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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