Minerais e Rochas: Constituintes Básicos

Prévia do material em texto

MINERAIS 
 
CONSTITUINTES BÁSICOS DAS ROCHAS 
 
ROCHAS: formam os registros dos processos geológicos, sendo os minerais seus 
constituintes básicos. As rochas e minerais são úteis para identificar as várias partes 
do sistema Terra. O conhecimento da geologia de uma região permite-nos fazer 
previsões consistentes sobre os locais onde há possibilidade de descobrir recursos 
minerais de importância econômica. 
MINERALOGIA: ramo da Geologia que estuda a composição, a estrutura, a 
aparência, a estabilidade, os tipos de ocorrência e as associações de minerais. 
Os minerais são os constituintes básicos das rochas, podendo-se separar cada um 
deles. 
Calcários – contém apenas um mineral (calcita) exceção. 
MINERAL: é uma substância de ocorrência natural, sólida, cristalina, geralmente 
inorgânica com uma composição química específica. Os minerais são homogêneos, 
não podendo ser divididos em componentes menores. 
Ocorrência natural: mineral deve ser encontrado na natureza. 
Substância sólida cristalina: minerais são sólidos (nem líquidos, nem gases). 
Cristalino: as partículas da matéria ou átomos estão dispostos em um arranjo 
tridimensional ordenado e repetitivo. Materiais sólidos que não tem um arranjo 
ordenado são considerados vítreos ou amorfos (sem forma) e não são considerados 
minerais. 
Geralmente inorgânicos: normalmente são inorgânicos, excluindo os materiais 
orgânicos que formam os corpos das plantas e animais (carbono). Minerais 
secretados por organismos (calcita – forma as conchas de muitos organismos) 
satisfaz a definição de mineral. 
Composição específica: a chave para entender a composição dos materiais que 
formam a Terra, reside em conhecer como os elementos químicos estão 
organizados nos minerais. 
O que torna único cada mineral é a sua composição química e a forma como 
estão dispostos os átomos na sua estrutura interna. 
Quartzo – fixo 2 átomos de Oxigênio e um de Silício. 
Olivina – Ferro, Magnésio e Silício (número de átomos de Ferro e Magnésio 
somam e devem ser igual ao total de Silício) 
 
ESTRUTURA ATÔMICA DA MATÉRIA 
 
Átomo – algo considerado como a menor parte possível de qualquer material. 
John Dalton (1766 – 1844) pai da teoria atômica moderna. 
Hoje, sabemos que o átomo é a menor parte de um elemento que conserva 
as propriedades físicas e químicas e que eles podem ser divisíveis em unidades 
menores. 
 
A ESTRUTURA DOS ÁTOMOS 
 
O conhecimento da estrutura dos átomos permite-nos predizer como os 
elementos químicos irão reagir uns com o outros, formando novas estruturas 
cristalinas. 
NÚCLEO – prótons (+) e nêutrons (neutro) – (denso, a soma é a massa 
atômica) 
Todos os átomos de mesmo elemento tem a mesma quantidade de prótons 
(ex. todos os átomos de carbono tem 6 prótons) mas podem ter diferentes 
quantidades de nêutrons. Ao redor do núcleo existe uma nuvem de partículas, 
chamadas elétrons, sem massa e com carga negativa. 
 
NÚMERO ATÔMICO E MASSA ATÔMICA. 
 
O número de prótons do núcleo é chamado de número atômico. Todos os 
átomos de um mesmo elemento tem número de prótons iguais. (Ex. todos os átomos 
com número atômico 6 (seis prótons) são átomos de carbono. A massa atômica é a 
soma das massas de prótons e nêutrons. (elétrons tem massa desprezível) 
Elemento químico com número de prótons constantes e diferentes números 
de nêutrons, resultando em diferentes massas atômicas são chamados de 
ISÓTOPOS. (Ex. isótopos de carbono = 6 prótons e 6,7 ou 8 nêutrons – massa 
atômica 12,13 ou 14) 
Na natureza existe abundancia de isótopos por isso as massas atômicas 
nunca são números inteiros. 
 
REAÇÕES QUÍMICAS 
 
A estrutura de um átomo determina suas reações químicas com os demais. 
As reações químicas são interações entre átomo de 2 ou mais elementos químicos, 
em certas proporções fixas, produzindo novas substâncias químicas – os compostos 
químicos. (H2O) 
O composto químico formado pode ter propriedades inteiramente diferente 
dos seus constituintes. Ex. Sódio – metal e Cloro – gás nocivo = Cloreto de Sódio. 
(NaCl = sal) 
Os compostos químicos são formados por: transferência de elétrons (ganho 
ou perda) ou compartilhamento de elétrons (nem ganho, nem perda). Ex: Carbono e 
Silício (+ abundantes) 
Íon positivo = cátions 
Íon negativo = ânion 
• Diamante é composto por átomos de carbono que compartilham elétrons 
entre si. 
LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
Os íons ou átomos de elementos que formam os compostos são mantidos 
juntos por força de atração entre elétrons e prótons (ligação), sendo que a atração 
pode ser forte ou fraca. 
As ligações fortes impedem que a substância decomponha-se quimicamente 
nos seus elementos constituintes ou em outros compostos. Elas também tornam os 
minerais duros e impedem que eles se quebrem ou se dividam em partes. 
Os dois principais tipos de ligações dos minerais que formam as rochas são: 
Iônicas e Covalentes. 
 
LIGAÇÕES IÔNICAS 
 
É a forma mais simples de ligação química, sendo a atração elétrica entre 
íons de cargas opostas (Na+ e Cl -). É igual eletricidade estática (roupa, náilon, pente 
no cabelo). A força da ligação iônica diminui a medida que a distancia entre os íons 
aumenta e é mais forte se as cargas elétricas destes forem maiores (90% de todos 
os minerais são essencialmente iônicos). 
 
LIGAÇÕES COVALENTES 
 
São elementos que não ganham e nem perdem elétrons, ligam-se a outros 
elementos por compartilhamento eletrônico. No caso do Diamante, cada átomo de 
carbono é circundado por quatro outros átomos dispostos em tetraedro regular 
(forma piramidal de 4 faces triangulares) cada átomo compartilha um elétron com o 
vizinho, resultando uma ligação estável. 
Alguns minerais têm caráter intermediário entre ligações puramente iônicas e 
puramente covalentes (alguns elétrons são trocados , enquanto outros são 
compartilhados). 
 
ESTRUTURA ATÔMICA DOS MINERAIS 
 
Os minerais podem ser estudados como cristais (grãos) que podem ser vistos 
a olho nu ou como agrupamento de átomos organizados num arranjo tridimensional 
ordenado. 
Os minerais se formam pelo processo de cristalização, que é o crescimento 
de um sólido a partir de um gás ou líquido cujos átomos constituintes agrupam-se 
segundo proporções químicas e arranjos cristalinos adequados (átomos minerais – 
arranjo tridimensional ordenado). Nos minerais mais comuns, a maioria dos cátions é 
pequena e a dos ânions é grande, (o ânion mais comum na Terra é o Oxigênio). 
A maior parte do espaço de um cristal é formado por ânions (maiores) e por 
cátions que ocupam os espaços entre eles. (as estruturas cristalinas em grande 
parte são determinadas pela forma como os cátions se colocam entre eles). Os 
cátions com tamanhos e cargas semelhantes tendem a substituir-se mutuamente e 
formar compostos de mesma estrutura cristalina, mas com composições químicas 
diferentes (substituição catiônica). 
Ex. Fé 2+ e Mg 2+ Mg2 SiO4 e Fe2SiO4 (Mg,Fe)2SiO4 
A proporção entre ferro e magnésio depende da abundancia relativa dos dois 
elementos no material fundido a partir do qual se cristalizou. 
A cristalização começa com a formação de cristais microscópicos individuais, 
nos quais o arranjo básico repete-se em todas as direções. Os limites dos cristais 
são superfícies planas chamadas faces cristalinas. As faces cristalinas de um 
mineral são a expressão externa da estrutura atômica interior. 
Ex: Halita – arranjo cúbico de seus íons (quadrado) 
Quartzo – estrutura atômica interna hexagonal (hexágono) 
 
Cristais com faces bem definidas formam-se quando o crescimento é lento e 
estável e quando há espaço adequado para permitir o crescimento sem interferência 
de outroscristais próximos. Por falta de espaço os cristais podem crescer uns sobre 
os outros formando grãos. 
 
FORMAÇÃO DOS MINERAIS 
 
Uma maneira de se começar o processo de cristalização é diminuir a 
temperatura de um líquido abaixo do seu ponto de congelamento. Para a água, por 
exemplo, 0º C é a temperatura abaixo da qual os cristais de gelo (que é um mineral) 
começam a se formar. No magma (rocha líquida derretida quente) cristaliza-se 
minerais sólidos a medida que se resfria. Quando a temperatura cai abaixo do ponto 
de fusão (+- 1.000º C) começam a se formar cristais de silicatos (olivina e feldspato). 
Outra condição é pela evaporação dos líquidos de uma solução. Uma solução 
forma-se quando uma substância química é dissolvida em outra (sal na água). 
Quando a agua começa a evaporar o sal começa a abandonar a solução e precipitar 
em forma de cristal. Halita (sal de cozinha) forma-se quando a água do mar evapora 
ate o ponto de saturação. 
O Diamante e a Grafita (minerais poliformos) tem estruturas alternativas de 
um composto químico. Ambos são formados por carbono (diferente estrutura 
cristalina e aparência). O diamante forma-se e mantém-se em altas temperaturas e 
pressões do manto terrestre. A alta pressão força os átomos a ficarem empacotados 
e com alta densidade (massa/volume) de 3,5 g/cm3. A grafita forma-se e permanece 
estável em pressões e temperaturas moderadas, tais como a crosta terrestre. 
As baixas temperaturas também podem produzir empacotamentos densos. O 
quartzo e a cristobalita são poliformos de Sílica (SiO2). O quartzo forma-se em 
baixas temperaturas e é relativamente denso (2,7 g/cm3). 
MINERAIS FORMADORES DE ROCHAS 
 
Os minerais são classificados em oito grupos de acordo com sua composição 
química. Elementos nativos (cobre, não ionizado) óxidos e hidróxidos, haletos 
(cloreto – CL-), halita (NaCl), carbonatos, sulfatos, silicatos (ion silicato – olivina – 
Mg2SiO4), sulfetos. 
Existem milhares de minerais, mas encontra-se pouco mais de 30 minerais 
diferentes, sendo esses os principais constituintes da maioria das rochas crustais e 
por isso são chamados minerais formadores de rochas. (99% da crosta são 
constituídas por somente 9 elementos) 
 
E destes os mais comuns são: 
SILICATOS – minerais mais abundantes da crosta terrestre, são formados pela 
combinação de oxigênio (O) e silício (Si) os dois elementos de maior ocorrência na 
crosta. O íon silicato é o constituinte básico de todas as estruturas dos minerais 
silcáticos. É um tetraedro (pirâmide com 4 faces). O íon silicato liga-se tipicamente a 
cátions (sódio – Na+), potássio - K+, cálcio – Ca2+, (Magnésio – Mg2+) e (Ferro – 
Fe2+) 
Abundância: silicatos 97% (feldspato – 58% - minerais mais abundantes da 
Terra, piroxênios e anfibólios – 13%, quartzo – 11%, micas, cloritas e argilominerais 
– 10%, granada, andaluzita, zeótitas... 2%). Carbonatos, óxidos, sulfetos, sulfatos 
e halóides – 3%. O Silicato de composição química mais simples é o Dióxido de 
Silício (sílica – SiO2), encontrado freqüentemente na forma de mineral de quartzo. 
 
CARBONATOS – minerais constituídos de carbono e Oxigênio, na forma de anion 
carbonato (CO2-3) combinado com cálcio ou magnésio. Ex. calcita (CaCO3). A calcita 
(carbonato de cálcio, CaCO3) é um dos minerais não silicaticos mais abundantes da 
crosta terrestre, do grupo de rochas Calcário. 
 
ÓXIDOS – são compostos de ânions Oxigênio (O2-) e cátions metálicos. Ex. 
Hematita (Fe2O3). Os minerais do grupo óxidos são compostos nos quais o oxigênio 
é ligado a átomos ou cátions de outros elementos, normalmente íons metálicos 
como o Ferro. De grande importância econômica, pois inclui os minérios da maioria 
dos metais. Principal minério de fero é a hematita (Fe2O3) 
SULFETOS – são compostos de anion sulfeto (S2-) e cátions matálicos. Pirita (FeS2) 
formados pelos compostos do íon sulfeto (S2-) com cátions metálicos. Muitos dos 
sulfetos parecem metais e quase todos são opacos. O mais comum a Pirita (FeS2) 
“ouro de tolo” devido a semelhança com ouro. 
SULFATOS – compostos de anion sulfato (SO2-4) e cátions metálicos. Anidrita 
(CaSO4) elementos naturais e halitas não são tão comuns quanto os minerais 
formadores de rocha. unidade básico é o íon sulfato (SO2-4). Um dos minerais mais 
abundantes desse grupo é a Gipsita componente primário do gesso. A gipsita forma-
se quando a água do mar evapora, onde o Ca2+ e o SO2-4 abundantes na água do 
mar, combinam-se e precipitam como camadas de sedimento formando sulfato de 
cálcio (CaSO4.2H2O) 
 
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS 
 
Para identificar os minerais que compõem a rocha deve-se observar as 
propriedades físicas e químicas da rocha. 
 
DUREZA – é a facilidade com que a superfície de um mineral pode ser riscada. 
Diamante é o mineral mais duro da natureza, pois risca todos os demais. 
 
Friedrich Mohs – 1622 criou a escala de dureza de Mohs, baseada na facilidade de 
um mineral riscar o outro. 
Mais mole – Talco 
Mais duro – Diamante 
No campo um mineral pode ser facilmente conhecido utilizando-se uma faca. 
A dureza de um mineral depende da força de suas ligações químicas (mais forte, 
mais duro). As ligações covalentes são mais fortes que as iônicas. 
Ouros fatores: tamanho – quanto menores os átomos menor a distância entre eles, 
mais forte a atração elétrica, mais forte a ligação. carga – quanto maior a carga, 
maior a atração entre eles, mais forte a ligação. empacotamento dos átomos – 
mais empacotados menor a distância entre átomos, mais forte a ligação. 
A primeira espécie humana (homo habilis) viveu a 2,8 milhões de anos na 
África. Os artefatos mais antigos esculpidos em rocha (estatuetas de mulheres) 
datam de aproximadamente 15 mil anos e foram feitas em calcário. Há 4.000 anos 
atrás os egípcios já usavam gemas em colares e outros adornos. Cor, beleza, brilho, 
transparência, durabilidade, e raridade. 
CLIVAGEM – É a tendência que um cristal apresenta de partir-se segundo 
superfícies planares. A perfeição dessas superfícies varia inversamente com a força 
das ligações: ligações fortes produzem clivagens imperfeitas (Micas apresentam 
excelentes clivagens devido a fraqueza das ligações). 
Ligações covalentes normalmente produzem clivagens imperfeitas. 
Ligações iônicas geralmente fracas produzem clivagens perfeitas ou boas. 
A estrutura de cada cristal determina a natureza dos seus planos de clivagem 
(sempre menor do que as possíveis faces cristalinas). A forma da clivagem ajuda a 
identificar minerais muito semelhantes. Piroxênios (90º) e anfibólios (60º e 120º) 
Em relação a qualidade a clivagem se divide em: perfeita, boa e regular 
(Existe minerais com ligação tão forte que não apresentam nem mesmo clivagem 
regular - quartzo) 
 
Moscovita – perfeita 
Anfibólios – boa 
Berilo – regular 
 
FRATURA – É a tendência que os cristais tem de quebrar-se ao longo de superfícies 
irregulares ao invés de utilizarem planos de clivagem. Todos os minerais mostram 
fraturas, elas podem cortar os planos de clivagem ou desenvolver-se em qualquer 
direção em minerais que não tem clivagem, como o quartzo. 
BRILHO – modo como a superfície de cada mineral reflete a luz, conferindo uma 
propriedade característica. O brilho é controlado pelos tipos de átomos presentes e 
pelas suas ligações, sendo que esses dois fatores afetam a maneira como a luz 
passa através do mineral ou é refletida por ele. 
Ligações iônicas tende a ser vítreo. 
Ligações covalentes apresentam brilho variado, muitos com brilho 
adamantino. 
O brilho metálico nos metais puros (ouro) 
Nacarado nas madrepérolas quadro 3.3 
 
COR – é conferida pela luz refletida ou transmitida seja através dos cristaise das 
massas irregulares, seja através do traço (cor do fino depósito de pó deixado ao ser 
raspado sobre uma superfície abrasiva - porcelana). 
Hematita - (preta, vermelha ou marrom) sempre deixará um traço de pó 
castanho – avermelhado. 
Olivina – ferro (verde), magnesiana (branca- transparente ou incolor) 
Coríndon – impurezas vermelhas (rubi - cromo), impurezas azuis (safira - ferro 
e titânio) 
Berilo – verde (esmeralda -cromo) 
Os traços de impureza podem ser utilizados para interpretar as origens dos 
minerais onde foram encontrados. A cor pode ser distintiva, mas não é o critério 
mais confiável para sua identificação. Alguns sempre mostram a mesma cor 
enquanto que outros podem apresentar-se sob várias cores. 
 
GRAVIDADE ESPEFÍCICA E DENSIDADE 
 
A densidade (g/cm3) é muito parecida na maioria dos minerais de rocha, 
sendo difícil a diferenciação. Uma medida padrão da densidade é a gravidade 
específica, que é o peso do mineral no ar, dividido pelo peso de um volume igual de 
água pura a 4º C. 
Magnetita – 5,2 g/cm3 
Olivina (Fe) – 4,4 g/cm3 
 (Mg) – 3,32 g/cm3 
 
Habito cristalino – é a forma como seus cristais individuais ou agregados de 
cristais crescem. Os nomes estão relacionados a forma geométrica, tais como, 
laminas, placas e agulhas. Alguns minerais tem hábitos cristalinos tão distintivos que 
são facilmente reconhecíveis (quartzo – coluna de seis lados culminando num 
conjunto de faces em forma de pirâmide) 
Um cristal pode crescer rapidamente numa só direção ou em formato de placa 
em todas as direções perpendiculares a direção onde o crescimento é lento. Cristais 
fibrosos (asbesto) tomam forma de múltiplas fibras, longas e estreitas. (asbestose e 
mesotelioma); Silicose – poeira de quartzo (quartzosa) 
 
MINERAIS E O MUNDO BIOLÓGICO 
 
O hábito e a composição química de alguns minerais fazem com que eles 
tomem-se importantes no mundo biológico. Os exemplos mais simples são a Calcita 
e a Aragonita, minerais de carbonato de cálcio que constituem as conchas de muitos 
animais invertebrados, como os mexilhões e as ostras. Basta apalpar nossos ossos 
pra reconhecer a importância da Apatita, um Fosfato de Cálcio que constitui os 
ossos dos vertebrados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EXERCÍCIOS 
 
1. O que são os minerais? 
2. Quais são as diferenças entre um átomo e um íon? 
3. Quais são os dois tipos de ligações químicas? 
4. Quais são os dois polimorfos de carbono? 
5. Como os átomos se combinam para formar as estruturas cristalinas dos 
minerais? 
6. Como a clivagem das micas está relacionada com a sua estrutura atômica? 
7. Quais são os dois fatores que influenciam a densidade dos minerais no 
manto? 
8. Quais são os principais minerais formadores das rochas? 
9. Cite exemplos de minerais que podem ser classificado como silicato. 
10. Como você mediria a dureza de um mineral? 
11. Quais são as propriedades físicas dos minerais? 
12. Que testes mineralógicos você faria para distinguir a hematita da magnetita? 
13. Qual é a diferença entre os minerais de calcita e dolomita? 
14. Qual dos minerais do asbesto pode causar dano a saúde? 
15. Pedro e Paulo estão comprando rubis, o de Pedro é natural e o de Paulo 
sintético. Os materiais que eles examinam são minerais? Porque? 
16. Explique o mecanismo de substituição de cátions utilizando o exemplo do 
ferro e do magnésio nos silicatos. 
17. Que propriedades físicas indicariam que a calcita não é um bom material para 
uso como gema? 
18. Quais propriedades do talco tornam-no adequado ao uso como pó para a face 
e para o corpo? 
19. A Aragonita, cuja densidade é de 2,9 g/cm3, tem exatamente a mesma 
composição química da calcita, que tem uma densidade de 2,7 g/cm3. 
Considerando somente esses fatores, qual desses dois minerais tem maior 
probabilidade de ter se formado sob alta pressão? 
20. No fim do século XIX, os mineiros de ouro “bateavam” para obter ouro, isto é, 
coletavam sedimentos do rio na bateia, junto com a água do rio, e agitavam a 
mesma junto com seu conteúdo. Fazendo isso, eles queriam ter certeza de 
que tinham encontrado ouro e não pirita (ouro de tolo). Por que esse método 
funciona? Qual a propriedade dos minerais que é utilizada no processo de 
batear? 
21. Que outro método é possível para distinguir entre ouro e pirita?