rochas e solo minerais propriedades físicas · introdução. rochas por definição: produtos...
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ENG1202- GEOTÉCNICA
Prof. Patrício Pires – [email protected]
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.