Minerais e suas propriedades

UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO – UNIVASF
CAMPUS SERRA DA CAPIVARA
COLEGIADO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA – CCINAT
Minerais e suas propriedades
• Material de apoio:
Apêndice no final do Decifrando a Terra
Capítulo 3 – Minerais da Terra
Acervo de Minerais on line da Unesp
www.webmineral.com
http://www.rc.unesp.br/museudpm/banco/grm.html
Sumário
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Minerais e suas origens;
Propriedades físicas e morfológicas dos minerais;
Propriedades elétricas;
Propriedades magnéticas;
Propriedades químicas;
• Como se formam os minerais?
• Qual a importância dos minerais ao homem?
Classificação Sistemática dos Minerais
• Agrupados com base no ânion ou radical aniônico dominante na fórmula química (James
Dana);
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Elementos Nativos
Sulfetos
Sulfossais
Óxidos
Halóides
Carbonatos
Nitratos
Boratos
Sulfatos e cromatos
•Fosfatos, arseniatos e vanadatos
•Tungstatos e molibdatos
•Silicatos:
•Piroxênios
•Anfibólios
•Argilominerais
•Micas e Talco
•Feldspatos
•Plagioclásios
•Feldspatoides
•Quartzo
• Substância homogênea, inorgânica, de ocorrência natural
propriedades químicas e físicas definidas em estado sólido;
com
Ilmenita
Tirolita
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Ouro associado a
quartzo
• Composição química bem definida: pode ser representado por
uma fórmula química;
Dolomita:
CaMg(Co3)2
Pirita: FeS2
• Outros minerais podem apresentar uma série, onde um elemento pode ser total ou
parcialmente substituído por outro;
• Um exemplo seria os piroxênios que não apresentam composição química definida
podendo variar com os elementos Mg e Fe se substituindo mutuamente em várias
proporções na composição do mineral (solução sólida) - (Mg,Fe)SiO2;
Enstatita (Piroxênio)
(Mg, Fe)SiO2
• Os minerais podem ser constituídos por um único elemento químico, tais como o ouro
nativo (Au), o antimônio (Sb) e o diamante (C);
Cristal de Bismuto
Cristal de Diamante
Cristais de Antimônio
Cristais de Enxofre
• Entretanto, devido à tendência natural que os elementos químicos mais abundantes no
universo tem de se combinarem entre si, a maioria dos minerais são compostos formados
por dois ou mais elementos;
• Pirita – FeS2
• Ortoclásio – KAlSi3O8
• Alguns possuem uma composição mais complexa:
Pumpellyita – (Fe2+)(Ca2(Fe2+Fe3+)(Al,Fe3+)2Si3(O,OH)14)
• Isomorfismo – Minerais com diferentes composições químicas que
apresentam mesma estrutura cristalina.
Ex: Halita (NaCl) e Silvita (KCl).
• Solução Sólida - propriedade comum em vários minerais e é controlada pelo intercâmbio
de determinados elementos na estrutura cristalina; (íons com valência diferente, mas com
raio iônico semelhante; também ocorre pelo controle da temperatura).
• Substâncias de composição intermediária, comum em olivinas.
Ex: Forsterita (Mg2SiO4) e Faialita (Fe2SiO4)
• Polimorfismo - propriedade de uma substância química se cristalizar em diferentes tipos de
arranjos atômicos, ou seja, minerais com mesma composição química mas com estrutura
diferente;
• Pressão e temperatura são os principais fatores que possibilitam o polimorfismo;
Ex: Diamante (C) e Grafita (C).
• O diamante (+denso) forma-se no manto a em condições de alta T e P, enquanto que a
grafita (-densa) no interior da crosta;
Origem dos Minerais
• Se formam pela cristalização a partir do resfriamento de magmas;
• Rearranjo
de
(metamorfismo);
íons
em
temperaturas
intermediárias
• Precipitação de sais pela evaporação de uma solução;
• Estrutura cristalina: possui arranjo atômico geometricamente
ordenado;
Arranjo atômico
Na+
Halita: NaCl
Cl-
• Cristal: sólido homogêneo com ordem interna regular limitado por faces
planas;
Cristal de
Topázio
• Sempre que sua cristalização se der em condições ideais, a organização
atômica interna do mineral se manifestará em uma forma geométrica externa
com a consequente formação de vértices, arestas e faces naturais;
Topázio
Tremolita
Forma
Cristalográfica
• Mineralóide: Qualquer sólido ou líquido que ocorre naturalmente, sem
arranjo sistemático de átomos (estrutura cristalina);
• Apresentam características amorfas ou parcialmente amorfas
Âmbar
Obsidiana
Mercúrio
• São minerais ou mineralóides - Cálculo renal, rochas fosfáticas (guano)?
• A opala é um silicato hidratado amorfo (não
possui arranjo cristalino) originada da
decomposição termal de silicatos.
Opala – SiO2.nH2O
• A pérola é considerado um mineraloide por
ser produzida organicamente. Também não
apresenta arranjo cristalino. É composta
principalmente por CaCO3 hidratado (nH2O);
• O gelo formado nas regiões polares é considerado um mineral, no entanto, a
água em estado líquido, não;
Imagens de microscópio de varredura eletrônica (MVE) mostrando cristais de gelo.
• Rocha: Agregado natural e multigranular formado de um ou mais
minerais e/ou mineralóides;
Granito
(Rocha composta
por minerais)
Quartzo
(Mineral)
Biotita
(Mineral)
Feldspato
(Mineral)
• Minério – é um termo usado quando a rocha ou mineral apresenta
importância econômica;
Pechblenda (Uraninita) – rocha rica em Óxido de Urânio
Bauxita – rocha rica em oxi-hidróxido de alumínio
Propriedades Físicas e Morfológicas dos Minerais
Identificando os minerais
Estrutura Atômica dos Minerais
• Minerais
formam-se
por
cristalização  crescimento
de um sólido a partir de um
gás ou líquido;
• Os átomos agrupam-se em
proporções
químicas
e
arranjos cristalinos segundo
um
arranjo
geométrico
tridimensional
regular
–
ângulos se formam entre as
ligações químicas;
Ligações Químicas
Forma /Observações
Exemplos
Propriedades Químicas
Iônicas
União de Cátions e Ânions
Covalentes
Compartilhamento de elétrons Átomos de
entre átomos
diamante
Metálicas
Compartilhamento
(elétrons Metais ou elementos
livres de átomo para átomo - nativos (Au, Ag, Cu, Al)
nuvens)
Van der Waals
Mais fraca, une moléculas e Grafita: camadas de
unidades estruturais neutras. átomos de C (covalente),
Rara.
unidas entre si (Van der
Waals)
Halita (NaCl) – Na 1+ Cl 1C
no
Hábito Cristalino
• É a forma geométrica habitual externa do mineral que reflete o arranjo atômico interno
(estrutura cristalina);
• Tipos:
1.
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10.
Prismático (colunar);
Fibroso;
Acicular (agulhas);
Tabular (maciço)
Lamelar (lâminas);
Equidimensional;
Botroidal (glóbulos em grupo);
Esferoidal;
Pulverulento;
Dendrítico (arborescente);
Magnesita
• Alguns minerais tem hábitos cristalinos tão distintos que os tornam facilmente
reconhecíveis;
Micas - Tabular
Magnetita (Fe3O4) - Octaedro
Limonita Fe(OH)3- Botroidal
Calcita (CaCO3) - Romboedro
Galena (PbS2)- Cúbico
CTG - Dept. de Geologia
(Pirita)
(Isométrico)
(Tabular)
(Acicular)
(Colunar)
(Hábito Cúbico)
(Lamelar)
(Fluorita)
(Calcita)
(Hábito Romboédrico)
(Hábito Octaédrico)
Transparência
• É a capacidade de permitir a passagem de luz;
• Tipos:
1. Transparentes – não absorvem ou pouco absorvem luz;
2. Translúcidos – absorvem consideravelmente a luz;
3. Opacos – absorvem totalmente a luz;
• A transparência pode depender da espessura do mineral. Alguns se tornam
transparentes em camadas delgadas;
Fluorita
Quartzo Hialino
Amazonita
Brilho
• Quantidade de luz refletida pela superfície do mineral;
• Tipo:
1. Metálico – reflete > 75% da luz incidente;
2. Não-metálico – reflete < 75% e divide-se em:
- Vítreo (brilho da fratura fresca do vidro);
- Gorduroso (brilho do azeite);
- Sedoso
- Terroso
Brilho metálico da Hematita
Brilho gorduroso da Esfalerita
Brilho terroso da Caulinita
Brilho vítreo do Quartzo
Cor
• Resulta da absorção seletiva de parte do espectro que compõe a luz. Existem alguns
fatores que colaboram para absorção como:
• 1) elementos de transição (Fe, Cu, Ni, Cr, V) na composição química do mineral;
• 2) defeitos na estrutura atômica e;
• 3) pequenas inclusões de minerais;
• Tipos:
1) Idiocromáticos: Cor característica (enxofre);
2) Alocromáticos: Cor variada (turmalina, quartzo);
Quartzo - Alocromático
Quartzo rosado
Quartzo leitoso
Quartzo enfumaçado
Enxofre (Idiocromático)
Traço
• Traço, ou a cor do traço, representa a
cor do pó mineral. Obtêm-se a cor do
pó mineral riscando-o sobre uma
superfície branca de porcelana;
• Muito útil para identificar tipos de
minerais ferrosos e opacos que
apresentam traços de variadas cores
(vermelho, marrom, amarelo, etc.);
Traço da Hematita – Vermelho acastanhado
• Resistência que o mineral apresenta
ao ser riscado;
Dureza
• Depende do tipo de ligação química;
• A escala de dureza foi proposta pelo mineralogista australiano F. Mohs:
Dureza de minerais comuns;
Fratura
• Superfície irregular e curva, formada após a quebra do mineral que é controlada pela
estrutura atômica (maneira como o mineral se quebra quando a clivagem é ausente);
• É a forma como o mineral quebra quando não são produzidas pelos planos de clivagem;
• Geralmente, são os minerais que apresentam ligações químicas fortes iguais em todas as
direções;
• Tipo:
1. Irregular: superfícies rugosas e irregulares;
2. Conchoidal: superfícies lisas e curvas (forma de concha);
Fratura Conchoidal em quartzo
Fratura Conchoidal em vidro vulcânico
Fraturas Irregulares em Limonita
CTG - Dept. de Geologia
Clivagem
• Tendência do mineral se partir em planos regulares relacionados com a estrutura cristalina;
• Quando o mineral é submetido a esforços externos este pode romper-se em planos
preferenciais;
• Na estrutura de muitos minerais, algumas ligações químicas são mais fracas que outras. É ao
longo dessas ligações fracas que os minerais tendem a quebrar;
• Todo plano de clivagem é paralelo a uma face cristalina;
• Um mesmo mineral pode apresentar mais de um plano de clivagem;
• Nem todos os minerais apresentam clivagem, neste caso, diz-se clivagem ausente ou não
observável;
Ligações fracas
Faca
CTG - Dept. de Geologia
Ligações fortes
• Tipos de clivagem:
Perfeita, boa ou imperfeita;
Podem variar em até 3 direções;
• A clivagem geralmente atua nos
planos de fraqueza da estrutura
cristalina;
Calcita – perfeita em 3 direções
• Direção dos planos de clivagens:
Perfeita em 1 direção
Perfeita em 2 direções
Perfeita em 3 direções
• Muscovita – clivagem perfeita em uma
direção;
• Feldspato – clivagem boa e imperfeita (2 direções);
• Halita – clivagem perfeita em 3 direções;
• Clivagem ausente em quartzo;
• Densidade
Densidade Relativa
• É defini-se através da razão entre quantas vezes o volume do mineral é mais pesado
que o volume da água (H2O) expressa em g/cm³;
• Maioria dos minerais formadores de rocha:
2.5 < d < 3.3 g/cm³
• Alguns minerais com elementos de maior peso atômico (Ba, Pb, Sr):
d > 4 g/cm³
Geminação
• Propriedade dos minerais apresentarem intercrescimento regular
simétrico de dois ou mais cristais de uma mesma substância;
• Tipos:
1. Simples: dois indivíduos
Geminação simples da Estaurolita
2. Múltipla: vários indivíduos;
Geminação múltipla em Pirita
Geminação múltipla em Cerussita
Geminação múltipla em Aragonita
Tenacidade
• Medida de coesão de um mineral, ou seja, sua resistência à quebra,
esmagamento, dobragem, etc..
• Tipos:
1. Frágil: quebra ou pulveriza facilmente; Ex: maioria dos minerais.
2. Séctil: pode ser cortado por uma faca; Ex: Bismuto.
3. Maleável: pode ser transformado em lâminas ao se aplicar uma força entre placas;
Ex: Chumbo, Ouro.
4. Dúctil: pode ser transformado em fios; Ex: Alumínio, Platina.
5. Flexível: pode ser curvado não retornando à sua forma original, típico de minerais
com estrutura em folha; Ex: Talco e Clorita – ligações de Van der Waals ou pontes de
hidrogênio;
6. Elástico: pode ser curvado retornando à sua forma original; Ex: Micas – Ligações
iônicas de K++
Propriedades Elétricas
• É a capacidade de alguns minerais serem condutores de corrente elétrica;
• Não condutores (ligações iônicas e covalentes):
– Maioria dos minerais; Bons isolantes;
• Condutores (ligações metálicas):
– Metais – elementos nativos (Au, Ag, Cu);
• Semi-condutores (ligações parcialmente metálicas):
– Sulfetos – (Pirita, FeS2)
• Piezoeletricidade:
– Transforma pressão mecânica em carga elétrica. Ex: Quartzo – Relógio de
quartzo, Computadores, etc..
• Piroeletricidade:
– Eletricidade é gerada pelo aumento da temperatura. O mineral quando
aquecido gera corrente elétrica.
Ex: Turmalina – Sensores de temperatura.
Propriedades Magnéticas
• Capacidade de um mineral atrair ferro, metais e imãs;
Ex: Magnetita (Fe3O4) e Pirrotita (Fe1-xS)
Únicos minerais que podem ser atraídos por um campo eletromagnético.
Geralmente estão contidos em rochas ígneas e metamórficas - importante para estudos de
paleomagnetismo terrestre (magnetismo remanescente).
Recapitulando
• Como se formam os minerais?
• Qual a importância dos minerais ao homem?
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