Introdução a Mineralogia

Prévia do material em texto

Introdução a Mineralogia
Sumário.
Introdução. Definição e Âmbito da Mineralogia. Relação com outras ciências. Posição dentro das Geocências. Divisão da Mineralogia. Tarefas da Mineralogia. Tarefas da Mineralogia. História da Mineralogia. Cristalografía - Materia amorfa e cristalina. Definição de Mineral. Classificação dos minerais. Nomes dos Minerais. 
Introdução
A mineralogia pertence ao sistema das ciências naturais, no qual ela é com a cristalografia, petrologia, geologia, geoquímica, entre outras, uma disciplina das ciências geológicas, que se ocupa com o estudo da Crusta da Terra.
O termo Mineralogia, literalmente, significa Ciência dos Minerais, representando uma palavra por aglutinação (minera + logos, do grego).
Introdução
O estudo científico dos minerais – Mineralogia – abrange os seguintes aspectos:
composição química e estrutura interna
propriedades físicas e químicas
classificação e utilização
 génese e modo de formação
ocorrências e associações de minerais e de agregados de minerais (paragéneses).
Introdução
Os minerais constituem a matéria geológica que nos rodeia.
Todo o ser humano tem uma certa familiaridade com minerais, uma vez que a matéria geológica, como ambiente natural da Humanidade serviu, desde o início da sua existência, como espaço vital e fonte de matéria-primas. 
O interesse pelos minerais e agregados de minerais foi sempre uma necessidade do Homem, que os aproveita como material de construção, matéria-primas metálicas, objectos de adorno entre outras finalidades.
Introdução
Introdução
Introdução
Originalmente a ciência dos minerais era limitada ao estudo dos materiais da crusta da Terra.
Actualmente verifica-se que ela também inclui no seu estudo os fragmentos, tais como os meteoritos e tectitos, que caem sobre a superfície da Terra à partir do espaço cósmico.
Nas últimas décadas, o domínio da mineralogia é expandido e inclui os espécimes lunares e será ainda mais alargada abarcando os materiais de outros planetas, quando estes se tornarem acessíveis.
Relação com outras ciências
Representação das principais disciplinas científicas que, influenciam o desenvolvimento da mineralogia e estão interessados nos resultados da Mineralogia
INTRODUÇÃO
Divisão da Mineralogia
A Mineralogia Moderna colabora activamente com inúmeras áreas científico-teóricas e práticas da nossa vida.
A Divisão da Mineralogia mostra um grande número de disciplinas especiais.
Introdução
INTRODUÇÃO
Divisão de Mineralogia
Divisão da Mineralogia nas suas principais disciplinas especiais (Segundo diferentes pontos de vista)
INTRODUÇÃO
Divisão de Mineralogia
Mineralogia Cristalográfica: ( Formas e estruturas de minerais ideais) (Geometria de Mineral)
Mineralofísica: Propriedades físicas dos minerais e sua relação com a estrutura cristalina
Mineraloquímica: Regularidades gerais da composição química dos minerais (distribuição e ligações dos átomos)
Mineralogia Analítica: Os métodos e as técnicas de caracterização completa dos Minerais
Mineralogia Sintética: Os nossos conhecimentos e métodos de produção artificial de minerais
INTRODUÇÃO
Divisão da Mineralogia
Mineralogia Sistemática ou Especial: Descrição e investigação de cada um dos minerais conhecidos e novos, em relação a posição sistemática, proriedades físicas, ocorrências, sua génese e utilização, etc.
Mineralogia Genética: Particularidades dos minerais (cor, forma, elementos-traço, desvios restruturais) para propósitos genéticos. Mineralogia Ontogenética, histórioa de desenvolvimento de um mineral e Mineralogia Paragenética, regularidades das associações de minerais
INTRODUÇÃO
Divisão de Mineralogia
Mineralogia Regional: Distribuição dos minerais em unidades geológicas, Países, Províncias de Jazigos
Mineralogia Histórica: Disciplina recente, investiga a dependência da formação de minerais do desenvolvimento geológico-temporal da Terra
Mineralogia Cósmica: Conhecimentos sobre composição mineralogíca da matéria extraterrestre
Mineralogia Aplicada: Para prospecção, pesquisa e utilização de recursos minerais.
Mineralogia Técnica: Investigação de minerais usados em processo tecnológicos ou deles resultantes.
Divisão da Mineralogia
O assunto da mineralogia pode ser dividido em diferentes maneiras, contudo o mais conveniente é manter a divisão clássica, que é considerada mais objectiva, numa introdução à mineralogia prática e aplicada.
A Mineralogia Geral (assuntos que são abrangidos, em muitos manuais de mineralogia, sob os temas de Cristalografia estrutural e Cristalografia Morfológica.
Na Mineralogia Sistemática, que trata de uma discussão pormenorizada de cada uma das espécies minerais, especialmente, no que se refere à sua posição na sistemática mineralógica, às suas características genéticas, às suas ocorrências e associações, assim como, à sua utilização.
Tarefas da Mineralogia
Estudo da constituição e a composição química dos minerais. A partir de particularidades e variações inferir sobre relações genéticas em jazigos e rochas. 
2. Investigação das propriedades dos minerais, com vista a facilitar e melhorar a sua aplicação prática. 
Tarefas da Mineralogia
3. Desenvolvimento e adaptação de métodos analíticos para a caracterização inequívoca e completa dos minerais, incluindo métodos de separação, beneficiamento e extracção, para a sua investigação e/ou utilização.
4. Revisão dos minerais conhecidos, descoberta de novos minerais e ordenação de todos os minerais num esquema sistemático mineralógico. Isto implica a descoberta de novos minerais e novas propriedades de minerais.
Tarefas da Mineralogia
	5. Estudo das condições de formação e estabilidade dos minerais na natureza e a sua modelação através de investigações mineralógicas sintéticas.
	6. Aplicação de conhecimentos mineralógicos para a prospecção geológica e para a produção artificial de minerais. Importantes são as investigações das regularidades da formação de associações de minerais – Paragéneses. 
Tarefas da Mineralogia
7. Aplicação dos conhecimentos e métodos mineralógicos para a investigação de matéria-primas minerais e dos materiais cósmicos.
História da Mineralogia
	Seguindo retrospetivamente a história do conhecimento mineralógico, podem-se reconhecer diferentes fases do seu desenvolvimento. 
	No quadro das experiências de produção e à partir da observação do ambiente natural do Homem, resultaram, desde a Sociedade Primitiva, conhecimentos mineralógicos, que no tempo do pré-Capitalismo e da Renascença europeia (Séc. XVI) e em concordância com uma exploração mineira florescente, tendiam à um primeiro apogeu. Neste tempo da pré-história da mineralogia foram ganhos conhecimentos fundamentais de cada espécie mineral e sua classificação, bem como, experiências metódicas na determinação de minerais com base nas suas propriedades externas. 
História da Mineralogia
A prática das artes mineralógicas é tão antiga como a civilização humana. Pigmentos naturais como o vermelho e o negro, obtidos da hematita e da pirolusita respectivamente, foram usadas nas pinturas das cavernas dos primeiros homens e as ferramentas de pederneira foram instrumentos valiosos durante a idade de pedra. Pinturas em tumbas encontradas no vale do Rio Nilo, realizadas faz aproximadamente 5,000 anos, mostram colorações como o verde da malaquita, óxidos de ferro e metais preciosos obtidos ao fundir menas e confeccionadas em delicadas gemas de lapislázuli e esmeraldas.
O desenvolvimento da Mineralogia é relativamente recente, embora os minerais, cristais e rochas foram os primeiros materiais usados no desenvolvimento da civilização. Na idade de pedra, as rochas ou pedras se lavraram em diversas formas e se empregaram para diferentes objetivos, inclusive como armas; utilizando-se inicialmente sem polir e com o tempo se foram descobrindo métodos que permitiam pulimentarlas. 
 À medida que se desenvolvia o conhecimento sobre as rochas e minerais, e foi possível obter metais deles, surgiram sucessivamente as idades do bronze, do ferro e do carvão.
Considera-seque o primeiro trabalho escrito sobre mineralogia foi realizado pelo filósofo grego Theofrastus (372 - 287 A. C.), titulado Pery Lyton do que se conserva uma parte considerável.
 
 
História da Mineralogia
História da Mineralogia
História da Mineralogia
	O surgimento da Mineralogia como ciência, bem pode ser famoso pela obra do físico alemão Georgius Agricola quem em 1556 publicou “De Ré Metallica”, obra na qual manifesta as práticas mineiras e metalúrgicas daquele tempo e inclui o primeiro relatório verdadeiro de minerais. Posteriormente, em 1669, Nicolas Steno faz um grande contribua à Cristalografia, a “Lei da perseverança dos ângulos interfaciales”, proposta a partir do estudo de cristais de quartzo, aonde independentemente da origem, tamanho ou hábito cristalino, os ângulos entre caras correspondentes são constantes.
História da Mineralogia
Como ciência natural, a mineralogia nasceu no Séc. XVIII, sob condições da Revolução Industrial. A nova qualidade do saber mineralógico resultou através de investigações sistemáticas das formas de cristal de minerais, da determinação da sua composição química e do alcance, através da sua própria actividade, dos métodos de determinações e de medições mineralógicos específicos. Sob exigências sociais concretas, especialmente do sistema mineiro-metalúrgico, nasceram nas últimas décadas do Séc. XVIII, numerosas revistas, museus e sociedades ou associações mineralógicas e, sobretudo as primeiras cátedras para a mineralogia em academias de minas e universidades. 
História da Mineralogia
	 Entre 1779 e 1848 o químico sueco Berzelius e seus discípulos, estudaram a química dos minerais e desenvolveram os princípios de a atual classificação química dos minerais.
	No Séc. XIX é feito um grande número de investigações de detalhe sobre as formas de cristal, das propriedades físicas e da composição química dos minerais, que são expressão de uma, ainda preponderantemente, mineralogia descritiva. Os resultados destas investigações manifestam-se em diferentes sistemas de minerais e em apresentações resumidas da mineralogia regional de cada país. Os elementos teóricos da mineralogia surgiram, entre outras, com as concepções sobre as formações de soluções sólidas em minerais e a ciência de paragéneses.
História da Mineralogia
Na transição do Séc. XIX para o Séc. XX, no tempo após a implantação completa do Capitalismo Industrial, nasceu a Mineralogia moderna. Desde esse tempo tornaram-se bases determinantes para tudos os trabalhos mineralógicos, os métodos exactos de medição de propriedades, da constituição e composição química dos minerais. Nisso tinha-se que se orientar a metódica mineralógica para um objecto de investigação cada vez de menor dimensão. Partindo de investigações de outras ciências naturais foi possível, em medida crescente, a explicação da essência de diferentes fenómenos mineralógicos. De relações geoquímicas, as condições de formação e transformação dos minerais no regime geológico, tornaram-se compreensíveis. A química-física, a química de colóides e, também os trabalhos experimentais sobre a síntese de minerais, que se desenvolvia intesnsivamente, confirmaram as concepções sobre a génese de minerais, também deduzida de trabalhos de outras disciplinas geocientíficas. 
História da Mineralogia
	O descobrimento mais transcendente do Século XX é atribuído ao Max Von Laue da Universidade do Munich, quem sugeriu um experimento executado pelo Fiedrich e Knipping, o qual consistiu em demonstrar que os cristais podiam difractar os raios-X.
	Com a análise da estrutura de cristal dos minerais podia ser descoberta a relacão causal entre a sua constituição interna estrutural, as propriedades físicas e a sua composição química.
	
História da Mineralogia
Das tendências históricas e actuais do desenvolvimento mineralógico, bem como das exigências sociais de desenvolvimento científico-técnico e cultural reconhece-se que a mineralogia também no futuro terá que realizar tarefas científicas importantes. Necessário é a contínua descoberta de regularidades e leis sobre as propriedades dos minerais, sobre a sua formação e transformação, para que a partir dessas relações deduzir indicações para pesquisa e prospecção de jazigos, bem como, para valorização e utilização de matérias-primas minerais. A mineralogia ganha importância crescente na valorização substancial e interpretação de imagens de fenómenos de condições de fácies geológicas, tanto sobre a Terra, como também e em medida crescente, no estudo de dados análogos de outros planetas ou corpos celestes, no quadro da investigação cósmica espacial. 
História da Mineralogia
Reforçada será a necessidade da produção económica de minerais industriais, para se produzir determinadas substâncias minerais em quantidades correspondentes e com as características de qualidade exigidas. Neste sentido a mineralogia poderá transformar-se de uma ciência analítica e explicativa, em uma ciência, em certo sentido, construtiva e sintética. Um desenvolvimento desse tipo poderá realizar-se, contudo, como qualquer outro desenvolvimento na mineralogia, sòmente em estreita interacção com outras ciências naturais e tecnológicas.(Ciência der Materiais)
Cristalografía
CRISTALOGRAFIA.
É a ciência que estuda a matéria cristalina. 
CRISTAL: Sólido homogêneo que possui ordem interna tridimensional, de longo alcance e normalmente se apresenta limitado externamente por caras.
Propriedades de um meio ordenado periodicamente: homogeneidade, anisotropía e simetria. 
Cristais do quartzo, variedade cristal da rocha.
Esquema das possíveis relações mútuas da cristalografia com outras ciências 
Ordenamento estrutural
A imagen mostra que os cristais têm arranjos estruturais internos, periódicos que se estendem infinitamente. 
Imagen tomada com Microscopia Electrónica de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM).
Matéria Amorfa e Matéria Cristalina
Na natureza distinguem-se corpos 
sólidos,
líquidos e 
gasosos. 
		As condições de pressão e temperatura (P,T) determinam o estado físico de um corpo. 
A maior parte dos minerais nas condições normais de P e T, 
	Encontra-se no estado sólido e fundem a temperaturas elevadas.
 Quasi todos os minerais representam corpos cristalinos. 
Matéria Amorfa e Matéria Cristalina
Durante um certo intervalo de tempo o calor fornecido ao sistema consome-se na fusão do corpo e a curva tem aí uma descontinuidade
Curva de variação de temperatura com aumento de calor, a pressão constante, num cristal, P.E. , ponto de ebulição; P.F., ponto de fusão
Cada corpo cristalino tem:
 uma temperatura de fusão bem determinada.
Esta é nítida na forma de curva de aquecimento. 
. 
Matéria Amorfa e Matéria Cristalina
Os corpos amorfos
mostram uma curva de
aquecimento sem
qualquer descontinuidade
o que traduz a passagem
gradual de um estado
para outro como se pode
verificar no aquecimento
do lacre.
Curva de variação de temperatura com aumento de calor, a pressão constante, num vidro.
Homogeneidade
Um corpo diz-se homogêneo, quando tem as mesmas propriedades em qualquer dos seus pontos. Nele as propriedades direccionais têm os mesmos valores em direcções paralelas.
 Se as partículas que constituem um corpo homogêneo estão desordenadamente dispostas podemos admitir, pela sua pequenez em relação aos nossos meios de observação. 
Isotropia
Um corpo é isotrópico, para uma determinada propriedade direccional, quando a grandeza do vector correspondente é igual em todas as direcções.
	X = Y = Z
A sua imagem geométrica é uma esfera. 
Anisotropia
Se os vectores não são iguais em todas as direcções, então o corpo é anisotrópico.
Definição de Mineral
Define-se mineral como “uma substância sólida, homogênea, que ocorre naturalmente e geralmente inorgânica. Ela tem habitualmente uma estrutura cristalina bem definida e composição química que se situa entre limites definidos, em geral não fixa”.
Segundo Manual of Mineralogy (after James D. Dana) 21st Edition, revised Cornelis Klein & Cornelius Hurlbut, Jr.Page 1.
Aspectos da definição
O mineral é uma substância que ocorre naturalmente; Este requisito parece não admitir quaisquer materiais parecidos com minerais produzidos através de processos industriais ou sintetizados num laboratório, mesmo que estes muitas vezes não se distinguem dos minerais naturais. 
As fases cristalinas que ocorrem em escórias metalúrgicas ou aquelas formadas num forno de fusão, não se ajustam à definição de um mineral. 
As fases cristalinas formadas artificialmente, que são encontradas em cinzas de carvão, em cimento e betão. 
Na prática o termo mineral é estendido para estes materiais e as gemas sintéticas e minerais semi-preciosos, que são feitos em laboratórios. 
As grandes quantidades de óxido de ferro magnético (magnetite) formadas durante os processos de fusão de alguns minérios de ferro. 
Os minerais silicáticos formados em produtos cerâmicos são incluídos dentro do domínio de estudo da mineralogia aplicada. 
Aspectos da definição
O mineral é homogêneo : cada parte que se tira de um mineral em particular é da mesma natureza que qualquer outra quanto a suas propriedades. 
O mineral é sólido : Os minerais podem apresentar-se em um estado líquido como o mercúrio (uma exceção). 
O mineral é inorgânico : 	A origem inorgânica não é exclusiva para os minerais, já que é conhecido a origem orgânica para o aragonito, as fosforitas e algumas variedades da sílice.
Aspectos da definição
Os minerais são cristalinos : mas existem exceções como a opala, uma variedade de silice que é amorfo.
A composição química de um mineral está compreendida entre limites bem definidos: Os minerais respondem a uma fórmula química definida como o quartzo (SiO2), mas há minerais como a pirrotite (Fe1-x S) com composição variável.
Especie mineral
	Espécie mineral: é a expressão idealizada para todos os indivíduos minerais, cuja composição qumica e estrutura é igual. Ela representa o mineral no sentido lato. Por exemplo; espécie de mineral Olivina, com composição variável (Mg,Fe)2[SiO4], Quartzo, com composição química constante SiO2.
Outros Conceitos 
Indivíduo mineral: é o mineral concreto, que pode ser encontrado num lugar determinado, com todas as características específicas só encontradas nesse mineral. Por exemplo, determinados elementos-traço, ou estrutura típica de cristal.
Variedade de mineral: compreende todos os indivíduos de uma espécie de mineral que, complementarmente apresentan características notáveis, por exemplo, ametista = quartzo violeta; sericite = muscovite escamosa e fina, 
 Mica-2M = mica monoclínica com séries ordenadas na sua estrutura. 
Classificação dos minerais
	A classificação dos minerais tem um caráter cristaloquímico, apóia-se nos aspectos comuns da composição química e estrutura cristalina que têm os minerais. 
	Os rasgos comuns da composição química dos minerais é prioritário na classificação actual dos minerais. 
Classificação dos minerais
A Cristaloquímica estuda os princípios gerais que relacionam a química dos minerais com sua estrutura e propriedades físicas.
QUÍMICAS
DANA (1854) discíplos:
 BERMAN (1951) PALACHE (1944) e FRONDEL (1962) 
BERCELIUS (1892) – BERRY e MASSON (1966)
Classe I. Elementos Nativos
Classe II. Sulfuretos e Sulfossais
Classe III. Oxidos e Hidróxidos 
Classe IV. Halogenetos
Classe V. Carbonatos, Nitratos e Boratos
Classe VI. Sulfatos, Cromatos e Wolframatos
Classe VII. Fosfatos, Arseniatos e Vanadatos
Classe VIII. Silicatos
Classificação dos minerais
QUÍMICO-ESTRUCTURAL
STRUNZ (1941)
 DANA HURLBUT & KLEIN 4ª ed (1997) 
1. Elementos nativos
2. Sulfuretos
3. Sulfossais
4. Óxidos
   (a) Simples e múltipos
   (b) Hidróxidos
5. Halogenetos
6. Carbonatos
7. Nitratos
8. Boratos
9. Fosfatos
10. Sulfatos
11. Wolframatos
12. Silicatos
Classificação dos minerais
Nomes dos Minerais
A nomeação dos minerais não sucede numa sistemática rigorosa, como acontece, por exemplo, na química e biologia, sem considerar a terminação mais frequente “ite” mas, segue diferentes pontos de vista:
Segundo o nome de uma pessoa (descobridor, personalidades, cientistas, entre outros), Exemplo: Breithauptite, Vinogradovite, Goethite, Davidite, Sillimanita (Al2SiO5), em honor ao Profesor Benjamín Silliman dela Universidade de Yale.
Segundo o lugar de ocorrência/descoberta, Exemplo: Aragonite, Freibergite, Tremolite, Thuringite, Mavudzite, Moçambiquite, Franklinita (ZnFe2O4), sob a localidade Franklin, New Jersey, onde o mineral é uma mena de zinco (Zn).
Segundo a composição química principal, Exemplo: Argentite, Hidroboracite, Magnesite, Manganite, Cromita (FeCr2O4), por a longe cantidade de cromo (Cr) no mineral.
Segundo propriedades físicas, exemplo: Distena (duas direcções de dureza), Albita (Na AlSi3O8), del latím albus, branco, sob a su cor, Rodonita (MnSiO3), del griego rodon (cor de rosa), alusión a su peculiar color rosado, Magnetita(FeFe2O4), sob suas fortes propiedades magnéticas.
Abundância de Minerais
Actualmente são conhecidos mais de 4 000 minerais e variedades de minerais e, por ano são descobertos, entre 10 e 30 novos minerais.
A IMA (International Mineralogy Association) é a associação encarregada do reconhecimento dos novos minerais e da aceitação dos mesmos.
Perguntas para auto-avaliação
1) O que é um cristal? Os cristais podem ser artificiais? Argumente sua resposta e expresse exemplos de cristais naturais e artificiais.
2) Pode-se considerar o vidro vulcânico cristalino?
3) Quais são as principais propriedades da substância cristalina? 
4) Quais propriedades caracterizam à substância amorfa? Apresente exemplos.
5) 	O que é um mineral?
6) Quais são os principais aspectos que caracterizam a um mineral?
7) A água é um mineral? por que sim ou por que não?
Perguntas para auto-avaliação
8) Antecedentes históricos da Mineralogia e seu desenvolvimento como ciência.
9) Explique a importância da Mineralogia.
10) Classificações dos minerais. Base da classificação.
11) Explique as tarefas da Mineralogía.
M
IN
ER
AL
OG
IA
C
RI
S
TA
L
OG
R
AF
IA
Q
U
I
M
I
CA
F
I
S
I
C
A
G
EO
LO
GI
A
CR
ISTA
LOQ
UIMI
CA
QU
IM
ICA
-FI
SI
CA
CRI
STAL
OFIS
ICA
F
IS
IC
A 
AT
OM
IC
A
GE
OFI
SI
CA
CI
ENCI
A DE
 JAZ
IGOS
CO
SM
OQ
UI
MI
CA
GE
OQ
UI
MI
CA
PE
TROL
OGIA
CIENCI
A DE SOLOS
Propriedades
Utilização
Descrição
Formação
(Génese)
Mineralogia Genética
Mineralogia Paragenética
Mineralogia Regional
Mineralogia Cósmica
Mineralogia Sistemática
Mineralogia Aplicada
Mineralogia Técnica
Mineralogia Cristalográfica
Mineralofísica
Mineraloquímica
Mineralogia Analítica
Mineralogia Sintética
Mineralogia Histórica
Mineralogia Ontogenética
MINERALOGIA
Matemática
Química
Mineralogia
Metalografia
Petrografia
TEMPO
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
P.E.
P.F.
Sólido
Líquido
Vapor
X
Y
Z