Correção - Prova (29-30.04.2013)

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Correção da
1 Prova de Mineralogia 2013
1) Polimorfo é o termo utilizado para designar um grupo de minerais que possuem a mesma composição química, mas apresentam diferentes estruturas cristalinas. A sílica (SiO2) possui 13 polimorfos, dos quais 11 são pertencentes ao chamado “grupo do quartzo”. A figura 1 mostra o campo de estabilidade de alguns destes polimorfos do “grupo do quartzo”: α-quartzo, β-quartzo, β-tridimita, β-cristobalita, coesita e stishovita.
Figura 1 – Diagrama de fases de polimorfos de sílica (SiO2) 
α-quartzo = 3A2,1A3
β-cristobalita = 3A2, 4A3, 3m, i
β-quartzo = 6A2, 1A6
coesita= 1A2, m, i
β-tridimita = 6A2, 1A6, 7m, i
stishovita= 4A2, 1A4, 5m, i
Baseado na figura 1 e nas informações abaixo, responda:
Simetrias presentes nos polimorfos de sílica
a) Qual o sistema cristalino de cada um dos polimorfos de sílica presentes na figura 1.
b) Podemos considerar que a cela unitária dos polimorfos de sílica é a molécula SiO2? Justifique.
c) dê as características gerais que permitem diferenciar os polimorfos entre si. (justifique a resposta)
a) Qual o sistema cristalino de cada um dos polimorfos de sílica presentes na figura 1.
α-quartzo = 3A2,1A3
Trigonal
β-cristobalita= 3A2, 4A3, 3m, i
Isométrico
β-quartzo = 6A2, 1A6
Hexagonal
coesita= 1A2, m, i
Monoclínico
β-tridimita = 6A2, 1A6, 7m, i
Hexagonal
stishovita= 4A2, 1A4, 5m, i
Tetragonal
b) Podemos considerar que a cela unitária dos polimorfos de sílica é a molécula SiO2? Justifique.
NÃO
Conceito:
1) Cristal é um corpo sólido com estrutura tridimensional ordenada (= distribuição periódica tridimensional das partículas que o compõem)
2) O retículo cristalino (= retículo) é uma abstração que expressa a periocidade de translações da distribuição de pontos equivalentes em um cristal (distribuição tridimensional dos pontos equivalentes de um cristal) 
- imaginemos uma partícula (ou pontos equivalentes de um cristal), movimentada (translação), repetidamente cuja distância entre as partículas é igual (D1), resultando em uma coleção de pontos (ou partículas), produzindo uma formação linear de objetos repetidos (linha reticular).
- se à translação D1, for combinada uma outra translação D2 (das partículas), não colinear, forma-se um arranjo bidimensional. Este arranjo bidimensional forma agora uma rede, plano reticulado ou malha reticular
- se uma 3º translação D3 é adicionada (a partícula), temos um arranjo reticular tridimensional. Ao repetirmos indefinidamente as translações D1, D2 e D3, forma-se um retículo infinito (retículo cristalino = forma estrutura do cristal).
- o conjunto de pontos mais simples que pode existir no retículo tridimensional é a cela unitária.
Polimorfos são substâncias que possuem a mesma composição química e estrutura diferente.
Se o retículo cristalino forma a estrutura dos cristais e é constituído por celas unitárias, é de se imaginar que a distribuição das partículas (que compõem as celas unitárias) são diferentes, portanto SiO2 esta disposto em posições diferentes (logo não pode ser uma cela unitária). Se fosse as estruturas seriam as mesmas
 
(1)
(2)
(3)
 
(1)
(2)
(3)
SiO2
58,08
26,08
32,43
MgO
27,99
1,19
0,11
TiO2
0,04
15,34
 
CaO
0,17
31,03
0,23
Al2O3
0,30
4,52
26,55
BaO
 
 
39,72
Fe2O3
0,65
17,24
0,12
Na2O
0,05
0,17
0,16
FeO
10,18
2,54
 
K2O
0,01
0,08
0,22
MnO
0,20
0,29
 
 
 
 
 
2) Você recebeu o resultado de três análises químicas.
Segundo o responsável pelas análises, as amostras são de um anfibólio, uma granada e um feldspato. Calcule a fórmula estrutural dos minerais (sabendo que o cálculo da fórmula estrutural para anfibólio, granada e feldspatos é feita na base para 23, 12 e 8 oxigênios). As análises são realmente de um anfibólio, de uma granada e de um feldspato? Monte a fórmula de cada mineral e classifique cada um.
As análises são realmente de um anfibólio, de uma granada e de um feldspato?
Sim:
(1) = anfibólio
(2) = granada
(3) = feldspato
Fórmula Anfibólio
Antofilita
Si
7.946
Al
0.048
Fe3+
0.006
Ti
0.000
Soma = 8
8.000
C
Al
0.000
C
Cr
0.000
C
Fe3+
0.060
C
Ti
0.004
C
Mg
4.936
C
Fe2+
0.000
C
Mn
0.000
C
Ca
0.000
Soma = 5
5.000
B
Mg
0.771
B
Fe2+
1.165
B
Mn
0.023
B
Ca
0.025
B
Na
0.013
B
K
0.002
Soma = 2
1.999
A
Ca
0.000
A
Na
0.000
A
K
0.000
Soma = 1
0.000
Monte a fórmula de cada mineral e classifique cada um.
(1) anfibólio = A0-1B2C5Z8O22.W2 
A = [.]
B = (Fe2+1,165Mg0,771Ca0,025Mn0,023Na0,013K0,02)=1,999
C = (Mg4,936Fe3+0,060Ti0,04)=5,0
Z = (Si7,946Al0,048Fe3+0,06)=8O22.W2
Fórmula Granada
Andradita
Si
2.231
Almandina
5.681043
Al
0.456
Grossulária
18.03403
Ti
0.313
Piropo
4.74294
Soma = 3
3.000
Espessartita
0.656943
C
Al
0.000
Andradita
70.88505
C
Fe3+
1.110
Uvarovita
0
C
Mn
0.021
100
C
Cr
0.000
C
Ti
0.674
C
V
0.000
Soma = 2
1.805
B
Ca
2.844
B
Mg
0.152
B
Fe2+
0.182
B
Mn2+
0.000
Soma = 3
3.178
(2) granada = A3B2(ZO4)3
A = (Ca2,844Fe2+0,182Mg0,152)=3,178
B = (Fe3+1,11Ti0,674Mn0,021)=1,805
Z = [(Si2,231Al0,456Ti0,313)=3O12
Fórmula Feldspato
celciano
Si
2.023
Al
1.953
Soma = 4
3.976
Ca
0.015
Na
0.019
K
0.018
Ba
0.971
Fe3+
0.006
Mg
0.010
Soma =1
1.039
(3) feldspato = A1(B1Z3)4O8
A = (Ba0,971Na0,019K0,018Ca0,015Mg0,01Fe3+0,006)=1,039
B e Z = [(Al3+1,953)=1,953(Si2,023)]=3,976O8
Classificação:
(1) Anfibólio é do tipo Fe-Mg-Mn (teor de Ca e Na muito baixo) 
Classificação:
(2) A granada é um a andradita
(3) O feldspato é um feldspato de Ba (K, Na e Ca muito baixo)
3) A identificação de minerais pode ser efetuada de forma mesoscópica e microscópica, com base nas propriedades apresentadas pelos minerais. Em trabalhos de campo, em geral não é possível uso de técnicas de análise laboratorial. São necessárias, portanto técnicas simples de identificação. Liste, de modo coerente, as características que devem ser observadas durante os trabalhos de campo para a identificação de minerais, e quais os cuidados que devem ser tomados para determinar as propriedades dos minerais. Defina cada característica citada. O que são propriedades escalares e vetoriais e, segundo este critério, como se classificam as propriedades que você citou?
descrição do mineral (mesoscópica):
- 1 - cor;
- 2 - brilho (metálico, não metálico, semi-metálico) e aspectos especiais envolvendo classificação dos tipos de brilhos;
- 3 - morfologia (hábito) dos minerais como indivíduos isolados e do agregado;
- 4 - cor do traço (incolor, branco, amarelo, azul, verde, etc.);
- 5 - densidade relativa (baixa, moderada, moderadata a alta, alta, muito alta, extremamente alta)
- 6 - dureza (baixa, média, alta), tentando sempre comparar com um mineral comum a exemplo do quartzo;
- 7 - clivagem (excelente, perfeita, boa, distinta ou regular, indistinta), número de superfícies e ângulos entre elas;
- 8 - outras propriedades e ou particularidades a exemplo de magnetismo, radioatividade, diafaneidade, propriedades organolépicas, solubilidade em água e ácidos, reações com ácidos e bases, propriedades mecânicas (tenacidade, ductibilidade, maleabilidade, flexibilidade, elasticidade, plasticidade), outras propriedades que dependem da luz a exemplo de luminescência,propriedades térmicas (fusibilidade, cor da chama, etc.).
4) A variabilidade dos minerais é em parte resultado de substituições químicas na estrutura cristalina dos cristais. Quais são essas substituições? Explique cada uma e dê exemplos para cada caso. Cite principais fatores que determinam essas substituições e justifique sua resposta.
Conceitos:
Isomorfismo (e/ou diadoquia):
Isomorfismo é a capacidade dos átomos de dois ou mais elementos químicos se substituírem mutuamente na estrutura dos cristais.
A substituição isomórfica de dois ou mais componentes (elementos) se manifesta com uma mudança nas propriedades físicas dos cristais como:
Mudança de densidade
Mudança do índice de refração
Mudança de Volume da cela unitária
Mudança na cor do traço
Mudança na cor do mineral, etc
Isomorfismo e a variabilidade da composição dos minerais
A variação composicional devido ao isomorfismo é chamada de solução sólida, e ocorre nos minerais como resultado de substituições químicas na estrutura cristalina, portanto:
“solução sólida é a variação da composição em um mineral na qual sítios atômicos específicos são ocupados por dois ou mais elementos químicos (íons) diferentes em proporções variáveis”
De acordo com a “quantidade e/ou proporção” de troca (substituição) entre íons ou átomos, a solução sólida pode ser:
 completa,
parcial ou limitada,
 
Solução sólida completa:
Em uma solução sólida completa, a quantidade de troca entre um átomo e/ou íon pode ser total, formando minerais diferentes.
Ex.
série forsterita – faialita = (Mg,Fe)2SiO4
série ferberita – hubnerita = (Fe,Mn)WO4
série columbita - tantalita = (Fe2+,Mn2+)(Ta,Nb)2O6
Solução sólida parcial ou limitada:
Em uma solução sólida parcial ou limitada, a quantidade de troca entre um átomo e/ou íon não é total, ocorrendo apenas nos termos estremos.
Ex.
Esfalerita = (Zn,Fe)S
Troilita = (Fe,Zn)S
Periclásio = (Mg,Fe)O - Wustita = (Fe,Mg)O
Fatores que influenciam o isomorfismo
Fatores internos:
- fator geométrico
- fator químico
Fatores externos
- temperatura
- pressão
- propriedades químicas do meio de cristalização
Fatores internos:
1) fator geométrico
- o isomorfismo é favorecido quando os íons são do mesmo tamanho ou quando a diferença entre os tamanhos não excede 15%.
Se o tamanho dos íons for entre 15% - 30% a substituição é limitada
2) fator químico
O isomorfismo também é influenciado pelo carga dos íons isomorfos.
Se a carga dos íons for a mesma o isomorfismo é facilitado e é denominado de isomorfismo isovalente
Ex:
Fe2+ = Mg2+ (completa)
Fe2+ = Mn2+ (completa)
Na1+ = K1+ (parcial)
Mg2+ = Mn2+ (parcial)
O isomorfismo também pode ocorrer em situações em que os íons possuem cargas diferentes (isomorfismo heterovalente), e ocorre devido a compensação de cargas, substituindo mutuamente mais de um íon em posições diferentes (substituição acoplada).
Ex:
Al3++Ca2+ = Si4++Na+ 
Fe2++Ti4+ = 2Al3+
Ca2++Mg2+ = Na1++Al3+
Mg2++2Al3+ = 2Fe2+Ti4+
Etc.
O isomorfismo também pode ocorrer em situações em que a estrutura dos minerais possuem interstícios (canais) vazios. Estas estruturas podem eventualmente devido a trocas iônicas (substituição) podem ser ocupados (substituição intersticial).
Ex:
Si4+ = Be2++2R+ 
Be2+ = Li1+ + R1+
Si4+ = Al3++R1+
Etc.
O isomorfismo também pode ocorrer em situações em que um átomo fortemente carregado substitui dois ou mais átomos carregados, ocupando um local (sítio) e deixando o(s) outro(s) local(is) vazio(s) (substituição por omissão).
Ex:
2K1+ = Pb2+ +  
 + Si4+ = Na1+ + Al3+
Etc.
Fatores externos:
1) Temperatura
- o isomorfismo é favorecido pelo aumento de temperatura. A temperatura mais alta a estrutura é mais aberta o que facilita a miscibilidade
2) Pressão
- o isomorfismo não é favorecido pelo aumento de pressão. A pressão mais alta a estrutura é mais compacta, o que não facilita a miscibilidade
3) propriedades químicas do meio de cristalização
A miscibilidade é favorecida pela disponibilidade dos íons no meio (concentração do elemento no meio). Para que a solução sólida ocorre os íons devem estar facilmente disponíveis 
5) Tendo em vista as condições em que os processos de intemperismo se desenvolvem, responda:
a) os minerais formadores de rochas de origem ígnea possuem a mesma estabilidade nessas condições? Justifique.
R: os minerais formadores de rochas não possuem a mesma estabilidade nessas condições, pois cada mineral é cristalizado em condições diferentes (temperatura, pressão e composição química do meio), como demonstra a Série de Boewn.
b) se os minerais não possuem a mesma estabilidade, monte um esquema (ordenado) dos minerais mais e menos estáveis.
R: os principais minerais de origem ígnea podem ser organizados, em ordem decrescente de estabilidade, como: quartzo, micas, feldspatos potássicos, plagioclásios, anfibólios, piroxênios e olivina. (do mais estável para os menos estáveis)
c) quais os principais produtos gerados pelo intemperismo de minerais como: feldspatos, micas, piroxênios e olivinas?
R: os principais produtos gerados por esses minerais são argilominerais (caulinita e montmorillonitas), sílica em solução (H4SiO4) e cátions (Na+, K+, Ca+, Mg++)
6) As causas da cor dos minerais são variadas e complexas. Sabendo disso responda:
a) Quais as principais causas da cor dos minerais? Exemplifique.
R: COR DO MINERAL: na maioria dos minerais a cor é o resultado da absorção de alguns comprimentos de onda e reflexão de outros comprimentos de onda que compõem a luz branca.
	Além disso a as principais causas da cor dos minerais destacam-se:
	- I) presença de íons metálicos (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Co, Cu). Ex: Carbonatos de Cobre (malaquita e azurita)
	- II) transferência de carga (transferência de um e- entre dois íons metálicos adjacentes em mais de um estado de oxidação), Ex: os minerais que contêm Fe só no estado ferroso (Fe2+) ou só no estado férrico (Fe3+) são quase sempre de cor bastante pálida. No entanto, a maioria dos minerais de Fe contem este elemento em ambos os estados de valência são verdes escuros a negros.
	
III) centros de cor (defeitos estruturais existentes nos minerais),
Ex: variação de cores (irridscência, labradorescência, opalescência, etc.)
	
b) O que são minerais alocromáticos, idiocromáticos e o que são íons cromógenos? Dê exemplos.
Os minerais que possuem cor variável são chamados alocromáticos.
ex: fluorita, turmalina, quartzo, etc.
Os minerais que possuem uma cor constante e característica são chamados idiocromáticos.
Ex: ouro – Au, cobre – Cu, enxofre – S, galena – PbS, magnetita – Fe3O4, pirita – FeS2 etc.
Os íons ou grupos de íons que produzem cores características são chamados de cromógenos. 
Ex: - o íons Cu2+; Cr3+, grupo aniônico (UO2)2+, etc.
	
7) Quanto à origem, como são classificados os minerais? Discuta cada processo explicando os principais fatores que influenciam a formação dos minerais e dê exemplos (pelo menos três minerais formados por cada processo).
Quanto a origem, os minerais podem ser classificados como:
Minerais magmáticos
Minerais Metamórficos
Minerais Sublimados
Minerais Pneumatolíticos
Minerais formados a partir de soluções 
Minerais magmáticos:
São minerais que se formam através da cristalização de um magma.
A formação de minerais a partir de um magma está diretamente relacionado com:
- temperatura (e pressão)
- composição do magma (concentração química dos elementos)
Ex: piroxênios, olivinas, anfibólios, feldspatos, etc
Minerais Metamórficos:
São minerais que se formam, principalmente, pela ação da temperatura, pressão (pressão das fases voláteis, pressão dirigida, pressão litostática) sobre rochas magmáticas, sedimentares e também sobre outras rochas metamórficas. 
A formação de minerais por processos metamórficos está diretamente relacionada a:
Natureza do protólito
Condições de Temperatura
Pressão Litostática e Dirigida
Fluídos
Tempo
Ex: granadas, cianita, sillimanita, cordierita, feldspatos, micas, piroxênios, anfibólios, etc
Minerais Sublimados
são aqueles formados diretamente da cristalização de um vapor, como também da interação entre vapores e destes com as rochas dos condutos por onde passam.
O exemplo mais comum de sublimação é a formação da neve (cristalização do gelo a partir de vapor d’água), outros exemplos: halita, cinábrio, enxofre, etc
Minerais Pneumatolíticos
São minerais formados pela reação dos constituintes voláteis oriundos da cristalização magmática, desgaseificação do interior terrestre ou de reações metamórficas sobre as rochas adjacentes. 
Nesse processo pode ser formado:
topázio, berilo, turmalina, fluorita, criolita, cassiterita, wolframita, flogopita, apatita, escapolita, etc.
Minerais formados a partir de soluções
São minerais que originam-se pela deposição devido à processos como:
evaporação,
variações de temperatura,
variações de pressão,
porosidade,
variações de Ph e/ou Eh, etc.
Ex: calcita, aragonita, boratos (boráx, boracita), barita, gipsita, etc
Formação de minerais através de intemperismo químico
A superfície terrestre é um ambiente carcaterizado por baixa pressão, baixa temperatura e rico em água e em oxigênio (ambiente oxidante).
A grande maioria dos minerais que compõem as rochas se formam em condições de maior pressão, temperatura e menos oxidante 
Na superfície terrestre a maior parte das águas percolantes tem pH entre 5 e 9. Nestas condições as principais reações do intemperismo são:
- hidratação (moléculas de H2O entram na estrutura do mineral, modificando-a e formando outro mineral)
Ex: CaSO4 + 2H2O = CaSO4.2H2O
- dissolução: alguns minerais possuem alto coeficiente de dissolução, e estes em contato com a água tendem a dissolver-se por completo, formando soluções
Ex: CaCO3, NaCl, etc.
- Hidrólise (consiste na substituição/remoção de cátions alcalinos da estrutura mineral, através da entrada do íons H+ resultante da ionização da água. A estrutura do mineral se rompe formando outra fase mineral)
KAlSi3O8 + H+ = Al2Si2O5(OH) + K+ + SiO2
Se a hidrólise e parcial (sialitização) formam-se argilo minerais tipo 1:1 (processo denominado de monossialitização) ou 2:1 (processo denominado de bissialitização)
Se a hidrólise é total formam-se oxi-hidróxidos de Fe, Al e Mn (processo denominado de alitização)
Durante os processos de intemperismo químico, as novas fases minerais formadas, através da dissolução de outros minerais correspondem aos minerais secundários.
Estes podem ser neoformados, quando se formam através da precipitação de material solúvel na água. A exemplo de Oxi-Hidróxidos de Fe, Al e Mn, como goethita FeO(OH), gibbsita Al(OH)3, manganita MnO(OH), etc
Ou podem se formar através da interação da fase mineral já existente e o material lixiviado, modificando a composição química e a estrutura (totalmente ou parcialmente)
KAl2[Si3AlO10](OH,F)2 - (K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)]
Muscovita gerando illita
8) MnS, (Zr,Hf,U)O2, (Zn,Fe,Mg,Mn)1(Al,Si)2O4. Sabendo que: o raio do Mn = 0,80Å, do S = 1,74-1,84Å, do Zr = 0,79Å, do O = 1,32Å, do Zn = 0,74Å, do Fe2+ = 0,74Å, do Mg = 0,66Å, do Al = 0,51Å, do Si = 0,42Å, responda: qual a valência eletrostática e o número de coordenação para cada composto? Qual destes compostos é mesodesmico, anisodesmico ou isodesmico? Qual o tipo de estrutura presente?
qual a valência eletrostática e o número de coordenação para cada composto?
A) MnS
N.C. = Raio cátion = 0,80 = 0,505
 Raio ânion 1,74
0,505 = coordenação 6
v.e. = valência cátion = 2/6 = 1,3
 N.C
A) (Zr,Hf,U)O2
N.C. = Raio cátion = 0,79 = 0,598
 Raio ânion 1,32
0,598 = coordenação 6
v.e. = valência cátion = 4/6 = 0,666
 N.C
A) (Zn,Fe,Mg,Mn)1(Al,Si)2O4
N.C. = Raio cátion = 0,74 = 0,560
 Raio ânion 1,32
0,560 = coordenação 6
v.e. = valência cátion = 2/6 = 0,333
 N.C
N.C. = Raio cátion = 0,51 = 0,386
 Raio ânion 1,32
0,386 = coordenação 4
v.e. = valência cátion = 3/4 = 0,75
 N.C
Qual destes compostos é mesodesmico, anisodesmico ou isodesmico?
R: nenhum é mesodésmico
MnS e (Zn,Fe,Mg,Mn)1(Al,Si)2O4 = isodésmico
(Zr,Hf,U)O2 = anisodésmico
Qual o tipo de estrutura presente?
(Zr,Hf,U)O2: estrutura tipo fluorita (AX2)
MnS = estrutura tipo halita (AX)
(Zn,Fe,Mg,Mn)1(Al,Si)2O4 = estrutura tipo espnélio (AX2O4)
9) Em 1669 Nicolau Steno deu uma grande contribuição para a cristalografia. Em 1783, Romé de I`Isle confirmou esta contribuição. Como é conhecida esta contribuição? Conceitue e explique.
Lei da Regularidade dos ângulos interfaciais:
“ independentemente da origem, tamanho ou forma dos cristais, os ângulos entre as mesmas faces de diferentes cristais são constantes”