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Minerais
Definição
Estabilidade
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
7 sistemas de simetria
• Todos os cristais minerais podem ser a base de exame da geometria externa em 7 sistemas de simetria
Sistema Eixo(s) de simetria
cúbico 4 eixos triplos
tetragonal 1 eixo quadruplo
hexagonal 1 eixo sextuplo
trigonal 1 eixo triplo
ortorrômbico 3 eixos duplos
monoclínico 1 eixo duplo
triclínico 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
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
90
a = b c
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.
14 malhas de Bravais
Modo: primitivo base centrada centrado faces centradas
Sistema:
Cúbico
Tetragonal
Ortorômbico
Monoclínico
Raios x e a estrutura do sólido • Raios x possuem comprimentos de onda entre 10-8 a 10-12 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
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
Coordenação nos cristais
Minerais - Elementos nativos Polimorfos de C
Modelos de :M.Hewat
Diamante 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
Nanotubo (Rice University) e Buckybola
Outras estruturas -fulerenos
Minerais - Elementos nativos
Enxofre
Ouro
Minerais - Sulfuretos
FeS2 - pirite (cub) e
marcasite (ortor.) forma-
se num grande leque de condições fq
CuFeS2 - calcopirite,
tetragonal,
fundamentalmente hidrotermal
Outros elementos metálicos a formar minerais sulfuretados:
Zn, Pb, Cd, Hg
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
Fluorite - CaF2
Cúbico, de faces centradas
Minerais - Óxidos e hidróxidos
Magnetite - Fe3O4 ou Fe2O3*FeO,
cúbico, Fe+++ ocupa posições teraédricas e metade de
octaédricas, magmático ou
metamórfico, ferromagnético
Hematite - Fe2O3, hexagonal, produto
da oxidação dos minerais de Fe,sedimentar ocorre tb em ambiente metamórfico e
magmático
Modelos de :M.Hewat
Modelos de :U.Texas
Composição e estrutura da ferrihidrite e goetite
• Ferrihidrite Fe2O3 . 2 FeO(OH) . 3H2O
• Goetite FeO(OH)
5 nm
Goetite -
ortorómbico, produto de alteração, comum
no meio sedimentar
Composição e estrutura da ferrihidrite e goetite
• Ferrihidrite Fe2O3 . 2 FeO(OH) . 3H2O
• Goetite FeO(OH)
5 nm
Minerais - Carbonatos
CaCO3 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 - Ca5 (PO4)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 SO4 ortorómbico e Anidrite - Ca SO4 *2H2O,monoclínico é o sulfato de maior importância no meio
sedimentar. Formam-se somente em meio sedimentar por evaporação
da água marinha
Minerais - Silicatos
Elemento: Si e Al Al, Fe, Mg.. Ca, K, Na....
Coordenação: 4 6 8 RSi/RO= 0.3 RAl/RO= 0.41
o o
o o + (OH, F...)
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
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
Nesosilicates: independent SiO4
tetrahedra
Filosilicatos 1:1 Folha tetraédrica
Folha octaédrica
Camada 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
Estrutura e imagem SEM de caulinite
Imagens SEM webmmineral.com
Sistemática de argilas
Arranjo Grupo e carga da camada
Subgrupo Especie Fórmula química
1:1 Caulinite Di Caulinte Al2Si205(OH)4
carga=0 Nacrite Al2Si205(OH)4
Tri Antigorite Mg3Si2O5(0H)4
2:1 Micas Di Muscovite KAl2(Si3Al)010(OH)2
carga=1 Tri Biotite K(Mg,Fe)3(Si3Al)010(OH)2
Ilite Di Ilite K<1Al2(Si3Al)010(OH)2 . nH2O
carga<1 Glauconite K(Mg,Fe)2(Si3.7Al0.3)010(OH)2
Esmectites Tri Saponite Na0.3Mg3(Si3.7Al0.3)010(OH)2
0.2< carga < 0.6 Stevensite Na0.33Mg2.83 Si4010(OH) 2
Di Montmorillonite Na0.3(Al1.7Mg0.3)Si4010(OH)2 . nH2O
Vermiculites Di Vermiculite Alx/3Al2(Si4-xAlx)010(OH)2 . nH2O
0.2< carga < 0.6 Tri Vermiculite (Mg,Ca)x/2Mg3(Si4-xAlx)010(OH)2 . nH2O
2:1:1 Clorites Di Sudoite Mg3-xAl2+x(Si4-x Alx)010(OH)8
carga variável Tri Clinocloro (Mg5Al)(Si3 Al)010(OH)8
Compostos minerais parcialmente ordenados
•Alofana SiO2. (0.9-2)Al2O3
. nH2O parcialmente ordenada
•Imogolite SiO2. Al2O3
. nH2O
paracristalina
5 nm
H20
H20
H20
H20
2nm
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 cm2 = 6 x 10-4 m2
= 6 x 108 m2
moagem
Aresta passa a 10 m
10 μm = S‘ = 6 x 102 m2
109 partículas S‘total = 109 x 6 x 102
m2
= 6 x 1011 m2
A superficie total do sólido aumentou 103 vezes
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
Filosilicatos 2:1 smecites
Tectosilicatos
Estrutura de Microcline KAlSi3O8 Al substitui Si de forma aleatória.
O defice de carga é compensado
por um catião K
Tectosilicatos - zeólitos Caracterizam-se pela microporosidade asscociada a
ordenamento estrutural
Chabasite (Ca,Na2)[Al2Si4012]6H20 Natrolite (Na2)[Al2Si3010]2H20
Zeólitos- estrutura
Uma gaiola de unidades teraédricas
No seio dos espaços vagos
os zeólitis podem adsorver
grande quantidade de iões. Por isto são
utilizados como catalizadores ou
permutadores iónicos.
Chabasite (Ca,Na2)[Al2Si4012]6H20 Natrolite (Na2)[Al2Si3010]2H20