Minerais

0440107DinâmicadoSistemaTerra1Prof.Dr.GastonEduardoEnrichRojasUniversidadedeSãoPaulo

Mineral•  Ummineralé:

•  sólidohomogêneo,•  natural,•  formadoporprocessosinorgânicos,

•  comumacomposiçãoquímicadefinida(masgeralmenteénãofixa),

•  umarranjoatômicoaltamenteordenado(estruturacristalinadefinida).

Polimorfismoeisomorfismo• Polimorfossãomineraiscom:•  amesmacomposiçãoquímica

•  estruturascristalinasdiferentes

•  Exemplo:•  grafite(C)ediamante(C)•  calcita(CaCO3)earagonita(CaCO3)

diamante

grafite

Polimorfismoeisomorfismo•  Isomorfossãomineraiscom:

•  estruturacristalinasemelhantes•  composiçãoquímicadiferenteouvariáveldentrodecertoslimites

•  Exemplo:•  calcita(CaCO3)•  magnesita(MgCO3)•  siderita(FeCO3)

Minerais–estruturacristalina•  Anaturezadasligaçõesquímicascontrolaaestruturadosminerais:•  metálicas–empacotamentofechadodeátomos

•  elementosnativos–Au,Pt,Cu

•  covalentes–requerátomoslocalizadosemposiçõesespecíficas•  diamante

•  iônicas–seguemasregrasdePauling•  grandemaioriadosminerais•  ânion:O•  cátions:Si,Al,Fe,Mg,Ca,Na,K,etc...

NomesdeMinerais•  Nomesdemineraistêmsufixo–ita(dolomitaCaMg(CO3)2)

•  rochastêmsufixo–ito(dolomito,rochacompostapordolomita)

•  mineraisconhecidoshámuitotempopodemnãoseguirestasregras

•  quartzo(SiO2)

•  galena(PbS)•  rutilo(TiO2)

NomesdeMinerais• podemindicar:

•  localdesuadescoberta

•  propriedadesfísicas•  composiçãoquímica•  homenagemapessoaproeminente

Aragonita(CaCO3)MolinadeAragon-ESP

Topázio(Al2SiO4(F,OH)2)IlhadeTopasos,MarVermelhoVesuvianitaCa10(Mg,Fe)2Al4Si9O34(OH)4)MonteVesúvio,ITA

NomesdeMinerais• podemindicar:

•  localdesuadescoberta

•  propriedadesfísicas•  composiçãoquímica•  homenagemapessoaproeminente

MagnetitaFe2+Fe3+2O4propriedadesmagnéticasAlbitaNaAlSi3O8alusãoàcor(branca)AzuritaCu3[OH|CO3]2alusãoàcor(azul)HematitaFe2O3alusãoàcordopó(traço)(vermelha)

NomesdeMinerais

• podemindicar:•  localdesuadescoberta

•  propriedadesfísicas•  composiçãoquímica•  homenagemapessoaproeminente

•  Fluorita(CaF2)•  Cromita(FeCr2O4)•  Calcita(CaCO3)•  Barita(BaSO4)•  Zircão(ZrSiO4)• Molibdenita(MoS2)•  Titanita(CaTiSiO5)• Nacareniobsita[(Ca,REE8(Na,Ca)6(Nb,Ti)2(Si2O7)4(F,O)8]

NomesdeMinerais• podemindicar:

•  localdesuadescoberta

•  propriedadesfísicas•  composiçãoquímica•  homenagemapessoaproeminente

AndraditaCa3Fe3+2(SiO4)3emhomenagemàJoséBonifáciodeAndradaeSilva

Coutinhoíta(ThxBa1-2x(H2O)y(UO2)2Si5O13·H2O)emhomenagemàProf.JoséMoacirViannaCoutinho

Goethitaα-Fe3+O(OH)emhomenagemàJohannW.vonGoethe

Comoclassificar?•  Aclassificaçãonãoédefinidapelanatureza,elaéumaconvençãohumana.

•  Classificaçãoéimpositiva,énorma.•  Temporobjetivo:“ordenaresimplificar”•  Nãosepodedesenvolverumaclassificaçãoprópria,todosdevemfalaromesmo“idioma”.

Primeiros(Tratados(Sobre(Minerais(~1100$AC$ Índia$ Vedas&~700$AC$ China$ Compilações&de&Minerais&~300$AC$ Índia$ Descrição&de&Minerais&

3841322$AC$ Grécia$ Aristóteles&–&Meterologica&3701287$AC$ Grécia$ Teophrastus&–&On&Stones&23179$AD$ Roma$ Plínio&–&Historia&Naturalis&

8º$século$AD$ Pérsia$ Jabir&ibn&Hayyan&9º$século$AD$ Arábia$ Al&Khindi&98011037$AD$ Pérsia$ Avicenna&ibn&Sina&1540$AD$ Itália$ Biringuccio&–&Pirotecnia&1556$AD$ Alemanha$ Agricola&–&De&Re&Metallica&

$

JönsJakobBerzelius,umdosfundadoresdaquímicamoderna

Classificaçãosistemáticademinerais•  JönsJakobBerzelius(1779–1848)•  Desenvolvimentodeclassificaçãomineral(1814)baseadanoselementos(ougrupos)maiseletronegativos,dividindo-osemclasses,comoóxidos,haletos,fosfatos,sufatosesilicatos

AClassificaçãoMineral•  SystemofMineralogyJamesDwightDana(1813-1895)•  PrimeiraEdição(1837):marconaMineralogia

•  4aedição(1854):Classificaçãoutilizandoasbasesdaquímica“moderna”deBerzelius

•  23ªedição(2007):atual-traduçãop/português(2012)

Classificaçãodeminerais•  AssociaçãoMineralógicaInternacional(IMA)fundadaem1959•  ComissãodeNovosMineraiseNomesdeMinerais(CNMNM)

•  http://www.ima-mineralogy.org/

AClassificaçãoMineral•  divisãoemclassesdeacordocomânionougrupoaniônico:•  semelhançasfísicasemorfológicas

•  siderita(FeCO3)~calcita(CaCO3)~magnesita(MgCO3)•  siderita(FeCO3)≠pirita(FeS2)≠hematita(Fe2O3)

•  mineraiscomomesmoradicalaniônicoemgeralseformamporprocessossemelhantesetendemaocorrerjuntosnanatureza

AClassificaçãoMineral•  classessãodivididasemgruposporcritériosquímicos

•  ex.:grupodosfeldspatos,grupodospiroxênios,grupodasmicas

•  osgrupos,porsuavez,sãoconstituídosporespéciesminerais

esmeralda(contémpequenasquantidadesCr3+)

águamarinha(contémpequenasquantidadesdeFe2+eFe3+)

AClassificaçãoMineral•  variaçõesquímicaspoucoexpressivas,podemserdesignadasvariedades•  p.ex.variedadesdeberilo[Al2Be3Si6O18]

“Hierarquias”daMineralogia•  CLASSEMINERAL(Óxidos,Sulfatos,Silicatos,Carbonatos,etc)

•  SUBCLASSEMINERAL(Nesossilicato,Inossilicato,Tectossilicato,etc)•  GRUPOMINERAL(GrupodosPiroxênios,dosAnfibólios,dasMicas)

•  ESPÉCIEMINERAL(Diopsídio,Hornblenda,Biotita,Ortoclásio)•  VARIEDADEMINERAL:variaçõesquímicaspoucoexpressivasdedeterminadas

espécies

38classesdeminerais

Classificaçãodosminerais•  Principaisclasses:

Outrasclasses:cromatos,nitratos,boratos,arsenatos,vanadatos,etc.

classe Nºaproximadodeespécies Exemplos

ElementosNativos ~100minerais DiamanteC,OuroAuSulfetos ~600minerais PiritaFeS2

ÓxidoseHidróxidos ~500minerais HematitaFe2O3,GibbsitaAl(OH)3Haletos ~150minerais HalitaNaCl,FluoritaCaF2

Carbonatos ~280minerais CalcitaCaCO3

Sulfatos ~300minerais BaritaBaSO4Fosfatos ~500minerais ApatitaCa5(PO4)3OH

SILICATOS ~1300minerais QuartzoSiO2

PraticanomuseudoIGc-USP•  Formemgrupos•  Cadagrupoficacomumaclassemineral

•  dessaclasseescolhedoismineraisdavitrinedomuseu•  levantaminformaçõessobreuso,origemdonomeeocorrência(livroouwikipédia)

•  aofinalexplicamparaoscolegas

Cu,Alaska(3toneladas)pepitaAu27,21kg47×20×9cmHandofFaith26Sep1980Victoria,AustraliaGoldenNuggetLasVegas(~US$1milhão)

elementosnativos

elementosnativos

Grafite(C)-Angolahttp://www.mindat.org/photo-91107.html

Enxofre(S)-Sicília,Itáliahttp://www.mindat.org/photo-80361.html

diamante(C)

pirita(FeS2)

galena(PbS)

sulfetos

calcopirita(FeCuS2)http://www.mindat.org/photo-148933.html

hematita(Fe2O3)

óxidos

magnetita(Fe3O4)hematita(Fe2O3)

óxidos

Córidon,variedadesafira,Paraíba,Brasilwww.mindat.org

Córidon(Al2O3),variedaderubí(esquerda)ecomumàesquerda

óxidos

rutilo(TiO2)http://www.mindat.org/photo-37829.html

ilmenita(FeTiO3)http://www.mindat.org/photo-444061.html

Hidróxidos

gibbsitaAl(OH)3

goethita α-FeO(OH)

Hidróxidos-bauxita

não é um mineral branco, cinza, amarelo, vermelho mistura de óxidos hidratados de Al: •  gibbsita (principal) •  diásporo •  boehmita importante minério de alumínio alteração de rochas aluminossilicaticas em condições tropicais

Hidróxidos-limonitaFeO.OH.nH2Oamorfaoucriptocristalinamaciça,terrosaoubotrioidalamarela,laranja,castanho,preto-acastanhadonomedescritivodeumamisturaindeterminadadeóxidosehidróxidosdeferrogoethita+lepidocrocita(criptocristalinas)+águaadsorvida±hematita

fluorita(CaF2)

halita(NaCl)

haletos

apatitaCa5(PO4)3(OH,F,Cl)

fosfatos

aragonita(CaCO3)calcita(CaCO3)

carbonatos

carbonatos

carbonatos

azurita[Cu3(CO3)2(OH)2]http://www.mindat.org/photo-62370.htmlhttp://www.mindat.org/photo-18527.html

malaquita[Cu2(CO3)(OH)2]http://www.mindat.org/photo-340782.html

anidros–grupodabarita(BaSO4)hidratados–grupodagipsita(CaSO4.2H2O)

barita(BaSO4) gipsita(CaSO4.2H2O)

sulfatos

silicatos

Silicatos• Mineraismaisabundantesdacrostaedomantoterrestre.

•  Unidadefundamental:grupoaniônico[SiO4]4-.

•  Formadogrupoaniônicotetraédros

•  Essaunidadefundamentalécapazdepolimerização.

•  AsdiferentescombinaçõesdotetraédrosdeSiO4formamasdiferentessubclassesdesilicatos

ClassificaçãodossilicatosSubclasse Arranjodos

tetraedrosSiO4

RelaçãoSi:O

Exemplo

Nesossilicatos isolados 1:4 Olivina(Mg,Fe)2SiO4

Sorossilicatos duplo 2:7 HemimorfitaZn4(Si2O7)OH.H2O

Ciclossilicatos anéis 1:3 BeriloBe3Al2(Si6O18)

Inossilicatos cadeiassimples 1:3 EnstatitaMg2(Si2O6)

Inossilicatos cadeiasduplas 4:11 TremolitaCa2Mg5(Si8O22)(OH)2

Filossilicatos folhas 2:5 TalcoMg3(Si4O10)(OH)2

Tectossilicatos estruturastridimensionais

1:2 QuartzoSiO2

Tetraedrosisolados(nesossilicatos)

ex.olivina(Mg,Fe)2SiO4

Tetraedrosemanéis(ciclossilicatos)

beriloBe3Al2Si6O18*nH2O

variedade:esmeralda

variedade:água-marinha

Tetraedrosemcadeias(inossilicatos)

ex.grupodopiroxêniodiopsídioMg2Si2O6

Tetraedrosemcadeias(inossilicatos)

ex.grupodoanfibólio

Tetraedrosemfolhas(filossilicatos)

ex.micas(biotitaemuscovita)

Tetraedrosemestrutura3D(tectossilicatos)

Ex.Feldspatoequartzo

Feldspatos

Quartzo

quartzo(ametista)quartzo(citrino) quartzoleitoso

quartzo(cristalderocha) quartzorosacomfraturaconchoidal

quartzo

Identificaçãoecaracterizaçãodosminerais•  Identificaçãoecaracterizaçãopor:

•  observaçãomacroscópica(propriedadesfísicas);•  examemicroscópico(propriedadesópticas);•  difraçãoderaiosX;•  análisequímica.•  etc...(existemmuitosmétodosanalíticosdisponíveis)

•  Aspropriedadesfísicasdosmineraisdependemdesuaestruturaedesuacomposiçãoquímica.•  Tipoeintensidadedasligaçõesquímicas.

•  Dependedosobjetivos,dotempoedocusto•  Umaidentificaçãomineralrápidapodeserfeitacombaseemalgumaspropriedadesfísicas.

Aspropriedadesfísicasconstituemabasedaidentificaçãodosmineraisemamostrademão.

§ Canivete§ HCldiluído§ Imã

§ Placadeporcelana

§ Lupa

Propriedadesfísicas

Propriedadesfísicas(Classificaçãodecampo)

•  hábitoeforma•  clivagemefratura

•  dureza(escalademohrs)

•  cor,brilho,cordotraçoetransparência

•  testecomHCl

•  densidaderelativa•  magnetismo

•  propriedadesorganolépticas

Fonte: Blackburn & Dennen, 1994

Hábito•  Hábitoéaformageométricaexternadomineralouagregado(aparênciageral)

•  Refleteaestruturacristalina•  Oscristaiscomhábitoseformamquandohouvercondiçõesparaquesuasfacescristalinaspossamsedesenvolver(quandoomeioemqueseencontramnãoinibeaformaçãodasfaces).

•  Otamanhodasfacescristalinasvaria,masoânguloentreelasnão(NicolausSteno–1669);

Hábito•  Equidimensional–asformasassumidaspeloscristaistendemaapresentardimensõesiguaisnas3direçõesespaciais.

•  Prismático–umadasdimensõespredominasobreasoutrasduas,resultandoformasalongadas.

•  Acicular–predomínioexageradodeumadasdimensõesconfereaformadeagulhaaoscristais(prismamuitoalongado).

•  Tabular–duasdasdimensõespredominamsobreumaterceira,configurando-seformasachatadas.

•  Placóide–omineralseapresentaemfolhasouplacas.

Hábito

equidimensional(granada)

prismático(quartzo)

acicular(aragonita)

placóide(mica)

tabular(barita)

cúbico(pirita)

Hábito•  Hábitosdecristaisougrãosindividuaisdemineraisemfunçãodassuasdimensõesrelativas.

Clivagemefratura•  Fraturaéasuperfícieirregularecurvadequebradosminerais.

• Afraturapodeser:•  plana•  irregular•  conchoidal

fraturaconchoidal(quartzo)

Clivagemefratura•  Clivageméumasuperfícieplanadequebradeummineral,emdireçõespré-determinadaspelasuaestruturacristalina•  Podeestarpresenteemmaisdeumadireção,deacordocomomineral.

•  Umasuperfíciedeclivageméumasuperfíciedequebra,enquantoqueumafacecristalinaéumasuperfíciedecrescimento.

Clivagemefratura

Estruturadamica(muscovita). KAl2(AlSi3O10)(OH)2

planosdeclivagemdamuscovita

Clivagemefratura

Clivagemefratura•  Aclivagempodesermedidaporsuaqualidade:

•  perfeita:omineralquebrafacilmenteeformaumasuperfíciedeclivagemlisaquerefletebemaluz

•  boa(proeminente):relativamentefácildeproduzir,masasuperfícieéinterrompidaporoutrasfraturasquesãomenoscontínuas

•  distinta,indistintaefraca:representamsuperfíciesdeclivagemprogressivamentemenordesenvolvidas.

•  Partição:éasuperfícieplanaquepareceumaclivagemmaséfoscaporquepossuipequenasimperfeiçõesedescontinuidades

Dureza•  Refere-seàresistênciarelativadeummineralaoserriscado.

•  Ograudedurezaédeterminadocomparandoafacilidadeoudificuldadecomqueummineralériscadoporoutroouporumobjetodedurezaconhecida.

•  Utiliza-seumaescalaformadapor10mineraiscomunsconhecidacomoEscaladeMohs(nãorepresentaintervalosregularesdedurezaabsoluta).

Dureza-EscaladeMohs1–Talco Mg3Si4O10(OH)2 Palitodefósforo(±1)

2–Gipsita CaSO4.2H2O Unha(±2)

3–Calcita CaCO3

4–Fluorita CaF2 Prego(±4)

5–Apatita Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) Aço–canivete(±5,5)6–Feldspato K(AlSi3O8) Vidro(±5,5)

7–Quartzo SiO2 Porcelana(±6,0)

8–Topázio Al2SiO4(F,OH)29–Coríndon Al2O3

10-Diamante C

EscaladedurezadeMohs3 - CALCITA 4 - FLUOTITA 5 - APATITA

7 - QUARTZO 6 - FELDSPATO 8 - TOPÁZIO 9 - CORÍNDON 10 - DIAMANTE

1 - TALCO 2 - GIPSITA

Brilhoetransparência• Brilhoéaquantidadedeluzrefletidapelasuperfíciedomineral:•  Brilhometálico(aparênciademetal)

•  Brilhonãometálico(vítreo,resinoso,adamantino,perláceo,sedoso,etc.)

Vítreo:brilhotípicodovidrooudoquartzo

Resinosoougorduroso:brilhotípicodaresina,causadaporumasuperfícieirregularemescalamicroscópica

Adamantino:mineraisexcepcionalmentebrilhantescomoodiamante(mineraiscomaltoíndicederefração)

Nacaradoouperláceo:comoodamadrepérola,típicodossilicatoslamelarescomootalcoeasmicas.Causadoporclivagensparalelasàsuperfícieemescalamicroscópica

Sedoso:aspectobrilhantesemelhanteàseda;característicodemuitosmineraisfibrosos.

Terrosooumate:superfíciesopaca,sembrilho,geralmenteobservadoemagregadosmuitofinos.

Diamante

Quartzo

Enxofre

Talco

Malaquita

Caolinita

BrilhoetransparênciaBrilhosnãometálicos

Brilhoetransparência•  Transparênciaéapropriedadequeosmineraistêmdedeixarpassarouabsorveraluz:•  Transparentes:quartzo,feldspato,mica,calcita

•  Opacos:pirita,galenaemetais,emgeral

Coretraço• Acordependedaabsorçãoseletivadaluz

• Osmineraissãoclassificadosem:•  idiocromáticos,aquelescomcorprópriaconstante

•  alocromáticos,aquelescomcorvariável enxofre:idiocromático

Coretraço• Acordependedaabsorçãoseletivadaluz

• Osmineraissãoclassificadosem:•  idiocromáticos,aquelescomcorprópriaconstante

•  alocromáticos,aquelescomcorvariável

quartzo:alocromático

Coretraço•  Acoréarespostadoolhoaointervalodaluzvisíveldoespectroeletromagnético

•  Sealuznãoéabsorvida,omineraléincolor•  Mineraissãocoloridosquandocertoscomprimentosdeondadaluzsãoabsorvidos,eacorresultadacombinaçãodoscomprimentosdeondaremanescentesquechegaaoolho.

Coretraço•  Acorédeterminadaporváriosfatores:

•  Oprincipalfatoréacomposiçãoquímica(elementosquímicosdetransição:Fe,Cu,Ni,Cr,V...).•  esmeralda(berilocomCr3+)

•  transferênciadeelétronsdevalência(Fe2+àFe3+)•  aquamarinha(berilo)

•  defeitosestruturais(afaltadeumíonouumaimpurezaintersticial)•  fluoritalilás

•  microinclusões•  jaspe(quartocominclusõesdehematita)

Coretraço•  Traçoéacordopódomineral

• Variamenosqueacor

Pirita

rodocrosita

Coretraço

Calcita (CaCO3) e Aragonita (CaCO3) efervescem emHCl diluído (afrio), enquanto dolomita CaMg(CO3)2 não efervesce (efervescesomentecomHClaquecido).

TestecomHCl

Propriedadesmagnéticas•  Aspropriedadesmagnéticasdosmineraisresultamdoscamposmagnéticosproduzidospelomovimentodoselétronsemtornodonúcleoepelomovimentoderotaçãodoselétronsemtornodesipróprios(spin).

•  Amagnetita(Fe3O4)eapirrotita(Fe<1S)sãomineraisferrimagnéticosesãoatraídosporumimãdemão.

Um imã natural é um mineral com propriedades magnéticas, como a magnetita. O imã de mão utilizado em sala de aula é um imã artificial, uma liga de neodímio-ferro-boro.

Densidaderelativa•  Indicaquantasvezescertovolumedomineralémaispesadoqueomesmovolumedeágua;

•  mineraisformadoresderochaoscilamentre2,5a3,3;

•  mineraiscomelementosdealtopesoatômico(Ba,Pb,Sr...)apresentamdensidade>que4.

Fonte: Blackburn & Dennen, 1994

Propriedadesorganolépticas•  TATO

•  Ex:gorduroso(talco)

•  ODOR•  Ex:fétido(mineraisdeS)

•  SABOR•  Ex:salino(halita)

Lembrando que alguns minerais exigem cuidado no manuseio, pois são tóxicos (ex., sulfeto de arsênio – realgar) ou mesmo radioativos (ex., óxido de urânio - uraninita).

Bibliografia

•  Bibliografiabásica:•  Press,F.,Siever,R.,Grotzinger,J.&Jordan,T.H.2006.ParaEntenderaTerra.Ed.Artmed,656p.

•  Teixeira,W.etal.2009.DecifrandoaTerra2ªEd.,Cia.EditoraNacional,SP,623p.

•  Bibliografiacomplementar:•  Klein,C.&Dutrow,B.2011.ManualdeCiênciadosMinerais.23ªEd.,Bookman,706p.

•  Leinz,V.,Campos,J.E.deS.1982.Guiaparadeterminaçãodeminerais.CompanhiaEditoraNacional,SP,149p.

•  Neves,P.C.P.etal.2003.IntroduçãoàMineralogiaPrática,EditoradaULBRA,256p.

•  Fontedasimagensdeminerais:http://www.mindat.org/•  http://www.webmineral.com/•  http://www.google.com/imghp

Práticadirigidadeclassificação• nativos:grafite•  sulfetos:galena,pirita

• óxidos:magnetita,hematita

•  carbonatos:calcita•  sulfato:gipsita

•  tectossilicato:quartzo,feldspato

•  filossilicato:biotita,muscovita

• nesossilicato:granada

Mostruáriodeclassificação•  nativos:grafite,enxofre•  sulfetos:galena,pirita,calcopirita

•  óxidos:córidon,magnetita,hematita,rutilo,pirolusita

•  hidróxidos:bauxita,limonita

•  haletos:fluorita,halita•  fosfatos:apatita•  carbonatos:calcita,aragonita(2),azurita,malaquita

•  sulfato:gipsita(rosadodeserto),selenita,barita

•  tectossilicatos:quartzo,ametista,feldspato,amazonita,sodalita,zeólita

•  inossilicatos:anfibólio•  filossilicato:biotita,muscovita

•  ciclossilicatos:turmalina,berilo

•  nesossilicatos:granada,olivina,cianita