Minerais

Definição

Estabilidade

História

• Cristalografia externa ﾐ 1556 De Re Metallica por Georgius

Agricola, forma de cristais explica a sua história

1669 Nicola Steno ﾐ constância dos ângulos interfaciais

1783 ﾐ Roman de d’Isle ﾐ confirma Steno com medidas goniométricas

7 sistemas de simetria

• Todos os cristais minerais podem ser a base de exame da geometria externa em 7 sistemas de simetria

Sistema Eixo(s) de simetria

cúbico 4 eixos triplos

tetragonal 1 eixo quadruplo

hexagonal 1 eixo sextuplo

trigonal 1 eixo triplo

ortorrômbico 3 eixos duplos

monoclínico 1 eixo duplo

triclínico sem eixos

•Para além dos eixos de simetria existem ainda os planos

e centros que todos juntos aplicados em operações de

simetria permitem classificar todos cristais em 32 classes

Cristalografia interna

1784 ﾐ Rene J. Hauy ﾐ ideia de moléculas

subtractivas e teoria dos índices racionais

1850 ﾐ August Bravais ﾐ moléculas poliédricas,

translação,

Translação Sistema ângulos entre eixos x,y,z Períodos de translação

cúbico (regular) a = b = c

tetragonal a = b c

hexagonal a = b c

trigonal

90

a = b c

a = b = c

ortorrômbico a b c

monoclínico 90 a b c

triclínico 90 a b c

Sobre os pontos materiais das

células(malhas) primitivas podem

ser aplicadas as translações de de que resultam catorze

malhas de Bravais.

14 malhas de Bravais

Modo: primitivo base centrada centrado faces centradas

Sistema:

Cúbico

Tetragonal

Ortorômbico

Monoclínico

Raios x e a estrutura do sólido • Raios x possuem comprimentos de onda entre 10-8 a 10-12 m,

portanto semelhantes a espaçamentos entre átomos

• A estrutura cristalina funciona em relação a essa radiação como malha de difracçaõ

Experiência de Bragg 1915

formaliza a condição de difracção, permitindo o cálculo dos

espaçamentos interplanares

Experiência de von Laue 1912

Didpersão e difracção da radiação sobre um cristaç (CuSO4) imóvel

Principais tipos de ligações

Iónica - entre atomos de

diferente electronegatividade

Por atracção culombiana

Covalente - semelhante electronegatividade por

compartilhamento de orbitais

Metálica - todos os electrões

estão livres

Van der Waals - formação de dipolos

momentâneos

Coordenação nos cristais

Minerais - Elementos nativos Polimorfos de C

Modelos de :M.Hewat

Diamante Grafite

Ligação covalente entre cada 4 atomos,

que implica 4 electrões de valência,

sistema cúbico, máxima dureza, abrasivo

Ligação covalente entre cada 3 atomos,

que implica 3 electrões de valência,

sistema hexagonal, baixa dureza. lubrificante

Nanotubo (Rice University) e Buckybola

Outras estruturas -fulerenos

Minerais - Elementos nativos

Enxofre

Ouro

Minerais - Sulfuretos

FeS2 - pirite (cub) e

marcasite (ortor.) forma-

se num grande leque de condições fq

CuFeS2 - calcopirite,

tetragonal,

fundamentalmente hidrotermal

Outros elementos metálicos a formar minerais sulfuretados:

Zn, Pb, Cd, Hg

Minerais - Compostos halóides Em regra geral compostos iónicos, de elementos com forte contraste de

electronegatividade. Os maiores depósitos resultam da evaporação da água

marinha.

Halite - NaCl

Fluorite - CaF2

Cúbico, de faces centradas

Minerais - Óxidos e hidróxidos

Magnetite - Fe3O4 ou Fe2O3*FeO,

cúbico, Fe+++ ocupa posições teraédricas e metade de

octaédricas, magmático ou

metamórfico, ferromagnético

Hematite - Fe2O3, hexagonal, produto

da oxidação dos minerais de Fe,sedimentar ocorre tb em ambiente metamórfico e

magmático

Modelos de :M.Hewat

Modelos de :U.Texas

Composição e estrutura da ferrihidrite e goetite

• Ferrihidrite Fe2O3 . 2 FeO(OH) . 3H2O

• Goetite FeO(OH)

5 nm

Goetite -

ortorómbico, produto de alteração, comum

no meio sedimentar

Composição e estrutura da ferrihidrite e goetite

• Ferrihidrite Fe2O3 . 2 FeO(OH) . 3H2O

• Goetite FeO(OH)

5 nm

Minerais - Carbonatos

CaCO3 possui dois polimorfos, a trigonal calcite e a

ortorómbica aragonite, formados fundamentalmente por via de precipitação biótica nos oceanos. Aragonite

é mais denso e, em princípio mais estavel em altas

pressões.

Coral aragonítico cristal de calcite

Esquema: Universidade de Colorado

Minerais - Fosfatos e Sulfatos

Apatite - Ca5 (PO4)3( F,Cl,OH) , hexagonal é único mineral de fósforo ,quantitativamente importante na

litosfera. Forma-se em todos ambientes geológicos.

Apatite das rochas magmáticas constitui

o reservatótio primário do P que suporta a

vida na Terra!

Gesso - Ca SO4 ortorómbico e Anidrite - Ca SO4 *2H2O,monoclínico é o sulfato de maior importância no meio

sedimentar. Formam-se somente em meio sedimentar por evaporação

da água marinha

Minerais - Silicatos

Elemento: Si e Al Al, Fe, Mg.. Ca, K, Na....

Coordenação: 4 6 8 RSi/RO= 0.3 RAl/RO= 0.41

o o

o o + (OH, F...)

O, Si e Al são os elementos mais abundantes da crosta terrestre.

Os silicatos-aluminosilicatos são o grupo mineral mais númeroso e quantitativamente mais importante na crosta

Silicatos - classes

Nesosilicatos Sorosilicatos Ciclosilicatos Inosilicatos Filosilicatos Tectosilicatos

Si/O = 4 Si/O = 2/7 Si/O = 1/3 Si/O = 1/3 e 4/11 Si/O = 2/5 Si/O = 1/2

Nesosilicates: independent SiO4

tetrahedra

Filosilicatos 1:1 Folha tetraédrica

Folha octaédrica

Camada 1:1

A junção da folha tetraédrica e

octaédrica em camada 1:1 é consumada

através da partilha de oxigénios e

grupos OH-. As cargas eléctricas da

camada são balaçadas e

as camadas ligam-se através de pontes

de hidrogénio. Os espaços intercamada

não admitem moléculas polares.

Caulinite é um mineral comum que

resulta de alteração intensa (hidrolise)

dos aluminosilicatos.

Classificamos a caulinite como mineral

dioctaéderico, ja que dois em cada três

sitios octaédricos são ocupados por

catião Al+3. No caso de catiões

bivalentes, como p.ex. Mg+2, todos os

sitios octaédricos são ocupados e a o

mineral (p.ex. serpentina) cclassifica-se

como trioctaédrico

Estrutura e imagem SEM de caulinite

Imagens SEM webmmineral.com

Sistemática de argilas

Arranjo Grupo e carga da camada

Subgrupo Especie Fórmula química

1:1 Caulinite Di Caulinte Al2Si205(OH)4

carga=0 Nacrite Al2Si205(OH)4

Tri Antigorite Mg3Si2O5(0H)4

2:1 Micas Di Muscovite KAl2(Si3Al)010(OH)2

carga=1 Tri Biotite K(Mg,Fe)3(Si3Al)010(OH)2

Ilite Di Ilite K<1Al2(Si3Al)010(OH)2 . nH2O

carga<1 Glauconite K(Mg,Fe)2(Si3.7Al0.3)010(OH)2

Esmectites Tri Saponite Na0.3Mg3(Si3.7Al0.3)010(OH)2

0.2< carga < 0.6 Stevensite Na0.33Mg2.83 Si4010(OH) 2

Di Montmorillonite Na0.3(Al1.7Mg0.3)Si4010(OH)2 . nH2O

Vermiculites Di Vermiculite Alx/3Al2(Si4-xAlx)010(OH)2 . nH2O

0.2< carga < 0.6 Tri Vermiculite (Mg,Ca)x/2Mg3(Si4-xAlx)010(OH)2 . nH2O

2:1:1 Clorites Di Sudoite Mg3-xAl2+x(Si4-x Alx)010(OH)8

carga variável Tri Clinocloro (Mg5Al)(Si3 Al)010(OH)8

Compostos minerais parcialmente ordenados

•Alofana SiO2. (0.9-2)Al2O3

. nH2O parcialmente ordenada

•Imogolite SiO2. Al2O3

. nH2O

paracristalina

5 nm

H20

H20

H20

H20

2nm

Suprfície específica e grau de dispersão do sólido

A superficie total de contacto entre os substratos e controla a velocidade de reacção!

É a essência de catálise

Cubo com aresta de 1cm 6 cm2 = 6 x 10-4 m2

= 6 x 108 m2

moagem

Aresta passa a 10 m

10 μm = S‘ = 6 x 102 m2

109 partículas S‘total = 109 x 6 x 102

m2

= 6 x 1011 m2

A superficie total do sólido aumentou 103 vezes

Filosilicatos 2:1 Estrutura de Moscovite Substituição de Si por Al num em

cada 4 tetraedros provoca defice

de carga, compensado por K+.

A estrutura de ilite é identica,

mas uma parte de de potásio é

removida. Ilite é o mineral

argiloso mais comum dos solos e

sedimentos da faixa de climas

temperados

Filosilicatos 2:1 smecites

Tectosilicatos

Estrutura de Microcline KAlSi3O8 Al substitui Si de forma aleatória.

O defice de carga é compensado

por um catião K

Tectosilicatos - zeólitos Caracterizam-se pela microporosidade asscociada a

ordenamento estrutural

Chabasite (Ca,Na2)[Al2Si4012]6H20 Natrolite (Na2)[Al2Si3010]2H20

Zeólitos- estrutura

Uma gaiola de unidades teraédricas

No seio dos espaços vagos

os zeólitis podem adsorver

grande quantidade de iões. Por isto são

utilizados como catalizadores ou

permutadores iónicos.

Chabasite (Ca,Na2)[Al2Si4012]6H20 Natrolite (Na2)[Al2Si3010]2H20