Classificação geral de estruturas Classificação geral de estruturas cristalinascristalinas

• A classificação que permite agrupar a gran-de A classificação que permite agrupar a gran-de maioria das estruturas baseia-se na relação cátion-maioria das estruturas baseia-se na relação cátion-ânion e no nº de coordena-ção do cátion.ânion e no nº de coordena-ção do cátion.

EstruturaEstrutura PadrãoPadrão EstruturaEstrutura PadrãoPadrão

AXAX HalitaHalita ABXABX33 CalcitaCalcita

Cloreto deCloreto de Aragonita Aragonita

Cs (P > 18Kb)Cs (P > 18Kb) IlmenitaIlmenita

EsfaleritaEsfalerita Perowskita Perowskita

AXAX22 FluoritaFluorita ABXABX44 ZircãoZircão

RutiloRutilo MonazitaMonazita

AA22XX33 CorindonCorindon AA22BXBX44 OlivinaOlivina

EspinéliosEspinélios

Classificação das Classificação das estruturas dos silicatosestruturas dos silicatos

• Os silicatos, em conseqüência da co-Os silicatos, em conseqüência da co-valência parcial das ligações Si-O, valência parcial das ligações Si-O, diferem das outras “famílias diferem das outras “famílias cristalográficas” e têm uma classificação cristalográficas” e têm uma classificação especial. Essa classificação baseia-se no especial. Essa classificação baseia-se no nº de vértices dos tetraedros de Si-Onº de vértices dos tetraedros de Si-O44 compartilhados: nenhum, 1, 2, 3 ou 4, compartilhados: nenhum, 1, 2, 3 ou 4, formando estruturas com tetraedros formando estruturas com tetraedros isolados, anéis, cadeias, folhas ou redes. isolados, anéis, cadeias, folhas ou redes. Serão analisados à parte. Serão analisados à parte.

ESTRUTURAS CRISTALINAS ESTRUTURAS CRISTALINAS

EM METAIS NATIVOSEM METAIS NATIVOS ~ ~ 90 elementos na crosta terrestre 90 elementos na crosta terrestre ~ ~ 20 estado nativo (isto é, não 20 estado nativo (isto é, não combinados)combinados)

Normalmente, na natureza ocorrem Normalmente, na natureza ocorrem ligas: ligas:

Cu + Fe, Ag, Bi, Sn, Pb, SbCu + Fe, Ag, Bi, Sn, Pb, Sb

Ag + Au (10%), Cu, HgAg + Au (10%), Cu, Hg

Au + Ag (35%), Cu, FeAu + Ag (35%), Cu, Fe

Pt + Os Fe + Ni (2%)Pt + Os Fe + Ni (2%)

3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12 3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12

arranjo compacto e econômicoarranjo compacto e econômico

• 1) Grupo do Au: 1) Grupo do Au: Au, Ag, Cu, Pb, Au, Ag, Cu, Pb, AuAu22CuCu33

• Arranjo = cúbico Arranjo = cúbico de faces de faces centradas (CCP)centradas (CCP)

3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12 3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12

arranjo compacto e econômicoarranjo compacto e econômico

2) Grupo da Pt: Pt, 2) Grupo da Pt: Pt, Pd, Ir, OsPd, Ir, Os

Arranjo = hexago-Arranjo = hexago-nal compacto nal compacto (HCP) ou CCP (HCP) ou CCP

3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12 3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12

arranjo compacto e econômicoarranjo compacto e econômico

3) Grupo do Fe: Fe e 3) Grupo do Fe: Fe e Fe-NiFe-Ni

Arranjo = cúbico de Arranjo = cúbico de corpo centra-do corpo centra-do (BCP) (BCP)

ESTRUTURAS CRISTALINAS ESTRUTURAS CRISTALINAS

TIPO AXTIPO AX

• São as estruturas mais simples:São as estruturas mais simples:relação cátion : ânion 1 : 1 e cargas relação cátion : ânion 1 : 1 e cargas iguaisiguais

Exemplos de minerais: haletos, Exemplos de minerais: haletos, monóxidos e sulfetos = Halita (NaCl), monóxidos e sulfetos = Halita (NaCl), Silvita (KCl), Villiaumita (NaF), Carobbita Silvita (KCl), Villiaumita (NaF), Carobbita (KF), Periclásio (MgO), Wüstita (FeO), (KF), Periclásio (MgO), Wüstita (FeO), Bunsenita (NiO), Pirita (FeS), Galena Bunsenita (NiO), Pirita (FeS), Galena (PbS), etc.(PbS), etc.

Retículos possíveisRetículos possíveis p/ estruturas p/ estruturas tipo AXtipo AX

• CCP = mais CCP = mais freqüentefreqüente

• BCC = mais raro BCC = mais raro (CsCl – P >18kb)(CsCl – P >18kb)

• HCP = nunca HCP = nunca

Explorando alguns exemplosExplorando alguns exemplos

HALITA (NaCl)HALITA (NaCl)

Tipo de cela unitáriaTipo de cela unitária

CCP (ou FCC)CCP (ou FCC)

Sistema cristalinoSistema cristalino

cúbicocúbico• N.C. NaN.C. Na++ = 6 = 6

N.C. ClN.C. Cl-- = 6 = 6

HábitoHábito

formas cúbicasformas cúbicas

Explorando alguns exemplosExplorando alguns exemplos

HALITA (NaCl)HALITA (NaCl) Clivagem: // às faces do Clivagem: // às faces do

cristal. POR QUÊ?cristal. POR QUÊ?

Quais os planos ligados Quais os planos ligados por F menor e portanto por F menor e portanto mais suscetíveis de mais suscetíveis de quebra?quebra?

Planos (111) = inteira-Planos (111) = inteira-mente constituídos de mente constituídos de NaNa++ ou Cl ou Cl-- a ligação a ligação entreentre os planos é os planos é bastante forte bastante forte NÃO SE NÃO SE CLIVAMCLIVAM

Explorando alguns exemplosExplorando alguns exemplos

HALITA (NaCl)HALITA (NaCl) Planos (110) = NaPlanos (110) = Na++ e Cl e Cl--

em arranjos alternados em arranjos alternados ligações iônicas bastante ligações iônicas bastante fortes fortes NÃO SE CLIVAM NÃO SE CLIVAM

Planos (100) = igual Planos (100) = igual número de Nanúmero de Na++ e Cl e Cl-- em em arranjo alternado arranjo alternado F F repulsivas mais intensas repulsivas mais intensas entreentre os planos os planos CLIVAGEMCLIVAGEM

Qual a UNIDADE ESTRUTURAL Qual a UNIDADE ESTRUTURAL

da halita?da halita?

• UNIDADE ESTRUTURAL (Z) = UNIDADE ESTRUTURAL (Z) = Número mínimo de fórmulas Número mínimo de fórmulas químicas necessárias à químicas necessárias à constituição do mineral. O número constituição do mineral. O número de íons numa cela unitária é de íons numa cela unitária é geralmente um número inteiro e geralmente um número inteiro e múltiplo da fórmula química. É múltiplo da fórmula química. É dependente do tipo de cela dependente do tipo de cela unitária/retículo.unitária/retículo.

Quantos íons de ClQuantos íons de Cl-- compõem a compõem a

cela unitária?cela unitária?

• ClCl-- do centro das faces são do centro das faces são compartilhados por 2 celas compartilhados por 2 celas 3 Cl 3 Cl-- p/ cela unitária;p/ cela unitária;

• ClCl-- dos vértices são compartilhados dos vértices são compartilhados por 8 celas por 8 celas 1 Cl 1 Cl-- p/ cela unitária p/ cela unitária

• TOTAL DE ClTOTAL DE Cl-- = 4 íons = 4 íons

Quantos íons de NaQuantos íons de Na++ compõem a compõem a

cela unitária?cela unitária?

• NaNa++ do centro das arestas são do centro das arestas são compartilhados por 4 celas compartilhados por 4 celas 3 3 NaNa+ + p/ cela unitáriap/ cela unitária

• NaNa++ do centro do cubo do centro do cubo 1 Na 1 Na++ p/ p/ cela unitáriacela unitária

• TOTAL DE NaTOTAL DE Na++ = 4 íons = 4 íons

UNIDADE ESTRUTURAL DA UNIDADE ESTRUTURAL DA HALITA = HALITA = 4 (NaCl)4 (NaCl)

ESFALERITA ou BLENDA (ZnS)ESFALERITA ou BLENDA (ZnS)

(O mais importante minério de zinco)(O mais importante minério de zinco) • Tipo de cela Tipo de cela

unitáriaunitária– CCP (ou FCC)CCP (ou FCC)

• Sistema cristalinoSistema cristalino– CúbicoCúbico

• N.C. ZnN.C. Zn2+2+ = 4 N.C. = 4 N.C. SS2-2- = 4 = 4

• HábitoHábito = tetraedros c/ ápices cortados. = tetraedros c/ ápices cortados.

• Por quê? Os ápices dos poliedros de Por quê? Os ápices dos poliedros de coordenação Zn - 4S e S - 4Zn estão em coordenação Zn - 4S e S - 4Zn estão em sentidos opostossentidos opostos em alguns planos em alguns planos ao longo dos vértices do cubo haverá ao longo dos vértices do cubo haverá predominância de Znpredominância de Zn2+2+ ou S ou S2-2- características físico-químicas características físico-químicas heterogêneas heterogêneas crescimento crescimento diferenciado dos cristaisdiferenciado dos cristais

• ClivagemClivagem = perfeita nos planos (110) = perfeita nos planos (110)

Hábito da esfaleritaHábito da esfalerita

Qual a UNIDADE ESTRUTURAL da Qual a UNIDADE ESTRUTURAL da

esfalerita?esfalerita?

• ZnZn2+2+ dos vértices são compartilhados por dos vértices são compartilhados por 8 celas 8 celas 1 Zn 1 Zn2+2+ p/ cela unitária p/ cela unitária

• ZnZn2+2+ do centro das faces são do centro das faces são compartilhados por 2 celas compartilhados por 2 celas 3 Zn 3 Zn2+2+ p/ p/ cela unitáriacela unitária

TOTAL DE ZnTOTAL DE Zn2+2+ = 4 íons = 4 íons• SS2-2- dentro do cubo dentro do cubo 4 S 4 S2-2- p/ cela unitária p/ cela unitária TOTAL DE STOTAL DE S2-2- = 4 íons = 4 íons

UNIDADE ESTRUTURAL = 4 ZnSUNIDADE ESTRUTURAL = 4 ZnS

Calculando de outra forma:Calculando de outra forma: • molécula-grama de ZnS = 97,45 gmolécula-grama de ZnS = 97,45 g• Densidade ZnS = 4,096 g/cmDensidade ZnS = 4,096 g/cm33

• Qual o volume ocupado por um mol de Qual o volume ocupado por um mol de esfalerita?esfalerita?1 cm1 cm33 ......................... 4,096 g de ZnS ......................... 4,096 g de ZnSX ............................. X ............................. 97,45 g de ZnS 97,45 g de ZnSX = 23,79 cmX = 23,79 cm33

Quantas moléculas de ZnS compõem a celaQuantas moléculas de ZnS compõem a celaunitária da esfalerita?unitária da esfalerita?

volume do cubo = A x A x Avolume do cubo = A x A x Aaresta da cela unitária de ZnS (R-X) = aresta da cela unitária de ZnS (R-X) = 5,4065,406 Ǻ Ǻ6,022 x 106,022 x 1023 23 -------------- 23,79 cm-------------- 23,79 cm33

Z -------------------------- (5,406 x 10Z -------------------------- (5,406 x 10-8-8))33

Z = 3,999 ~ 4Z = 3,999 ~ 4

DIAMANTE (C)DIAMANTE (C)

• Tipo de cela unitáriaTipo de cela unitáriaCCP (ou FCC)CCP (ou FCC)

• Sistema cristalinoSistema cristalinocúbicocúbico

• N.C. do CN.C. do C– 4 (coordenação 4 (coordenação

tetraédrica)tetraédrica)

• HábitoHábito– octaédrico, mais octaédrico, mais

raramente raramente dodecaédricododecaédrico

Tipo de estruturaTipo de estrutura

• Se substituírmos ZnSe substituírmos Zn2+2+ e e SS2-2- por C na estrutura por C na estrutura da esfalerita teremos a da esfalerita teremos a estrutura do Diamante estrutura do Diamante ESTRUTURA DERIVADAESTRUTURA DERIVADA

• Os tetraedros de Os tetraedros de coordenação estão coordenação estão orientados de forma orientados de forma que suas faces estão que suas faces estão sempre //s aos planos sempre //s aos planos que cortam os vértices que cortam os vértices (arranjo de “pirâmides (arranjo de “pirâmides empilhadas”) empilhadas”)

ClivagemClivagem• É perfeita nos 4 É perfeita nos 4

planos do octaedro planos do octaedro {111}{111}

• Há > espaçamento Há > espaçamento entre os átomos entre os átomos ápice-base do que ápice-base do que entre base-base ou entre base-base ou ápice-ápice ápice-ápice ligações mais fracas ligações mais fracas maior facilidade maior facilidade de rompimento nos de rompimento nos planos planos perpendiculares a perpendiculares a estas ligações estas ligações (planos {111} ) (planos {111} )

Clivagem do diamanteClivagem do diamante

Qual a UNIDADE ESTRUTURAL Qual a UNIDADE ESTRUTURAL

do diamante?do diamante?

• C dos vértices são compartilha-dos C dos vértices são compartilha-dos por 8 celas por 8 celas 1 C p/ cela unitária 1 C p/ cela unitária

• C do centro das faces são com-C do centro das faces são com-partilhados por 2 celas partilhados por 2 celas 3 C p/ 3 C p/ cela unitáriacela unitária

• C dentro do cubo C dentro do cubo 4 C p/ cela 4 C p/ cela unitáriaunitária

UNIDADE ESTRUTURAL = 8 CUNIDADE ESTRUTURAL = 8 C

Calculando de outra forma Calculando de outra forma

• molécula-grama de C = 12,001gmolécula-grama de C = 12,001g• Densidade C = 3,5 g/cmDensidade C = 3,5 g/cm33

1cm1cm33 ........................ 3,5 g de C ........................ 3,5 g de C

X ........................... 12,001 g de CX ........................... 12,001 g de C

X = 3, 43 cmX = 3, 43 cm33

• volume do cubo = Avolume do cubo = A33 • aresta da cela unitária de C = 3,5667Ǻaresta da cela unitária de C = 3,5667Ǻ

6,022 x 106,022 x 1023 23 ................. 3,43 cm................. 3,43 cm33

Z ................................. (3,5667 x 10Z ................................. (3,5667 x 10-8-8))33

Z ~ 8Z ~ 8