Frank Press Raymond Siever John Grotzinger Thomas H. Jordan Compreendendo a Terra 4a Edição Mineral: matéria prima da Terra Lecture Slides prepared by Peter Copeland Bill Dupré Copyright 2004 by W. H. Freeman & Company
Tabela Periódica dos Elementos Químicos Elementos de maior abundância na crosta Elementos de menor abundância crustal mas com maior importância geológica Nome do elemento No. Atômico Símbolo Massa atômica Tábua dos Elementos Químicos de Mendeleev Fig. 3.3
Importânia Geológica dos Elementos Elementos de maior abundância na crosta Elementos de menor abundância crustal mas com maior importância geológica
Abundância Relativa dos Elementos (% em peso) Elemento Crosta Terra total Oxygênio (O) 46,3 % 29,5% Silício (Si) 28,2% 15,2% Alumínio (Al) 8,2% 1,1% Ferro (Fe) 5,6% 34,6% Cálcio (Ca) 4,1% 1,1% Sódio (Na) 2,4% 0,6% Potássio (K) 2,1% 0,1% Magnésio (Mg) 2,3% 12,7% Titânio (Ti) 0,5% 0,1% Níquel (Ni) traços 2,4% Outros traços 2,6%
Átomo Menor parte representativa da matéria cósmica. Esfera rígida com diâmetro de 1Å (um ângstrom), equivalente a 10 10 m (0,000000001m); O centro de um átomo é formado pelo núcleo que contém a maior parte de sua massa e compõe-se de: Prótons com massa e carga elétrica positiva Nêutrons com massa e sem carga elétrica Quarks e outras partículas sub-atômicas Externamente o átomo é circundado por elétrons, partículas com massa mínima e carga elétrica negativa.
Átomos Elétrons (E): carga negativa, massa desprezível Prótons (Z): carga positiva, massa 1800 vezes maior que a do elétron Neutrons (N): sem carga elétrica, massa 1800 vezes maior que a do elétron
Estrutura Atômica As características químicas dos átomos são definidas pelo número de prótons: 12 C número atômico (A) = # de prótons massa atômica (Z) = # de prótons (A) + # de nêutrons (N) Os elétrons orbitam o núcleo em camadas discretas.
Estrutura do Átomo do Elemento Carbono Fig. 3.2
Íon Átomo eletricamente carregado resultante da captura ou da perda de um elétron do anel periférico. Cátion - íon com carga positiva causada pela perda de elétron; Ânion - íon com carga negativa causada pela captura de elétron;
Íons minerais importantes Ânions\carga O 2 Cátions\carga Si + 4 K + 1 Ca + 2 Na + 1 Al + 3 Mg + 2 Fe + 2 e + 3
Ligação Iônica Atração entre íons com cargas opostas resultando em carga total zero (equilíbrio interatômico) O mundo dos minerais apresenta cerca de 90% de seus compostos formados por ligação iônica
Átomo de Sódio 1 elétron na camada externa Átomo de Cloro 7 elétrons na camada externa Ligação Iônica Fig 3.4
Ligação Covalente Elétrons circundando os anéis externos dos átomos envolvidos na ligação; É mais estável que a ligação iônica;
Estrutura Atômica do Diamante Fig. 3.5
Elementos Químicos Minerais Essenciais Oxygênio O Magnésio Mg Silício Si Ferro Fe Alumínio Al Sódio Na Potássio K Cálcio Ca Menores porém não menos importantes Carbono C Titânio Ti Hydrogênio H Argônio Ar Urânio U Zircônio Zr Enxofre S Chumbo Pb Manganês Mn Fósforo P
Mineral Sólido cristalino de ocorrência natural, geralmente inorgânico, dotado de composição química específica.
A Formação de um Mineral 1- Crescimento de cristais a partir da ascensão crustal e resfriamento do magma; 2- Crescimento de cristais no estado sólido, quando a matéria é submetida a altas pressões no interior da Terra; 3- Crescimento de cristais a partir pela precipitação química em soluções iônicas;
Estrutura de um Cristal É determinada pelo modo como os ânions são arranjados e como os cátions ficam entre eles. Os ânions são geralmente maiores que os cátions e definem a posição daqueles dentro da estrutura.
Modelo esquemático do cloreto de sódio Fig. 3.6
Minerais: toneladas e toneladas deles Já foram identificados cerca de 3.500 minerais na natureza. Entre os mais importantes e frequentes destaca-se: Silicatos - Si e O em molécula aniônica combinados com diversos cátions Carbonatos - Ca, Mg e CO 3 Óxidos - O 2 e cátions metálicos Sulfetos - S 2 e cátions metálicos Sulfatos - (SO 4 ) 2 & cátions metálicos
Grupos Minerais Importantes Nome Silicatos Olivina Piroxênio Anfibólio Mica Feldspato Constituintes Si, Fe, Mg Si, Fe, Mg, Ca Si, Ca, Mg, Fe, Na, K Si, Al, K, Fe, Mg Si, Al, Ca, Na, K Quartzo SiO 2 Carbonatos C, Ca, Mg Calcita CaCO 3 Sulfetos/Sulfatos Pb, S, Fe, Cu Evaporitos K, Cl, Ca, S Fosfatos Ca, Na, Óxidos Fe, Mn, Pb, H,
Silicatos Grupo mineral caracterizado pela presença dos elementos Silício e Oxigênio em disposição tetraédrica associados a muitos outros elementos. É responsável pela maior parte dos minerais constituintes das rochas.
Tetraedros isolados Grupo da Olivina Fig. 3.11
Tetraedros de cadeias simples Grupo do Piroxênio Fig. 3.11
Tetraedros de cadeia dupla Grupo do Anfibólio Fig. 3.11
Tetraedros em folha Gupo da Mica Fig. 3.11/3.17
Tetraedros em rede (trama) 3-D Grupo do Feldspato Fig. 3.11
Tetraedros sílica-oxigênio Quatro átomos de oxigênio envolvendo um íon de silício disposto centralmente Sua associação permite formar uma rede (trama) dos silicatos, semelhante àquela que ocorre com as cadeias carbônicas. Diferentes combinações produzem differentes estruturas.
Carbonatos Segundo grupo mineral mais abundante na Crosta da Terra. Apresenta três minerais importantes: Calcita: CaCO 3 Aragonita: CaCO 3 Dolomita: (Ca,Mg)CO 3 É o maior constituinte químico do calcário, rocha-fonte do cimento do tipo portland.
Sulfetos Pirita FeS 2
Sulfatos Gipso CaSO 4 Anidrita CaSO 4 2H 2 O
Óxidos Hematita Fe 2 O 3 Magnetita Fe 3 O 4 Espinélio MgAl 2 O 4
Propriedades Físicas dos Minerais Dureza resistência ao risco mecânico; Brilho ângulo de reflexão da luz incidente; Traço cor resultante do desgaste do mineral sobre uma superfície mais dura que ele; Hábito forma cristalina encontrada no ambiente natural Fratura feição resultante da quebra do cristal; Clivagem facilidade para o corte em lâminas; Tenacidade resistência ao choque mecânico; Densidade - peso específico (massa\volume)
Dureza Mineral (Escala de Mohs) POSIÇÃO MINERAL DUREZA COMPARADA 01 Talco 02 Gipsita unha das mãos 03 Calcita moeda de cobre 04 Fluorita 05 Apatita lâmina de canivete 06 Ortoclásio vidro comum 07 Quartzo chapa de aço 08 Topázio 09 Coríndon superficie de lixa 10 Diamante
Brilho Mineral ASPECTO CARACTERÍSTICAS OBSERVÁVEIS Metálico forte reflexo causado pela opacidade Vítreo semelhante ao do vidro comum Resinoso parecido com a superfície do âmbar Oleoso fosco como mancha de gordura Perolado iridescente como numa pérola Sedoso lembrando um tecido de seda Adamantino como aquele visto nos diamantes
TRAÇO MINERAL Fig. 3.20
FRATURA MINERAL Fig. 3.18
Minerais de importancia geoeconômica
Quartzo
Calcita
Fluorita
Dolomita
Mica
Asbesto
Diamante (satélites)
Granada
Gipso ou gipsita
Halita
Hematita
Caolinita
Pirita