rochas e solo minerais propriedades físicas · introdução. rochas por definição: produtos...

ENG1202- GEOTÉCNICA

Prof. Patrício Pires – patricio.pires@gmail.com

ROCHAS E SOLO

MINERAIS

Propriedades Físicas

13/03/2012

Introdução.

Rochas por definição: Produtos consolidados, resultantes da

união natural de minerais.

Mineral, Rocha ou Pedra?

Minerais formam as rochas. Mas podem existir as rochas

monominerais. Assim se confunde mineral com rocha. Ex.:

Quartzito, Ouro, Prata.

Pedra?????????????????

Solo: É o produto da degradação das rochas por agentes

intempéricos (físicos e químicos) que formam os perfis de solo

ou perfis de alteração.

Solo, terra, areia, barro?

Solo

SÓ PRECIOSAS

Introdução

Solo sobre diferente definições:

Agrônomo;

Geólogo;

Engenheiro civil;

Minha definição

Desagregou ao golpe do martelo é solo.

Na Engenharia Civil rochas e solos constituem os

elementos onde são instaladas as obras de

engenharia.

Definições

Túnel Rebouças Túnel dos Gaviões

Furo direcional GASDUC III

Definições

Rochas e solos também são utilizados como como

materiais de construção.

De forma natural:

De forma beneficiada:

De forma industrializada:

Definições

Definições

Pedreira Estrela – São Gonçalo - RJ

Rochas Magmáticas

Pedra Pomes

Granito

Rochas Magmáticas

Diabásico Stonehenge, situado no sul da Inglaterra

Mármore (Metamórfica)

Mármore (Metamórfica)

Rocha Sedimentar

Limestone

Rochas e solos Também estão envolvidos em

fenômenos naturais, muitas vezes catastróficos:

Escorregamentos:

Erosão:

Assoreamentos:

Definições

Erosão

A diagênese é um conjunto de processos ou transformações químicas, físicas e biológicas que ocorrem em um material sedimentar após a sua deposição, em condições de aumento de pressão e temperatura.

Mineral é uma substância sólida cristalina

natural, inorgânica e homogênea, que possui

composição química definida e estrutura atômica

característica.

Cristalina: arranjo interno ordenado em átomos.

Definições

Definições

Minerais são elementos ou compostos químicos com

composição definida dentro de certos limites, cristalizados e formados naturalmente por meio de processos inorgânicos.

Calcita Quartzo Biotita

Definições

Composição Química

Fixa

Varíavel

A maior parte dos minerais são compostos químicos, mas alguns, incluindo ouro e prata, são constituídos de um único elemento e são chamados de elementos nativos.

Compostos: Quartzo (SiO2)

Nativos: Ouro (Ag)

A maioria dos mais de 3.500 minerais conhecidos são silicatos. Silicatos ferromagnesianos contêm ferro (Fe) e magnésio (Mg), e os não-ferromagnesianos não contêm esses elementos.

Além dos silicatos, vários outros grupos de minerais são conhecidos, incluindo elementos nativos e carbonatos.

Definições

Definicões

Curiosidade:

Os minerais muitas vezes sempre os associamos a

minerais preciosos ou pedras preciosas (GEMSTONES

ou PRECIOUS STONES);

O importante em uma pedra preciosa é a beleza, o

brilho, durabilidade, cor e a escassez (raridade).

Os diamantes quase incolores são valorizados pelo seu

brilho.

Normalmente avaliados em função de sua cor,

transparência (falta de defeitos internos) e peso.

Peso medido em quilates (1 quilate = 200 miligramas)

Definições

Curiosidade: Quilates aplicado a OURO

Aplicado a ouro, o quilate é uma medida de

pureza do metal, e não de massa.

É a razão entre a massa de ouro presente e a

massa total da peça, multiplicada por 24.

O ouro puro tem 24 quilates.

16 quilates = 16/24 = 67% de ouro (também

chamado de ouro 670)

18 quilates = 18/24 = 75% de ouro (também

chamado de ouro 750)

Definições

Quanto ao termo “cristalizado”, refere-se ao arranjo

interno tridimensional para os minerais. Os átomos

constituintes de um mineral encontram-se distribuídos

ordenadamente, formando uma rede tridimensional,

denominada de retículo cristalino.

Calcita Quartzo Biotita

Definições

Para estudarmos a cristalografia dos minerais, fazemos

uso da simetria cristalográfica, através do uso de

elementos abstratos (planos, eixos e centro) e suas

respectivas operações de simetria (reflexão, rotação e

inversão).

Na natureza existem 32 graus de simetria, agrupados de

acordo com a similaridade de seus elementos de simetria

em sete sistemas cristalinos, sendo:

Sistemas cristalinos

Identificação dos minerais

Para a identificação dos minerais através de suas

propriedades físicas e morfológicas, utiliza-se

características como: hábito (forma), transparência,

brilho, cor, traço, dureza, fratura, clivagem,

densidade relativa, geminação e propriedades

elétricas e magnéticas.

Lupa Canivete

Propriedades físicas

Hábito (Forma): Forma geométrica externa,

habitual, exibida pelos cristais dos minerais, que

reflete a sua estrutura cristalina.

Tipos: Laminar, prismático, cúbica, fibroso, acicular (forma

de agulha), tabular.

Crocoíta – Hábito acicular Quartzo – Hábito prismático

Propriedades físicas

Pirita (FeS2) – Hábito cúbico Halita (NaCl) – Hábito cúbico

Propriedades físicas

Transparência:

Transparentes: minerais que não absorvem ou absorvem

pouco a luz.

Translúcidos: minerais que absorvem consideravelmente a

luz.

Opacos: minerais que absorvem totalmente a luz.

Propriedades físicas

Quartzo transparente Quartzo translúcido

Propriedades físicas

Pirita - opaca Plagioclásio - Translúcido

Brilho: Trata-se da quantidade de luz refletida pela superfície de um mineral.

Duas categorias principais:

Metálicos: refletem mais de 75% da luz incidente.

Não metálicos.

Galena – Brilho metálico Topázio – Brilho vítreo

Propriedades físicas

Brilho

Brilho

Ou apenas metálico

Propriedades físicas

Brilho

Cor: A cor exibida por um mineral é o resultado da absorção seletiva da luz.

Os principais fatores que colaboram para a absorção

seletiva são a presença de elementos químicos como Fe, Cu, Ni, V e Cr e defeitos na estrutura atômica.

Minerais: Idiocromáticos (possuem uma coloração própria) e alocromáticos (não apresentam sempre a mesma cor).

Obs.:

Os Silicatos ferromagnesianos são normalmente pretos, marrons ou verde-escuros.

Os Silicatos não ferromagnesianos raramente são somente escuros.

Propriedades físicas

Propriedades físicas

Granada - Idiocromático

Quartzo - Alocromático

Traço: Trata-se da cor do pó do mineral, sendo

obtida riscando o mineral contra uma placa ou um

fragmento de porcelana de cor branca.

Magnetita – traço preto Hematita – traço vermelho

Propriedades físicas

Dureza: É a resistência que o mineral apresenta ao

ser riscado. Para a classificação utiliza-se a escala

de Mohs, que utiliza como parâmetros a dureza de

minerais comuns, variando de 1 até 10.

Talco – Dureza 1 Diamante – Dureza 10

Propriedades físicas

Mineral Padrão Dureza Padrão secundário

talco 1

gipsita 2 unha (2,5)

calcita 3 alfinete (3,5)

fluorita 4

apatita 5 lâmina de aço (5 - 5,5)

ortoclásio 6

quartzo 7 porcelana (~7)

topázio 8

coríndon 9

diamante 10

Escala de Mohs e padrões secundários

Propriedades físicas

3 Lamina de cobre

4 e 5

Aço ou vidro

1 e 2

Aço ou vidro

6 a 10

Não é riscado

pelo aço ou

vidro

Clivagem: Tendência de um mineral quebrar ao longo

de planos de fraqueza.

Produz superfícies lisas e brilhantes.

Calcita - Romboédrica Galena - Cúbica Fluorita - Octaédrica

Propriedades físicas

Clivagem

Clivagem

Clivagem

Clivagem

Clivagem

Fratura: Superfície irregular e curva resultante da

quebra do mineral. É controlada pela estrutura

atômica interna do mineral, podendo ser irregular

ou conchoidal.

Quartzo – Fratura conchoidal

Propriedades físicas

Densidade relativa: É o número que indica quantas

vezes certo volume de mineral é mais pesado que o

mesmo volume de água a 4 ºC. Na maioria dos

minerais, a densidade relativa varia entre 2,5 e 3,3.

Cassiterita – (SnO2)

Densidade relativa – 6,8 – 7,1

Propriedades físicas

Densidade: a densidade absoluta ou massa volúmica (g/cm3) de uma substância depende da natureza das partículas (átomos ou ions) que constituem o mineral e do tipo de arranjo dessas partículas (estrutura cristalina).

Pode ser determinada:

1. colocando-se uma amostra do mineral dentro de uma proveta com água, sendo a subida da água correspondente ao volume da amostra. Para determinar a massa da amostra utiliza-se uma balança. Massa volúmica = M/V

Propriedades físicas

Geminação: É a propriedade de certos cristais

de aparecerem intercrescidos de maneira regular.

Estaurolita – Geminação simples em cruz Labradorita – Geminação polissintética

Propriedades físicas

Propriedades Elétricas: Muitos minerais são maus

condutores de eletricidade. Exceções a esta regra

são os minerais nativos ouro, prata e cobre, que são

excelentes condutores. Os sulfetos são considerados

semicondutores.

Ouro – Bom condutor de eletricidade Sulfeto – Semicondutor de eletricidade

Propriedades físicas

Propriedades Magnéticas: Alguns minerais são

classificados como magnéticos, como é o caso da

magnetita e a pirrotita, pois geram um campo

magnético em sua volta com intensidade variável.

Magnetita Pirrotita

Propriedades físicas

Propriedades químicas

Há também propriedades químicas dos minerais:

· Teste do sabor salgado para a determinação da presença da halite (NaCl).

· Teste da efervescência pelo contacto com um ácido. Por exemplo, carbonatos como a calcite reagem com os ácidos libertando CO2, o que provoca efervescência. Este fenómeno ocorre a frio em determinados minerais e a quente noutros.

· Teste do cheiro – por exemplo, o argilito e argilas cheiram a barro quando bafejados.

Classificações dos minerais

Existem mais de 3.500 minerais naturais.

20 são comuns na crosta.

92 elementos químicos diferentes poderiam ser combinados em um grande número de minerais.

Fatores limitam: quimicamente impossíveis compostos formados apenas por: Potássio e sódio, silício e ferro.

As espécies minerais são agrupadas em classes minerais com base no ânion ou radical aniônico dominante em sua fórmula química.

Classificação dos minerais

Distribuição relativa dos minerais na crosta

Feldspatos 58%

Piroxênios e anfibólios 13%

Quartzo 11%

Micas, clorita, argilominerais

10%

olivina

3%

epidoto, cianita, andaluzita, silimanita,

granadas, zeólitas 2%

Carbonatos, Óxidos, Sulfetos, Halóides

3%

Distribuição relativa dos minerais na crosta

Porque os silicatos são mais abundantes?

Mais de 98 % da crosta terrestre é composta por:

O, Si, Al, Ca, Fe, Mg, Na e K.

O e Si representam 84% de átomos disponíveis e 74% do peso da terra

Silicatos Silicatos

Organização dos

tetraedros de SiO4 Exemplos

Nesossilicatos

(Tetraedos isolados)

Olivina

Sorossilicatos

(Tetraedros em pares)

Epidoto

Ciclossilicatos

(Tetraedros em anéis)

Berilo

Inossilicatos

Cadeias simples

Piroxênio

Cadeias duplas

Anfibólio

Filossilicatos

(Tetraedros em folhas)

Muscovita

Tectossilicatos

Quartzo

Constituinte básico: SiO4

Nesossilicatos

Cianita

•Fórmula química: Al2SiO5

• Hábito: tabular, fibroso;

• Clivagem: boa em duas direções;

• Dureza : 4 a 5 segundo o comprimento maior

e 6 a 7 perpendicular;

• Densidade relativa: 3,56 a 3,66;

• Brilho: vítreo, nacarado;

• Cor: Azul, verde, branca, preta e cinza;

• Traço: branco ;

• Transparência: translúcido a transparente.

Nesossilicatos

Topázio

• Fórmula Química: Al2SiO4(OH,F)2

• Hábito - Prismático

• Clivagem - Excelente em {001};

• Dureza - 8

• Densidade relativa - 3,4 - 3,6;

• Fratura – Conchoidal, irregular;

• Brilho - Vítreo;

•Cor – Incolor, branco, amarelo-vinho, amarelo-

palha, cinza, verde, azul, vermelho.

• Traço: branco;

• Transparência: transparente, translúcido.

Sorossilicatos

Epidoto

•Fórmula Química: (Ca,Na,Fe)Al2O.Si3O11OH);

• Hábito: prismático, acicular, maciço;

• Clivagem:basal perfeita;

• Dureza: 6,5;

• Densidade Relativa: 3,5;

• Fratura:planar, regular;

• Brilho: vítreo;

• Cor:verde, verde amarelado, verde

amarronzado, preto, amarelo, cinza;

• Traço: branco acizentado;

• Transparência: transparente, translúcido

Ciclossilicatos

Turmalina

Na(Fe,Mn)3Al6B3Si6O27(OH,F)4

•Hábito: prismático estriado;

• Clivagem: ruim a não existente;

• Dureza: 7 a 7,5;

• Densidade Relativa: 3 a 3,25;

• Fratura: subconchoidal;

• Brilho:vítreo a resinoso;

• Cor: incolor, azul, verde, vermelha, cor de

rosa, preta, bicolor

• Traço:branco, marrom, cinza, dependendo da

variedade

• Transparência: transparente a translúcido

Ciclossilicatos

•Fórmula Química: Cu2H2Si2O5(OH)4;

• Hábito: Criptocristalino, terroso, botroídal ;

• Clivagem: Ausente;

• Dureza: 2 a 3,5;

• Densidade Relativa: 2 a 2,4;

• Fratura: Conchoidal;

• Brilho: Lustroso, vítreo, terroso;

• Cor: Verde, verde azulado a azul;

• Traço: branco esverdeado;

• Transparência: translúcida a opaca

Crisocola

Inossilicatos

Piroxênio

(Ca, Mg, Al )2(Si,Al)2O6

•Hábito: Prismático, tabular ;

• Clivagem: Boa em {110};

• Dureza: 5 a 6,5 ;

• Densidade Relativa: 3,2 a 3,6;

• Brilho: Lustroso, vítreo;

• Cor: Verde, marrom escuro;

• Traço: Verde acizentado;

• Transparência: Opaco.

Inossilicatos

Anfibólio - Actinolita

•Fórmula Química: (Ca,Na)2(Mg,Fe)5(Si,Al)8O22(OH)2

• Hábito: prismático, fibroso, tabular ;

• Clivagem: Perfeita segundo duas direções formando

losangos;

• Dureza: 2 a 5;

•Densidade: 2,98 a 3,1;

• Brilho:Vítreo a sedoso;

• Cor: verde, verde escuro, cinza esverdeado, preto, branca

• Transparência:translúcido a transparente

• Traço:branco.

Filossilicatos

Talco

•Fórmula Química: Mg6(Si8O20)(OH)4

•Hábito: lamelar, maciço;

• Clivagem: boa, semelhante às micas;

• Dureza: 1,0;

• Densidade:2,7 a 2,8;

• Brilho: Nacarado a gorduroso;

• Fratura: Irregular

• Cor:cinza, verde claro, prateado;

• Transparência: translúcido;

• Traço: incolor .

Filossilicatos

Lepidolita

•Fórmula Química: K2(Li,Al)5-6Si6-7Al2-1O20(OH,F)4

•Hábito:Micáceo;

•Clivagem:tipicamente micácea (perfeita em uma

direção);

• Dureza: 2,5 a 3;

• Densidade:2,8 a 2,9;

• Fratura:irregular;

• Brilho:vítreo a nacarado

• Cor:Rosa, violeta, cinza-amarelada, lilás.

• Transparência:translúcida

• Traço:branco

Tectossilicatos

Labradorita

•Fórmula Química: (Na0,5-0,3,Ca0,5-0,7)Al(Al0,5-0,7,Si0,5-

0,3)Si2O8

•Hábito: Prismático;

•Clivagem: perfeita {010} e {001};

• Dureza: 6 a 6,5;

• Densidade: 2,7;

• Fratura:irregular;

• Brilho:vítreo a nacarado

• Cor: cinza a preta.

• Transparência: translúcida a opaca

• Traço: branco

Tectossilicatos

Quartzo

•Fórmula Química: SiO2

•Hábito: prismático a granular

•Clivagem: não possui

•Brilho: vítreo

•Dureza: 7,0

•Densidade: 2,6 a 2,65

• Fratura: conchoidal (típica)

•Cor:incolor, amarelo, roxo, rosa, branco leitoso,

•Transparência: transparente a translúcido;

•Traço:branco

Elementos Nativos

Cobre - Cu

•Fórmula Química: Cu

•Hábito: São comuns cristais mal formados, em

grupos ramificados e arborecentes, escamas,

placas, fios e massas irregulares;

•Brilho: metálico

•Dureza: 2,5 a 3

•Densidade: 8,8 a 8,94

• Fratura: irregular

•Cor: vermelho cobre

•Transparência: opaco.

Elementos Nativos

Enxofre -

•Fórmula Química: S8

•Hábito:cristais comuns, tipicamente piramidais ,

massas irregulares imperfeitamente cristalizadas;

•Brilho: resinoso;

•Dureza: 1,5 a 2,5;

•Densidade: 2,05 a 2,09;

• Fratura: conchoidal a irregular;

•Cor: Amarelo enxofre.

• Transparência: transparente a translúcido;

• Traço: branco

Sulfetos

Pirita

Grupo formado pelos compostos do íon sulfeto (S2-) com cátions metálicos

•Fórmula Química: FeS2

•Hábito: cúbico com faces estriadas, octaédrico

•Clivagem: fraca

•Brilho: metálico

•Dureza: 6,5

•Densidade: 5,1

• Fratura: conchoidal, irregular

•Cor: amarelo metálico, amarelo bronze

•Transparência: opaca;

•Traço: preto esverdeado

Sulfetos

Calcopirita

•Fórmula Química: CuFeS2

Hábito: Maçico, compacto, tetraédrico

•Clivagem: fraca

•Brilho: metálico

•Dureza: 3,5 a 4

•Densidade: 4,1 a 4,3

•Cor: amarelo

•Transparência: opaca;

•Traço: preto esverdeado

Óxidos

Constituinte básico: (O2-)

Magnetita

•Fórmula Química: Fe3O4

Hábito: típicos cristais octaédricos e

aglomerados maciços.

•Clivagem: ausente

•Brilho: metálico em superfície fresca

•Dureza: 5,5 a 6

•Densidade: 5,1

• Fratura: subconchoidal

•Cor: preta

•Transparência: opaca;

•Traço: preto.

Hidróxidos

Limonita

Constituinte básico: (OH-)

•Fórmula Química: (Fe(OH)3.nH2O)

Hábito: Estalactítico, botrioidal, mamelonar,

fibroso, maciço, terroso;

•Clivagem: ausente

•Brilho: submetálico a fosco;

•Dureza: 5 a 5,5

•Densidade: 3,3 a 4,3

• Fratura: Conchoidal

•Cor: preta, amarela, marrom

•Transparência: opaca;

•Traço: ocre, marrom .

Halóides

Fluorita

Caracterizam-se pela combinação dos íons halogênicos eletronegativos

Cl-, B-, F- e I- com metais e metalóides.

•Fórmula Química: (CaF2)

•Hábito: cristais cúbicos, maciço;

•Clivagem: perfeita segundo quatro direções

•Brilho: vítreo, gorduroso;

•Dureza: 4

•Densidade: 3,18

•Cor: branco, verde, azul, violeta, amarelo e

vermelho

•Transparência: transparente, translúcida ;

•Traço: branco.

Halóides

Halita

•Fórmula Química: (NaCl)

•Hábito: Maciço, granular;

•Clivagem: Cúbica perfeita;

•Brilho: vítreo, ceroso;

•Dureza: 2,5

•Densidade: 2,16;

•Cor: Incolor, branco, azul, amarelo;

•Transparência: transparente, translúcida ;

•Traço: branco.

Carbonatos

Calcita

Constituinte básico: (CO32-)

•Fórmula Química: (CaCO3)

•Hábito: Romboédrico, granular, sacaroidal,

prismática;

•Clivagem: 3 direções de clivagem

proeminentes, dando origem a formas

romboédricas ;

•Brilho: vítreo, resinoso;

•Dureza: 3

•Densidade: 2,71

• Fratura: Irregular

•Cor: incolor, branca, azul, amarela, vermelha,

cinza ;

•Transparência: transparente a translúcido ;

•Traço: branco.

Carbonatos

Malaquita

•Fórmula Química: Cu2CO3(OH)

•Hábito: Botrioidal, acicular, maciço

•Clivagem: boas em duas direções;

•Brilho: vítreo, nacarado, adamantino ;

•Dureza: 3,5 a 4

•Densidade: 3,7 a 4,1

•Cor: Verde escuro, verde claro ;

•Transparência: subtranslúcido a opaco ;

•Traço: verde claro .

Nitratos

Constituinte básico: (NO3-)

•Fórmula Química: (NaNO3)

•Hábito: Granular, maciço.

•Clivagem: Perfeita em uma direção;

•Brilho: vítreo;

•Dureza: 1,5 a 2

•Densidade: 2,24 a 2,29

•Cor: Incolor, branco;

• Transparência: Transparente;

• Traço: branco

Nitratina

Sulfatos

Barita

Constituinte básico: (SO42-)

•Fórmula Química: (BaSO4)

•Hábito: tabular, maciço

•Clivagem: Perfeita em duas direções;

•Brilho: vítreo;

•Dureza: 3 a 3,5

•Densidade: 4,48

• Fratura: Irregular;

•Cor: branco, verde, cinza;

•Transparência: Transparente, translúcido;

•Traço: branco .

Fosfatos

Apatita

Constituinte básico: (PO43-)

•Fórmula Química: (Ca5(PO4)3(OH,F,Cl))

•Hábito: maciço, prismático

•Clivagem: indistinta;

•Brilho: vítreo;

•Dureza: 5

•Densidade: 3,19

• Fratura: Conchoidal;

•Cor: branco, amarelo, verde, azul,vermelho,

marrom;

•Transparência: Transparente, translúcido;

•Traço: branco .

Principais tipos de minerais

1. Quartzo

2. Feldspatos

3. Micas

4. Calcita

5. Dolomita

6. Gipsita

7. Argilo minerais

RESUMO

1. Os minerais são sólidos cristalinos que ocorrem naturalmente e têm propriedades físicas e químicas definidas;

2. A maior parte dos minerais são compostos químicos;

3. Diferença entre minerais e rocha: a maioria das rochas são compostas de vários minerais

4. A maior parte dos minerais são silicatos, mas há outros grupos;

5. Minerais são recursos naturais importantes a sociedade.