Mineralogia (Introdução)

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MINERALOGIAMINERALOGIA
PERGUNTANDOPERGUNTANDO
Quais os estados estruturais da matéria ?
Gasoso
Partículas (átomos ou moléculas) bem separadas.
Organização perfeitamente aleatória.
Líquido
Fluidez sob a acção de tensões tangenciais extremamente baixas –
forma adaptável ao recipiente que os contém. 
Apresentam superfícies livres - capacidade limitada de expansão
Baixa compressibilidade
Sólido (2 estados distintos): Vítreo e Cristalino
Estado vítreo
Fluidez baixa 
Rigidez semelhante à de um sólido
Distribuição global das partículas aleatória
O que caracteriza o estado cristalino ?
Estado cristalino
Ordenação regular no espaço das partículas 
elementares (átomos ou agrupamentos de 
átomos).
Cada partícula tem uma posição média definida, 
em torno da qual só realiza pequenas 
oscilações.
Os corpos cristalinos, por aquecimento gradual, 
passam ao estado líquido e, depois, ao estado 
gasoso. As mudanças de estado ocorrem a 
temperaturas bem determinadas, que se mantêm 
constantes enquanto houver duas fases 
distintas em equilíbrio.
Calcite CaCO3
Curva de variação da temperatura com um fornecimento de calor, 
a pressão constante.
a. Num vidro. 
b. Num cristal. P.E., ponto de ebulição. P.F., ponto de fusão.
Como explicar as diferenças ?
Curvas de variação do calor específico (Cp) com a temperatura, 
para um vidro e para um cristal com a mesma composição química. 
P.F. ponto de fusão do cristal.
Como explicar as diferenças ?
Propriedades físicas. Quais os tipos principais?
Propriedades físicas
* o
u 
Ve
ct
or
ia
is
 →
 R
ep
re
se
nt
aç
ão
 V
ec
to
ria
l
Direccionais*Escalares
Contínuas
???? Descontínuas
Superfície representativa da dilatação térmica, na calcite. Os 
coeficientes principais de dilatação térmica linear são: 
αz=23,6 X 10-6 (°C)-1, αx = αy = -5,3 X 10-6(°C)-1. 
Verifica-se que a dilatação é nula ao longo das direcções a 64,7° de ZZ.
ESCALAR OU DIRECCIONAL ?
O elipsóide resultante da deformação de uma esfera de 
calcite por aquecimento. 
DIRECCIONAL CONTÍNUA OU DESCONTÍNUA ?
a. Definição do Módulo de Young (E). 
b. Superfície representativa do Módulo de Young para um 
cristal cúbico, a blenda.
DIRECCIONAL CONTÍNUA OU DESCONTÍNUA ?
NO CASO DE UMA ROCHA COMO SERÁ 
A SUPERFÍCIE REPRESENTATIVA?
Só 
se m
anif
esta
 em
 
3 d
irec
çõe
s pr
inci
pais
Superfície representativa do efeito piezoeléctrico, no quartzo.
DIRECCIONAL CONTÍNUA OU DESCONTÍNUA ?
A difracção de electrões por um cristal de plagioclase. 
Cada ponto do espectro corresponde a uma direcção de máximo de 
difracção, pelo que a difracção de electrões ocorre, essencialmente, 
segundo um feixe de direcções discrimináveis, como se ilustra em b.
DIRECCIONAL CONTÍNUA OU DESCONTÍNUA ?
QUAL A IMPORTÂNCIA DESTA DESCOBERTA ?
O que significa ser an(isotrópico) relativamente a 
uma determinada propriedade?
Quando numa substância, uma dada propriedade direccional 
manifesta efectivamente valores variáveis com a direcção, 
diz-se que tal substância é ANISOTRÓPICA, relativamente a 
essa propriedade. 
Se, pelo contrário, o valor assumido pela propriedade é 
independente da direcção de determinação, diz-se que a 
substância é ISOTRÓPICA, relativamente àquela 
propriedade direccional. 
Isto é muito
 importante
 quando se
 
trabalha co
m materiais
, seja qual 
for a sua 
natureza!
Quais os tipos estruturais da matéria ?
MATÉRIA CRISTALINA
Homogeneidade periódica, quanto à distribuição das suas 
partículas elementares.
MATÉRIA AMORFA
Estruturalmente caracterizada por uma homogeneidade 
estatística.
FASES MESOMORFAS OU CRISTAIS LÍQUIDOS
Líquidos que, pela sua organização molecular, manifestam
anisotropia relativamente a certas propriedades físicas, 
nomeadamente as ópticas. 
O que é matéria cristalina e um cristal ?
Matéria cristalina - matéria dotada de homogeneidade periódica, 
caracterizada por manifestar propriedades direccionais descontínuas, em 
mais de uma direcção.
Cristal - qualquer massa homogénea de matéria cristalina. No caso 
geral está-se a implicar uma forma poliédrica natural.
CRISTALOGRAFIA
Ordem Externa
CRISTALOGRAFIA
Ordem Interna 
e Estrutura
QUÍMICA 
cristalina 
e mineral
SISTEMÁTICA
MINERALÓGICA
Que tipos de cristais líquidos existem ?
NEMÁTICOS
As moléculas orientam-se espontaneamente segundo o seu alongamento. São 
muito sensíveis a campos eléctricos e magnéticos. 
→ mostradores de relógios electrónicos e outros instrumentos digitais 
COLESTÉRICOS
Modificação dos anteriores com orientação helicoidal. À temperatura ambiente têm 
a consistência de vidro. As propriedades notáveis: iridescência, acentuada 
variação de cor com a temperatura e marcada actividade óptica. 
→ análise de fluxos de calor e de distribuição de temperatura → verificação e 
controlo (componentes electrónicos ou até no organismo humano, para a detecção 
de tumores) → elementos decorativos.
ESMÉTICOS
As moléculas se distribuem-se segundo estratos; são os de simetria mais elevada. 
São geralmente bastante viscosos. 
Cristal líquido
nemático
Representação esquemática 
dos diferentes tipos estruturais 
da matéria
Substância amorfa
Cristais líquidos 
esméticos
Cristal
Cristal líquido colestérico 
Como crescem os cristais ?
Existem ambientes de 
formação de minerais muito 
diversificados!
O cristal inicia o seu crescimento em 
pequenos núcleos – Núcleos de 
Cristalização – aos quais vão sendo 
acrescentados novos iões de uma 
forma ordenada.
Um cubo de halite (NaCl) com 1 cm 
de lado contém cerca de 1023 iões.
Núcleo de halite ~125 iões
CRESCIMENTO CRISTALINO
Secção de um vértice de um cristal 
de halite. No interior, o arranjo 
compacto de iões traduz um 
equilíbrio electrostático, na superfície 
externa as ligações químicas não 
estão satisfeitas.
= Ligações satisfeitas
~ Ligações não satisfeitas
Superfície cristalina apresentando 
um degrau submicroscópico. A 
fixação dos iões nesses degraus 
minimiza a energia da superfície 
cristalina – somatório das ligações 
não satisfeitas na superfície do 
cristal.
As diferentes formas dos cristais resultam das diferenças 
direccionais na velocidade crescimento, o que está relacionado 
com as características do meio onde aqueles se desenvolvem. 
octaedro dodecaedro
CRESCIMENTO CRISTALINO – ex. Núcleo octaédrico até ao cubo
Como se designam os cristais quanto à forma ?
EUÉDRICOS SUBEUÉDRICOS ANÉDRICOS
Crescimento totalmente
Livre
(situação rara)
Crescimento fortemente 
condicionado pelos 
cristais envolventes
(muito comum)
Crescimento 
parcialmente
Condicionado
(situações especiais)
O que é a Lei da Racionalidade dos Índices ?
Os seus índices, relativamente aos eixos cristalográficos são, 
geralmente, números inteiros, pequenos, positivos ou negativos. 
Lei da racionalidade dos índices ou de Hauy
(Hauy – 1784; descoberta por Lomonosov 1711-1765))
Apesar da grande diversidade 
de formas cristalográficas que 
muitos minerais apresentam, 
as faces não apresentam 
orientações quaisquer. 
O que é a Lei da constância dos ângulos diedros ?
Lei da constância dos ângulos diedros
(Romeu de l´Isle – 1772)
Faces correspondentes em diferentes cristais da 
mesma substância, independentemente da sua 
forma e desenvolvimento, a temperatura constante, 
definem ângulos diedros iguais.
Figuras de Steno, obtidas por seccionamento do prisma hexagonal, 
corrente nos cristais de quartzo. Observe-se a constância angular 
dos ângulos diedros.
Que elementos de simetria se podem 
encontrar num cristal ?
Topázio
Centro de simetria (i)
Eixos de simetria 
Rotação : 1,2,3,4,6
Roto-inversão: 1,2,3,4,6
Planos de simetria (m)
2/m 2/m 2/m
Cada Classe de Simetria (32) tem os seus elementos próprios !
Simetria no Plano ?
Repetição de um motivo (└─) num espaço a duas dimensões. 
a. Construção assimétrica. 
b. Construção simétrica.
17 tipos distintos possíveis de 
configurações simétricas Simetria no Plano
O que é o isomorfismo?
Propriedade dealguns minerais apresentarem 
formas cristalográficas externas semelhantes mas 
com variação da composição química 
Condições para que se verifique isomorfismo
• As estruturas têm de ser do mesmo tipo
• A razão entre o raios catião/anião deve ser muito próxima 
nos dois compostos
• Um dos compostos tem de ser capaz de incorporar 5% 
ou mais do outro composto em solução sólida
3
Ver os 
feldspa
tos
O que é o polimorfismo?
Capacidade de uma determinada substância 
química poder apresentar-se sob diferentes 
formas estruturais, em função de diferenças na 
temperatura (T), pressão (p) ou em ambas.
Mecanismos responsáveis pelas transformações polimórficas
Reconstrutivo (reconstructive) – rearranjo profundo, com quebra de 
ligações e reagrupamento das unidades estruturais. Ex. diamante – grafite.
Deslocação (Displacive) – pequenos ajustamentos, mas sem rotura de 
ligações. A transformação é facilmente reversível. Ex. Quartzo alta 
temperatura – Quartzo baixa temperatura.
Ordem–Desordem (Order-Desorder) – transição entre estados 
ordenados e desordenados, ou vice versa. Baixa temperatura (estado 
ordenado). Temperaturas elevadas (estado mais desordenado). 
3
Polimorfos de SiO2
HexagonalTrigonal
Polimorfos de SiO2
Polimorfos de Carbono
Polimorfos de Carbono
Representações gráficas de estruturas minerais
Diamante
Bolas e hastes Poliedros de coordenação
ESTRUTURA DA HALITE (NaCl)
3 TIPOS DE MODELOS DE REPRESENTAÇÃO GRÁFICA
Bolas e 
hastes
Poliedros de 
coordenação
Esferas 
compactas
O que é o politipismo ?
Comum nos 
filossilicatos
argilas, micas
Um caso particular de polimorfismo em que os 
polimorfos diferem apenas no arranjo de camadas 
ou folhas bidimensionais idênticas. 
Formação de Camadas Estruturais
Combinações tetraédricas e octaédricas
1
2
Combinações de camadas 
segundo direcções particulares
O que é o pseudomorfismo ?
Transformação em que um mineral é substituído por 
outro sem que haja modificação da sua forma externa
Tipos de pseudomorfismo
1. Sem variação da composição química (paramorfismo):
Aragonite (CaCO3) → Calcite (CaCO3)
2. Com variação da composição química:
a. Com perda de um constituinte: Cuprite (Cu2O) → Cobre (Cu)
b. Com ganho de um constituinte: Anidrite (CaSO4) → Gesso (CaSO4. 2H2O) 
c. Variação parcial de constituintes: Pirite (FeS2) → Goethite (HFeO2)
d. Variação total dos constituintes: Fluorite (CaF2) → Quartzo (SiO2)
Lobo dis
farçado 
de ovelh
a !
QUAIS SÃO AS REGRAS DE PAULING ?
REGRA 1REGRA 1
Em torno de um catião forma-se um poliedro de 
coordenação. A distância entre o catião e o anião 
corresponde à soma dos seus raios e o número de 
coordenação (NC) depende da relação (RX/RA).
O que é o Número de Coordenação ?
Número de coordenação de um catião é o número de 
aniões que se podem agrupar à sua volta, numa 
determinada estrutura.
O raio catiónico varia 
em função do número 
de coordenação
Números (poliedros) de coordenação
(RX/RA)
O que são empacotamentos compactos ?
Quando os átomos (ou iões) em coordenação são do mesmo tipo 
[RX(catião):RA(anião)=1] cada átomo ou ião encontra-se envolvido 
por 12 átomos vizinhos (NC =12). 6 no mesmo plano do átomo 
original, 3 num plano acima e 3 num plano abaixo. Existem dois 
tipos de empacotamento nestas condições.
Si
tu
aç
ão
 c
om
um
 n
os
 m
et
ai
s
Empacotamentos ou arranjos compactos
Arranjo Cúbico Compacto 
(cubic closest packing)
Arranjo Hexagonal Compacto 
(hexagonal closest packing)
ABABAB…
ABCABCABC…
REGRAS DE PAULING
REGRA 2REGRA 2
Princípio da valência electrostática. Numa estrutura 
estável existe equilíbrio electrostático em torno (carga 
anião = Σ carga das valências de coordenação). 
REGRAS DE PAULING
REGRA 3REGRA 3
A existência de arestas, e particularmente de faces, 
comuns a dois poliedros de coordenação diminui a sua 
estabilidade. Este efeito é mais marcado quando os 
catiões têm elevada valência e número de coordenação 
baixo.
Situação
dominante →
↑ Extremamente
invulgar
REGRAS DE PAULING
REGRA 4REGRA 4
Num cristal com diferentes catiões, os de maior valência 
e menor número de coordenação tendem a não partilhar 
elementos poliédricos. Quando isso ocorre existe uma 
deformação na estrutura e os catiões tendem a afastar-se 
dos centros poliédricos (efeito de repulsão).
en
cu
rta
m
en
to
alongamentoalongamento
REGRAS DE PAULING
REGRA 5REGRA 5
Princípio da parcimónia. 
O número de constituintes 
essenciais diferentes num 
cristal tende a ser baixo. 
As posições catiónicas e 
aniónicas estruturais 
distintas que existem são 
bastante limitadas. 
Clinoanfíbolas
Cada ma
caco no 
seu galh
o! Mesmo em estruturas complexas, os 
elementos químicos ocupam posições 
estruturais específicas
DIADOQUIA /SUBSTITUIÇÃO SÓLIDA
Fenómeno de substituição de um ião ou grupo iónico por 
outro ião ou grupo na rede cristalina de um mineral. A 
diadoquia está sempre vinculada a uma determinada 
rede.
Condições que favorecem a substituição diadóquica
1. Dimensões relativas dos iões ou grupos iónicos - as diferenças 
dos raios iónicos ser inferiores a 15%
2. As cargas dos iões envolvidos devem ser iguais para que se 
mantenha a neutralidade electrostática
3. Temperatura a que se dá a substituição - as temperaturas 
elevadas favorecem a substituição devido ao efeito da agitação 
térmica
A diadoquia é favorecida quando o potencial de ionização é semelhante 
e a coordenação é mais favorável.
SUBSTITUIÇÃO CATIÓNICA SIMPLES
Caso das olivinas : Fe ↔ Mg 
SUBSTITUIÇÃO CATIÓNICA SIMPLES
Caso das olivinas Variação contínua da densidade
SUBSTITUIÇÃO CATIÓNICA ACOPLADA
Domínio limitado de substituição
SUBSTITUIÇÃO CATIÓNICA ACOPLADA
SÉRIE DAS PLAGIOCLASESSÉRIE DAS PLAGIOCLASES
Raios iónicos
Na+ [8] = 1.18 Ǻ
Ca2+ [8] = 1.12 Ǻ
Si4+ [4] = 0.26 Ǻ
Al3+ [4] = 0.39 Ǻ
Balanço de cargas
Exsolução
À temperatura T1 existe 
solução sólida completa mas a 
temperaturas inferiores existe 
uma lacuna composicional – os 
raios dos elementos A e B são 
muito diferentes, as fases 
tendem a separar-se.
Baixa temperaturaAlta temperatura
Solução sólida e exsolução dos feldspatos alcalinos
Os minerais estão classificados de acordo 
com a sua composição e/ou estrutura
☺
☺
☺
☺
☺
Sistemática Mineralógica
ReferênciasReferências