Minerais - Colégio Meta Química

Minerais
Mineral
É um corpo natural sólido e cristalino formado em resultado da interacção de processos físicoquímicos em ambientes geológicos. Cada mineral é classificado e denominado não apenas com
base na sua composição química, mas também na estrutura cristalina dos materiais que o
compõem. Em resultado dessa distinção, materiais com a mesma composição química podem
constituir minerais totalmente distintos em resultado de meras diferenças estruturais na forma
como os seus átomos ou moléculas se arranjam espacialmente (como por exemplo a grafite e o
diamante). Os minerais variam na sua composição desde elementos químicos, em estado puro ou
quase puro, e sais simples a silicatos complexos com milhares de formas conhecidas. Embora em
sentido estrito o petróleo, o gás natural e outros compostos orgânicos formados em ambientes
geológicos sejam minerais, geralmente a maioria dos compostos orgânicos é excluída. Também são
excluídas as substâncias, mesmo que idênticas em composição e estrutura a algum mineral,
produzidas pela actividade humana (como por exemplos os betões ou os diamantes artificiais). O
estudo dos minerais constitui o objecto da mineralogia.
Estrutura Cristalina
Estrutura cristalina de um cristal de sal (NaCl). Note-se a ordenação dos átomos.
Um dos pilares fundamentais do estudo dos minerais, e um dos
elementos determinantes na sua classificação, é a determinação da sua
estrutura cristalina (ou ausência dela), já que esse factor determina, a
par com a composição química, a generalidade das propriedades do
material e fornece indicações claras sobre os processos e ambientes
geológicos que estiveram na sua origem, bem como o tipo de rochas de
que poderá fazer parte.
Neste contexto, estrutura cristalina significa o arranjo espacial de longo alcance em que se
encontram os átomos ou moléculas no mineral. Na natureza existem 14 arranjos básicos
tridimensionais de partículas (neste caso átomos ou moléculas, entenda-se), designados por redes
de Bravais, agrupados em 7 sistemas de cristalização distintos, que permitem descrever todos os
cristais até agora encontrados (as excepções conhecidas são os quasecristais de Shechtman, os
quais, contudo, não são verdadeiros cristais por não possuírem uma malha com repetição espacial
uniforme).
É portanto da conjugação da composição química e da estrutura cristalina que é definido um
mineral, sendo em extremo comuns substâncias que em condições geológicas distintas cristalizam
em formas diferentes, para não falar da similaridade de cristalização por parte de substâncias com
composição química totalmente diversa.
De fato, dois ou mais minerais podem ter a mesma composição química, mas estruturas cristalinas
diferentes, sendo nesse caso conhecidos como polimorfos do mesmo composto. Por exemplo, a
pirite e a marcassite são ambos constituídos por sulfeto de ferro, embora sejam totalmente
distintos em aspecto físico e propriedades.
Similarmente, alguns minerais têm composições químicas diferentes, mas a mesma estrutura
cristalina, originando isomorfos. Um exemplo é dado pela halite, um composto de sódio e cloro em
tudo similar ao vulgar sal de cozinha, a galena, um sulfeto de chumbo, e a periclase, um composto
de magnésio e oxigénio.
Apesar de composições químicas radicalmente diferentes, todos estes minerais compartilham da
mesma estrutura cristalina cúbica.
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As estruturas cristalinas determinam de forma preponderante as propriedades físicas de um
mineral: apesar do diamante e grafite terem a mesma composição, a grafite é tão branda que é
utilizada como lubrificante, enquanto o diamante é o mais duro dos minerais.
Para ser classificado como um "verdadeiro" mineral, uma substância deve ser um sólido e ter uma
estrutura cristalina definida. Deve também ser uma substância homogénea natural com uma
composição química definida. Substâncias semelhantes a minerais que não satisfazem estritamente
a definição, são por vezes classificados como mineralóides.
Estão actualmente catalogados mais de 4 000 minerais, todos eles reconhecidos e classificados de
acordo com a International Mineralogical Association (IMA), a instituição de referência na
aprovação da classificação e nomenclatura internacional dos minerais.
De fora ficam materiais como a obsidiana ou o âmbar, que embora tenham carácter homogéneo,
origem geológica e aspecto mineral dado pela sua origem, ocorrência e características
macroscópicas, não são materiais cristalinos.
Minerais e Rochas
Embora na linguagem comum por vezes os termos mineral e rocha sejam utilizados de forma
quase sinónima, é importante manter uma distinção clara entre ambos. É preciso não perder de
vista que um mineral é um composto químico com uma determinada composição química e uma
estrutura cristalina definida, como atrás foi apontado. Se é verdade que existem rochas compostas
por um único mineral, na generalidade dos casos, uma rocha é uma mistura complexa de um ou
diversos minerais, em proporções variadas, incluindo frequentemente fracções, que podem ser
significativas ou mesmo dominantes, de material vítreo, isto é, não cristalino.
Os minerais específicos numa rocha, ou seja aqueles que determinam a classificação desta, variam
muito. Alguns minerais, como o quartzo, a mica ou o talco apresentam uma vasta distribuição
geográfica e petrológica, enquanto outros ocorrem de forma muito restrita. Mais de metade dos
mais de 4000 minerais reconhecidos são tão raros que foram encontrados somente num punhado
das amostras, e muitos são conhecidos somente por alguns pequenos cristais. Pondere-se a
diferença de abundância entre o quartzo e o diamante, sendo certo que este último nem é dos
minerais mais raros.
Propriedades físicas dos minerais
As propriedades físicas dos minerais resultam da sua composição química e das suas características
estruturais. As propriedades físicas mais óbvias e mais facilmente comparáveis são as mais
utilizadas na identificação de um mineral. Na maioria das vezes, essas propriedades, e a utilização
de tabelas adequadas, são suficientes para uma correcta identificação. Quando tal não é possível,
ou quando um elevado grau de ambiguidade persiste, como no caso de muitos isomorfos similares,
a identificação é realizada a partir da análise química, de estudos de óptica ao microscópio
petrográfico ou por difracção de raios X ou de neutrões. São as seguintes as propriedades físicas
macroscópicas, isto é observáveis sem necessidade de equipamento sofisticado (por vezes
designadas, por essa razão, por propriedades de campo):
Cor
É uma característica extremamente importante dos minerais. Pode variar devido a impurezas
existentes em minerais como o quartzo, o corindo, a fluorite, a calcite e a turmalina, entre outros.
Em outros casos, a superfície do mineral pode estar alterada, não mostrando sua verdadeira cor. A
origem da cor nos minerais está principalmente ligada à presença de iões metálicos, fenómenos de
transferência de carga e efeitos da radiação ionizante. Eis alguns exemplos:
Jadeíte — esverdeado;
Augita — verde escuro a preto;
Cassiterita — verde a castanho;
Pirita — amarelo-ouro.
Brilho
O brilho depende da absorção, refracção ou reflexão da luz pelas superfícies frescas de fractura do
mineral (ou as faces dos seus cristais ou as superfícies de clivagem). O brilho é avaliado à vista
desarmada e descrito em termos comparativos utilizando um conjunto de termos padronizados. Os
brilhos são em geral agrupados em: metálico e não metálico ou vulgar. Diz-se que o brilho é não
metálico, ou vulgar, quando não é semelhante aos dos metais, sendo característico dos minerais
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transparentes ou translúcidos. Dentro das grandes classes atrás apontadas, o brilho de um mineral
pode ser descrito como:
Brilhos não metálicos:
o
Acetinado — brilho não metálico que faz lembrar o brilho do cetim; é característico dos
minerais fibrosos;
o
Adamantino — brilho não metálico que, pelas suas características, nomeadamente a
intensidade, se assemelha ao do diamante (são exemplos a pirargirita e a cerussita;
o
Ceroso — brilho não metálico que lembra o da cera (é exemplo a variscita);
o
Nacarado — brilho não metálico semelhante ao das pérolas (é exemplo a caulinita);
o
Resinoso — brilho não metálico que lembra o observado nas superfícies de fractura das
resinas (é exemplo a monazita);
o
Vítreo — brilho não metálico que lembra o do vidro (são exemplos a fluorita, a halita e a
aragonita);
Brilhos metálicos:
o
Metálico — brilho que se assemelha ao dos metais, sendo característico de minerais opacos
como a galena, a calcopirita e a pirita;
o
Submetálico — brilho que faz lembrar o dos metais, mas não tão intenso, sendo
característico dos minerais quase opacos como a cromita.
Traço (ou risca)
A cor do traço de um mineral pode ser observada quando uma louça ou porcelana branca é riscada.
A clorite, a gipsita (gesso) e o talco deixam um traço branco, enquanto o zircão, a granada e a
estaurolita deixam, comummente, um traço castanho avermelhado. O traço de um mineral fornece
uma importante característica para sua identificação, já que permite diferenciar materiais com
cores e brilhos similares.
Clivagem
É a forma como muitos minerais se quebram seguindo planos relacionados com a estrutura
molecular interna, paralelos às possíveis faces do cristal que formariam. A clivagem é descrita em
cinco modalidades: desde pobre, como na bornita; moderada; boa; perfeita; e proeminente, como
nas micas. Os tipos de clivagem são descritos pelo número e direcção dos planos de clivagem.
Fratura
Refere-se à maneira pela qual um mineral se parte, excepto quando ela é controlada pelas
propriedades de clivagem e partição. O estilo de fracturação é um elemento importante na
identificação do mineral. Alguns minerais apresentam estilos de fracturação muito característicos,
determinantes na sua identificação.
Dureza
Expressa a resistência de um mineral à abrasão ou ao risco. Ela reflecte a força de ligação dos
átomos, iões ou moléculas que formam a estrutura. A escala de dureza mais frequentemente
utilizada, apesar da variação da dureza nela não ser gradativa ou proporcional, é a escala de Mohs,
que consta dos seguintes minerais de referência (ordenados por dureza crescente):
1 – Talco
2 – Gipsita
3 – Calcita
4 – Fluorita
5 – Apatita
6 – Ortoclase
7 – Quartzo
8 – Topázio
9 – Coríndon
10– Diamante
Densidade
É a medição directa da densidade mássica, medida pela relação directa entre a massa e o volume
do mineral.
Tenacidade
Mede a coesão de um mineral, ou seja, a resistência a ser quebrado, dobrado ou esmagado. A
tenacidade não reflecte necessariamente a dureza, antes sendo dela geralmente independente: o
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diamante, por exemplo, possui dureza muito elevada (é o termo mais alto da escala de Mohs), mas
tenacidade relativamente baixa, já que quebra facilmente se submetido a um impacto. A
tenacidade dos minerais é expressa em termos qualitativos, utilizando uma linguagem
padronizada:
Quebradiço ou frágil – o mineral parte-se ou é pulverizado com facilidade;
Maleável – o mineral, por impacto, pode ser transformado em lâminas;
Séctil – o mineral pode ser cortado por uma lâmina de aço;
Dúctil – o mineral pode ser estirado para formar fios;
Flexível – o mineral pode ser curvado sem, no entanto, voltar à sua forma original;
Elástico – o mineral pode ser curvado, voltando à sua forma original quando o forçamento
cessa.
Magnetismo
Ocorre nos poucos minerais que devido à sua natureza ferromagnética são atraídos por um íman.
Os exemplos mais comuns são a magnetite, a pirrotite e outros com elevado teor de metais que
podem ser magnetizados após aquecimento, como o manganês, o níquel e o titânio.
Peso específico (ou densidade relativa)
É a relação do peso de um mineral quando comparado com o peso de igual volume de água. Para
isto, o mineral deve ser pesado imerso em água e ao ar. O processo utiliza a balança de Jolly,
aplicando a seguinte fórmula:
onde é o peso do mineral fora da água; a referência inicial da balança ou calibragem em zero; e
o peso do mineral dentro da água. Assim, por exemplo, se um mineral tem peso específico 3,0
determinada pelo processo descrito, tal significa que ele pesa três vezes mais que igual volume de
água.
Sistema cristalino
A forma do cristal é muito importante na identificação do mineral, pois ela reflecte a organização
cristalina da estrutura dos minerais e dá boas indicações sobre o sistema de cristalização do
mineral. Algumas vezes o cristal é tão simétrico e perfeito nas suas faces que coloca em dúvida a
sua origem natural. Porém, os cristais perfeitos são muito raros, pelo que a maioria dos cristais
apenas desenvolve algumas de suas faces.
Classificação química dos minerais
Ver artigo principal: Classificação de Strunz
Os minerais podem ser classificados de acordo com sua composição química e são listados abaixo
na ordem aproximada de abundância na crusta terrestre.
Silicatos
O grupo dos silicatos é de longe o maior grupo de minerais, sendo compostos principalmente por
sílica e oxigénio, com a adição de catiões como o magnésio, o ferro e o cálcio. Alguns dos mais
importantes silicatos constituintes de rochas comuns são o feldspato, o quartzo, as olivinas, as
piroxenas, as granadas e as micas.
Carbonatos
O grupo dos carbonatos é composto de minerais contendo o anion (CO3)2- e inclui a calcite e a
aragonita (carbonatos de cálcio), a dolomita (carbonato de magnésio e cálcio) e a siderita
(carbonato de ferro). Os carbonatos são geralmente depositados em ambientes marinhos pouco
profundos, com águas límpidas e quentes, como por exemplo em mares tropicais e subtropicais. Os
carbonatos encontram-se também em rochas formadas por evaporação de águas pouco profundas
(os evaporitos, como por exemplo os existentes no Great Salt Lake, Utah) e em ambientes de
karst, isto é regiões onde a dissolução e a precipitação dos carbonatos conduziu à formação de
cavernas com estalactites e estalagmites. A classe dos carbonatos inclui ainda os minerais de
boratos e nitratos.
Sulfatos
Todos os sulfatos contém o catião sulfato na forma SO4. Os sulfatos formam-se geralmente em
ambientes evaporíticos, onde águas de alta salinidade são lentamente evaporadas, permitindo a
formação de sulfatos e de halóides na interface entre a água e o sedimento. Também ocorrem em
sistemas de veios hidrotermais sob a forma de minerais constituintes da ganga associada a
minérios de sulfetos. Os sulfatos mais comuns são a anidrita (sulfato de cálcio), a celestita (sulfato
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de estrôncio) e o gesso (sulfato hidratado de cálcio). Nesta classe incluem-se também os minerais
de cromatos, molibdatos, selenatos, sulfetos, teluratos e tungstatos.
Halóides
O grupo dos halóides é constituído pelos minerais que formam os sais naturais, incluindo a fluorite,
a halite (sal comum) e o sal amoníaco (cloreto de amónia). Os halóides, como os sulfatos, são
encontrados geralmente em ambientes evaporíticos, tais como lagos do tipo playa e mares
fechados (por exemplo nas margens do Mar Morto). Inclui os minerais de fluoretos, cloretos e
iodetos.
Óxidos
Os óxidos constituem um dos grupos mais importantes de minerais por formarem minérios dos
quais podem ser extraídos metais. Ocorrem geralmente como precipitados em depósitos sitos
próximo da superfície, como produtos de oxidação de outros minerais situados na zona de
alteração cerca da superfície ou ainda como minerais acessórios das rochas ígneas da crusta e do
manto. Os óxidos mais comuns incluem a hematite (óxido de ferro), a espinela (óxido de alumínio
e magnésio, um componente comum do manto) e o gelo (de água, ou seja óxido de hidrogénio).
São também incluídos nesta classe os minerais de hidróxidos.
Sulfetos
Muitos sulfetos são também economicamente importantes como minérios metálicos, incluindo-se
entre os mais comuns a calcopirita (sulfeto de cobre e ferro) e a galena (sulfeto de chumbo). A
classe dos sulfetos também inclui os minerais de selenetos, teluretos, arsenietos, antimonetos, os
bismutinetos e ainda os sulfossais.
Fosfatos
O grupo dos fosfatos inclui todos os minerais com uma unidade tetraédrica de AO 4 onde A pode ser
fósforo, antimónio, arsénio ou vanádio. O fosfato mais comum é a apatite, a qual constitui um
importante mineral biológico, encontrado nos dentes e nos ossos de muitos animais. Esta classe
inclui os minerais de fosfatos, vanadatos, arseniatos e antimonatos.
Elementos Nativos
O grupo dos elementos nativos inclui os metais e amálgamas intermetálicas (como as de ouro,
prata e cobre), semi-metais e não-metais (antimónio, bismuto, grafite e enxofre). Este grupo inclui
também ligas naturais, como o electrum (uma liga natural de ouro e prata), fosfinos (hidretos de
fósforo), nitritos e carbetos (que geralmente são só encontrados em alguns raros meteoritos).
Minerais Dietéticos
Designam-se por minerais dietéticos os compostos inorgânicos necessários à vida, incluindo
aqueles que devem fazer parte da boa nutrição humana. Entre estes minerais inclui-se o sal de
cozinha e compostos contendo nutrientes e oligoelementos como o potássio, o cálcio, o ferro, o
zinco, o magnésio e o cobre.
Os minerais dietéticos podem ser constituintes naturais do alimento ou propositadamente
adicionados, na forma elementar ou mineral, ao alimento, como o acontece com suplementos à
base de carbonato de cálcio ou de sais ferrosos. Alguns destes aditivos provêm de fontes naturais,
como os depósitos de conchas, para o carbonato de cálcio. Em alternativa, os minerais podem ser
adicionados à dieta em separado dos alimentos, sob a forma de suplementos.
Entre os animais, e também de forma inadvertida, entre os humanos, uma fracção importante de
minerais dietéticos é ingerida acidentalmente por ingestão de poeiras. Entre os herbívoros é
importante a pica, ou geofagia, isto é a ingestão acidental de poeiras e materiais do solo em
conjunto com a dieta normal. A geofagia humana também é corrente nalgumas sociedades rurais e
como distúrbio alimentar, particularmente entre crianças.
Professor Daniel Rossi
11 de Setembro de 2008
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