Minerais. Definição Estabilidade

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Gabriel Henrique Dinis de Sintra
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1 Minerais Definição Estabilidade

2 História Cristalografia externa ミ 1556 De Re Metallica por Georgius Agricola, forma de cristais explica a sua história 1669 Nicola Steno ミ constância dos ângulos interfaciais 1783 ミ Roman de d Isle ミ confirma Steno com medidas goniométricas

3 7 sistemas de simetria Todos os cristais minerais podem ser a base de exame da geometria externa em 7 sistemas de simetria Sistema cúbico tetragonal hexagonal trigonal ortorrômbico monoclínico triclínico Eixo(s) de simetria 4 eixos triplos 1 eixo quadruplo 1 eixo sextuplo 1 eixo triplo 3 eixos duplos 1 eixo duplo sem eixos Para além dos eixos de simetria existem ainda os planos e centros que todos juntos aplicados em operações de simetria permitem classificar todos cristais em 32 classes

4 Cristalografia interna 1784 ミ Rene J. Hauy ミ ideia de moléculas subtractivas e teoria dos índices racionais 1850 ミ August Bravais ミ moléculas poliédricas, translação,

Translação Sistema ângulos entre eixos x,y,z Períodos de translação cúbico (regular) a = b = c tetragonal a = b c hexagonal a = b c trigonal a = b c 90 a = b = c ortorrômbico a b

5 Translação Sistema ângulos entre eixos x,y,z Períodos de translação cúbico (regular) a = b = c tetragonal a = b c hexagonal a = b c trigonal a = b c 90 a = b = c ortorrômbico a b c monoclínico 90 a b c triclínico 90 a b c Sobre os pontos materiais das células(malhas) primitivas podem ser aplicadas as translações de de que resultam catorze malhas de Bravais.

6 14 malhas de Bravais Sistema: Cúbico Modo: primitivo base centrada centrado faces centradas Tetragonal Ortorômbico Monoclínico

Raios x e a estrutura do sólido Raios x possuem comprimentos de onda entre 10-8 a 10-12 m, portanto

$malha de difracçaõ Experiência de Bragg 1915 formaliza a condição de difracção, permitindo o cálculo dos$

7 Raios x e a estrutura do sólido Raios x possuem comprimentos de onda entre 10-8 a m, portanto semelhantes a espaçamentos entre átomos A estrutura cristalina funciona em relação a essa radiação como malha de difracçaõ Experiência de Bragg 1915 formaliza a condição de difracção, permitindo o cálculo dos espaçamentos interplanares Experiência de von Laue 1912 Didpersão e difracção da radiação sobre um cristaç (CuSO4) imóvel

8 Principais tipos de ligações Iónica - entre atomos de diferente electronegatividade Por atracção culombiana Covalente - semelhante electronegatividade por compartilhamento de orbitais Metálica - todos os electrões estão livres Van der Waals - formação de dipolos momentâneos

9 Coordenação nos cristais

10 Diamante Minerais - Elementos nativos Polimorfos de C Grafite Ligação covalente entre cada 4 atomos, que implica 4 electrões de valência, sistema cúbico, máxima dureza, abrasivo Ligação covalente entre cada 3 atomos, que implica 3 electrões de valência, sistema hexagonal, baixa dureza. lubrificante Outras estruturas -fulerenos Nanotubo (Rice University) e Buckybola Modelos de :M.Hewat

11 Minerais - Elementos nativos Enxofre Ouro

12 FeS 2 - pirite (cub) e marcasite (ortor.) formase num grande leque de condições fq Minerais - Sulfuretos CuFeS 2 - calcopirite, tetragonal, fundamentalmente hidrotermal Outros elementos metálicos a formar minerais sulfuretados: Zn, Pb, Cd, Hg

13 Minerais - Compostos halóides Em regra geral compostos iónicos, de elementos com forte contraste de electronegatividade. Os maiores depósitos resultam da evaporação da água marinha. Halite - NaCl Cúbico, de faces centradas Fluorite - CaF 2

Minerais - Óxidos e hidróxidos Magnetite - Fe 3 O 4 ou Fe

metade de octaédricas, magmático ou metamórfico,

Hewat Hematite - Fe 2 O 3, hexagonal, produto da oxidação

14 Minerais - Óxidos e hidróxidos Magnetite - Fe 3 O 4 ou Fe 2 O 3 *FeO, cúbico, Fe+++ ocupa posições teraédricas e metade de octaédricas, magmático ou metamórfico, ferromagnético Modelos de :M.Hewat Hematite - Fe 2 O 3, hexagonal, produto da oxidação dos minerais de Fe,sedimentar ocorre tb em ambiente metamórfico e magmático Modelos de :U.Texas

15 Composição e estrutura da ferrihidrite e goetite Ferrihidrite Fe 2 O 3. 2 FeO(OH). 3H 2 O 5 nm Goetite FeO(OH) Goetite - ortorómbico, produto de alteração, comum no meio sedimentar

16 Composição e estrutura da ferrihidrite e goetite Ferrihidrite Fe 2 O 3. 2 FeO(OH). 3H 2 O 5 nm Goetite FeO(OH)

Minerais - Carbonatos CaCO 3 possui dois

Aragonite é mais denso e, em princípio mais estavel

17 Minerais - Carbonatos CaCO 3 possui dois polimorfos, a trigonal calcite e a ortorómbica aragonite, formados fundamentalmente por via de precipitação biótica nos oceanos. Aragonite é mais denso e, em princípio mais estavel em altas pressões. Coral aragonítico cristal de calcite Esquema: Universidade de Colorado

Minerais - Fosfatos e Sulfatos Apatite - Ca 5 (PO 4 ) 3 ( F,Cl,OH), hexagonal é

18 Minerais - Fosfatos e Sulfatos Apatite - Ca 5 (PO 4 ) 3 ( F,Cl,OH), hexagonal é único mineral de fósforo,quantitativamente importante na litosfera. Forma-se em todos ambientes geológicos. Apatite das rochas magmáticas constitui o reservatótio primário do P que suporta a vida na Terra! Gesso - Ca SO 4 ortorómbico e Anidrite - Ca SO 4 *2H 2 O,monoclínico é o sulfato de maior importância no meio sedimentar. Formam-se somente em meio sedimentar por evaporação da água marinha

Minerais - Silicatos Coordenação: 4 6 8 R Si /R O = 0.3 R Al /R O = 0.41 o o o o + (OH, F...) Elemento: Si e Al Al, Fe, Mg.. Ca, K, Na.

19 Minerais - Silicatos Coordenação: R Si /R O = 0.3 R Al /R O = 0.41 o o o o + (OH, F...) Elemento: Si e Al Al, Fe, Mg.. Ca, K, Na... O, Si e Al são os elementos mais abundantes da crosta terrestre. Os silicatos-aluminosilicatos são o grupo mineral mais númeroso e quantitativamente mais importante na crosta

20 Silicatos - classes Nesosilicatos Sorosilicatos Ciclosilicatos Inosilicatos Filosilicatos Tectosilicatos Si/O = 4 Si/O = 2/7 Si/O = 1/3 Si/O = 1/3 e 4/11 Si/O = 2/5 Si/O = 1/2

21 Nesosilicates: independent SiO 4 tetrahedra

Folha tetraédrica Folha octaédrica Camada 1:1 Filosilicatos 1:1 A junção da folha tetraédrica e octaédrica em camada 1:1 é consumada através da partilha de oxigénios e grupos OH

Caulinite é um mineral comum que resulta de alteração intensa (hidrolise) dos aluminosilicatos.

22 Folha tetraédrica Folha octaédrica Camada 1:1 Filosilicatos 1:1 A junção da folha tetraédrica e octaédrica em camada 1:1 é consumada através da partilha de oxigénios e grupos OH -. As cargas eléctricas da camada são balaçadas e as camadas ligam-se através de pontes de hidrogénio. Os espaços intercamada não admitem moléculas polares. Caulinite é um mineral comum que resulta de alteração intensa (hidrolise) dos aluminosilicatos. Classificamos a caulinite como mineral dioctaéderico, ja que dois em cada três sitios octaédricos são ocupados por catião Al +3. No caso de catiões bivalentes, como p.ex. Mg+2, todos os sitios octaédricos são ocupados e a o mineral (p.ex. serpentina) cclassifica-se como trioctaédrico

23 Estrutura e imagem SEM de caulinite Imagens SEM webmmineral.com

24 Sistemática de argilas Arranjo Grupo e carga da camada Subgrupo Especie Fórmula química 1:1 Caulinite Di Caulinte Al 2 Si (OH) 4 carga=0 Nacrite Al 2 Si (OH) 4 Tri Antigorite Mg 3 Si 2 O 5 (0H) 4 2:1 Micas Di Muscovite KAl 2 (Si 3 Al)0 10 (OH) 2 carga=1 Tri Biotite K(Mg,Fe) 3 (Si 3 Al)0 10 (OH) 2 Ilite Di Ilite K <1 Al 2 (Si 3 Al)0 10 (OH). 2 nh 2 O carga<1 Glauconite K(Mg,Fe) 2 (Si 3.7 Al 0.3 )0 10 (OH) 2 Esmectites Tri Saponite Na 0.3 Mg 3 (Si 3.7 Al 0.3 )0 10 (OH) 2 0.2< carga < 0.6 Stevensite Na 0.33 Mg 2.83 Si (OH) 2 Di Montmorillonite Na 0.3 (Al 1.7 Mg 0.3 )Si (OH). 2 nh 2 O Vermiculites Di Vermiculite Al x/3 Al 2 (Si 4-x Al x )0 10 (OH) 2. nh 2 O 0.2< carga < 0.6 Tri Vermiculite (Mg,Ca) x/2 Mg 3 (Si 4-x Al x )0 10 (OH) 2. nh 2 O 2:1:1 Clorites Di Sudoite Mg 3 -xal 2+x (Si 4-x Al x )0 10 (OH) 8 carga variável Tri Clinocloro (Mg 5 Al)(Si 3 Al)0 10 (OH) 8

25 Compostos minerais parcialmente ordenados Alofana SiO 2. (0.9-2)Al 2 O 3. nh 2 O parcialmente ordenada H 2 0 H 2 0 H 2 0 H nm Imogolite SiO 2. Al 2 O 3. nh 2 O paracristalina 2nm

26 Suprfície específica e grau de dispersão do sólido A superficie total de contacto entre os substratos e controla a velocidade de reacção! É a essência de catálise Cubo com aresta de 1cm 6 cm 2 = 6 x 10-4 m 2 = 6 x 10 8 m 2 moagem Aresta passa a 10 m 10 μm = S = 6 x 10 2 m partículas S total = 10 9 x 6 x 10 2 m 2 = 6 x m 2 A superficie total do sólido aumentou 10 3 vezes

A estrutura de ilite é identica, mas uma parte de de potásio é removida.

27 Filosilicatos 2:1 Estrutura de Moscovite Substituição de Si por Al num em cada 4 tetraedros provoca defice de carga, compensado por K+. A estrutura de ilite é identica, mas uma parte de de potásio é removida. Ilite é o mineral argiloso mais comum dos solos e sedimentos da faixa de climas temperados

28 Filosilicatos 2:1 smecites

29 Estrutura de Microcline KAlSi 3 O 8 Al substitui Si de forma aleatória. O defice de carga é compensado por um catião K Tectosilicatos

estrutural Chabasite (Ca,Na 2 )[Al 2 Si 4 0

30 Tectosilicatos - zeólitos Caracterizam-se pela microporosidade asscociada a ordenamento estrutural Chabasite (Ca,Na 2 )[Al 2 Si ]6H 2 0 Natrolite (Na 2 )[Al 2 Si ]2H 2 0

Zeólitos- estrutura No seio dos espaços vagos

Uma gaiola de unidades teraédricas Chabasite

31 Zeólitos- estrutura No seio dos espaços vagos os zeólitis podem adsorver grande quantidade de iões. Por isto são utilizados como catalizadores ou permutadores iónicos. Uma gaiola de unidades teraédricas Chabasite (Ca,Na 2 )[Al 2 Si ]6H 2 0 Natrolite (Na 2 )[Al 2 Si ]2H 2 0

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