Noções de mineralogia

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1 Instituto Federal de Alagoas - Campus Piranhas Curso de Engenharia Agronômica Disciplina de Geologia Aplicada a Pedologia Noções de mineralogia Prof. José Thales Pantaleão Ferreira Piranhas AL 2017

2 Minerais: Breve apresentação Mineralogia é uma ciência componente das geociências que estuda os minerais (Processos, formas e funcionalidades para diversos fins). Estuda diversas problemáticas relacionadas a minerais, por exemplo: Mineralogia Ambiental, Médica e Forense. Atualmente, há mais de 4831 espécies de minerais (IMA, 2013), sendo que Branco e Chaves (2006) indicam que, anualmente, há o incremento de mais 40 a 50 espécies de minerais aos bancos de dados. Somente 10% desses minerais são abundantes na crosta terrestre, sendo os demais raros e/ou incomuns (BRANCO; CHAVES, 2006).

3 O que é um mineral? É um sólido de ocorrência natural, formado por processos inorgânicos, com um arranjo atômico ordenado (cristalino) e uma composição química homogênea e definida, porém não necessariamente fixa.

4 Sólido de ocorrência natural Água Líquida Água Congelada Esmeralda Natural x Esmeralda Sintética

5 Formado por Processos Inorgânicos Halita (NaCl) Aragonita (Carbonato de Cálcio (CaCO 3 )) Carbonato de Cálcio (CaCO 3 )

6 Arranjo Atômico Ordenado Estrutura interna de átomos arranjados em um padrão geométrico regular e repetitivo; Sólidos que não possuem arranjo atômico ordenado são chamados de amorfos; lustração esquemática de um reticulado cristalino com o destaque para a célula unitária (região em azul) ASKELAND, 1998).

7 Origem dos Minerais Secundários Herdado do material de origem; Rochas e depósitos sedimentares. Neoformados; Ambientes mal drenados com concentração de bases. Alteração dos minerais primários; Olivina - Piroxênios - Anfibólios - Micas - Feldspatos. Intemperismo Químico; Principais reações: Dissolução - Hidratação Hidrólise Ácidolise - Oxidação

8 O que é o termo cristalino? O termo "cristalino", significa ordenamento atômico em uma escala que pode produzir uma ordem regular de manchas de difração quando a substância e atravessada por onda de comprimento satisfatório (raios X, elétrons, nêutrons etc. (NICKEL; GRICE, 1998, p.230).

9 Espectro de difração de raios X em material amorfo. Espectro de difração de raios X em material cristalino.

10 Os seres vivos e os Minerais Segundo Nickel e Gride (1998, p. 230): O limite entre mineral e não-mineral pode ser obscuro, dadas as intervenções humanas e de outros animais. A diagenêse está, até certo ponto, influencia por ações bacterianas, ademais a biosfera é considerada como parte integrante dos ciclos geobioquímicos. Exemplos: Hidroxilapatita, Whewellita (cálculos urinários) e Aragonita (conchas), porém eles podem ser formados também por processos geológicos. Substâncias antropogênicas, feitas pelo Homem, não são consideradas como minerais. Feldspato Aventurino (Oligoclásio) Quartzo Dendrítico

11 Se tais substancias são formadas puramente como resultado da exposição de rochas ou minerais preexistentes à atmosfera ou aos efeitos de aguas subterrâneas, elas podem ser aceitas, geralmente, como minerais; Substâncias formadas pela ação de processes geológicos sobre material orgânico, como os compostos químicos cristalizados de substâncias orgânicas em folhelho ou de guano de morcego, podem ser aceitas como minerais. Gipso Citrino

12 Possíveis modificações De acordo com Klein e Dutrow (2012), há uma tendência dos minerais deixarem de ser exclusivamente inorgânicos, pois desde o surgimento dos seres vivos, eles vem produzindo minerais idênticos aos naturais. Ademais, acredita-se que desde o Cambriano, os organismos já produziam 64 tipos de minerais. Abaixo segue quadro com alguns exemplos de minerais biogênicos (biomineralização). Mineraloide Fórmula Química Animal/orgão Apatita Ca5(PO4, CO3)3 (OH,O,F) Vertebrados/ Dentes e ossos Calcita, Aragonita e Vaterita (CaCO3) Bivalves/ Conchas Dolomita CaMg (CO3)2? Magnetita (Fe3O4) Pássaros/ orientação Enxofre nativo (S)? Fluorita (CaF2)? Monohidrocalcita (CaCO3. H2O)? Vivianita Fe (PO4)3. H2O? Vaterita Peixes/ Ontólitos Fonte: Klein e Dutrow (2012)

13 Mineralóide (amorfo) São substâncias que apresentam características semelhantes aos minerais, entretanto são amorfas, não possuem cristalinidade (Ex: géis, vidros, âmbar, obsidiana, carvão mineral, pérola, opala e outros). De acordo com Nickel e Gride (1998), tais substâncias podem ser divididas em duas categorias: Amorfo - substâncias que nunca foram cristalinas e não difratam; Obsidiana (SiO2) Metamíticas - aquelas que foram alguma vez cristalinas, mas cuja cristalinidade foi destruída por radiação ionizante. Opalas (SiO 2 nh 2 O)

14 Composição da Crosta Terrestre Dos 88 elementos que ocorrem naturalmente, menos 8 compõem aproximadamente 90% em peso da crosta terrestre. Destes, o oxigênio é o mais abundante [...], a crosta da Terra consiste quase inteiramente em compostos de oxigênio que são principalmente silicatos, carbonatos, óxidos, hidróxidos, fosfatos e sulfatos. Em termos do número de átomos, o oxigênio excede 60%. Quando se considera o volume dos íons mais comuns observa-se que o oxigênio constitui aproximadamente 94% do volume da crosta (KLEIN; DUTROW, 2012, p. 117).

15 Composição da Crosta Terrestre

16 Minerais Silicatos A organização estrutural dos silicatos é de alta importância para os solos, uma vez que repercute na sua resistência ao intemperismo e na formação dos solos (OLIVEIRA, 2006). São os mais abundantes na crosta e manto terrestres, sendo que a sílica, forma tetraedros os quais se agregam entre si ou com cátions via compartilhamento dos átomos apicais de oxigênio (ANDRADE et al. 2009).

17 Minerais Silicatos Classe Radical Aniônico Ex. Mineral Nesossilicatos (SIO4)-4 Olivina Sorossilicatos (SIO4)-4 Epídoto Ciclossilicatos (SIO4)-4 Turmalina Inossilicatos de cadeia simples Inossilicatos de cadeia dupla (SIO4)-4 (SIO4)-4 Piroxênio Anfibólios Filossilicatos (SIO4)-4 Vermiculita e Caulinita Tectossilicatos (SIO4)-4 Quartzo e Feldspatos

18 Minerais não silicatos Classe Radical Aniônico Ex. Mineral Elementos nativos (Au), (Fe) e (Cu) Ouro, Prata e Ferro Sulfetos (S-) ou (S²) Pirita e Galena Óxidos (O²-) Rutilo e Hematita Hidróxido (OH-) Goethita e Gibsita Haloides F, Cl, Br e I Fluorita e Halita Carbonatos (CO3)²- Aragonita e Calcita Nitratos (NO3-) Salitre Boratos (BO3-) Bórax Sulfatos (SO4)²- Anidrita e Celestina Cromatos (CrO4) Crocoíta Fosfatos (PO4)³- Monzanita e Apatita Arseniatos (AsO4)-³ Adamita e Eritrita Vanadatos (VO4)-³ Vanadinita Tungstatos (WO4)-² Scheelita Molibdatos (MOO4)-² Wulfenita

19 Minerais Polimorfos Os minerais polimorfos são aqueles que têm essencialmente a mesma composição química, mas diferentes estruturas cristalinas. Polimorfos são considerados espécies distintas e recebem nomes diferentes (NICKEL; MANDARINO, 1990, p. 303). Exemplos de minerais polimorfos: 1) Pirita (FeS2) com estrutura isométrica e Marcassita (FeS2) com estrutura ortorrômbica; 2) Grafita (C) com estrutura hexagonal e Diamante (C) Isométrico ou cúbico; 3) Calcita (CaCO3) com estrutura romboédrica; Aragonita (Ortorrômbico).

20 Qual a importância dos minerais? Os minerais são usados para diversos fins, por exemplos: 1) Como substrato, como as areias das praias; 2) Constituição das rochas; 3) Adornos e vestimentas (joias); 4) Lavar roupas (tensoativos em detergentes); 5) Escovação de dentes (como abrasivos no creme dental); 6) Eletricidade (minerais magnéticos e radioativos); 7) Depósitos de água; 8) Confecção de microprocessadores e relógios (silício/quartzo); 9) Construção civil; 10) Registram a história geológica da Terra; 11) Oscilações do polo magnético terrestre (magnetita); 12) Entender a formação e desenvolvimento do universo e do nosso sistema solar; 13) Formação dos solos, por meio de seus elementos e compostos químicos e outros.

21 Portanto: Os minerais: São de ocorrência natural, não pode ser construído pelo homem, caso o sejam recebem a denominação de sintético, exemplo: esmeralda sintética (KLEIN; DUTROW, 2012); São inorgânicos, denotando sua gênese natural e excluindo a participação dos animais no processo; Cristais de Quartzo Possuem arranjo cristalino que é o arranjo tridimensional de seus átomos que se repetem, formando sólidos simétricos. Homogêneo concerne ao fato do mineral do mineral possuir mesma composição química por todo seu volume amostrado (KLEIN; DUTROW, 2012). Arranjo Molecular do Quartzo

22 Como os minerais são Formados? Os Minerais são formados, principalmente, através de três processos: 1. Cristalização Magmática; 2. Precipitação advindas de soluções saturadas; 3. Concentração de moléculas de elementos químicos provenientes de fumarolas vulcânicas (Sublimados); 4. Reações entre minerais em estado sólido.

23 1. Cristalização Magmática Dá-se partir da solidificação do magma ou lava. Este processo ocorre quando um material quente sofre uma diminuição de temperatura, acarretando na união (nucleação) das moléculas as quais estavam livres. Portanto, passam a assumir uma posição fixa e ordenada em estruturas cristalinas. Vale ressaltar que quanto mais favorável for as condições do meio, tais como: espaço, quantidade de elementos químico e outros, mais definidas serão as faces cristalinas do mineral. Minerais advindos desse processo são: quartzo, feldspato, micas e outros. QUARTZO FELDSPATO MICA

24 2. Precipitação advindas de soluções saturadas HALITA Ocorre por meio da evaporação e precipitação de elementos de uma solução saturada no fundo de uma depressão, criando assim alguns minerais. Convém lembrar que quanto mais lento for este processo de formações, os cristais serão mais definidos. Assim surgem alguns minerais, tais como halita e gipsita. Evaporito Depósito salino cuja origem se relaciona à precipitação e cristalização direta a partir de soluções concentradas. Os evaporitos principais são: gipsita, anidrita, halita, carnalita, silvita, e, às vezes, calcita e dolomita. GIPSITA

25 3. Concentração de moléculas de elementos químicos provenientes de fumarolas vulcânicas (Sublimados) FUMAROLA VULCÂNICA Ocorre quando os átomos e moléculas dissociadas pelas altas temperaturas, presentes nas soluções gasosas vulcânicas, sublimam ao entrar em contato com as rochas das paredes dos condutos vulcânicos ou quando são resfriadas rapidamente. Ex. Formação do enxofre das fumarolas vulcânicas. ENXOFRE

26 4. Reações entre minerais em estado sólido Esse processo ocorre no estado sólido das rochas/ minerais, principalmente, no processo de metamorfismo; Devido às altas pressões, temperaturas e presença de fluídos intersticiais nas rochas, os elementos químicos dos minerais acabam realizando trocas iônicas conforme sua afinidade química, compondo assim novos minerais. Cianita Granada

27 Série de Bowen A série dos minerais ferromagnesianos é descontínua, pois à medida que a temperatura diminui, os minerais anteriormente formados reagem com o líquido residual, originando um mineral, estável nas novas condições de temperatura, mas com composição química e estrutura interna diferentes (Site Internet). Cristalização em altas temperaturas Olivina - (Mg,Fe) 2 SiO P. de Fusão dos minerais 1900 C-1200 C Piroxênios XY(Si,Al) 2 O 6 Anfibólios (Si,Al)O4 Biotita - K(Mg,Fe) 3 (OH,F) 2 (A l,fe)si 3 O 10 Ortoclásio - KAlSi3O8 Cristalização em baixas temperaturas Muscovita - KAl 2 Si 3 AlO 10 (OH,F) 2 Quartzo SiO2 700 C

28 Série de Goldich

29 Como identificar um mineral? Segundo Andrade et. al (2009), os minerais são identificados a partir das seguintes técnicas: 1) Morfologia propriedades físicas macroscópicas; 2) Microscopia óptica com luz polarizada; 3) Difratometria de raios X; 4) Microscopia eletrônica de Varredura.

30 Propriedades macroscópicas dos minerais 1. Hábito Cristalino 9. Prop. Magnéticas 2. Dureza 3. Transparência 4. Brilho 5. Traço 6. Clivagem 7. Fratura 8. Densidade

31 1. Hábito Cristalino É a forma habitual exibida por um mineral, a qual é relacionada com seu arranjo molecular interno. Nem todos os minerais podem serem analisados pelos hábitos, pois podem não apresentá-los. Quartzo rutilado Muscovita Apatita Acicular Serpentina Laminar Quartzo Prismático Scheelita Fibroso Drusas Granular

32 2. Dureza Dureza é uma das propriedades de um mineral a qual consiste na resistência do mineral a ser riscado, normalmente, por um outro mineral. Ela é medida em Mohs e varia de 1 a 10, quanto maior for o número maior será sua dureza.

33 3. Transparência Transparência é a capacidade que os minerais tem de permitirem a passagem da luz no seu interior. Logo, são classificados como: Transparentes= permitem grande passagem dos feixes de luz; Translúcidos= permitem apenas parte dos feixes de luz; Opacos= não permitem a passagem dos feixes de luz

34 Exemplos: Gipso Quartzo Hematita Transparente Opaco Translucido

35 4. Brilho O brilho do mineral é a sua propriedade de reflexão da luz, ela é dividida em: 1, metálico; 2, não-metálico (vítreo, nacarado, ceroso, gorduroso, sedoso e acetinado).

36 Gorduroso Acetinado Exemplos de minerais e seus brilhos: Quartzo Hematita Vítreo Malaquita Metálico Amianto

37 5. Traço É a cor do pó de um mineral ao ser riscado em uma placa de porcelana ou por outro mineral. Vale ressaltar que, os minerais com tonalidades opacas tendem a deixarem traços colorido, porém os transparentes e translúcidos costumam ter traços incolores. Quartzo Incolor

38 6. Clivagem Mica Clivagem é a capacidade de alguns minerais de quebrarem-se em planos de fraqueza. Laminar Galena Devido a isso, há alguns tipos de clivagem, as principais são: laminar, cúbica e romboédrica. Cúbico Calcita Romboédrica

39 7. Fratura A fratura é comumente confundida com a clivagem, pois ambas dependem da estrutura atômica dos átomos. No entanto, no caso da fratura, é forma e textura resultante da quebra/ lascamento de um mineral. Assim, o cristal quebra-se em um superfície irregular, sendo o contrário da clivagem a qual ocorre em planos de fraquezas. Tipos de fraturas: Irregular, Conchoidal, Fibrosa, Serrilhada, Plana e outros. Feldspato Aventurino Conchoidal Cianita Irregular

40 8. Densidade É a quantidade de massa em um determinado volume. A densidade relativa é um número adimensional que indica quantas vezes um certo volume do mineral pe mais pesado que o mesmo de água a 4 C (ANDRADE et. al, 2009). ICEBERG

41 PIRROTITA 9. Propriedade Magnética É a força de atração que certos minerais exercem sobre outros e são atraídos pelo campo magnético de um imã. Os minerais mais conhecidos são a Magnetita (Fe3)4) e Pirrotita (Fe1.xS). MAGNETITA

42 Mas, afinal que produtos que usamos são oriundos de minerais? O gesso (gipso). Os cerâmicas (calin e outros argilo-minerais). Ferro (Hematita). Alumínio (Bauxita). Vidros e relógios (Quartzo) Fertilizantes (Calcitas). Telhas (Amiantos). Tinturas (Pirita, hematita e dentre outros) Jóias (Ouro, Hematitas, Platina, Diamante, Coríndon, berilo, amestistas, prata e dentre outros). Alimentação- sais (halita).

43 HEMATITA IMAGENS DE MINERAIS CRISTAL DE QUARTZO RUTILO QUARTZO ROSEO MICA FELDSPATO

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45 Referências ANDRADE, F. R. D. de. et. al A Terra sólida: minerais e rochas. IN: TEXEIRA, W. et. al. Decifrando a Terra. São Paulo: Companhia Editora Nacional, p BRANCO, P. M. ; CHAVES, M. L. S. C. A mineralogia e alguns de seus minerais raros ou de gênese exótica. Terrae Didática, v. 2, p , IMA. INTERNACIONAL MINERALOGICAL ASSOCIATION. The New IMA List of Minerals. Disponível em: < acessado em às 21:00 h. NICKEL, E. H.;MANDARINO, J. A. PROCEDIMENTOS ENVOLVENDO A COMISSÃO DE NOVOS MINERAIS E NOMES DE MINERAIS DA IMÃ, E DIRETRIZES SOBRE NOMENCLATURA MINERAL. Revista Brasileira de Geociências p., março/dezembro de NICKEL, E. H.; GRIDE, J. D. COMISSÃO DE NOVOS MINERAIS E NOMES DE MINERAIS DA IMA: PROCEDIMENTOS E DIRETRIZES SOBRE NOMENCLATURA MINERALÓGICA Revista Brasileira de Geociências p., junho de 1998 KLEIN, C.; DUTROW, B. Manual de Ciências dos Minerais. Porto Alegre: Bookman, 2012.