LISTA DE EXERCÍCIOS 1

Propriedades Físicas dos Minerais

1. Em um mundo sem luz, quais as propriedades capazes de definir um mineral? Resposta: Na ausência de luz, propriedades como cor, brilho, traço e diafaneidade - importantes propriedades ópticas e que auxiliam na definição de um mineral – não poderiam ser observadas. No entanto, poderiam ser utilizadas para este fim propriedades que dependem de outros fatores sensoriais que não a visão, como as propriedades mecânicas flexibilidade e elasticidade, propriedades elétricas piezoeletricidade (o mineral quando aquecido produz pequenas cargas elétricas e de sinal oposto em cada uma das suas extremidades) e piroeletricidade (mineral produz carga elétrica constante e de pequena intensidade quando submetido a pressões segundo qualquer um dos eixos cristalográficos), a condutividade elétrica, magnetismo e densidade.

2. Qual é a propriedade essencial à definição de Dureza de um mineral? Justifique. Resposta: A interação entre suas partículas constituintes: quanto maior a força de interligação entre elas, maior será a dureza do mineral. O diamante, por exemplo, é constituído por uma firme rede tetraédrica de carbono e seus átomos estão tão fortemente unidos que nenhum outro mineral (a não ser ele próprio) é capaz de riscá-lo e o que lhe confere o número 10 na Escala de Mohs de dureza.

3. Em que situação um mineral exibirá duas durezas? Por que e onde isto ocorre?Resposta: Existem casos em que vários exemplares de um mesmo mineral apresentam valores diferentes de dureza e que confere ao mineral um valor máximo e outro mínimo para esta propriedade. Tais minerais são denominados anisotrópicos, ou seja, possuirão valores diferentes de dureza segundo a direção considerada e cada vez que ocorrem dois planos com propriedades diferentes. Um exemplo de mineral anisotrópico (em relação à dureza) é a cianita, cuja dureza varia de 4,5 a 7,0 na Escala de Mohs (considerando as direções vertical e horizontal, respectivamente).

4. Minerais com maleabilidade são eternos? Resposta: A maleabilidade é uma propriedade que confere ao mineral a característica de ser amassado e transformado em lâminas sem que este se rompa. No entanto, a fragmentação do material nesta conformação não significa que não seja destruído por processos mecânicos ou químicos. Então, se a força de atração entre as partículas não for intensa, esforços contínuos causam fadiga e consequentemente ruptura. A saber, um geólogo francês descobriu um depósito de ouro (mineral altamente maleável e considerado de grande durabilidade) cujas partículas estão cheias de poros – o que indica forte corrosão química (Superinteressante, junho de 1993).

5. Por que a cor do traço de um mineral pode ser diferente da cor do mesmo? Resposta: A cor do traço de um mineral pode não corresponder à cor do mesmo, uma vez que a primeira propriedade refere-se à cor do material no seu estado pulverizado e, a segunda, a maneira como ele reflete a luz. A cor do mineral, então, dependerá da área de exposição, uma vez que diferentes comprimentos de onda dependem da superfície do mineral. Deste modo, a cor poder ser uma propriedade variável, enquanto a cor do traço é constante e será a mesma para diferentes variedades do mesmo mineral.

6. O que ocorre quando um esforço excepcional é aplicado sobre um mineral com clivagem boa? (Leve em conta que o esforço seja aplicado homogeneamente sobre o mineral e não instantaneamente). Resposta: Quando for aplicado um esforço excepcional sobre um mineral de clivagem boa, haverá quebra das ligações fracas entre planos de clivagem, resultando em superfície de deslizamento. No entanto, a fragmentação ocorrerá mais facilmente em um mineral de clivagem excelente. Um exemplo de mineral de clivagem boa é o feldspato.

7. Por que existem diferentes tipos de fraturas? Justifique e ilustre onde for o caso. Resposta: Porque a fratura é controlada pela estrutura interna do mineral, e os minerais possuem diferentes estruturas internas. A fratura ocorre quando a força das ligações químicas é mais ou menos a mesma em todas as direções e, portanto, o rompimento não ocorre ao longo de nenhuma direção cristalográfica em particular. Alguns minerais possuem estilos de fratura característicos, o que pode auxiliar em sua identificação. As formas mais conhecidas de fratura são: conchoidal (quartzo), fibrosa, serrilhada e irregular.

8. Por que os minerais do grupo das Micas são sempre um exemplo de clivagem excelente? (A resposta pode se limitar ao quimismo do mineral). Resposta: Em função da composição química do mineral, as interações entre os planos paralelos é menos efetiva que as interações dentro dos planos, portanto é mais fácil separá-los.

9. Qual é a resposta oferecida por um mineral que ao ser iluminado exiba a cor branca? Justifique. Resposta: A cor de um mineral resulta da absorção seletiva da luz. O simples fato de o mineral absorver mais um determinado comprimento de onda que os outros faz com que os comprimentos de onda restantes se componham numa cor diferente da luz branca que chegou ao mineral. Ao exibir a cor branca (quando iluminado) o mineral indica então que toda a luz incidida foi transmitida, sendo que nenhum comprimento de onda foi absorvido pelo mineral. Os principais fatores que colaboram para a absorção seletiva são a presença de elementos químicos de transição (Fe, Cu, Ni, Cr, V, etc) na composição química do mineral. Assim, se o mineral apresenta-se branco, possivelmente ele não apresente metal de transição.

10. A dureza de um mineral depende ou não do tamanho do seu grão? Justifique.Resposta: A dureza não depende do tamanho do grão e sim da estrutura cristalina do mineral. Como a dureza esta relacionada com a intensidade das forças de ligação entre os átomos e moléculas, ou seja, depende do tipo de ligação. Então quanto mais forte for a ligação entre os átomos maior será a dureza, mais elevado será o ponto de fusão e menor será o coeficiente de expansão térmica.

11. Quais são as propriedades dos minerais limitadas à superfície dos mesmo? Resposta: hábito ou forma, clivagem, fratura, dureza, tenacidade, cor, traço e brilho.

LISTA DE EXERCÍCIOS 2

Propriedades físicas e a constituição químico/estrutural dos minerais

1. Quais são, do ponto de vista químico, as relações entre dois minerais de uma mesma Paragênese?Resposta: Os minerais de uma mesma paragênese formaram-se no mesmo intervalo crítico de cristalização, nas mesmas condições termodinâmicas de pressão e temperatura.

2. Explique detalhadamente a participação da água na cristalização e na fusão de um determinado mineral.Resposta:

3. Por que a Série de Bowen produzem sempre o mesmo tipo de rocha, embora variem muito as condições geológicas de cristalização?Resposta: O tipo de rocha é determinado pela composição química que depende da natureza do magma de origem. Dessa forma, rochas formadas em diferentes condições geológicas (temperatura e pressão) apresentarão a mesma composição, pois tem o mesmo magma de origem.

4. Quais são os bens minerais associados à Série de Bowen?Resposta: Produção de concentração metálica. Ex: formação do ouro Cristalização fracionada Variação de Fase Composição simplificada Reações descontínuas

5. Explique os minerais zonados com respeito a Serie de Bowen.Resposta: Cristal zonado é um cristal único de um mineral que tem uma composição química diferente na sua parte interna e externa. Um mineral zonado possui uma Série de Bowen mais rica em detalhes. Ex: vários elementos da natureza A, A1, A2, A3 de forma progressiva.

6. De que maneira os processos de alteração atuam sobre rochas produzidas no inicio e no fim Serie de Bowen?Resposta: As rochas do inicio da Serie de Bowen são formadas em grandes profundidades e altas temperaturas, por isso estão sujeitas a sofrer alterações hidrotermais e não sofrem ações intempéricas. Já as rochas do fim da serie podem sofrer ações hidrotermais e intempéricas por serem formadas mais próximas a superfície.

7. De que maneira são repartidos nos minerais os vários tipos de ligações, nos vários contextos geológicos?Resposta: De maneira geral, as ligações simples entre os átomos são mais fortes e, portanto, mais estáveis do que as ligações duplas ou triplas, que são menos estáveis, sendo quebradas mais facilmente e reagindo. Ou seja, os minerais com ligações simples são mais estáveis do que os minerais que possuem ligações duplas e triplas entre os átomos de sua composição. Em uma rocha vulcânica, por exemplo, não existiriam ligações metálicas, pois estas são fortes e como tempo de resfriamento seria pequeno, não haveria para essas ligações se formarem. As rochas vulcânicas terão ligações mais fracas do que as rochas formadas mais profundamente, pois estas terão um maior tempo de resfriamento e cristas mais bem formados, com interações fortes entre si.

8. As durezas são maiores em minerais produzidos no inicio ou no fim da evolução da Serie de Bowen?Resposta: No inicio, pois os minerais com maior temperatura de cristalização. Os minerais recém formados apresentam dureza maior, porque a composição do magma que gera esse minerais apresenta elementos metálicos em maior quantidade. Ocorre uma exceção para o quartzo e o feldspato que são formados no final de Serie de Bowen.

9. De que maneira os minerais podem ser formados no interior do planeta, em condições totalmente naturais?Resposta: Mudanças na temperatura e pressão mesmo que momentâneas, podem fundir os minerais mais tardios e preservar os mais precoces. Ex: Deformação em estado plástico em estado rígido.

10. Pode ocorrer alteração de minerais no interior do planeta Terra?Resposta: Sim. Porque no interior do planeta ocorre um fenômeno chamado hidrotermismo, que consiste na alteração de minerais pela circulação de fluidos no interior da crosta.

11. Relacione o processo de cristalização fracionada com as Séries de Bowen. Resposta: A evolução química do magma por meio de resfriamento e conseqüente cristalização é denominada cristalização fracionada. Este fenômeno é muito importante em discussões de composição química e mineralógica de rochas ígneas. Tanto na fusão parcial, quanto na cristalização fracionada, a composição química do magma evolui de máfica para félsica. Em 1928, N.L. Bowen apresentou um modelo de evolução magmática conforme a explicação acima, com base nos ensaios físico-químicos e observações de rochas ígneas naturais. Segundo o modelo dele, todas as variedades de rochas ígneas são derivadas a partir de um único magma primário de composição basáltico. A variedade química de rochas ígneas é devida à diferenciação por meio de cristalização fracionada a partir do magma primário basáltico. Ele esclareceu a existência de reações físico-químicas entre o magma e os minerais cristalizados, denominada de princípio de reação, e propôs duas séries de reação em função do resfriamento magmático: séries descontínua e contínua.

LISTA DE EXERCÍCIOS 3Cristalografia Química

1. Quais são as propriedades dos minerais mais diretamente dependentes das trocas químicas entre os meios geológicos e os minerais em desenvolvimento? Justifique. Resposta:Todas as propriedades relacionadas a estruturação dos materiais são dependentes de trocas químicas. Um exemplo clássico disso é a dureza do mineral. O córindon puro está no nível 9 na escala de dureza de Mohs, mas quando contaminado com impurezas pode pertencer ao nível 3, provando que pequenas trocas químicas interferem nas propriedades. Outras delas são: elasticidade, clivagem e fratura (planos atômicos de impurezas podem conferir fraturas ao invés de clivagens a um mineral), densidade relativa (maior grau de trocas químicas interfere nesta propriedade), traço (impurezas de óxidos de ferro conferem traço avermelhado), cor e brilho (trocas químicas na superfície do mineral alteram estas propriedades) e propriedades eletromagnéticas.

2. Qual é o principal fator geológico que resulta na mudança de uma ligação de tipo Van der Waals em Covalente na Grafita e no Diamante? Onde isto ocorre?Resposta: A profundidade onde ocorre a formação do cristal, pois em regiões mais superficiais à temperatura e pressão são menores proporcionando um meio de energia mais baixa. Este meio favorece a formação de ligações mais fracas (Van der Walls), como ocorre na grafita. Em casos de meio geológicos profundos, a temperatura e a pressão serão mais altas ocasionando um meio de maior energia e, portanto, formação de ligações mais fortes (covalentes) como ocorre no diamante.

3. Por que os feldspatos são a família mais comum de minerais na Crosta Terrestre e não o tardio Quartzo? (Explique do ponto de vista químico). Resposta: O silício possui grande afinidade com o alumínio. Desta forma, a maioria dos minerais mais estáveis encontrariam estes dois elementos associados, na forma de aluminossilicatos (feldspatos são aluminossilicatos de sódio, potássio e cálcio). Já o quartzo, composto única e exclusivamente por silício, teria sua formação dificultada, devido à abundância do alumínio como elemento químico, e à grande afinidade entre silício e alumínio. Isto contabiliza a maior abundância relativa de feldspatos na crosta terrestre.

4. Por que os elementos voláteis, embora sistematicamente presentes na maioria dos contextos geradores de rochas, participam tão pouco dos minerais destas rochas? Resposta:

5. Explique, do ponto de vista químico, o contexto geológico que produz Soluções Sólidas. Resposta:

6. Das famílias de minerais (das dos Sistemas Cristalino Cúbico até aquelas do sistema Triclínico de Cristalização, quais serão as mais comuns em grandes profundidades (por exemplo no Manto Terrestre)? Justifique. Resposta: Em grandes profundidades, serão encontrados minerais mais bem formados e mais estáveis (sistema cristalino cúbico), devido a progressão mais lenta dos fatores físicos, como por exemplo, o resfriamento lento ao longo do tempo geológico.

7. Por que as associações de elementos químicos, na Tabela Periódica, em linhas ou colunas não correspondem mais ou menos diretamente às suas associações nos vários ambientes geológicos? Justifique do ponto de vista químico. Resposta: Porque na tabela periódica os elementos foram agrupados de acordo com suas

similaridades: nº. de elétrons na camada de valência (famílias)a, ordem crescente de nº. atômico (períodos) e também a geologia não foi levada em consideração. Os elementos que estão associados geologicamente e estão próximos na tabela periódica, estão assim dispostos, pois apresentam composição química parecidas.

8. Qual é a repartição, na Tabela Periódica, dos bens minerais? Quais são as conseqüências deste fato? Resposta: A tabela periódica é dividida em linha horizontais e verticais. Como conseqüência, elementos de uma mesma linha vertical, período, ou de uma mesma linha horizontal, família, estão associados com certas classes de minerais. Os períodos são raramente de caráter geológico. Li, Be e B são elementos comuns em minerais ditos pegmatíticos. Si e Al estão frequentemente associados. As família são mais frequentemente de caráter geológico. Em minério de Cu, normalmente haverá Ag e Au.

9. Por que a característica de preponderância de constituintes aniônicos produz propriedades geológicas definidas, enquanto as associações catiônicas são universais e não distintivas? Resposta: Os ânions restringem tanto as espécies de minerais proporcionando um monomineralidade e com isso maiores teores do produto devido exigir um meio mais especifico as suas condições de formação. Enquanto que os cátions fornecem propriedades aos minerais de maneira que eles ocupem os mais variados contextos geológicos, pois tendem a se dispersar por um material proporcionando baixos teores do produto em grandes quantidades de material.

10. De que maneira um mineral pode ter este e não aquele mineral como vizinho, tomando-se por base os números de coordenação das duas espécies minerais? Justifique.

Resposta: A combinação de espécies diferentes de minerais depende do raio iônico dos elementos constituintes, além de suas respectivas cargas e do ambiente de pressão e temperatura. Também irão se associar devido à proximidade de suas características físicas, químicas e do ambiente geológico inseridos.

11. De que maneira a alteração de um mineral irá interferir no cálculo da sua composição química (considerar apenas a alteração diretamente associada à Cristalização Fracionada = Alteração Hidrotermal)? Resposta: O cálculo da composição química baseia-se, principalmente, nos pesos atômicos dos elementos constituintes destes minerais. A alteração hidrotermal é um processo de alteração metassomática, no qual a H20, combinada em maior ou menor quantidade com outros componentes químicos como o CO2, F,etc, atua como fluido fortemente aquecido e sob alta pressão, frequentemente no estado supercrítico, provocando a hidratação e/ou lixiviação de minerais silicáticos, oxidação de sulfetos, aporte de cátions metálicos, entre outros processos, em uma dinâmica que vai depender das condições termodinâmicas e geoquímicas das rochas e do fluído envolvidos. Na esteira das alterações hidrotermais e de processos associados de lixiviação, transporte e deposição de metais e outros elementos químicos, ocorre à alteração da percentagem dos elementos químicos presentes no mineral, podendo assim interferir no cálculo da sua composição química.