ROCHAS E SOLO MINERAIS Propriedades Físicas

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1 ROCHAS E SOLO MINERAIS Propriedades Físicas ENG1202- GEOTÉCNICA 13/03/2012 Prof. Patrício Pires patricio.pires@gmail.com

2 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????????????????? SÓ PRECIOSAS 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

3 Introdução Solo sobre diferente definições: Agrônomo; Geólogo; Engenheiro civil; Minha definição Desagregou ao golpe do martelo é solo.

4 Definições Na Engenharia Civil rochas e solos constituem os elementos onde são instaladas as obras de engenharia. Túnel Rebouças Túnel dos Gaviões

5 Definições Furo direcional GASDUC III

6 Definições Rochas e solos também são utilizados como como materiais de construção. De forma natural: De forma beneficiada: De forma industrializada:

7 Definições Pedreira Estrela São Gonçalo - RJ

8 Rochas Magmáticas Pedra Pomes

9 Granito

10 Rochas Magmáticas Diabásico Stonehenge, situado no sul da Inglaterra

11 Mármore (Metamórfica)

12 Mármore (Metamórfica)

13 Rocha Sedimentar

14 Limestone

15 Definições Rochas e solos Também estão envolvidos em fenômenos naturais, muitas vezes catastróficos: Escorregamentos: Erosão: Assoreamentos:

16 Erosão

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23 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.

24 Definições 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.

25 Definições Minerais são elementos ou compostos químicos com composição definida dentro de certos limites, cristalizados e formados naturalmente por meio de processos inorgânicos. Calcita Biotita Quartzo

26 Definições Composição Química Fixa Varíavel

27 Definições 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 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.

28 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)

29 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)

30 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

31 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:

32 Sistemas cristalinos

33 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

34 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. Quartzo Hábito prismático Crocoíta Hábito acicular

35 Propriedades físicas Pirita (FeS 2 ) Hábito cúbico Halita (NaCl) Hábito cúbico

36 Propriedades físicas

37 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. Quartzo transparente Quartzo translúcido

38 Propriedades físicas Pirita - opaca Plagioclásio - Translúcido

39 Propriedades físicas 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

40 Brilho

41 Brilho Ou apenas metálico

42 Propriedades físicas

43 Brilho

44 Propriedades físicas 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.

45 Propriedades físicas Granada - Idiocromático Quartzo - Alocromático

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49 Propriedades físicas 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

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51 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

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55 Propriedades físicas Escala de Mohs e padrões secundários 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 1 e 2 Aço ou vidro 3 Lamina de cobre 4 e 5 Aço ou vidro 6 a 10 Não é riscado pelo aço ou vidro

56 Propriedades físicas Clivagem: Tendência de um mineral quebrar ao longo de planos de fraqueza. Produz superfícies lisas e brilhantes. Calcita - Romboédrica Galena - Cúbica Fluorita - Octaédrica

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59 Clivagem

60 Clivagem

61 Clivagem

62 Clivagem

63 Clivagem

64 Propriedades físicas 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

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66 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 (SnO 2 ) Densidade relativa 6,8 7,1

67 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

68 Propriedades físicas Geminação: É a propriedade de certos cristais de aparecerem intercrescidos de maneira regular. Estaurolita Geminação simples em cruz Labradorita Geminação polissintética

69 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. Sulfeto Semicondutor de eletricidade Ouro Bom condutor de eletricidade

70 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

71 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.

72 Classificações dos minerais Existem mais de 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.

73 Classificação dos minerais

74 Distribuição relativa dos minerais na crosta epidoto, cianita, andaluzita, silimanita, granadas, zeólitas 2% olivina 3% Quartzo 11% Micas, clorita, argilominerais 10% Carbonatos, Óxidos, Sulfetos, Halóides 3% Piroxênios e anfibólios 13% Feldspatos 58%

75 Distribuição relativa dos minerais na crosta

76 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

77 Silicatos Silicatos Nesossilicatos (Tetraedos isolados) Sorossilicatos (Tetraedros em pares) Organização dos tetraedros de SiO 4 Exemplos Olivina Epidoto Constituinte básico: SiO 4 Ciclossilicatos (Tetraedros em anéis) Cadeias simples Berilo Inossilicatos Cadeias duplas Piroxênio Anfibólio Filossilicatos (Tetraedros em folhas) Muscovita Tectossilicatos Quartzo

78 Nesossilicatos Fórmula química: Al 2 SiO 5 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. Cianita

79 Nesossilicatos Fórmula Química: Al 2 SiO 4 (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, amarelopalha, cinza, verde, azul, vermelho. Traço: branco; Transparência: transparente, translúcido. Topázio

80 Sorossilicatos Fórmula Química: (Ca,Na,Fe)Al 2 O.Si 3 O 11 OH); 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 Epidoto

81 Ciclossilicatos 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 Turmalina Na(Fe,Mn) 3 Al 6 B 3 Si 6 O 27 (OH,F) 4

82 Ciclossilicatos Fórmula Química: Cu 2 H 2 Si 2 O 5 (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

83 Inossilicatos 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. Piroxênio (Ca, Mg, Al ) 2 (Si,Al) 2 O 6

84 Inossilicatos Fórmula Química: (Ca,Na) 2 (Mg,Fe) 5 (Si,Al) 8 O 22 (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. Anfibólio - Actinolita

85 Filossilicatos Fórmula Química: Mg 6 (Si 8 O 20 )(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. Talco

86 Filossilicatos Lepidolita Fórmula Química: K 2 (Li,Al) 5-6 S i6-7 Al 2-1 O 20 (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

87 Tectossilicatos Fórmula Química: (Na 0,5-0,3, Ca 0,5-0,7 )Al(Al 0,5-0,7,Si 0,5-0,3)Si 2 O 8 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 Labradorita

88 Tectossilicatos Fórmula Química: SiO 2 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 Quartzo

89 Elementos Nativos 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. Cobre - Cu

90 Elementos Nativos Fórmula Química: S 8 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 Enxofre -

91 Sulfetos Grupo formado pelos compostos do íon sulfeto (S 2- ) com cátions metálicos Pirita Fórmula Química: FeS 2 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

92 Sulfetos Fórmula Química: CuFeS 2 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 Calcopirita

93 Óxidos Constituinte básico: (O 2- ) Fórmula Química: Fe 3 O 4 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. Magnetita

94 Hidróxidos Constituinte básico: (OH - ) Fórmula Química: (Fe(OH) 3.nH 2 O) 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. Limonita

95 Halóides Caracterizam-se pela combinação dos íons halogênicos eletronegativos Cl-, B-, F- e I- com metais e metalóides. Fórmula Química: (CaF 2 ) 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. Fluorita

96 Halóides 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. Halita

97 Carbonatos Constituinte básico: (CO 3 2- ) Calcita Fórmula Química: (CaCO 3 ) 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.

98 Carbonatos Fórmula Química: Cu 2 CO 3 (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. Malaquita

99 Nitratos Constituinte básico: (NO 3- ) Fórmula Química: (NaNO 3 ) 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

100 Sulfatos Constituinte básico: (SO 4 2- ) 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. Barita

101 Fosfatos Constituinte básico: (PO 4 3- ) Apatita Fórmula Química: (Ca 5 (PO 4 ) 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.

102 Principais tipos de minerais 1. Quartzo 2. Feldspatos 3. Micas 4. Calcita 5. Dolomita 6. Gipsita 7. Argilo minerais

103 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.

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