MINERAIS!!! - Mineralogia Macroscópica

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MINERAIS
A história da utilização dos minerais resulta da observação dos achados arqueológicos. O homem préhistórico, para cobrir as suas necessidades, fez uso do sílex e outras variedades de quartzo. Nas sociedades
neolíticas, o homem usou gemas ( minerais utilizados em joalharia e ourivesaria ) como moeda de troca.
Quando descobriu os metais ( ouro, cobre, estanho, ferro ) passou a fazer uso deles. O conhecimento dos
metais e a sua utilização caracterizou alguns períodos da antiguidade, como a Idade do bronze ou a Idade do
ferro. Actualmente, o homem faz uso directo ou indirecto de quase todos os minerais conhecidos, mais de
2.600 espécies minerais.
Malaquite
(Cu,Zn) [(OH) CO ]
2
2
As características fundamentais de espécie mineral são a ordem geométrica, a periodicidade no arranjo da
matéria, bem como a natureza dos átomos que entram na composição química da espécie mineral.
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No contexto do Terra Planeta "Vivo", estamos preocupados em dar a conhecer alguns aspectos dos minerais,
porque eles são os constituintes das rochas que por sua vez fazem parte da composição superficial da Terra.
O domínio da Geologia que estuda os minerais chama-se Mineralogia, sendo um domínio com vários
subdomínios, um dos quais é a Cristalografia que se ocupa do estudo dos cristais.
Monazite Ce(PO )
4
Halite NaCl
O conceito de mineral é complexo e de difícil definição, de resto como todas as definições. Contudo,
atendendo aos nossos objectivos, podemos considerá-los como substâncias naturais, inorgânicas,
caracterizados por propriedades físicas e químicas determinadas. De modo controverso, podemos estender
aquela definição aos líquidos e gases encontrados na natureza (água, gases atmosféricos), bem como aos
materiais orgânicos fósseis (petróleo – óleos minerais, carvões, resinas, asfaltos e betumes). Porém, quase
todos os minerais se encontram no estado sólido e sob a forma cristalina. De acordo com a definição, os
minerais são elementos ou compostos químicos, podendo-se expressar por meio de fórmulas químicas que
admitem uma pequena variação, mas conservam fixa a estrutura. Deste modo, os minerais são constituídos
por átomos dispostos segundo um modelo regular tridimensional característico para cada mineral. A maior
parte dos minerais aparece na forma de cristais, apenas visíveis ao microscópio de luz polarizada. Os cristais
são sólidos geométricos limitados por faces planas (poliedros) e de composição química definida. As faces
planas de um cristal são paralelas aos planos da sua malha elementar. A malha elementar delimita uma
porção de espaço dotado de uma certa quantidade de átomos. A malha elementar repetindo-se periodicamente
em três direcções do espaço define uma rede de três dimensões que será o suporte geométrico das estruturas
atómicas dos cristais. As propriedades geométricas de um cristal, tais como as arestas, ângulos e planos das
faces, estão directamente ligadas à sua malha elementar, podendo ser descritas a partir de um certo número de
operações de simetria.Os elementos de simetria de um cristal são fundamentalmente o plano de simetria, o
eixo de simetria e o centro de simetria. A combinação de todos os elementos de simetria origina 32 classes de
simetria, pelas quais se repartem todos os cristais. De acordo com certas características comuns ou parecidas,
podem-se distribuir estas 32 classes por sete grandes grupos, os chamados sistemas cristalinos (cúbico,
romboédrico, hexagonal, tetragonal, ortorrômbico, monoclínico e triclínico).
A germinação e o crescimento de um cristal estão sempre dependentes das condições físico-químicas do
meio. As condições físico-químicas que determinam a génese dos minerais são, a maioria das vezes, muito
complexas e, actualmente, impossíveis de reproduzir em laboratório. Os principais factores condicionantes
são a temperatura, a pressão e a concentração dos elementos químicos. Estes factores não são independentes:
numa solução, a solubilidade de um composto cresce com a temperatura, salvo raras excepções. Um cristal
germinado a partir de uma solução sobressaturada cresce fixando as moléculas (unidades de crescimento) à
sua superfície.
Modelo da rede
cristalina da halite
NaCl
As propriedades químicas dos minerais estão estreitamente relacionadas, como é óbvio, com a sua
composição química, com a natureza dos átomos e iões que os constituem. Mas dependem também, tal como
as propriedades físicas, da sua estrutura, isto é, do arranjo das partículas elementares.
Quartzo defumado
SiO
2
As características das ligações interatómicas nos minerais são tais que podemos considerar uma estrutura
como uma associação de esferas cujas dimensões são definidas pelo raio iónico do átomo. Os catiões, as
esferas mais pequenas, seriam cercadas por aniões, as esferas maiores. A associação catião mais anião forma,
deste modo, um poliedro de coordenação (Ver a figura "Modelo da rede cristalina da halite NaCl"). Os
poliedros de coordenação necessitam de uma neutralidade eléctrica. De acordo com este modelo, poderíamos
pensar que a cada mineral corresponderia uma única estrutura e uma única composição química, expressa por
uma fórmula química perfeitamente definida. Acontece que a maioria dos minerais de igual composição
química pertence a uma única classe de simetria e a um único sistema cristalino. Porém, as excepções são
muitas devido, fundamentalmente, às diferentes condições de pressão e temperatura em que se formam os
minerais. Assim sendo e a título de exemplo vejamos o caso de um mineral chamado olivina. A sua
composição química é (Fe, Mg) (SiO ). Isto explica que o ferro (Fe) e o magnésio (Mg) são miscíveis em
todas as proporções, logo a composição química da olivina não é definida. Quando se dá a substituição total
do ferro pelo magnésio, passamos a ter a forsterite Mg (SiO ) com composição química definida, no caso
inverso temos a fayalite Fe (SiO ). Entre estes dois pólos todas as composições intermédias podem existir,
mantendo-se a estrutura. Estamos perante um caso de isomorfismo. Podemos, então, dizer que dois
elementos são isomorfos, caso do Fe e do Mg, se podem substituir-se mutuamente dentro da mesma estrutura.
Como a estrutura não se altera, as substâncias isomorfas apresentam forma cristalina muito semelhante,
independentemente, da sua natureza química.
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2
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Quartzo leitoso SiO
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Xenotimo Y(PO )
4
4
4
Vejamos, ainda, outra situação de excepção, embora haja muitas mais. O diamante é constituído,
quimicamente, só por átomos de carbono (C); outra espécie mineral, a grafite, é igualmente constituída só por
átomos de carbono (C). Embora constituídos pela mesma substância química, o carbono, estas duas espécies
minerais assumem, ao cristalizar em condições físico-químicas específicas, formas cristalinas muito diversas,
com graus de simetria diferentes. Enquanto o diamante cristaliza no sistema cúbico, a grafite cristaliza no
sistema hexagonal. Dizemos que estes dois compostos são polimorfos, porque sendo quimicamente idênticos
têm simetria diferente. Entre as referidas condições físico-químicas específicas, a temperatura tem uma
importância primacial. Por exemplo, se cristais de diamante forem aquecidos a uma temperatura superior a
1500 C, à pressão normal e no vazio, dar-se-á uma transformação lenta da sua rede cristalina na rede
cristalina da grafite. A 1900 C, essa transformação duma rede cristalina na outra é rápida. Isto apenas tem
interesse académico, já que não existe motivo algum para transformar uma pedra preciosa como o diamante
num material muito mais barato e abundante como a grafite.
o
o
A ocorrência de espécies minerais com formas cristalinas próprias de outras é um fenómeno relativamente
vulgar na Natureza e tem o nome de pseudomorfismo. Neste caso os minerais apresentam falsas-formas. As
pseudomorfoses podem ter géneses variadas.
Os minerais apresentam propriedades físicas, químicas e ópticas que permitem fazer a sua caracterização e
identificação.
Arsenopirite FeAsS
De entre as propriedades físicas destacamos a dureza, cor, cor da risca, transparência e o brilho. A dureza é,
por definição, a resistência que um mineral oferece à risca provocada por uma acção mecânica externa. Na
prática mineralógica utilizam-se escalas de dureza relativas, representadas por determinados minerais. A mais
comum é a escala de Mohs, que contem 10 graus e é composta unicamente por minerais de risca branca. Os
minerais estão ordenados segundo o seu grau de dureza, do menos ao mais duro e do seguinte modo: 1-talco,
2-gesso, 3-calcite, 4-fluorite, 5-apatite, 6-ortóclase, 7-quartzo, 8-topázio, 9-corindon, 10-diamante.
Exemplificando, um mineral terá uma dureza aproximada de 8½ se risca o topázio mas é riscado pelo
corindon.
Magnetite Fe O
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A cor sendo uma das características importantes não é muito fiável. Por exemplo, o berilo pode
ser incolor, branco, amarelo pálido, verde, rosa, azulado, roxo. O berilo apresenta um grande
número de variedades, segundo a cor. A cor de um mineral depende da absorção de algumas das
vibrações da luz branca e da reflexão de outras. A cor resulta, normalmente, da composição
química, isto é da presença de átomos de um determinado elemento, na estrutura do mineral
(exemplos: a esmeralda, variedades de berilo de cor verde, contêm pequenas quantidades de
Cr O ; a água marinha, outra variedade de berilo de cor azul esverdeado a azul claro, contêm Mn e
Cr em pequenas quantidades). Os minerais com Al, Na, K, Ca, Mg, Ba, apresentam cores claras
ou são incolores, enquanto aqueles que contêm Fe, Cr, Mn, Co, Ni, Ti, Va, são corados,
apresentando, por vezes, cores intensas de acordo com os teores daqueles elementos na sua
composição química. Também, o modo como os elementos estão dispostos na rede cristalina do
mineral e a valência que possuem afectam a cor.
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Turquesa
CuAl [(OH) PO ] 4H O
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A cor da risca dos minerais, pode-se determinar de uma maneira simples. Riscando o mineral
num fragmento de porcelana não vidrada. A cor do pó deixado sobre a porcelana é a cor da risca.
A transparência é a propriedade que os minerais têm de se deixarem atravessar pela luz.
Segundo o grau de transparência podemos distinguir os minerais transparentes, semitransparentes,
translúcidos, não transparentes e opacos.
Anatase TiO
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O brilho é a propriedade que o mineral tem de reflectir a luz. Depende de numerosos factores,
entre eles, o índice de refracção, a dispersão cromática, a absorção da luz e as características da
superfície estudada ( lisa ou rugosa). Podemos distinguir vários tipos de brilho: metálico,
adamantino, vítreo, gorduroso, nacarado.
Longe de estarmos a ser exaustivos, vamos, ainda, citar mais algumas propriedades dos minerais,
pensando naqueles(as) que querem fazer a identificação de minerais, quanto mais não seja para as
suas colecções particulares ou, quem sabe, pelo prazer do estudo.
A piroelectricidade consiste no aparecimento de uma polarização eléctrica quando determinado
mineral é submetido ao calor.
Brookite TiO
A piezoelectricidade consiste no aparecimento de uma polarização eléctrica quando determinado
mineral é submetido a forças de compressão ou tensão.
2
A clivagem é a propriedade que os cristais têm de se partirem segundo planos reticulares bem
definidos. Estes planos, tal como referimos atrás, são paralelos a possíveis faces do cristal,
existindo uma dependência entre a clivagem e a estrutura atómica do mineral. É bem conhecida a
clivagem das micas e da calcite.
O estudo das propriedades ópticas dos minerais é complexo e como tal referimos apenas dois
aspectos: 1) é necessária a feitura de lâminas delgadas a partir dos minerais e/ou rochas; 2) é
necessário um microscópio de luz polarizada para se fazer o estudo das lâminas delgadas. Para
mais informação deve ser feita a consulta de bibliografia especializada.
Leucite K(AlSi O )
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Natrolite
Na (Al Si O )2H O
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Nos laboratórios mineralógicos modernos, para além do estudo das propriedades atrás referidas,
utilizam-se técnicas sofisticadas, tais como difracção de raios X, análise térmica diferencial,
análise espectral, microssonda electrónica e outras, para a identificação dos minerais. Todas estas
técnicas exigem equipamento de laboratório complexo e muito caro, bem como formação
especializada. Porquê a utilização de técnicas sofisticadas? Por várias razões: 1) não podemos
esquecer que estamos a trabalhar à escala do átomo, 2) as redes cristalinas dos minerais sofrem
vários graus de desordem o que pode afectar profundamente as propriedades do cristal, 3) os
cristais com faces desenvolvidas, tais como as fotografias dos exemplares apresentados nesta
página, são raros ou pouco frequentes porque, tal como já foi dito antes, para que as faces cresçam
é preciso que todas as condições físico-químicas sejam favoráveis; o que acontece, normalmente,
é que as condições físicas de temperatura, pressão, espaço e tempo, bem como as condições
químicas de concentração de elementos, não são favoráveis ao desenvolvimento de grandes
massas cristalinas, mas sim de agregados de diferentes cristais microscópicos que vão dar origem
às rochas.
A origem do nome dado às diferentes espécies minerais é bastante diversificada. Existem nomes
derivados da composição química do mineral (exemplos: cuprite = óxido de cobre; manganite =
hidróxido de manganês), nomes derivados do nome de uma localidade onde o mineral foi
descoberto (exemplos: autunite = Autun (França); labradorite = Labrador (Canadá), nomes
derivados de uma das propriedades do mineral [exemplos: cor – albite = albus (branco); densidade
– barite = barus (pesado); clivagem – ortóclase ou ortose = clivagens ortogonais], nomes
derivados do nome de uma pessoa (exemplos: berzelianite = Berzelius; smithsonite = Smithson).
Os problemas de nomenclatura não são simples.
Esmeralda (variedade de Berilo)
Al Be (Si O )
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Como em todas as ciências naturais, é indispensável classificar os minerais mediante uma
sistemática que permita compará-los entre si e identificá-los. Graças ao emprego dos raios X e ao
estudo da composição química e das propriedades cristalográficas foi possível repartir, todos os
minerais conhecidos, por classes, subclasses e grupos. Esta classificação é denominada por
cristaloquímica. Nela os minerais estão agrupados em 9 classes: classe I – elementos nativos e
ligas metálicas (metais, semi-metais, metalóides), classe II – sulfuretos,…(sulfuretos simples,
duplos; sulfossais…), classe III – halogenetos (halogenetos simples, duplos e oxihalogenetos),
classe IV – óxidos e hidróxidos (óxidos simples, múltiplos; hidróxidos, arseniatos,…), classe V –
carbonatos, nitratos, boratos, classe VI – sulfatos, cromatos, molibdatos, volframatos, classe VII –
fosfatos, arseniatos, vanadatos, classe VIII – silicatos (subclasses – nesossilicatos, sorossilicatos,
ciclossilicatos, inossilicatos, filossilicatos, tectossilicatos) e classe IX – minerais orgânicos. Os
silicatos formam a classe mais abundante e importante da crosta terrestre. Sendo a classificação
cristaloquímica a mais usada, queremos deixar claro que se utilizam outras classificações.
Depois do oxigénio, o silício é o elemento mais abundante da crusta terrestre. Na Natureza só
aparece sob a forma de compostos. Por exemplo, o quartzo é um dióxido de silício ( SiO ); a
anortite é um silicato de alumínio e cálcio ( Ca[Al Si O ] ); a moscovite é um silicato de alumínio
e potássio ( KAl [AlSi O ](OH,F) ). Os silicatos são compostos formados pela substituição de
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Água Marinha (variedade de
Berilo) Al Be (Si O )
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átomos de hidrogénio dos diferentes ácidos silícicos (ácido ortosilícico, ácido metasilícico) por
metais.
A titulo de curiosidade, sobretudo das mulheres, passamos a referir alguns aspectos das chamadas
pedras preciosas. Já na primeira página fizemos uma breve referência às gemas. Costuma-se
dividir as gemas em duas categorias: as preciosas e as semipreciosas. As pedras preciosas não são
mais que minerais que, particularmente, pela sua raridade e beleza, depois de talhadas (lapidadas),
têm um elevado valor comercial. O grupo das pedras preciosas inclui apenas quatro espécies
minerais: diamante, rubi (variedade do corindon), safira (variedade do corindon) e a esmeralda
(variedade de berilo). O grupo das semipreciosas é formado, essencialmente, por: variedades de
berilo, turmalina, topázio, quartzo, opala, turquesa, jade, granada, zircão e feldspatos.
Diamante C
Para terminar este tema, podemos dizer que os minerais se formam a partir de três grandes
processos: magmático, metamórfico e sedimentar. No tema Rochas iremos abordar estes
grandes e complexos processos naturais.
Elbaíte (variedade de
Turmalina)
Na(Li,Al) Al [(OH) (BO ) Si O ]
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Arquivo da conta:
Liebert.Lima.Oliveira
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