introdução e mineralogia

8/20/2019 Introdução e Mineralogia

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Tema 2- Introdução e Mineralogia

Mineralogia (Introdução)

A matéria é constituída por três estados fundamentais:

Gasoso:Partículas (átomos ou moléculas) bem separadas.

Organização perfeitamente aleatória. Líquido:Fluidez sob acção de tensões tangenciais extremamente baixas-forma adaptávelao recipiente que os contém.Apresentam superfície livres-capacidade limitada de expansão. Baixacompressibilidade

Sólido (2 estados): Vítreo e Cristalino Estado vítreo:

Fluidez baixa.Rigidez semelhante à de um sólido.

Distribuição global das partículas aleatória.

Definição Mineral e suas Propriedades:

Por definição um mineral é uma substância sólida, natural e inorgânica, de estruturacristalina e com composição fixa ou variável dentro de limites bem definidos.

Substancia inorgânica natural: Excluem-se os compostos orgânicos naturais. Composição química definida: Varia dentro de limites bem definidos Estrutura cristalina própria: Constituída por um edifício atómico bem

ordenado

Na identificação dos minerais recorre-se a um conjunto de propriedades químicas efísicas.

Composição:

Os minerais têm uma composição química fixa ou variável dentro de limites bem definidos, passível de ser representado pela sua fórmula química.

A definição desta fórmula tem por base os resultados qualitativos equantitativos fornecidos por análises químicas.


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Clivagem:

A clivagem é a propriedade física que traduz a tendência de alguns minerais para fragmentarem, por aplicações de uma força mecânica, segundos

superfícies planas e brilhantes, de direcções bem definidas e constantes.

Os planos de clivagem correspondem a superfícies de fraqueza da estruturacristalina dos minerais. A clivagem pode assim ser caracterizada pelafacilidade de obtenção dos planos de clivagem e pela sua perfeição.

Portanto a clivagem é uma propriedade condicionada pela estrutura cristalina

dos minerais, isto é do seu arranjo cristalino interno.

(os minerais que partem sem clivagem exibem apenas fractura)

Fractura:

Refere-se à maneira pela qual um mineral se parte, excepto quando ela écontrolada pelas propriedades de clivagem e partição. O estilo defracturação é um elemento importante na identificação do mineral.Alguns minerais apresentam estilos de fracturação muito característicos,determinantes na sua identificação. Minerais com fractura conchoidal,

por exemplo, são: quartzo, zircão, calcedónia. A nefelina é um caso deum mineral com fractura subconchoidal a conchoidal.

Os minerais que têm fractura revelam que todas as ligações sãoigualmente fortes, qualquer que seja a direcção considerada.

As superfícies de fractura não se repetem paralelamente entre si mesmase podem apresentar diversos aspectos.

O quartzo por exemplo não apresenta planos de clivagem visível equando percutido, desagrega-se em fragmentos com superfícies mais ou

menos irregulares, com direcção privilegiada.

Brilho:

O brilho é a propriedade que se refere à intensidade de luz reflectida poruma superfície de fractura recente do mineral estudado. Temos então o

brilho metálico/ submetálico / não metálico.


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Cor:

A cor de um mineral deve ser observada numa superfície de fracturarecente, à luz natural. Os minerais são designados idiocromáticos se têmcor constante, e alocromáticos se virarem de cor consoante a amostraobservada.

Dureza:

Resistência que o mineral oferece ao ser riscado por outro mineral.

Traço:

O traço ou risca é a cor do mineral quando reduzido a pó

Densidade:

A densidade de um mineral depende da sua estrutura cristalina,nomeadamente da natureza dos seus constituintes e do seu arranjo, maisou menos compacto.

Uma densidade “média” é a densidade do quartzo ou da calcite (d=2.7).Os minerais de brilho não metálico tem geralmente ordem de grande de

densidade próximas do quartzo, enquanto os de brilho metálico temdensidade superior.

Estado Cristalino:

Ordenação regular no espaço das partículas elementares (átomos ou agrupamentos deátomos). Cada partícula tem uma posição média definida em torno do qual faz pequenasoscilações.Os corpos cristalinos, por aquecimento gradual, passam ao estado líquido, e depois, ao

estado gasoso. As mudanças de estado ocorrem a temperaturas bem determinadas, quese mantêm constantes enquanto houver duas fases distintas em equilibro.

Anisotrópico/Isotrópico:

- Quando numa substância, uma dada propriedade direccional manifesta efectivamentevalores variáveis com a direcção, diz se que tal substância é Anisotrópica,relativamente a essa propriedade.


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- Se pelo contrário, o valor assumido pela propriedade é independente da direcção dedeterminação, diz-se que a substância é Isotrópica, relativamente àquela propriedadedireccional.

Tipos estruturais da matéria:

Matéria Cristalina: matéria dotada de homogeneidade periódica, caracterizada pormanifestar propriedades direccionais contínuas, em mais que uma direcção.

Matéria Amorfa ou vítrea: Estruturalmente caracterizada por uma homogeneidadeestatística, isto é, caracteriza-se pela ausência de ordenação interna( não apresenta ouquase não apresenta minerais)

Fases mesomorfas ou cristais líquidos: Líquidos que, pela sua organizaçãomolecular , manifestam anisotropia relativamente a certas propriedades físicas, nomeadamente as ópticas.

O cristal é definido como qualquer massa homogénea de matéria cristalina. No casogeral esta a implicar uma forma poliédrica natural.

Tipos de cristais líquidos existentes:

Nemáticos: As moléculas orientam-se espontaneamente segundo o seu

alongamento. Colestericos: Modificação dos anteriores com orientação helicoidal. Esméticos: As moléculas distribuem-se em estratos.

Crescimento Cristalino:

O cristal inicia o seu crescimento em pequenos núcleos – Núcleos de Cristalização- aos quais vão sendo acrescentados novos iões de uma forma ordenada.

Existem ambientes de formação dos cristais muito distintos.

A temperatura, a pressão, o ambiente químico e o espaço disponível sãodeterminantes no crescimento dos cristais. É raro encontrar um cristal perfeito. Numcurto espaço de tempo, milhões de átomos adicionam-se às paredes de um cristal,

podendo se verificar eventuais defeitos no seu crescimento.

As diferentes formas dos cristais resultam das diferenças direccionais da velocidade

de crescimento, o que esta relacionado com as características do meio onde elas sedesenvolvem.


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Tipos de cristais:

Definimos três tipos de cristais:

Cristal Euédrico: Crescimento totalmente livre. O mineral é totalmentelimitado por faces bem desenvolvidas.

Cristal Subédrico: Crescimento parcialmente condicionado. O mineralapresenta parcialmente faces desenvolvidas.

Cristal Anédrico: Crescimento fortemente condicionado pelos cristaisenvolventes. O mineral não apresenta qualquer tipo de faces.

Isomorfismo/Polimorfismo:

Isomorfismo:

Propriedade de alguns minerais apresentarem formas cristalográficas externassemelhantes mas com variação da sua composição química.

Condições para que se verifique isomorfismo:

Estruturas têm de ser do mesmo tipo A razão entre o raio/anião tem de ser muito próxima nos dois compostos. Um dos compostos tem de ser capaz de incorporar 5% ou mais do outro

composto em solução sólida.

Polimorfismo:

Dois ou mais minerais de mesma composição química e com formas e estruturascristalinas diferentes são ditos minerais polimorfos ou alomorfos.

Refere-se portanto à capacidade de uma determinada substância química poderapresentar-se sob diferentes formas estruturais, em função de diferenças na temperatura(T), pressão (P) ou em ambos.

Mecanismos responsáveis pelas transformações polimórficas:

Reconstrução: Rearranjo profundo com quebra de ligações e reagrupamentodas unidades estruturais. Ex. Diamente-Grafite.

Deslocação: Pequenos ajustamentos, mas sem rotura das ligações. Atransformação é facilmente reversível. Ex. Quartzo de alta temperatura -Quartzo de baixa temperatura.


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Ordem-Desordem: Transição entre estados ordenados e desordenados, ou vice-versa. Baixa temperatura (estado ordenado). Alta temperatura (estado maisdesordenado).

O politipismo é um caso particular de polimorfismo em que os polimorfos diferem

apenas no arranjo de camadas ou folhas bidimensionais idênticas.

O pseudomorfismo é uma transformação em que um mineral é substituído por outrosem que haja modificação da sua forma externa. (pode ocorrer com e sem variação dacomposição química).


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Silicatos (Argilas)

Definição Silicatos:

O termo silicato é usado para definir um tipo de rocha que consiste em silício eoxigénio, um ou mais metais e possivelmente hidrogénio. Tais rochas variam de granitoa gabro.

Os silicatos constituem a classe de maior importância, representando cerca de 25% dosminerais conhecidos e quase 40% dos minerais comuns. Os silicatos constituem cercade 95% do volume da crosta terrestre, dos quais cerca de 59,5% são representados porfeldspatos, 16,8% por anfibólios e piroxênios, 12% quartzo e 3,8% pelas micas, osoutros minerais (silicatos e não silicatos) perfazendo o volume de aproximadamente

7,9%. Dessa maneira, a grande maioria das rochas é formada por silicatos, sendo rarasas rochas magmáticas, metamórficas e sedimentares que não possuem como mineraisessenciais silicatos. Assim sendo, é impossível classificar rochas sem possuir uma boa

base de mineralogia dos silicatos.

Por sua vez o silício é o segundo elemento mais abundante da face da terra, perfazendo25.7% do seu peso. Aparece na argila, feldspato, granito, quartzo e areia, normalmentena forma de dióxido de silício (também designado por sílica) e silicatos( compostoscontendo silício, oxigénio e metais).

Definição Argila:

A argila é o nome dado a um sedimento formado por partículas de dimensões muito pequenas, abaixo de 1/256 milimetros de diâmetro. Esse sedimento pode ser formadoapenas por um mineral argiloso, mas o mais comum é ser formado por uma misturadeles, com prodominio de um. Todos, porém, são filossilicastos – ou seja, silicatos queformam lâminas – de baixa dureza, densidade também relativamente baixa e boa clivagem em uma direcção.

Argila como classe granulométrica: Partículas de dimensão inferior a0.002-0.004 mm.

Argila como mineral: Grupo de minerais conhecidos como mineraisargilosos.

Argila como rocha: Designa rochas compostas essencialmente porminerais argilosos.

Argila como matéria-prima: Produto natural que desenvolve, quasesempre, plasticidade em meio húmido, endurecendo depois de seco emais ainda depois de cozido.


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Grupos principais - Minerais Argilosos:

1. Caulinite ou das candites2. Ilite3. Montmorilonite ou das esmectites

4. Clorite5. Vermiculite6. Interestratificados7. Paligorsquite esepiolite ou das hormites Minerais

Caulinite:

A estrutura não expande em contacto com a água.Baixa CTC (metade relativamente à ilite e um quinto em relação à montmorilonite).

CTA relativamente elevada.O empilhamento das camadas pode ser desordenado, com pequenos desvios segundo adirecção b, formando-se assim as “caulinites desordenadas”, constituintes comuns dasargilas refractárias.

Ilite:

A ilite é o mineral mais abundante nos xistos argilosos e nos argilitos, e ocorre noutrasrochas sedimentares, incluindo o calcário. Pode formar-se pela alteração dos silicatos,

particularmente do feldspato, pela modificação diagenética de outras argilas, pela

degradação da moscovite ou ainda pela recristalização de sedimentos coloidais.

Esta argila tem estrutura semelhante à das micas, mas como tem menos catiões inter-camadas as suas ligações são mais fracas e existe maior irregularidade noempilhamento.

Grupo das Esmectites(Montmorilonite):

A esmectite é uma designação geral para um grupo de minerais que têm a mesmaestrutura mas que diferem no conteúdo iónico metálico.

As montmorilonites podem decompor-se nas variedades sódias e cálcicas. As primeiras são designadas por bentonites expansias, as segundas por bentonitesnão expansivas. Tem grande CTC. As partículas são lamelares, mas tendem aapresentar formas alongadas se a substituição for intensa.

A vermiculite é um silicato hidratado de magnésio, alumínio e ferro comcomposição variável. A sua estrutura cristalina é semelhante à da biotite, mas as“folhas”estão separadas por duas camadas de moléculas de água.


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Propriedades dos minerais argilosos:

A aplicação industrial das argilas baseia-se fundamentalmente nas suas propriedadesfísico-químicas, as quais, por sua vez, derivam de três factores: o reduzido tamanho das

partículas; a morfologia dos cristais e as substituições isomórficas que ocorrem nessesminerais.

As argilas possuem uma elevada área superficial com ligações químicas não saturadas,o que lhes permite interagir com diversas substâncias. Por isso, possuem umcomportamento plástico quando misturadas com água e, em alguns casos, são capazesde inchar, aumentando muito de volume.

Outra característica importante é a capacidade de troca de cátions. Íons positivosexistentes em soluções aquosas que entram em contato com a argila podem facilmente

infiltrar-se entre as lâminas dos minerais argilosos e dali saírem também facilmente, pois suas ligações químicas são fracas. Eles não penetram na estrutura do mineral,apenas prendem-se às superfícies das partículas de argila. Ocasionalmente essa trocaiônica pode acontecer também em meio não-aquoso.Essa propriedade tem grande influência na plasticidade das argilas, pois se o cátiontrocável é o cálcio, as propriedades plásticas serão diferentes das presentes quando ocátion é o sódio.

Destacam-se também as argilas por sua enorme capacidade de absorção. As maisabsorventes chegam a reter água numa proporção de mais de 100% do seu próprio peso.

A hidratação e o inchamento são outras importantes propriedades, sobretudo dasargilas do grupo da montmorillonita. A água pode se acumular entre as camadas e, àmedida que isso ocorre, as folhas vão se separando e o volume total vai aumentando.Plasticidade é outra característica fundamental das argilas. Como são formadas defolhas, a água, ao se introduzir entre elas, funciona como um lubrificante, permitindoque as folhas deslizem umas sobre as outras.

Os minerais argilosos só podem ser estudados pormenorizadamente com recurso aequipamentos de raios x, microssonda electrónica ou outros aparelhos sofisticados.

São essencialmente aluminossilicatos hidratados, nos quais o magnésio ou o ferro podem substituir parcial ou totalmente o alumínio, com elementos alcalinos ou alcalino-terrosos. Deste modo a sua composição química é variável tal como a natureza doscatiões inter-camadas e o teor em água.

Os diferentes minerais argilosos têm diferentes propriedades úteis e com interesseeconómico.


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Propriedades:

Granulometria muito fina e forma anisométrica Diversidade química e estrutural

Grande e variada superfície específica

Capacidade de troca iónica devido essencialmente a substituiçõesisomórficas.

Dispersão fácil em água ou outros solventes proporcionando suspensõesestáveis ou instáveis quimicamente e com uma gama de propriedades reológicas.

Inércia química e forte poder absorvente

Dimensão apreciável e boa homogeneidade da maior parte dos depósitos ou jazigos; beneficiação, isto é, separação fácil de impurezas utilizando em regraa via húmida e ainda a exploração fácil dos depósitos (geralmente a céu aberto).

Fundações e estabilidade de taludes:

Os minerais argilosos são constituintes importantes de solos, sedimentos e rochassedimentares.

A argila dos solos e doutros materiais argilosos pode proporcionar a esses materiaiscomportamentos, que tantas vezes, põem em risco obras de engenharia.


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o O comportamento do solo numa fundação é afectado quer pela quantidade totalde água contida, quer pela energia com que ela é retida (água intercristalina eintracristalina).

o A consistência, a resistência mecânica e a densidade são afectadas pelo teor

em água. Gradientes do teor em água originam movimentos de água cujosefeitos típicos são o colapso durante a secagem e o intumescimento durante asaturação.

o A presença de sedimentos sensíveis de origem marinha e que passaram no presente ao regime de água doce pode gerar instabilidade.

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