorrem como cristais isolados - Grupamento Especial Turmalina :Na(Fe,Mn)3Al6B3Si6O27(OH,F)₄ Prismático quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábitos para minerais que ocorrem como cristais isolados - Grupamento Especial Crisotilo :Mg₃Si₂O₅(OH)₄ Fibroso quarta-feira, 17 de agosto de 11 Hábitos para minerais que ocorrem como cristais isolados - Grupamento Especial Quartzo : SiO2 Granular quarta-feira, 17 de agosto de 11 Agregados de Cristais Os agregados de cristais são sempre formados por cristais de um mesmo mineral. As drusas são agregados de cristais de um mesmo mineral, formados sobre uma base plana. Exemplos: Fluorita Quartzo quarta-feira, 17 de agosto de 11 quarta-feira, 17 de agosto de 11 Agregados Irregulares drusas geodos cristais em roseta cristais reticulados dendrítico fibroso lamelar foliáceo granular radiado ou divergente: globular botrioidal mamilar ou mamilonar quarta-feira, 17 de agosto de 11 Cristais Agregados Drusa de quartzo Roseta de gipsita Geodo de ametista Cristais reticulados Cristais dendríticos de ouro Cistais lamelares de albita quarta-feira, 17 de agosto de11 Cristais Agregados Agregado granular Fibroso do crisotila Maciço do quartzo róseo Foliáceo da muscovita Radial da natrolita Esferoidal da limonita quarta-feira, 17 de agosto de 11 Geminação Um tipo de imperfeição estrutural dos cristais “... Edifício cristalino não homogêneo, constituído por duas ou mais porções homogêneas da mesma espécie cristalina, justapostas de acordo com leis bem definidas.” quarta-feira, 17 de agosto de 11 Geminação Lei de geminação ”Cada componente (cada indivíduo) da geminação deve ter uma orientação que resulte da de outro, mediante uma operação de simetria” Operador de simetria Define a lei de geminação é designado de elemento de geminação (elemento de simetria), que pode ser: a - centro de geminação b - plano de geminação c - eixo de geminação quarta-feira, 17 de agosto de 11 Geminação Tipos: Gêmeos de contato (superfície de geminação plano) Tipos: Gêmeos de penetração Quartzo SiO₂ Pirita FeS2 quarta-feira, 17 de agosto de 11 Geminação Estaurolita: (Fe2+,Mg)2Al9(Si,Al)4O20(O,OH)4 Geminação em Cruz Geminação em Cruz de Santo André quarta-feira, 17 de agosto de 11
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