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Mineralogia Susana Prada
1. Talc 2. Gypsum 3. Calcite 4. Fluorite 5. Apatite 6. Orthoclase 7. Quartz 8. Topaz 9. Corundum 10. Diamond
Mineralogia
• Estudam-se as unidades fundamentais das rochas, os minerais, cujo conhecimento é indispensável à identificação e caracterização das propriedades das rochas.
ROCHAS
As rochas são agregados de minerais
• Rochas Magmáticas: resultam da consolidação do magma;
• Rochas Sedimentares: são formadas por meteorização de rochas pré-existentes e posterior deposição ou precipitação desses materiais;
• Rochas Metamórficas: formam-se por recristalização de rochas preexistentes por acção do calor e pressão.
Definição de Mineral
� substância sólida,
�de origem natural,
�de natureza inorgânica,
� geralmente cristalina (possui estrutura atómica ordenada em configurações geométricas que se repetem nas 3 dimensões)
� formada por átomos ou iões,
� com composição química definida (pode variar dentro de limites fixos)
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Organização da matéria natural inorgânica
• Amorfa: na matéria amorfa as partículas elementares distribuem-se desordenadamente, de uma maneira perfeitamente aleatória.
• Cristalina: na estrutura cristalina há uma repetição periódica das partículas elementares segundo as três dimensões do espaço.
Importância dos minerais
Algumas utilizações dos minerais
• Gemas: diamante, rubi e safira (corindo), esmeralda e água marinha (berilo).
• Indústria de cerâmica, porcelana e vidro: Argilas, feldspato e quartzo.
• Refractários: asbesto ou amianto (tecidos incombustíveis)
• Minérios de metais: Galena/o chumbo; Calcopirite/ o cobre; Cassiterite/o estanho; Esfalerite/o zinco; Rútilo e ilmenite/o titânio; Hematite e Magnetite/o ferro; Volframite/o tungsténio ou volfrâmio (filamentos de lâmpadas, pto de fusão 3410°)
• Abrasivos: diamante, corindo, quartzo
• Cal, cimento e betão: calcite, dolomite, gesso
• Descongelante de vias de comunicação: halite
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Identificação de minerais
1. Técnicas espectroscópicas: são meios sofisticados e de grande especialização. Requerem equipamentos sofisticados e muito caros, microscopia óptica, difracção de raios-X , etc.
2. Através das propriedades físicas: faz-se a partir de amostras de mão, com recurso a ensaios simples.
Principais propriedades físicas dos minerais
• Propriedades ópticas: Cor, Brilho, Risca, Transparência ou diafaneidade
• Propriedades mecânicas: Clivagem, Fractura, Dureza, Tenacidade, Densidade
• Outras propriedades: magnetismo, sabor, cheiro, tacto, efervescência com HCl, etc.
Cor
• Determinada através da observação de umasuperfície fresca do mineral. A cor é o resultado dasradiações não absorvidas pelo mineral.
• Mineral idiocromático: apresenta sempre a mesmacor (ex. galena, calcopirite)
• Mineral alocromático: apresenta cores diversas quesão função de pequenas diferenças de composiçãoquímica ou de pequenas impurezas (ex. quartzoametista, tem Fe3+, quartzo róseo tem Ti4+, berilocom Cr3+ fica verde, a esmeralda, o corindo comCr3+ fica vermelho, o rubi)
Brilho
Aparência da superfície do mineral quando reflecte a luz:
• Brilho metálico: aparência brilhante de um metal
• Brilho vítreo: brilho do vidro
• Brilho nacarado: aparência de uma pérola ou da madrepérola das conchas de moluscos
• Brilho gorduroso: aparência de estar coberto por uma camada de óleo, a nefelina e por vezes o quartzo
• Brilho terroso: superfícies baças, sem brilho, como a limonite e a caulinite
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Risca
• É a cor do pó do mineral, produzido sobre uma porcelana. Pode coincidir, ou não, com a cor do mineral.
• É mais constante do que a cor do mineral
• É particularmente útil na distinção dos minerais de brilho metálico
• Limitação: minerais com dureza superior a 7, não deixam risca na porcelana (como a porcelana tem dureza ≈ 6,5, o pó originado é da porcelana e não do mineral)
Dureza
Escala de Mohs:
1 Talco
2 Gesso
3 Calcite
4 Fluorite
5 Apatite
6 Ortoclase
7 Quartzo
8 Topázio
9 Corindo
10 Diamante
• Resistência dos minerais à abrasão (resistência um mineral oferece ao ser riscado).
• Depende das forças de união entre os átomos.
• Determina-se por comparação com uma escala de dureza, Escala de Mohs, constituída por minerais padrão. Em termos de dureza absoluta, a escala não é linear.
• Att: a dureza varia com o grau de alteração da amostra.
Método expedito para determinação da dureza (objectos de dureza conhecida)
Unha ≈ 2 a 2,5
Moeda de cobre ou
alfinete ≈ 3 a 3,5
Vidro ≈ 5,5 a 6
Porcelana ≈ 6,5
Tenacidade
• Resistência que um mineral oferece ao ser traccionado, comprimido, cortado ou dobrado, isto é, a sua coesão:
1. Quebradiços ou frágeis: partem-se quando percutidos com martelo (a maioria).
2. Elásticos: permitem alguma deformação, sem partir, e retomam a posição inicial (micas).
3. Flexíveis: deformam-se e não voltam à posição inicial, a deformação é permanente (maleável, reduz-se a chapas), (dúctil, reduz-se a fios), caso do cobre, do ouro e prata nativos.
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Densidade relativa
• A densidade, ρ, define-se como o quociente entre a massa e o volume (kg/m3).
• A densidade relativa é adimensional, uma vez que é a relação entre o peso específico do mineral e o de igual volume de água (peso específico calcula-se multiplicando a densidade pela aceleração da gravidade, N/m3).
• Depende da espécie de átomos pela qual é composto e do respectivo empacotamento, como se arranjam entre si (diamante 3,5; grafite 2,2)
• Densidade baixa: < 2,5 (ex: halite)
• Densidade média: 3 (ex: quartzo 2,65)
• Densidade elevada: 4 a 10 (ex: pirite 5)
Clivagem
• Propriedade de se fragmentar segundo planos de fraqueza - superfícies planas, lisas, brilhantes e paralelas a si mesmas.
• A orientação destes planos de fraqueza é função da estrutura interna do mineral
• Os planos de clivagem, quando existem, podem variar de 1 a 6 (ver figura)
• Podem ser bastante perfeitos ou menos perfeitos
Fractura
• Propriedade dos minerais fracturarem segundo superfícies não planas e aleatórias.
• Conchoidal ou concoidal: superfície curva semelhante à superfície interna de uma concha (côncava ou convexa)
• Irregular: superfícies rugosas completamente aleatórias
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Outras Propriedades
• Magnetismo: quando o mineral desvia uma agulha magnética
• Sabor: o sabor salgado identifica a halite
• Cheiro: pode caracterizar certos minerais como a caulinite, o enxofre, etc.
• Efervescência com ácidos: própria dos minerais da classe dos carbonatos(CO3)
As propriedades dos minerais dependem
fundamentalmente de 3 factores:
1. Natureza das ligações químicas que unem as partículas elementares
2. Composição química do mineral
3. Geometria da estrutura interna
Forças de ligação nos cristais
• As forças que ligam entre si as partículas elementares dos sólidos cristalinos são de natureza eléctrica.
• O tipo e intensidade das ligações químicas são responsáveis pelas propriedades físicas e químicas dos minerais, em geral, quanto mais forte for a ligação química, mais duro é o cristal, mais elevado é o ponto de fusão e menor é o coeficiente de expansão termal.
Ligações químicas principais
1. Van der Waals: ligação muito fraca, originando clivagem fácil e durezas baixas (grafite, talco e enxofre)
2. Iónica: resulta da atracção entre iões de carga oposta, confere a propriedade de se dissolverem, durezas e
pesos específicos moderados, pontos de fusão elevados,
são maus condutores de electricidade e de calor (halite)
3. Covalente: é a ligação mais forte, pois há partilha de electrões entre átomos. Minerais muito estáveis com durezas e pontos de fusão elevados, insolúveis e maus
condutores de electricidade (diamante)
4. Metálica: elevada condutibilidade eléctrica e plasticidade, com durezas e pontos e fusão baixos (só os metais nativos apresentam ligação metálica pura)
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Origem dos minerais:
1. A partir de uma solução
• Precipitação por evaporação da água onde os elementos se encontram em solução (gesso, halite)
• Precipitação por diminuição da pressão ou da temperatura da água. Esta, torna-se saturada, cristalizando o mineral (calcite no fundo do mar ou lago; estalactites e estalagmites em grutas; calcedónia revestindo cavidades nas rochas, travertinos e opalas em fontes quentes, etc.)
2. Cristalização a partir de uma massa em fusão
• Os minerais das rochas magmáticas (quartzo, feldspatos, micas, anfíbolas, piroxenas, olivinas) formam-se por arrefecimento de uma massa em fusão, o magma
3. A partir de um vapor
• Os átomos ou moléculas dissociadas, por arrefecimento do gás, unem-se até formarem um sólido com estrutura cristalina
• Por sublimação ou deposição, dos gases vulcânicos, origina-se o enxofre
• Cristalização dos flocos de neve directamente a partir do vapor de água.
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Os minerais estão classificados de acordo com a sua composição Elementos Nativos
• Além dos gases livres da atmosfera, encontram-se no estado nativo cerca de 20 elementos:
• Metais nativos: Ouro (Au), Prata (Ag), Cobre (Cu), Platina (Pt), Ferro (Fe)
• Semi-metais nativos: Arsénio (As), Bismuto (Bi)
• Não-Metais nativos: Grafite (C), Diamante (C), Enxofre (S)
Sulfuretos (S)2-
• Galena PbS2
• Calcopirite CuFeS2
• Pirite FeS2
• Esfalerite ZnS
• Arsenopirite AsFeS
• Pentlandite (Fe,Ni)9S8
Óxidos (O)2-
• Hematite Fe2O3
• Magnetite Fe3O4
• Corindo Al2O3
• Cassiterite SnO2
• Rútilo TiO2
• Ilmenite (Fe,Mg,Mn) TiO3
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Hidróxidos (OH)-
• Goethite FeO(OH)
• Limonite, FeO(OH)H2O
Usada como pigmento, ocre amarelo e como minério de ferro
• Bauxite, uma mistura de hidróxidos de alumínio. Importante minério de alumínio
Halóides, caracterizam-se pela predominância de
iões electronegativos como Cl-, F-
• Halite NaCl
• Fluorite CaF2
Fosfatos (PO4)3-
• Apatite Ca5(PO4)F
• Turquesa CuAl6(PO4)4(OH)82H2O
Tungstatos (WO4)2-
W, tungsténio ou volfrâmio
• Volframite (Fe, Mn) WO4
Ocorre nos jazigos da Panasqueira, Argoselo, Vila Real e Gerês. O tungsténio é empregue no fabrico de ligas metálicas duras. O metal puro é utilizado nos filamentos das lâmpadas, dado o seu elevado ponto de fusão, 3410°.
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Carbonatos (CO3)2-
• Calcite CaCO3
• Dolomite CaMg(CO3)2
• Azurite Cu3(CO3)2(OH)2
• Malaquite Cu CO3(OH)2
• Magnesite MgCO3
Sulfatos (SO4)2-
• Barite BaSO4
• Gesso CaSO42H2O
• Anidrite CaSO4
Silicatos (SiO4)4-
• Classe mais vasta e mais importante
• Os silicatos constituem quase 100% das rochas magmáticas
• 90% da crosta terrestre é constituída por silicatos
NesossilicatosTetraedros isolados
• Olivinas (Fe,Mg)2SiO4
• Granadas (Ca,Mg,Fe,Mn)3(Al,Fe,Ti,Cr)2SiO4
• Zircão ZrSiO4
• Topázio Al2 (SiO4)(F,OH)2
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CiclossilicatosTetraedros dispostos em anéis
• Berilo Be3Al2(Si6O18)
(esmeralda e água marinha)
• Turmalinas (Na,Ca)(Li,Mg,Al)(Al,Fe,Mn)6(BO3)(Si6O18)(OH,F)4
InossilicatosTetraedros em cadeia
• Piroxenas:
(Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)O6
• Anfíbolas:
(Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5Si6(Si,Al)2O22(OH)2
FilossilicatosTetraedros dispostos em folha
• Moscovite KAl2(AlSi3O10)(OH)2
• Biotite K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2
• Talco Mg3Si4O10(OH)2
• Serpentina ou asbesto Mg3Si2O5(OH)4
• Minerais das argilas: silicatos de alumínio hidratados com Al, Fe, Mg, K, Ca, Na e outros (caulinite, ilite, montmorilonite, clorite, vermiculite, etc.)
TectossilicatosTeraedros em estrutura tridimensional
• Quartzo SiO2
• Opala SiO2nH2O
• Nefelina (Na,K)AlSiO4
• Feldspatos:
Ortoclase KAlSi3O8
Albite NaAlSi3O8
Anortite CaAl2Si2O8
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Minerais a observar
• Calcite, CaCO3
• Dolomite, CaMg (CO3)2
• Gesso, CaSO4.2H20
• Halite, NaCl
• Quartzo, SiO2
• Feldspatos
• Olivinas
• Biotite e Moscovite
• Anfíbolas e Piroxenas
• Hematite, Fe2O3
• Magnetite, Fe3O4
• Pirite, FeS2
• Calcopirite, CuFeS2
• Galena, PbS
• Enxofre, S
• Grafite, C
• Diamante, C