Mineraloga

MineralogaAula No.5.Cristaloqumica.Sumrio:Generalidades sobre a cristaloqumica dos minerais. Composio qumica da Terra. Os elementos qumicos e a Tabela peridica. Enlace qumicos. Tipos principais de estruturas cristalinas dos minerais. Isomorfismo. Mescla isomorfas. Polimorfismo. Modificaes polimorfas. Clculo da densidade de um cristal. Clculo da densidade relativa. Clculos das frmulas cristaloqumicas a partir dos anlise qumicos. Representaos.

Composicin qumica de la corteza terrestreO O2 ocupa em volume o 94 % de toda a cortia terrestre. So 8 os elementos qumicos mas importantes.

A tabela peridicaRaios Atmicos e Inicos

RAIOS INICOS EFECTIVOS (EM ) PARA IES GERALMENTE ENCONTRADOS EM MINERAISPara cada elemento qumico a capa mais externa ou dos eltrones de valncia a fundamental e indica seu comportamento.Nos grupos na Tabela Peridica:Os Metais alcalinos (IA) tm um solo e- na capa externa, os halognios (VIIa) tm 7 e- e os gases inertes (VIIIa) tm 8e-.A electronegatividade a habilidade que tem um tomo em uma estrutura cristalina para atrair eltrones para sua capa mas externa.Em geral, a electronegatividade se incrementa para cima e direita (exceto os gases nobres que a deixam muito baixa).Os metais tm uma e-neg < 1.9 por tanto perdem e- cationes.Os no metais tm uma e-neg > 2.1 por tanto gaham e- e anionesOs metaloides so intermdios (B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po..)AS PROPRIEDADES DE UM MINERAL DEPENDEM DA COMPOSICION QUIMICA E DA ESTRUTURA.A Cristaloqumica estuda os princpios gerais que relacionam a qumica dos minerais com sua estrutura e propriedades fsicas.Foras elctricas ou de ligao (enlace) qumicoatrao eletrosttica entre ones de carga opostaCristais com dois ou mais tipos do ligao HeterodsmicosCristais com um nico tipo do ligao Homodsmicos Ligao inica Ligao covalentetomos diferentes partilham os mesmos eltronesLigao metlicaOs tomos esto unidos entre se por uma nuvem de eltronesLigao de Van der Waalsmolculas neutras unidas mediante dbeis foras residuaisForas de LigaoAs foras que ligam em conjunto os constituntes de slidos cristalinos so de natureza elctrica. Os seus tipos e intensidades so grandemente responsveis pelas propriedades fsicas e qumicas de cristais. A dureza, a clivagem, a fusibilidade, a conductividade trmica e elctrica e o coeficiente de dilatao trmica esto directamente relaccionadas com as foras de ligao. Quanto mais forte a ligao, mais duro o cristal, mais elevado o seu ponto de fuso e menor o seu coeficiente de dilatao trmica. Foras de LigaoOs tipos de ligaes cristaloqumicas com exemplos. Cada vrtice representa um tipo de ligao idealizado. Os cristais com ligaes de carcter intermdio so projectados ao longo dos lados do tringulo.

LIGAO IONICACaractersticasForte, no direcional, entre tomos diferentes. Foras electrostticas entre iones positivos e negativosPropriedades que gera a ligao inicaCargas em posios fixas:Maus condutores electricos. FrgilesFora:Duros, Alto ponto de fuso e ebulio. Baixo coeficiente de dilataoCaracter istropo:Alta simetraSolvel: Conduzem a electricidade em soluo++++++++++++++++++Criam-se grandes foras repulsivas entre iones do mesmo signoPorqu so frgiles?CaracteristicasDADO O CARTER NO DIRECIONAL DA INTERAO, CADA ION TENDE A RODEAR-SE DO MAXIMO NUMERO DOS OUTROS IONES DE SIGNO CONTRRIODe quantos anios pode rodear-se um catio?+++De dois?De tres?De quatro?O dito de outro modo...Nmero de coordenao: nmero de iones que rodeiam a outro de signo contrarioDe que depende o nmero de coordenao?LIGAO IONICACaractersticasO nmero total de ies em uma estrutura estvel deve garantir a neutralidade elctrica do cristalO nmero de coordenao depende dos tamanhos relativos dos ies coordenados. +No duas dimensos um catio rodearia-se de seis anios de igual tamanhoO tamanho relativo expressa-se como a relao de radios entre o radio do Catio e o radio do Anio expressado em Angstrom.Exemplo:ClNa+RNa=0.97 ARCl=1.81ARNa+RCl0.971.81=0.54LIGAO IONICACaracteristicasA RELAO DE RADIOS ENTRE O CATIO E O ANIO DETERMINA O NMERO DE COORDENAO (NC)2128643NCRc/Ra0.110.70.40.2POLIEDRO DE COORDENAO: Forma geomtrica que forman no espao os anios e catios ao coordenar-se.LIGAO IONICALIGAO COVALENTECaracteristicas a mais forte de tudas as ligaos, muito direcional ou anistropo. Pode dar-se entre tomos do mesmo elemento ou entre tomos diferentesExemplo: O diamantePropriedades que gera a ligao covalenteCargas localizadas Maus condutores. FrgilesDuros, Alto ponto de fuso e ebulio, baixo coeficiente de dilataoCaracter anistropo:Baixa simetra. Estruturas rgidas Muito polarizadas. Muito estavls.InsolvelsNunca conduzem a electricidadeFora:LIGAO METALICACaractersticas forte e istropo, est acostumado a dar-se entre tomos iguais de elementos metlicos.Os eltrones das capas externas partilhar-se entre todos os tomos formando uma "nuvem" o "soupa" de cargas negativas entre ies positivos (Minerais nativos: Cu, Au, Ag...)Propriedades que gera a ligao metlicaSo boms condutores da electricidade e do calorSo maleavls (podem adotar qualquer forma por percusso)So dtiles (Podem ser estirados como alambres)So tenaces (no so fcilmente fraturados)So muito brandos (maian-se com facilidade)LIGAO de Van der WaalsCaractersticas a ligao mais dbil de tudos, d-se usualmente entre molculas neutras ( como por exemplo entre as capas do grafite)Propriedades que gera esta ligao O clivagem perfeito do grafite debe-se ao debilidade das foras de Van der Waals.Foras de Ligao

Esboo da estrutura de grafite com ligaes covalentes entre os tomos de carbono dentro da camada e ligaes residuais (van der Waals) entre as camadas. Notar a grande separao (3.35) entre as camadasOs Cristais podem ser clasificados em 4 tipos:1. Cristais molecularesAs molculas neutras se mantm unidas por fracas ligaos de Van der WaalsSo raros como mineraisPrincipalmente orgnicosExemplo: grafite

2. Cristais CovalentesCompostos por tomos de similar elevada e-negTambin poco comunes dentro de los mineralesA red possui uma ligao covalente forteExemplo: diamante

A estrutura do diamanteTudos os tomos de carbono tm uma coordinao 4 (tetradrica). Modelo de bolas e linhasModelo polidrico3. Cristais MetlicosAtomos de similar e-negAs ligaos metlicas no so direcionals elevada simetra e densidadeEmpaquetamiento denso 12Empaquetamiento cbico denso (CCP) abcabcabc Celda FCCEmpaquetamiento hexagonal denso(HCP) ababab = celda hexagonal

4. Ionic CrystalsA maiora dos mineraisPrimeira aproximao: Arreglo denso dos tomos de oxgeno Os Catios colocam-se nos intersticios entre os oxgenosDiferentes tipos de sitios intersticiales esto disponivels.Ocupam s certos tipos onde podem situar-seOcupam s a cantidade suficiente de eles para garantizar a neutralidade elctrica.

AS ESTRUTURAS IONICAS (E OUTRAS) PODEM SER DERIVADAS A PARTIR DA OCUPAO DOS VAZIOS EM OS EMPACOTADOS DENSOSTodos os tetradricosA metade dos tetradricosTodos os octadricosTodos os octadricos e os tetradricosECCESTRUTURAS DERIVADAS DA ESTRUTURA CBICA DE FACES CENTRADASQuando as posios octadricas, tetradricas e triangulares (25% do espao) ocupam-se total ou parcialmente por tomos, originam-se uma srie de tipos estructuralesEstrutura tipo Cloruro SdicoOcupam-se tudas as posios octadricas por tomos iguales entre si e distintos aos do empacotamento.Estrutura tipo para substncias de frmula AX com estequiometra 1:1

CloroSodioCloruro sdicoESTRUTURAS DERIVADAS DA ESTRUTURA CBICA DE FACES CENTRADASQuando as posios octadricas, tetradricas e triangulares (25% do espao) ocupam-se total ou parcialmente por tomos, originam-se uma serie de tipos estruturalesEstrutura tipo FluoritaOcupam-se todas as posios tetradricas por tomos iguais entre s e distintos aos del empacotado.Estrutura tipo para substncias de frmula A2X com estequiometra 2:1

CaF2FluoritaCaFESTRUTURAS DERIVADAS DA ESTRUTURA CBICA DE CARAS CENTRADASQuando as posios octadricas, tetradricas e triangulares (25% do espao) ocupam-se total ou parcialmente por tomos, originam-se uma serie de tipos estructuralesEstrutura tipo DiamantePreechem-se a mitade dos vazos tetradricos por tomos iguais aos do empacotado

Diamantetomos em posio tetradricatomos em posio tetradricaESTRUTURAS DERIVADAS DA ESTRUTURA CBICA DE FACES CENTRADASQuando as posios octadricas, tetradricas e triangulares (25% do espao) ocupam-se total ou parcialmente por tomos, originam-se uma serie de tipos estruturalesEstructura tipo Esfalerita o BlendaPreenchem-se a mitade dos vazos tetradricos por tomos iguais entre s pero distintos aos empacotados

O fato de que os tomos ocupem umas posies tetradricas e outras no, indica fora de enlace direcional e portanto a estrutura covalenteZnSBlenda ouEsfaleritaPOLIMORFISMOCapacidade de uma substncia qumica para cristalizar em mais de um tipo de estrutura cristalina (depende da preso e da temperatura)

Cada estrutura diferente desta substncia da lugar a um polimorfo que ser um mineral distintoO composto SiO2 pode ter varias estruturas diferentes que sero minerales diferentes (quartzo, tridimita, cristobalita, coesita ...)DIAGRAMA DE FASE DO SiO2MECANISMOS DE TRANSFORMAO POLIMRFICANa mudana de uma forma polimorfa a outra h trs tipos principais de mecanismos: deslocamento, reconstructivo E ordem desordemA trasio encierra pequenos ajustes e no se produzem roturas de ligaes

P6222Alta

P3221BajaA trasio polimrfica facilmente reversvel (baixa barreira energtica)Mudana do quartzo de alta a baixa temperatura (573) a preso atmosfrica.DESLOCAMENTO(Disminuye la simetra)RECONSTRUCTIVOA transio polimrfica encerra grandes ajustes incluiendo a rotura e formao de novas ligaes.Exemplos: grafite-diamante, calcito-aragonito, sillimanita-cianita-andalucitaA mudana polimrfica tm uma alta barreira energtica e no facilmente reversvel

GrafiteDiamanteCarbonoMECANISMOS DE TRANSFORMAO POLIMRFICAPSEUDOMORFISMOA existncia de um mineral com a forma externa de outra especie mineral.(Um mineral troca sua estrutura ou a composio quimica mas a forma externa se mantm ej. pirita-limonita)O processo pode ter lugar por: Substituio, incrustao, AlteraoSUBSTITUIO: Renovao gradual do material primario por substituio por outro sem reao quimica.Exem. amadeirapetrificada(Bosquesfssiles)a silice substituieas fibrasde madeira

PSEUDOMORFISMOINCRUSTAO: Se deposita uma costra de un mineral sobre os cristais de outro (ex. quartzo sobre cubos de fluorita) ALTERAO: Adicin s parcial de material novo ou renovao parcial do material primario.

AnhidritaYeso+ 2H O2(ex. anhidrita SO Ca - yeso SO Ca.2H O, o bien galena SPb - anglesita SO Pb)4442CALCULO DA DENSIDADE DE UM CRISTALPosto que a densidade a mesma em todo o cristal, poderamos calcul-la a partir da poro mnima de cristal, quer dizer, a partir da cela unidadeA forma mais geral da densidade (D) D = PVNo caso dos cristais se pode empregar:D = M.ZV.GPorque estes dados referem-se cela unidade e o clculo imediatoM o masa molecular da substncia, Z o nmero de molculas que h no cela elemental e V o volumen da mesma. G uma constante relacionada com o nmero de Avogrado (6,02338*1023)Contar o nmero dos diferentes tomos da celaA84284444++222=tomos de AX+22=tomos de XA frmula do composto serA4XTotal tomos 4 A + 2 X = 6AX2O peso molecular do composto ser: (2*P A) + P x = Pm A Xaa2CALCULO DA DENSIDADE DE UM CRISTALCalculamos Z que o nmero de molculas por cela unidadeNmero de tomos em cada molcula :AX22 + 1 = 3Nmero de tomos total na celaLogo6Z = = 2 molculas63Volumen: I a I I b I I c I = A3oCom estes dados podemos despejar:D= M.ZV.G= gr/cm3(asumiendo que G = 6,02338x1023)CALCULO DA DENSIDADE DE UM CRISTALCalcular a densidade do ouro cuja cela elementar cbica de faces centradas. O peso atmico do ouro P.a.=197 ; a = 4 AoD= M.ZV.GPara conhecer Z h que contar os tomos que pertencem cela.8 tomos nos vrtices da cela. Cada um deles partilhado por 8 celas.8* = 1 tomo186 tomos situados no centro das faces da cela partilhados por dois celas distintas6* = 3 tomos12O nmero Z neste caso 1+3=4CALCULO DA DENSIDADE DE UM CRISTALCALCULAR A DENSIDADE DO OUROO volmen da cela 4 = 64 (Ao)33D= M.ZV.GA densidade ser:D197 * 464* 10-24 * 6,02338. 1023==20.44Para converter (Ao)3 em cm3 h que dividir por (108)3 = 1024 CALCULO DA DENSIDADE DE UM CRISTALPicnmetroPara medir a densidade relativa dos minerais utiliza-se um picnmetro, que no mais que uma garrafa pequena con tampo esmerilado atravs do cual h um capilar. O peso especfico ou densidade relativa calcula-se por a seguinte frmula:G = M-P / W+ (M-P) SOnde: P- masa da garrafa vaza, M- masa da garrafa mais os gros minerais, M-P= masa da amostra (no ar).W= masa do picnmetro + guaS= amostra + picnmetro + gua no deslocadaW+(M-P)-S = masa da gua deslocada por a amostraAnlise de um mineral

Anlise do Olivino (composio varivel)% Masa

(1)MasasMol.(2)Prop.Mol.(3=1/2)Catin

(4)Prop.Oxig.(5)Base 4 O(6) (6)=4*1,6996)RelacionesAtmicas (7)SiO234,9660,090,5818Si 0,58181,16360,9891FeO36,7771,850,5118Fe2+0,51180,51180,8702MnO0,5270,940,0073Mn0,00730,00730,012MgO27,0440,310,6708Mg0,67080,67081,140

Total99,292,35354/2,3535= 1,6996 (multiplica-se este fator pela coluna 4). O valor de 4 Oxgenos sai da frmula estrutural do Olivino (Fe,Mg)2 SiO4.Frmula: Mg1.12 Fe0.86 Mn0,01 SiO4.RepresentaosO primeiro passo na representao da composio mineral a eleio daqueles componentes qumicos que constituem a fase ou fases minerais a representar, e que alm disso variam em percentagem dentro de tais fases. necessrio partir de uma anlise qumica em % em peso dos componentes. Se unicamente forem duas os componentes, ento, a representao se faz em um diagrama de barras onde os extremos indicam o 100% de um componente dado.

Diagrama de dois componentes (de barra)Fe2SiO40% (Fa)Fe2SiO4100% (Fa)

Mg2SiO4100% (Fo)Mg2SiO40% Fo)

De anlise do Olivino obteve-se que o Mg= 1,140 e o Fe = 0,870; total = 2,010. Porcentagem de Mg= 56,7; porcentagem de Fe = 43,3.% Molecular.Diagramas triangulares Em muitos casos interessa observar a variao do menos trs componentes na composio mineral j que as substituies isomrficas podem acontecer no s entre dois componentes. Nestas situaes tem que recorrer-se aos diagramas triangulares em cujos extremos se situam o 100% de cada componente e onde freqentemente se representaram as posies precisas de determinados minerais (trminos extremos das sries).

Diagramas triangulares

De cada vrtice (100 % do composto nele representado) e at a aresta oposta (0% do composto representado no vrtice oposto) existem nove linhas paralelas que representam sucessivamente as percentagens de composio 90-80-70-60-50-40-30-20-10. O ponto onde se cruzem as trs linhas que representam o % em composio de cada um dos compostos dos vrtices, o ponto que representa o mineral problema.

Perguntas de Autoavaliao1. O qules so os 8 elementos mais importantes que conforman a cortia terrestre?2. Importncia da tabela peridica.3. O que la electronegatividad? Cmo vara nos elementos?4. Quntos tipos de ligaes existem? Explique as propriedades dos cristais que os possuiem.5. O que o nmero de coordinao y o que o poliedro de coordinao? 6. Quntos tipos de estruturas possuiem os cristales. De exemplos de cada tipo. 7. O que o polimorfismo? De exemplos de cristais polimrficos.8. O que o pseudomorfismo? De exemplos.Perguntas de Autoavaliao9) Por qu necessario conhecer as caractersticas das celas estruturales (unidade) dos minerais?10) O qules so os parmetros que se tm em conta para calcular a densidade de um cristal.11) Cmo calculamos a densidade relativa ou o peso especfico de um mineral?12) Diga a importncia do clculo das frmulas qumicas dos minerais.13) Cmo se pode representar en diagramas os resultados de anlise qumico dos minerais?

Sheet1Weight %Atom %Ionic RadiusVolume %O46.6062.551.4093.8Si27.7221.220.420.9Al8.136.470.510.5Fe5.001.920.740.4Ca3.631.940.991.0Na2.832.640.971.3K2.591.421.331.8Mg2.091.840.660.3Total98.59100.00100.00

Sheet2

Sheet3