Geoquímica - Minerais secundários

Prévia do material em texto

Minerais secundários 
Os minerais sintetizados no ambiente de intemperismo são chamados de minerais 
secundários e compõem o grupo dos minerais de argila. São assim chamados por serem os 
principais constituintes da fração mineral dos solos e serem de tamanho inferior a 0,002 mm 
de diâmetro. Os minerais primários ou minerais das rochas são os fornecedores das unidades 
básicas que formarão os minerais de argila. Quando os minerais das rochas se decompõem 
liberam as seguintes unidades básicas no ambiente (solo): tetraedro de silício, octaedro de 
alumínio, octaedro de ferro, além das formas livres de Ca 2+, K+, Al3+, Fe3+, 
PO43-, SO42-, etc. 
Seu interesse pelos minerais de argila existe desde sua infância, quando procurava o 
melhor barro para moldar bonecos, bolinhas, etc. Hoje, desatolar um trator, limpar uma enxada, 
ou comprar terra para plantar, continua ligando a sua vida aos minerais de argila, até que a 
morte os separe, ou melhor, os una para sempre (“ao pó voltarás”). 
Os minerais de argila se dividem em silicatados e não silicatados, os silicatados s ão 
chamados de argilominerais e os não silicatados de óxidos de ferro e óxido de alumínio. A 
unidade estrutural básica dos argilominerais consiste na combinação de dois tipos de lâminas: 
a tetraédrica e a octaédrica, sendo o tetraedro de silício e o octaedro de alumínio, 
respectivamente, suas unidades fundamentais. 
Em função da relação entre as lâminas tetraédricas e octaédricas os argilominerais são 
divididos em 1:1 e 2:1. Os argilominerais 1:1 são aqueles formados em ambientes em que 
houve uma maior perda de sílica, resultando em uma proporção de uma lâmina de tetraedros 
de silício para uma lâmina de octaedros de alumínio. A principal representante deste grupo é a 
caulinita. A proporção de sílica é maior nos argilominerais 2:1, são duas lâminas tetraédricas e 
uma octaédrica, sendo que a octaédrica é central. Fazem parte deste grupo as esmectitas. 
Vermiculita e ilita são exemplos de esmectitas, mas a mais comum nos solos é a 
montmorilonita. Os principais óxidos de ferro são hematita e goethita, e óxido de alumínio a 
gibbsita. 
Os minerais de argila presentes em um determinado ambiente possibilitam inferir sobre 
as condições de intemperismo ali presentes. Em geral, a caulinita reflete condições de intensa 
lixiviação, pH ácido e meio muito pobre em cátions, sendo característica de climas tropicais 
úmidos. Por outro lado, a montmorilonita é formada de preferência em ambiente mal drenado, 
de pH neutro a alcalino e ambiente rico em cátions, condições climáticas temperadas a frias 
e semi-áridas. A presença de gibbsita ilustra um intemperismo extremo, já que a sílica foi 
removida do sistema, resultando num resíduo aluminoso. 
 
Estrutura dos argilominerais 
A variedade de tipos desses minerais é resultante dos diferentes arranjos das lâminas 
tetraédricas e octaédricas e de diferenças em sua composição química. As lâminas tetraédricas 
s e unem às lâminas octaédricas pelo compartilhamento de íons oxigênio das lâminas 
tetraédricas. Dessa maneira na lâmina octaédrica os seis íons que circundam o cátion central 
incluem tanto o oxigênio como a hidroxila. Na estrutura dos argilominerais ressaltam-se os 
planos iônicos, lâminas e camadas. Na estrutura da caulinita, no espaço entre as camadas 1:1 
que se empilham, os oxigênios do plano que une as bases dos tetraedros encontram-se frente 
às hidroxilas dos octaedros, enquanto que na estrutura da montmorilonita, nos espaços entre 
as camadas, oxigênios faceiam oxigênios. Assim, resulta que na caulinita existem ligações do 
tipo pontes de hidrogênio, que s ão inexistentes na montmorilonita. Por este motivo os 
argilominerais do tipo 1:1 são ditos “não-expansivos”, enquanto os 2:1 são chamados de 
“expansivos”: pois podem alojar moléculas de água e uma diversidade de cátions entre as 
camadas 2:1. A exceção é a ilita (2:1), é também não-expansiva pois a ligação entre as camadas 
é feita pelo potássio (pontes de potássio). Quando este elemento sai da estrutura, o mineral se 
transforma em vermiculita 
Os argilominerais expansivos (por exemplo, montmorilonita e vermiculita) possuem 
superfície de exposição externa e interna, enquanto que os não-expansivos (por exemplo, 
caulinita) possuem somente superfície externa. Uma conseqüência do fato é a existência de um 
hectare (10.000 m 2) de área exposta em cerca de 54 g de caulinita ou em apenas 14 g de 
esmectita. 
Devido a substituição isomórfica existente nas lâminas de tetraedros (Si+4 por Al+3) e 
de octaedros (Al+3 por Mg+2 ou Fe+2), criando um déficit de cargas positivas, as partículas 
são eletricamente negativas, originando a capacidade de troca catiônica ou CTC. Além disso, 
nas bordas das partículas podem existir cargas não compensadas, fruto de ligações 
interrompidas e também as hidroxilas dos octaedros podem dissociar-se originando cargas 
negativas. Dessa forma a fração argila do solo, ao contrário da areia é quimicamente ativa, 
sua atividade deve -se ao pequeno tamanho de suas partículas e sua carga, o que faz com que 
apresentem propriedades coloidais. Entre estas destaca -se a afinidade por moléculas de água, 
e por elementos químicos presentes na solução do solo, afinidade que se deve a sua superfície 
específica e a existência de cargas elétricas. 
 
Exemplos de minerais secundários 
- Esmectitas 
VERMICULITA 
A vermiculita é um mineral 2:1 formado por hidratação de certos minerais basálticos, 
com fórmula química (MgFe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2.4H2O. É expansiva e possui alta 
capacidade de troca catiônica e é utilizada comercialmente, principalmente em sua forma 
expandida na construção civil e na agricultura. A vermiculita é um mineral semelhante à mica, 
formado essencialmente por silicatos hidratados de alumínio e magnésio. 
 
MONTMORILONITA 
É um membro da família das esmectitas, argila 2:1, isto é, possui duas camadas de 
tetraedro de silício com uma lâmina de octaedros de alumínio central. As partículas são planas 
com um diâmetro médio de aproximadamente 1 µm. A montmorilonita possui um conteúdo de 
água variável e aumenta de volume quando absorve água. Quimicamente é um silicato de sódio, 
cálcio, alumínio e magnésio (Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2·nH2O. Potássio, ferro e 
outros cátions são substitutos comuns, a taxa exata de cátions varia com a fonte. As Micas são 
anidras (não contém água), mas em outros minerais filossilicatados pode haver camadas 
hidratadas intercaladas. Isto é facilitado quando as cargas das lâminas é alterada por 
substituição isomórfica. Por exemplo, na esmectita montmorilonita 
[(Mg0.33Al1.67)Si4O10(OH)2]Na0.33 parte do Al +3 no octaedro é substituído pelo Mg+2. 
O espaçamento entre as lâminas podem aumentar ou contrair dependendo da quantidade de 
água. Essa expansão danifica as estruturas do solo que possui um alto teor de argilas do grupo 
das esmectitas. Com boa drenagem, o Mg será lixiviado e a caulinita será formada prejudicando 
a montmorilonita. 
 
CAULINITA 
A Caulinita é um mineral de argila filossilicatado 1:1, com composição química 
Al2Si2O5(OH)4. As rochas ricas em caulinita são conhecidas como argila da China ou caulim. 
É o mineral de argila mais comum nos solos brasileiros. Possuem uma baixa capacidade de 
troca catiônica (CTC) e são pobres em nutrientes para as plantas, são resultantes do 
intemperismo químico dos feldspatos em condições de drenagem menos eficientes, onde todo 
o potássio é totalmente eliminado pela hidrólise, e 66% da sílica permanece no mineral, 
formado através da seguinte reação: 
2 KAlSi3O8 + 11 H2O → Si2Al2O5(OH)4 + 4H4SiO4 + 2K+ + 2OH- 
 
ÓXIDOS DE FERRO E DE ALUMÍNIO 
Os óxidos de ferro são os principais agentes responsáveis pela cor dos solos: hematita 
– vermelho e goethita – amarelo. Os óxidos de ferro são originários da oxidação do ferro 
presente na estruturados silicatos (olivina, piroxênios, hornblenda, biotita) das rochas ou 
podem ser herdados de rochas sedimentares ou mesmo de algumas metamórficas, como é o 
caso da hematita presente no itabirito. Entre os óxidos de alumínio destaca-se a gibbsita. 
Enquanto as argilas silicatadas possuem a forma laminar, os óxidos de ferro e de alumínio 
apresentam forma relativamente equidimensional ou granular. Resulta que estes últimos, 
principalmente a gibbsita, talvez por seu maior tamanho, atuam como agentes desorganizadores 
do arranjo paralelo de de máximo contato mútuo das partículas laminares dos solos. A presença 
desses óxidos diminui a força de coesão e adesão do solo, diminuindo, assim, o encrostamento, 
a plasticidade, a pegajosidade e a dureza do solo. Mas aumentam a capacidade de drenagem. 
 
HEMATITA 
Hematita ou hematite é uma forma de mineral de argila composto de ferro (III) (Fe2O3). 
É um mineral muito comum nos solos, de coloração marrom, marrom avermelhado ou 
vermelho. É um mineral secundário formado pelos processos de intemperismo no solo. É 
responsável pela coloração vermelha de muitos solos tropicais, ou de solos altamente 
intemperizados. O nome hematita é derivado da palavra grega para sangue (haima) devido a 
sua coloração vermelha quando pulverizada. A hematita pode ser utilizada como pigmento. 
 
GOETHITA 
É um minério de ferro encontrado no solo e em ambientes de baixas temperaturas. É 
conhecido desde os tempos das cavernas pelo seu uso como pigmento. Possui fórmula 
química FeO(OH) que pode ocorrer em vários tons de castanho, laranja, amarelo e vermelho, 
o que faz variar da mesma forma a sua risca. Sua dureza varia de 5,0 e 5,5 na escala Mohs. 
Tem clivagem perfeita e fratura desigual, é denso (4,28) e quebradiço. Composição - Óxido de 
ferro hidratado. 90% de Fe2O3, 10% de H2O. 
 
GIBBSITA 
A Gibbsita, Al(OH)3, é um importante mineral de óxido de alumínio e um dos três 
minerais que compõem a bauxita (gibbsita, boemita e diásporo), bem como silte e argilas. 
É formada em intenso ambiente de intemperismo como os de clima tropical. Possui três 
polimorfos (baierita, doleíta e nordstrandita). A estrutura da gibbsita é interessante e análoga à 
estrutura básica das micas. A estrutura básica é formada de lâminas de octaedros de alumínio 
sobrepostas. Os octaedros são compostos de íons de alumínio com uma carga +3 ligada a seis 
hidróxidos coordenados octaedricamente com uma carga -1. Cada um dos hidróxidos é ligado 
a somente dois átomos de alumínio porque um terço dos octaedros estão cercando um alumínio 
central. O resultado é uma camada neutra desde +3/6 = +1/2 (carga +3 dos alumínios dividida 
por seis hidróxidos ligados vezes o número de alumínios) e -1/2 = -1/2 (carga -1 dos hidróxidos 
dividida entre somente dois alumínios); então as cargas cancelam-se. A falta de uma carga 
sobre as camadas de gibbsita significa que não haverá carga para reter íons entre as camadas e 
atuar como uma "cola" para manter as camadas juntas. As camadas somente manter-se-ão 
juntas por forças residuais de ligação e isto resultará em um material muito macio facilmente 
clivável.