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Minerais
0440107DinâmicadoSistemaTerra1Prof.Dr.GastonEduardoEnrichRojasUniversidadedeSãoPaulo
Mineral• Ummineralé:
• sólidohomogêneo,• natural,• formadoporprocessosinorgânicos,
• comumacomposiçãoquímicadefinida(masgeralmenteénãofixa),
• umarranjoatômicoaltamenteordenado(estruturacristalinadefinida).
Polimorfismoeisomorfismo• Polimorfossãomineraiscom:• amesmacomposiçãoquímica
• estruturascristalinasdiferentes
• Exemplo:• grafite(C)ediamante(C)• calcita(CaCO3)earagonita(CaCO3)
diamante
grafite
Polimorfismoeisomorfismo• Isomorfossãomineraiscom:
• estruturacristalinasemelhantes• composiçãoquímicadiferenteouvariáveldentrodecertoslimites
• Exemplo:• calcita(CaCO3)• magnesita(MgCO3)• siderita(FeCO3)
Minerais–estruturacristalina• Anaturezadasligaçõesquímicascontrolaaestruturadosminerais:• metálicas–empacotamentofechadodeátomos
• elementosnativos–Au,Pt,Cu
• covalentes–requerátomoslocalizadosemposiçõesespecíficas• diamante
• iônicas–seguemasregrasdePauling• grandemaioriadosminerais• ânion:O• cátions:Si,Al,Fe,Mg,Ca,Na,K,etc...
NomesdeMinerais• Nomesdemineraistêmsufixo–ita(dolomitaCaMg(CO3)2)
• rochastêmsufixo–ito(dolomito,rochacompostapordolomita)
• mineraisconhecidoshámuitotempopodemnãoseguirestasregras
• quartzo(SiO2)
• galena(PbS)• rutilo(TiO2)
NomesdeMinerais• podemindicar:
• localdesuadescoberta
• propriedadesfísicas• composiçãoquímica• homenagemapessoaproeminente
Aragonita(CaCO3)MolinadeAragon-ESP
Topázio(Al2SiO4(F,OH)2)IlhadeTopasos,MarVermelhoVesuvianitaCa10(Mg,Fe)2Al4Si9O34(OH)4)MonteVesúvio,ITA
NomesdeMinerais• podemindicar:
• localdesuadescoberta
• propriedadesfísicas• composiçãoquímica• homenagemapessoaproeminente
MagnetitaFe2+Fe3+2O4propriedadesmagnéticasAlbitaNaAlSi3O8alusãoàcor(branca)AzuritaCu3[OH|CO3]2alusãoàcor(azul)HematitaFe2O3alusãoàcordopó(traço)(vermelha)
NomesdeMinerais
• podemindicar:• localdesuadescoberta
• propriedadesfísicas• composiçãoquímica• homenagemapessoaproeminente
• Fluorita(CaF2)• Cromita(FeCr2O4)• Calcita(CaCO3)• Barita(BaSO4)• Zircão(ZrSiO4)• Molibdenita(MoS2)• Titanita(CaTiSiO5)• Nacareniobsita[(Ca,REE8(Na,Ca)6(Nb,Ti)2(Si2O7)4(F,O)8]
NomesdeMinerais• podemindicar:
• localdesuadescoberta
• propriedadesfísicas• composiçãoquímica• homenagemapessoaproeminente
AndraditaCa3Fe3+2(SiO4)3emhomenagemàJoséBonifáciodeAndradaeSilva
Coutinhoíta(ThxBa1-2x(H2O)y(UO2)2Si5O13·H2O)emhomenagemàProf.JoséMoacirViannaCoutinho
Goethitaα-Fe3+O(OH)emhomenagemàJohannW.vonGoethe
Comoclassificar?• Aclassificaçãonãoédefinidapelanatureza,elaéumaconvençãohumana.
• Classificaçãoéimpositiva,énorma.• Temporobjetivo:“ordenaresimplificar”• Nãosepodedesenvolverumaclassificaçãoprópria,todosdevemfalaromesmo“idioma”.
Primeiros(Tratados(Sobre(Minerais(~1100$AC$ Índia$ Vedas&~700$AC$ China$ Compilações&de&Minerais&~300$AC$ Índia$ Descrição&de&Minerais&
3841322$AC$ Grécia$ Aristóteles&–&Meterologica&3701287$AC$ Grécia$ Teophrastus&–&On&Stones&23179$AD$ Roma$ Plínio&–&Historia&Naturalis&
8º$século$AD$ Pérsia$ Jabir&ibn&Hayyan&9º$século$AD$ Arábia$ Al&Khindi&98011037$AD$ Pérsia$ Avicenna&ibn&Sina&1540$AD$ Itália$ Biringuccio&–&Pirotecnia&1556$AD$ Alemanha$ Agricola&–&De&Re&Metallica&
$
JönsJakobBerzelius,umdosfundadoresdaquímicamoderna
Classificaçãosistemáticademinerais• JönsJakobBerzelius(1779–1848)• Desenvolvimentodeclassificaçãomineral(1814)baseadanoselementos(ougrupos)maiseletronegativos,dividindo-osemclasses,comoóxidos,haletos,fosfatos,sufatosesilicatos
AClassificaçãoMineral• SystemofMineralogyJamesDwightDana(1813-1895)• PrimeiraEdição(1837):marconaMineralogia
• 4aedição(1854):Classificaçãoutilizandoasbasesdaquímica“moderna”deBerzelius
• 23ªedição(2007):atual-traduçãop/português(2012)
Classificaçãodeminerais• AssociaçãoMineralógicaInternacional(IMA)fundadaem1959• ComissãodeNovosMineraiseNomesdeMinerais(CNMNM)
• http://www.ima-mineralogy.org/
AClassificaçãoMineral• divisãoemclassesdeacordocomânionougrupoaniônico:• semelhançasfísicasemorfológicas
• siderita(FeCO3)~calcita(CaCO3)~magnesita(MgCO3)• siderita(FeCO3)≠pirita(FeS2)≠hematita(Fe2O3)
• mineraiscomomesmoradicalaniônicoemgeralseformamporprocessossemelhantesetendemaocorrerjuntosnanatureza
AClassificaçãoMineral• classessãodivididasemgruposporcritériosquímicos
• ex.:grupodosfeldspatos,grupodospiroxênios,grupodasmicas
• osgrupos,porsuavez,sãoconstituídosporespéciesminerais
esmeralda(contémpequenasquantidadesCr3+)
águamarinha(contémpequenasquantidadesdeFe2+eFe3+)
AClassificaçãoMineral• variaçõesquímicaspoucoexpressivas,podemserdesignadasvariedades• p.ex.variedadesdeberilo[Al2Be3Si6O18]
“Hierarquias”daMineralogia• CLASSEMINERAL(Óxidos,Sulfatos,Silicatos,Carbonatos,etc)
• SUBCLASSEMINERAL(Nesossilicato,Inossilicato,Tectossilicato,etc)• GRUPOMINERAL(GrupodosPiroxênios,dosAnfibólios,dasMicas)
• ESPÉCIEMINERAL(Diopsídio,Hornblenda,Biotita,Ortoclásio)• VARIEDADEMINERAL:variaçõesquímicaspoucoexpressivasdedeterminadas
espécies
38classesdeminerais
Classificaçãodosminerais• Principaisclasses:
Outrasclasses:cromatos,nitratos,boratos,arsenatos,vanadatos,etc.
classe Nºaproximadodeespécies Exemplos
ElementosNativos ~100minerais DiamanteC,OuroAuSulfetos ~600minerais PiritaFeS2
ÓxidoseHidróxidos ~500minerais HematitaFe2O3,GibbsitaAl(OH)3Haletos ~150minerais HalitaNaCl,FluoritaCaF2
Carbonatos ~280minerais CalcitaCaCO3
Sulfatos ~300minerais BaritaBaSO4Fosfatos ~500minerais ApatitaCa5(PO4)3OH
SILICATOS ~1300minerais QuartzoSiO2
PraticanomuseudoIGc-USP• Formemgrupos• Cadagrupoficacomumaclassemineral
• dessaclasseescolhedoismineraisdavitrinedomuseu• levantaminformaçõessobreuso,origemdonomeeocorrência(livroouwikipédia)
• aofinalexplicamparaoscolegas
Cu,Alaska(3toneladas)pepitaAu27,21kg47×20×9cmHandofFaith26Sep1980Victoria,AustraliaGoldenNuggetLasVegas(~US$1milhão)
elementosnativos
elementosnativos
Grafite(C)-Angolahttp://www.mindat.org/photo-91107.html
Enxofre(S)-Sicília,Itáliahttp://www.mindat.org/photo-80361.html
diamante(C)
pirita(FeS2)
galena(PbS)
sulfetos
calcopirita(FeCuS2)http://www.mindat.org/photo-148933.html
hematita(Fe2O3)
óxidos
magnetita(Fe3O4)hematita(Fe2O3)
óxidos
Córidon,variedadesafira,Paraíba,Brasilwww.mindat.org
Córidon(Al2O3),variedaderubí(esquerda)ecomumàesquerda
óxidos
rutilo(TiO2)http://www.mindat.org/photo-37829.html
ilmenita(FeTiO3)http://www.mindat.org/photo-444061.html
Hidróxidos
gibbsitaAl(OH)3
goethita α-FeO(OH)
Hidróxidos-bauxita
não é um mineral branco, cinza, amarelo, vermelho mistura de óxidos hidratados de Al: • gibbsita (principal) • diásporo • boehmita importante minério de alumínio alteração de rochas aluminossilicaticas em condições tropicais
Hidróxidos-limonitaFeO.OH.nH2Oamorfaoucriptocristalinamaciça,terrosaoubotrioidalamarela,laranja,castanho,preto-acastanhadonomedescritivodeumamisturaindeterminadadeóxidosehidróxidosdeferrogoethita+lepidocrocita(criptocristalinas)+águaadsorvida±hematita
fluorita(CaF2)
halita(NaCl)
haletos
apatitaCa5(PO4)3(OH,F,Cl)
fosfatos
aragonita(CaCO3)calcita(CaCO3)
carbonatos
carbonatos
carbonatos
azurita[Cu3(CO3)2(OH)2]http://www.mindat.org/photo-62370.htmlhttp://www.mindat.org/photo-18527.html
malaquita[Cu2(CO3)(OH)2]http://www.mindat.org/photo-340782.html
anidros–grupodabarita(BaSO4)hidratados–grupodagipsita(CaSO4.2H2O)
barita(BaSO4) gipsita(CaSO4.2H2O)
sulfatos
silicatos
Silicatos• Mineraismaisabundantesdacrostaedomantoterrestre.
• Unidadefundamental:grupoaniônico[SiO4]4-.
• Formadogrupoaniônicotetraédros
• Essaunidadefundamentalécapazdepolimerização.
• AsdiferentescombinaçõesdotetraédrosdeSiO4formamasdiferentessubclassesdesilicatos
ClassificaçãodossilicatosSubclasse Arranjodos
tetraedrosSiO4
RelaçãoSi:O
Exemplo
Nesossilicatos isolados 1:4 Olivina(Mg,Fe)2SiO4
Sorossilicatos duplo 2:7 HemimorfitaZn4(Si2O7)OH.H2O
Ciclossilicatos anéis 1:3 BeriloBe3Al2(Si6O18)
Inossilicatos cadeiassimples 1:3 EnstatitaMg2(Si2O6)
Inossilicatos cadeiasduplas 4:11 TremolitaCa2Mg5(Si8O22)(OH)2
Filossilicatos folhas 2:5 TalcoMg3(Si4O10)(OH)2
Tectossilicatos estruturastridimensionais
1:2 QuartzoSiO2
Tetraedrosisolados(nesossilicatos)
ex.olivina(Mg,Fe)2SiO4
Tetraedrosemanéis(ciclossilicatos)
beriloBe3Al2Si6O18*nH2O
variedade:esmeralda
variedade:água-marinha
Tetraedrosemcadeias(inossilicatos)
ex.grupodopiroxêniodiopsídioMg2Si2O6
Tetraedrosemcadeias(inossilicatos)
ex.grupodoanfibólio
Tetraedrosemfolhas(filossilicatos)
ex.micas(biotitaemuscovita)
Tetraedrosemestrutura3D(tectossilicatos)
Ex.Feldspatoequartzo
Feldspatos
Quartzo
quartzo(ametista)quartzo(citrino) quartzoleitoso
quartzo(cristalderocha) quartzorosacomfraturaconchoidal
quartzo
Identificaçãoecaracterizaçãodosminerais• Identificaçãoecaracterizaçãopor:
• observaçãomacroscópica(propriedadesfísicas);• examemicroscópico(propriedadesópticas);• difraçãoderaiosX;• análisequímica.• etc...(existemmuitosmétodosanalíticosdisponíveis)
• Aspropriedadesfísicasdosmineraisdependemdesuaestruturaedesuacomposiçãoquímica.• Tipoeintensidadedasligaçõesquímicas.
• Dependedosobjetivos,dotempoedocusto• Umaidentificaçãomineralrápidapodeserfeitacombaseemalgumaspropriedadesfísicas.
Aspropriedadesfísicasconstituemabasedaidentificaçãodosmineraisemamostrademão.
§ Canivete§ HCldiluído§ Imã
§ Placadeporcelana
§ Lupa
Propriedadesfísicas
Propriedadesfísicas(Classificaçãodecampo)
• hábitoeforma• clivagemefratura
• dureza(escalademohrs)
• cor,brilho,cordotraçoetransparência
• testecomHCl
• densidaderelativa• magnetismo
• propriedadesorganolépticas
Fonte: Blackburn & Dennen, 1994
Hábito• Hábitoéaformageométricaexternadomineralouagregado(aparênciageral)
• Refleteaestruturacristalina• Oscristaiscomhábitoseformamquandohouvercondiçõesparaquesuasfacescristalinaspossamsedesenvolver(quandoomeioemqueseencontramnãoinibeaformaçãodasfaces).
• Otamanhodasfacescristalinasvaria,masoânguloentreelasnão(NicolausSteno–1669);
Hábito• Equidimensional–asformasassumidaspeloscristaistendemaapresentardimensõesiguaisnas3direçõesespaciais.
• Prismático–umadasdimensõespredominasobreasoutrasduas,resultandoformasalongadas.
• Acicular–predomínioexageradodeumadasdimensõesconfereaformadeagulhaaoscristais(prismamuitoalongado).
• Tabular–duasdasdimensõespredominamsobreumaterceira,configurando-seformasachatadas.
• Placóide–omineralseapresentaemfolhasouplacas.
Hábito
equidimensional(granada)
prismático(quartzo)
acicular(aragonita)
placóide(mica)
tabular(barita)
cúbico(pirita)
Hábito• Hábitosdecristaisougrãosindividuaisdemineraisemfunçãodassuasdimensõesrelativas.
Clivagemefratura• Fraturaéasuperfícieirregularecurvadequebradosminerais.
• Afraturapodeser:• plana• irregular• conchoidal
fraturaconchoidal(quartzo)
Clivagemefratura• Clivageméumasuperfícieplanadequebradeummineral,emdireçõespré-determinadaspelasuaestruturacristalina• Podeestarpresenteemmaisdeumadireção,deacordocomomineral.
• Umasuperfíciedeclivageméumasuperfíciedequebra,enquantoqueumafacecristalinaéumasuperfíciedecrescimento.
Clivagemefratura
Estruturadamica(muscovita). KAl2(AlSi3O10)(OH)2
planosdeclivagemdamuscovita
Clivagemefratura
Clivagemefratura• Aclivagempodesermedidaporsuaqualidade:
• perfeita:omineralquebrafacilmenteeformaumasuperfíciedeclivagemlisaquerefletebemaluz
• boa(proeminente):relativamentefácildeproduzir,masasuperfícieéinterrompidaporoutrasfraturasquesãomenoscontínuas
• distinta,indistintaefraca:representamsuperfíciesdeclivagemprogressivamentemenordesenvolvidas.
• Partição:éasuperfícieplanaquepareceumaclivagemmaséfoscaporquepossuipequenasimperfeiçõesedescontinuidades
Dureza• Refere-seàresistênciarelativadeummineralaoserriscado.
• Ograudedurezaédeterminadocomparandoafacilidadeoudificuldadecomqueummineralériscadoporoutroouporumobjetodedurezaconhecida.
• Utiliza-seumaescalaformadapor10mineraiscomunsconhecidacomoEscaladeMohs(nãorepresentaintervalosregularesdedurezaabsoluta).
Dureza-EscaladeMohs1–Talco Mg3Si4O10(OH)2 Palitodefósforo(±1)
2–Gipsita CaSO4.2H2O Unha(±2)
3–Calcita CaCO3
4–Fluorita CaF2 Prego(±4)
5–Apatita Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) Aço–canivete(±5,5)6–Feldspato K(AlSi3O8) Vidro(±5,5)
7–Quartzo SiO2 Porcelana(±6,0)
8–Topázio Al2SiO4(F,OH)29–Coríndon Al2O3
10-Diamante C
EscaladedurezadeMohs3 - CALCITA 4 - FLUOTITA 5 - APATITA
7 - QUARTZO 6 - FELDSPATO 8 - TOPÁZIO 9 - CORÍNDON 10 - DIAMANTE
1 - TALCO 2 - GIPSITA
Brilhoetransparência• Brilhoéaquantidadedeluzrefletidapelasuperfíciedomineral:• Brilhometálico(aparênciademetal)
• Brilhonãometálico(vítreo,resinoso,adamantino,perláceo,sedoso,etc.)
Vítreo:brilhotípicodovidrooudoquartzo
Resinosoougorduroso:brilhotípicodaresina,causadaporumasuperfícieirregularemescalamicroscópica
Adamantino:mineraisexcepcionalmentebrilhantescomoodiamante(mineraiscomaltoíndicederefração)
Nacaradoouperláceo:comoodamadrepérola,típicodossilicatoslamelarescomootalcoeasmicas.Causadoporclivagensparalelasàsuperfícieemescalamicroscópica
Sedoso:aspectobrilhantesemelhanteàseda;característicodemuitosmineraisfibrosos.
Terrosooumate:superfíciesopaca,sembrilho,geralmenteobservadoemagregadosmuitofinos.
Diamante
Quartzo
Enxofre
Talco
Malaquita
Caolinita
BrilhoetransparênciaBrilhosnãometálicos
Brilhoetransparência• Transparênciaéapropriedadequeosmineraistêmdedeixarpassarouabsorveraluz:• Transparentes:quartzo,feldspato,mica,calcita
• Opacos:pirita,galenaemetais,emgeral
Coretraço• Acordependedaabsorçãoseletivadaluz
• Osmineraissãoclassificadosem:• idiocromáticos,aquelescomcorprópriaconstante
• alocromáticos,aquelescomcorvariável enxofre:idiocromático
Coretraço• Acordependedaabsorçãoseletivadaluz
• Osmineraissãoclassificadosem:• idiocromáticos,aquelescomcorprópriaconstante
• alocromáticos,aquelescomcorvariável
quartzo:alocromático
Coretraço• Acoréarespostadoolhoaointervalodaluzvisíveldoespectroeletromagnético
• Sealuznãoéabsorvida,omineraléincolor• Mineraissãocoloridosquandocertoscomprimentosdeondadaluzsãoabsorvidos,eacorresultadacombinaçãodoscomprimentosdeondaremanescentesquechegaaoolho.
Coretraço• Acorédeterminadaporváriosfatores:
• Oprincipalfatoréacomposiçãoquímica(elementosquímicosdetransição:Fe,Cu,Ni,Cr,V...).• esmeralda(berilocomCr3+)
• transferênciadeelétronsdevalência(Fe2+àFe3+)• aquamarinha(berilo)
• defeitosestruturais(afaltadeumíonouumaimpurezaintersticial)• fluoritalilás
• microinclusões• jaspe(quartocominclusõesdehematita)
Coretraço• Traçoéacordopódomineral
• Variamenosqueacor
Pirita
rodocrosita
Coretraço
Calcita (CaCO3) e Aragonita (CaCO3) efervescem emHCl diluído (afrio), enquanto dolomita CaMg(CO3)2 não efervesce (efervescesomentecomHClaquecido).
TestecomHCl
Propriedadesmagnéticas• Aspropriedadesmagnéticasdosmineraisresultamdoscamposmagnéticosproduzidospelomovimentodoselétronsemtornodonúcleoepelomovimentoderotaçãodoselétronsemtornodesipróprios(spin).
• Amagnetita(Fe3O4)eapirrotita(Fe<1S)sãomineraisferrimagnéticosesãoatraídosporumimãdemão.
Um imã natural é um mineral com propriedades magnéticas, como a magnetita. O imã de mão utilizado em sala de aula é um imã artificial, uma liga de neodímio-ferro-boro.
Densidaderelativa• Indicaquantasvezescertovolumedomineralémaispesadoqueomesmovolumedeágua;
• mineraisformadoresderochaoscilamentre2,5a3,3;
• mineraiscomelementosdealtopesoatômico(Ba,Pb,Sr...)apresentamdensidade>que4.
Fonte: Blackburn & Dennen, 1994
Propriedadesorganolépticas• TATO
• Ex:gorduroso(talco)
• ODOR• Ex:fétido(mineraisdeS)
• SABOR• Ex:salino(halita)
Lembrando que alguns minerais exigem cuidado no manuseio, pois são tóxicos (ex., sulfeto de arsênio – realgar) ou mesmo radioativos (ex., óxido de urânio - uraninita).
Bibliografia
• Bibliografiabásica:• Press,F.,Siever,R.,Grotzinger,J.&Jordan,T.H.2006.ParaEntenderaTerra.Ed.Artmed,656p.
• Teixeira,W.etal.2009.DecifrandoaTerra2ªEd.,Cia.EditoraNacional,SP,623p.
• Bibliografiacomplementar:• Klein,C.&Dutrow,B.2011.ManualdeCiênciadosMinerais.23ªEd.,Bookman,706p.
• Leinz,V.,Campos,J.E.deS.1982.Guiaparadeterminaçãodeminerais.CompanhiaEditoraNacional,SP,149p.
• Neves,P.C.P.etal.2003.IntroduçãoàMineralogiaPrática,EditoradaULBRA,256p.
• Fontedasimagensdeminerais:http://www.mindat.org/• http://www.webmineral.com/• http://www.google.com/imghp
Práticadirigidadeclassificação• nativos:grafite• sulfetos:galena,pirita
• óxidos:magnetita,hematita
• carbonatos:calcita• sulfato:gipsita
• tectossilicato:quartzo,feldspato
• filossilicato:biotita,muscovita
• nesossilicato:granada
Mostruáriodeclassificação• nativos:grafite,enxofre• sulfetos:galena,pirita,calcopirita
• óxidos:córidon,magnetita,hematita,rutilo,pirolusita
• hidróxidos:bauxita,limonita
• haletos:fluorita,halita• fosfatos:apatita• carbonatos:calcita,aragonita(2),azurita,malaquita
• sulfato:gipsita(rosadodeserto),selenita,barita
• tectossilicatos:quartzo,ametista,feldspato,amazonita,sodalita,zeólita
• inossilicatos:anfibólio• filossilicato:biotita,muscovita
• ciclossilicatos:turmalina,berilo
• nesossilicatos:granada,olivina,cianita