Aula_Cristais e Cristalizacao

5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com

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Cris t a is e Cr is t a l izaç ão

Prof. Henrique Senna Diniz Pinto



Cr is t a is e Cr is t a l izaç ão

ROCHAS ÍGNEAS são (em essência) produtos da CRISTALIZAÇÃO DE UMA FUSÃO

silicática também denominada MAGMA. Normalmente formadas entre 650 e1.200ºC.

O MAGMA é na realidade uma fusão silicática parcialmente heterogênea

contendo gás dissolvido e cristais ou agregados cristalinos .

Minera is essenc ia is se desenvolvem por alguns processos de

cristalização durante o resfriamento.

Em ROCHAS ÍGNEAS



Xenocr is ta is podem estar presentes nestas rochas – formados

durante processos secundários como:

1 ) A lt e r aç ã o De ut é ri c aProcesso onde fluidos ricos em água, que se concentraram durante a

cristalização magmática, alteram o material cristalizado anteriormente

(durante o resfriamento do magma).

2 ) I nt e m pe ri sm o

Processo onde atuam agentes da dinâmica externa (chuva, vento, etc).


Em ROCHAS ÍGNEAS




A grande diversidade de formas é um reflexo, em parte, da variedade de

circunstâncias durante sua cristalização, incluindo:

o o resfriamento do magma,

o devitrificação de uma fase amorfa,

o produção de novas fases estáveis simultaneamente com o colapso de

materiais instáveis e

o precipitação a partir de uma solução.

Textura se refere às características dos grãos - incluindo granulometria,

forma, relações intergranulares e proporção de vidro, geralmente observadas

em escala de amostras de mão ou menor.




ROCHAS METAMÓRFICAS ou METAMORFITOS são produtos do

METAMORFISMO.

METAMORFISMO é um processo de modificações mineralógicas e estruturais de

rochas, em seu estado sólido em resposta às condições físico-quimicas que

diferem das condições prevalecentes durante sua formação.

O conceito de METAMORFISMO é restrito às transformações que

ocorrem nas rochas no estado sólido , a partir de temperaturas e

pressões características do final da diagênese, até aquelas em que afusão das rochas ocorre.



Cada minera l é um composto químico cuja estabilidade é controlada

por leis termodinâmicas e pela cinética de reações químicas.

A estabilidade de cada mineral é dependente de pressão, temperatura e

composição química do meio, e qualquer modificação desses parâmetros

pode resultar na formação de novo conjunto de minerais, acompanhada de

transformações na estrutura e textura da rocha.

Em ROCHAS METAMÓRFICAS





A estabilidade de cada mineral é dependente de pressão, temperatura e

composição química do meio.

Qualquer modificação desses parâmetros pode resultar na formação de

novo conjunto de minerais, acompanhada de transformações na estrutura e

textura da rocha.

Em ROCHAS METAMÓRFICAS

A compreensão das rochas ígneas e metamórficas envolve a compreensão

dos cristais:

o o que são,

o onde se formam e

o o que controla seu número, forma e tamanho.



SEDIMENTOS são produtos de amplos processos de fracionamento físicoe/ou químico, formados pela associação fortuita de partículas minera is

ou de rochas provenientes de várias fontes.

Os SEDIMENTOS são compostos por frações clásticas (alotígenas ) e

químicas (autígenas ).

Os SEDIMENTOS não se encontram em equilíbrio químico.


Em ROCHAS SEDIMENTARES

ROCHAS SEDIMENTARES são formadas pela litificação através da compactação

e diagênese de sedimentos.



Aumentos de temperatura e/ou pressão promovem as reações entre as

fases, que em conjunto constituem a DIAGÊNESE.

O termo DIAGÊNESE se restringe aos processos que ocorrem a

temperaturas e pressões inferiores a 200°C e 3kbar (3000 atmosferas).

Excluidos da DIAGÊNESE estão o METAMORFISMO e o INTEMPERISMO.


Em ROCHAS SEDIMENTARES



A compreensão das rochas sedimentares envolve a compreensão:

o da desintegração e/ou decomposição da rocha fonte,

o da erosão e o transporte dos sedimentos,

o do mecanismo de sedimentação,

o do tectonismo do ambiente deposicional,

o das relações entre as condições de sedimentação e os

processos diagenéticos.






Nucleaç ão, Di fusão e Cresc im ent o

O desenvolvimento de um cristal envolve estes três processos.

A tendência mais lenta é que irá controlar o processo de cristalização.

Por exemplo, se a taxa de difusão for mais lenta em relação à de

crescimento, a conseqüência provável é o desenvolvimento de um

hábito esquelético ou dendrítico.

Quartzo esquelético

Dendrito de gelo•Porque?

•Porque o material necessário para o

crescimento não é disponibilizado

rapidamente no local a fim de promover umcrescimento estável e regular do cristal; ao

invés disso o cristal se desenvolve em direção

à fonte do material em uma forma cristalina

em desequilíbrio.



Nuc leação

O início da cristalização a partir de uma solução ou fusão é tipicamente

demorado.

Por que?

Pois os cristais não precipitam normalmente até ser atingindo certo grau de

supersaturação ou resfriamento.



Nuc leação

A redução na energia livre total de um sistema é a força motriz para a

cristalização de uma fase estável.

Entretanto esta redução é contrabalanceada pela necessidade do cristal ir

direto para o estágio embrionário (formar um núcleo).

Um embrião (núcleo) tem uma relação muito grande entre área superficial

e volume, e conseqüentemente tem uma alta energia superficial devido

ao grande número de átomos não eletricamente balanceados.



A ligação de um grupo de 8, 64 e 512 átomos pode ser satisfeita,

respectivamente, apenas em 50%, 75% e 87,5%.

Um grupo embrionário separa-se espontaneamente tão facilmente

quanto se reagrupa, se as condições são se alteram na cristalização.



Há um tamanho crítico que tem que ser alcançado antes que o

contrabalanceamento dos efeitos energéticos superficiais sejam

superados - uma vez que o núcleo sobrevive, o crescimento continua.

Minerais com estruturas simples apresentam nucleação mais fácil.

Desta forma espera-se, num magma basáltico, que olivina e magnetita

cristalizam-se mais facilmente do que plagioclásio.

Nuc leação



Denomina-se barreira energética de nucleação a dificuldade em se

iniciar uma cristalização.

A superação desta barreira exige a transposição de condições

apropriadas para cristalização da fase estável e isso pode envolver a

supersaturação de soluções, resfriamento da fusão ou um aumento na

temperatura durante o metamorfismo progressivo.

Nuc leação



Nuc leação

A barreira de nucleação pode possibilitar o desenvolvimento de fases

metaestáveis em vez de fases estáveis se a nucleação da fase metaestável for

mais simples.

A nucleação homogênea acontece quando a formação de núcleos se dá a partir

de uma solução ou fusão, quando o grau de saturação ou resfriamento é

suficiente.

A nucleação heterogênea envolve outros fatores como cristal “semente” ou

impureza.



Nuc leação

O caminho na câmara magmática pode induzir a nucleação, e no caso dacristalização metamórfica os limites de um cristal existente ou outros defeitos

podem ser locais para nucleação.

Todos os locais de nucleação em potencial são caracterizados pela sua energia

superficial relativamente alta.

É o balanceamento com a alta energia superficial da nova fase “embrionária” que

permite a transposição da barreira energética de nucleação.



Cristais “semente” são os locais mais prováveis para nucleação heterogênea,

pois seus retículos possuem alguns elementos estruturais em comum com a fase

que se forma.

Exemplo:

Minerais intimamente relacionados, como por exemplo duas espécies de

feldspato (tectossilicato ) ou piroxênios e anfibólios (inossilicatos - cadeias de

tetraedros simples e em duplas, respectivamente), são suficientemente

semelhantes para que um nucleie no outro, mas outros apresentam afinidadesinesperadas entre si, como por exemplo silimanita (nesossilicato ) e muscovita

(filossilicato ).

Nuc leação



Cristais “semente” podem induzir algumas vezes a nucleação de uma fase

instável.

O fato da silimanita poder se formar a partir de um núcleo de muscovita, pode

favorecer energeticamente sua nucleação e crescimento fora do seu campo de

estabilidade.

Nuc leação

EPITAXIA é a habilidade de um mineral nuclear um na estrutura do outro.

SINTAXIA é quando dois cristais apresentam orientação cristalográfica

essencialmente paralela um no outro.



Cristais não podem crescer se os íons apropriados não são capazes de

mover rumo ao cristal para sua fixação.

A difusão é mais fácil em líquidos, um pouco mais difícil em vidro e mais

lenta em cristais.

Nas rochas metamórficas a difusão acontece mais facilmente ao longo

dos limites dos grãos e mais rapidamente por transferência em solução.

Difusão



A polimerização ocorre geralmente num magma, onde se supõe que Al,

Si e O já estão conectados, embora sem o grau de ordenamento presente

nos cristais.

Para esses elementos a difusão requer que os polímeros sejam

desfeitos, e a adição de água e álcalis pode colaborar para tal.

Nas rochas metamórficas, minerais instáveis reagem antes que várioselementos fiquem livres para se difundirem em direção aos sítios de

nucleação e crescimento.

Difusão



Cresc imen to

O crescimento dos cristais depende da formação de um núcleo e da

difusão para mover o elemento apropriado para o local de crescimento.

Cristais nunca são perfeitos - são caracterizados por defeitos ou

deslocamentos. Os cristais não cresceriam tão facilmente se não fossem

pelos defeitos.



Cresc imen to

Os degraus nas faces do cristal associados aos deslocamentos helicoidais

favorecem particularmente sítios de fixação para átomos.

Ângulos reentrantes associados os limites de geminação aumentam os efeitos dos

deslocamentos helicoidais, fazendo destes locais preferenciais para o crescimento.



A configuração cristalina mais estável são as formas facetadas simples.

Tais faces em equilíbrio são produzidas se as taxas de difusão são mais rápidas

que a taxa de crescimento do cristal – isso é o que acontece normalmente emmagmas com baixa viscosidade com apenas uma leve sobrefusão.

Cresc imen to



A sobrefusão (undercooling ) ou superfusão (supercooling ) consiste em

resfriar um líquido abaixo da sua temperatura de solidificação sem que ele

passe para o estado sólido.

Isto é explicado admitindo-se que o líquido superfundido se encontre em um

estado de equilíbrio dito meta-estável.

Assim qualquer perturbação produz a solidificação do líquido sobrefundido.

Cresc imento



Quando colocamos, em um líquido superfundido, um pequeno cristal da

substância, este serve de núcleo e provoca a solidificação de toda a

substância.

Uma perturbação mecânica (por exemplo, agitação) num líquido

superfundido também pode provocar a solidificação.

Quando um líquido superfundido se solidifica, a sua temperatura aumenta

até atingir a temperatura de solidificação

Cresc imento



Cresc imen to

Os graus de difusão diminuem à medida que a viscosidade aumenta

com o aumento da sobrefusão ; ao mesmo tempo, as taxas de nucleação

e crescimento podem aumentar e o resultado final é o aparecimento de

uma textura em desequilíbrio.

Exemplo:

Formas esqueléticas, dendríticas e esferulíticas.

Formas dendriticas e esqueléticas são eficientes para liberar o calor

latente de cristalização.



Taxas idealizadas de nucleação e crescimento no cristal emfunção da temperatura abaixo do ponto de fusão.

O resfriamento lento resulta

numa menor sobrefusão (Ta) de

tal forma que o crescimento é

rápido e a nucleação é lenta,

produzindo cristais de maior

granulação.




Um resfriamento rápido permite

uma maior sobrefusão (Tb) de tal

forma que a taxa de nucleação é

maior que a taxa de crescimento,

gerando cristais de granulação

menor.




Um resfriamento muito rápido

gera pouca ou nenhuma

nucleação ou crescimento (Tc),

dando origem a um vidro.

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