Estruturas cristalinas em silicatos – Parte 1

GM 861 – Mineralogia

Turmas B e C

12 e 19/04/2011

Distribuição relativa dos Minerais na Crosta da Terra

Feldspatos51%

Quartzo12%

Piroxênio11%

Micas5%

Anfibólios5%

Argilas5%

Olivinas3%

Óxidos Sulfetos Sulfatos Carbonatos

8%

~ 90% são silicatos : minerais formadores das rochas

Demais minerais (baixa abundância): minerais acessórios

1

1

11

SILICATOS - O TETRAEDRO DE SiO44-

Orbital híbrido sp3 de Si e orbitais 2p do O

(SiO4)4- :bloco formador dos

silicatos

Os tetraedros de sílica se combinam entre si (polimerização) ou não e com outros cátions, conforme a disponibilidade dos diferentes elementos e as condições de P e T durante a formação dos minerais.

Si, O e Al são os elementos formadores de estruturas. Outros cátions, como Mg, Fe, Ca e K são considerados elementos modificadores de estruturas. A entrada do cátion em determinado tipo de silicato depende do seu R.I. e da coordenação dos sítios cristalográficos disponíveis.

Classificação dos silicatos:

número de vértices compartilhados

nenhum: ortossilicatos (normal) ou nesossilicatos (neso=ilha)

1: dissilicatos ou sorossilicatos (soro=par)

2: ciclossilicatos

(SiO4)4-

(Si2O7)6-

(Si6O18)12-

filossilicatos

(Si4O11)6-

(Si4O10)4-

SiO2

tectossilicatos

(Si2O6)4-

2 vértices: cadeias simplesinossilicatos (ino=corrente)

2 ou 3 v.: cadeias duplas

3 v. : folhas

4 v.: 3D

Xm Yn (Zp Oq) Wr

Na+ = 8 – 6

Ca2+= 8 – 6

K+= 12 - 8

Fe2+/3+= 6

Mg2+= 6

Ti4+= 6

Mn2+= 6

Al3+ = 6

Si4+ = 4

Al3+= 4

OH-

F-

Cl-

SILICATOS - FÓRMULA GERAL

e número de coordenação

Estruturas & propriedades

A dureza dos silicatos, em geral, é média a alta (~ 5 - 8) pois a ligação Si-O é forte e a polimerização dos tetraedros favorece estruturas coesas.

 A forte ligação Si-O é também responsável, na maioria dos casos, por temperaturas de fusão altas.

ORTOSSILICATOS

Unidade Estrutural: (SiO4)4-

Tetraedros de (SiO4)4-

isolados: NÃO há compartilhamento de O2- dos vértices. Os demais cátions da estrutura mantêm os tetraedros unidos entre si.

olivinas (Mg,Fe)2 SiO4

granadas X3Y2(SiO4)3

zircão ZrSiO4

aluminossilicatos (cianita/ sillimanita/ andalusita = Al2SiO5 ou AlAlOSiO4

titanita CaTiOSiO4

topázio Al2SiO4(F,OH)2

estaurolita Fe2Al9O6(SiO4)4OOH

Andradita:Ca3Fe3+2(SiO4)3

(granadas:X3Y2(SiO4)3)

Zircão

Topázio

Cianita

Estaurolita

Fe2Al9O6(SiO4)4OOH

Al2SiO4(F,OH)2

ZrSiO4

Al2SiO5

Exemplo: grupo da olivina

Exemplo: grupo da olivina

Grupo da Olivina: cor verde oliva e verde acinzentadoPrincipais minerais: Forsterita (Mg2SiO4) e Fayallita (Fe2SiO4), solução sólida: substituição de Mg e Fe em qq proporçãoSistema cristalino = ortorrômbico (Z=4)

i, 3A2,3m = 2/m, 2/m, 2/m

Minerais/dimensões

Forsterita Fayallita

A 4,756 Å 4,817 Å

B 10,195 Å 10,477 Å

C 5,981 Å 6,105 Å

Diferenças entre Fo e Fa

Cela Unitária Fa > Fo ?

Densidade Fa = 4,37 g/cm3 > Fo = 3,27 g/cm3

T fusão Fo = 1.890 °C > Fa = 1.205 ºC

R.I. Fe2+ = 0,92 Å > R.I. Mg2+ = 0,86 Å

Estrutura da olivina

Tetraedros de SiO44- e octaedros de Mg/Fe compartilham O

Os sítios M1 formam cadeias de octaedros distor. (compartilham uma aresta), // c. Os sítios M2 fixam-se nas laterais das cadeias de M1.

Como é a Clivagem ?

A distribuição regular dos tetraedros de (SiO4)

-4 e dos cátions

planos mais fracos pouco evidentes

clivagem pobre

SOROSSILICATOSUnidade Estrutural = (Si2O7)

6-

Os tetraedros de (SiO4)

4- compartilham

um O2- dos vértices.

Os pares de tetraedros são unidos pelos cátions da estrutura.

Melilita Ca2Mg(Si2O7)

Lawsonita CaAl2(Si2O7)(OH)2.H2O

Calamina Zn4(Si2O7)

(OH)2.H2O

Estrutura de um sorossilicato

Exemplo: grupo do epídoto

Fórmula geral: X2VIII Y3

VI (SiO4) (Si2O7) OOH

também há tetraedros isolados

X (N.C. 8, coord. cúbica): cátions >: Ca, Y, Ce, La, Sc, Pb, Ba, K, Na

Y = Al, Mg, Fe, Zn

Exemplos:

Zoizita: Ca2 Al3(SiO4)(Si2O7)O(OH) (s. ortorrômbico)

Clinozoizita-Epídoto:Ca2(Al,Fe)Al2(SiO4)(Si2O7)O(OH) (s. monocl.)

> 7% Fe: clinozoizita – 10-15% Fe= epídoto (limite de Fe= 35%)

Alanita: (Ca,Ce)2(Al,Fe)3(SiO4)(Si2O7)(OH) (s. monoclínico)

Estrutura do grupo do epídoto Ca2(Al,Fe)Al2(SiO4)(Si2O7)O(OH)

Sítios octaédricos: Al, Fe3+

Ca, Mn, Ce, La, Y, Th (N.C. 7-12)

Epídoto

•Sistema cristalino: monoclínico (a=8,98, b=5,64, c=10,22; beta = 115,4°) Z = 2•Hábito: prismático, colunar ou mesmo acicular•Clivagem: perfeita (001)•Dureza: 7•Mineral acessório comum em rochas metamórficas; resistente ao intemperismo

CICLOSSILICATOS

Si6O1812-

BaTiSi3O9 - benitoita (Si4O11)6- papagoita: CaCuAlSi2O6(OH)3

turmalina

berilo

cordierita

Berilo - Be3Al2Si6O18

Hexagonal: 6/m 2/m 2/m hábito prismático, com estrias

D= 7,5 -8

Usos como gema:

Água marinha (Fe2+)

Morganita (Mn)

Esmeralda (Cr)

Principal fonte de Be:

Ligas com Cu

Janelas para raios X

Berilo BeIV3AlVI

2Si6O18

Berilo BeIV3AlVI

2Si6O18 cela unitária

a

bc

superior

inferior

Berilo BeIV3AlVI

2Si6O18 - retículo

Canais

OH

H2O

F

Rb

Cs

Na

K

http://webmineral.com/data/Beryl.shtml

Turmalina

Fórmula geral:

Na(Mg,Fe,Li,Al)3Al6 [Si6O18](BO3)3(O,OH,F)4

Turmalina•Sistema hexagonal (trigonal): 3m

•a =15,8-16 Å, c=7,1-7,25 Å z=3

•dureza 7-7,5, clivagem pobre {101} e {110}

•Hábito prismático c/ estrias características

•cores variadas: preta (Fe, schorl)

•Gemas: verde (esmeralda brasileira)

•Violeta ou vermelha: rubelita

•Azul: indicolita

•Ocorrência: mineral acessório comum em rochas ígneas (pegmatitos) e em algumas rochas metamórficas

Estrutura da turmalina:

Anel de tetraedros

Grupos triangulares de octaedros

Boro em sítios triangulares

W=Na, Ca X=Mg,Fe,Li,AlY=Al

http://webmineral.com/data/Schorl.shtml

InossilicatosCadeias infinitas simples (piroxênios) ou

duplas (anfibólios)

Uma característica e uma propriedade física

Os cristais crescem mais ao longo das cadeias (eixo Z): hábito prismático

Empacotamento razoavelmente denso e elementos de peso atômico + elevado

Densidade (~ 3,5 g/cm3) > que a média dos silicatos (~2,7g/cm3)

Grupo dos Piroxênios (Si2O6)-4

Fórmula geral: XVIII YVI (Si2O6) X = Ca, Na, Lie Y= Mg, Fe, Al, Mn, Ti

Se apenas cátions com R.I. relativamente pequenos (Y) estiverem presentes, o sistema cristalino será ortorrômbico (ex.: enstatita Mg2Si2O6) ortopiroxênio.

Se cátions de R.I. maior também estiverem presentes (X e Y) o sistema cristalino será monoclínico, mudança na cela unitária clinopiroxênios

Exemplo de estrutura: Diopsídio [CaMgSi2O6]

http://webmineral.com/data/Diopside.shtml

O2- base: ao longo de um planoCadeias unidas por cátions bivalentesAlternância das cadeias de tetraedros com ápices invertidos, formando sítios cristalográficos de coordenação octaédrica (N.C. 6) e cúbica (N.C. 8)

Forma dos cristais de diopsídio

[CaMgSi2O6]

Sistema monoclínico

Simetria: 2/m

fabreminerals

Clivagem nos piroxênios

Ligações mais fracas // laterais das cadeias e entre os ápices clivagem boa nas intersecções (~ 87 e 93)

Grupo dos Anfibólios (Si4O11)-6

Fórmula geral: X2VIII Y5

VI (Si4O11)2 (OH)2

X = Ca, Na, K Y= Mg, Fe, Al, Mn, Li, TiSe apenas cátions com R.I. ~ pequenos (Y)

estiverem presentes, o sistema cristalino será ortorrômbico (ex.: Antofilita [(Mg,Fe)7Si8O22(OH,F)2]).

Se cátions de R.I. maior também estiverem presentes (X e Y) o sistema cristalino será monoclínico, pois haverá deslocamento da cela unitária

ORTO e CLINO anfibólios

crocidolita

Na2Fe2+3,Fe3+

2Si8O22(OH)2

Dimensões das celas unitárias

Comparação das dimensões das celas unitárias de um piroxênio e de um anfibólio evidencia a presença de cadeias duplas

  Diopsídio Tremolita

a 9,75 Å 9,86 Å

b 8,90 Å 18,05 Å

c 5,25 Å 5,29 Å

Clivagem em anfibólios

56 e 124

Ver também informações sobre a hornblenda

http://webmineral.com/data/Magnesiohornblende.shtml