aula_02___introducao_a_mineralogia (1)

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

1
Introdução à Mineralogia
Prof. Márcio Felipe Floss
Geotecnia I
Unidade 02
Conceitos Básicos
Mineralogia: Ciência que estuda os minerais e suas
propriedades.
Elemento Químico: Substância que não pode ser dividida
quimicamente em substâncias mais simples.
Mineral: É um corpo sólido, natural, inorgânico e homogêneo,
que possui uma composição química característica definida,
com uma estrutura atômica tridimensional ordenada e
regular. É homogêneo quanto às suas propriedades físicas e
químicas ou exibe variações sistemáticas restritas.
2
Conceitos Básicos
Mineralóide: qualquer sólido ou líquido que ocorre
naturalmente que não possui arranjo sistemático dos átomos
que o constitui. São substâncias não cristalinas (amorfas).
Ex. vidro vulcânico (obsidiana), opala, âmbar, carvão,
petróleo.
Cristal: todo corpo que ao passar do estado líquido ou gasoso
para o estado sólido adquire (devido à ação de forças
interatômicas) uma estrutura interna ordenada que se
manifesta numa forma externa regular e poliédrica (natural
ou sintético).
Conceitos Básicos
Rocha: agregado natural e multigranular formado de
um ou mais minerais e/ou mineralóides entrelaçados
ou fortemente cimentados, dando coerência ao
conjunto.
Solo: agregação de minerais justapostos, friáveis à
pressão dos dedos. É o resíduo da decomposição das
rochas.
3
Estrutura Cristalina
Na formação dos sólidos, os átomos tendem a se
arranjar ordenadamente, formando cristais.
Circunstâncias adversas podem impedir o arranjo
ordenado e os átomos ficam a esmo, sem caracterizar
uma estrutura cristalina, portanto amorfa.
Se o arranjo dos átomos resultar em uma geometria
bem definida, temos como resultado a estrutura
cristalina.
De acordo com esta estrutura serão definidas as
propriedades mecânicas do mineral. Ex.: grafite e
diamante.
Estrutura Cristalina
Dos mais de 2.000 minerais
conhecidos, apenas 3 não possuem
estrutura cristalina:
-opala ou sílica amorfa;
-limonita ou óxido de ferro amorfo;
-obsidiana ou sílica hidratada.
4
Formação dos Minerais
Átomos e moléculas se movem
procurando um arranjo geométrico tal que
resulte em carga neutra. Uma molécula tem
uma regularidade estrutural porque as ligações
covalentes determinam um número específico
de vizinhos para cada átomo e a orientação dos
mesmos no espaço.
A maioria dos minerais apresenta arranjos
atômicos que seguem a repetição de uma
unidade básica (célula unitária) nas 3
dimensões. A esse arranjo se denomina
estrutura cristalina.
Estrutura Interna
Considerando dois elementos com mesma abundância,
o elemento que contribuirá para a formação de um mineral
será aquele que melhor combine com outros elementos
presentes no sistema (p.ex. carga e tamanho). Somente 8 dos
92 elementos que ocorrem naturalmente na crosta continental
terrestre são relativamente abundantes, com o predomínio do
oxigênio e da sílica.
5
Estrutura Interna
Dos cerca de 2000 minerais, menos de 20 minerais
essenciais são predominantes e, portanto, importantes para a
Engenharia Civil. Os demais constituem apenas 6 % dos
minerais que ocorrem nas rochas e não influem no seu
comportamento. São apresentados na tabela a seguir os
minerais que predominam na composição das rochas ígneas e
a suas proporções:
Estrutura Interna
Cerca de 60 % da crosta terrestre é constituída de
silicatos, sendo o oxigênio o elemento mais abundante.
Pela abundância, os silicatos são os minerais mais
importantes para Engenharia.
Os não silicatos são óxidos, carbonatos, sulfetos, sais,
halóides, nitratos, fosfatos, sulfatos etc.
Unidade Cristalina da Sílica: Tetraedro de sílica (SiO4)
-4
O tetraedro é formado por 4 O-2 coordenados com 1 Si-4. As
ligações Si-O são por covalência e extremamente fortes.
Os 4 átomos de oxigênio envolvem geometricamente e
neutralizam o átomo de silício.
6
Estrutura Interna
dos Silicatos
Os tetraedros tendem a ligar-se entre si formando
cadeias lineares, estruturas laminares ou espaciais.
Essas ligações se dão através de oxigênios comuns
(oxigênios pontes).
Argilo-Minerais
São alumino-silicatos hidratados com uma estrutura
cristalina em folhas.
Quanto ao hábito de ocorrência, as partículas dos
minerais argilosos podem ser cristalinas ou amorfas, lamelares
ou fibrosas e, embora quase sempre pequenas, podem variam
de dimensões coloidais até acima do limite da resolução
microscópica.
Existem dois tipos fundamentais de arranjo cristalino
em folhas:
• 1- tetraédrica: consiste da ligação de vários tetraedros de
silíca;
• 2- octaédrica: consiste da ligação de octaedros com
alumínio ou magnésio no centro destes, rodeados por
hidroxilas ou oxigênio.
7
Argilo-Minerais
A composição da camada tetraédrica pode ser
genericamente definida como T2O5 (T= cátion tetraédrico Si,
Al, Fe+3)
Nos octaedros os cátions podem ser Mg, Al, Fe+2, Fe+3
além de Li, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu e Zn.
As argilas podem então ser classificadas como:
1:1 - uma camada octaédrica ligada a uma tetraédrica
2:1 -duas camadas tetraédricas separadas por uma
octaédrica
Argilo-Minerais
Grupo da Caulinita
Fórmula: Al4 [Si4 O10] (OH)8
Importante: A caulinita tem uma baixa capacidade de
troca catiônica comparada com a das outras argilas, porém
com uma elevada capacidade de troca aniônica, devido à
presença de íons (OH)- substituíveis e localizados fora das
lâminas estruturais. Possui a propriedade de fixar [P04]
-3 fato
este importante em melhoramento de solos.
8
Argilo-Minerais
Grupo da Caulinita
• 1 camada tetraédrica de sílica
• 1 camada octaédrica de hidroxila
• Ligações estáveis de hidrogênio
• Partículas com 1000A de
espessura por 10000A de
comprimento.
7x10-10 m
Caulinita
Argilo-Minerais
Grupo da Ilita
Fórmula: K1 - 1,5 Al4 [Si 7-6,5 Al1-1,5 O20] (OH)4Outros nomes: hidromuscovita, hidromica.
São micas que gradam em direção a argilas, geralmente
assemelham-se a muscovita.
Difere da muscovita por ter mais sílica e menos potássio.
A presença de um número considerável de íons potássio
interestatificados impede a entrada de água ou líquidos
orgânicos e outros cátions na estrutura.
As trocas se efetuam nas arestas dos cristais (como na
caulinita) onde há valências não completadas.
9
Argilo-Minerais
Grupos da Ilita e Esmectita
Esmectita Ilita
• 1 camada octaédrica de hidroxila entre 2 camadas tetraédricas de sílica
• Ligações fracas por íons oxigênio dos tetraedros de sílica
• Partículas com 10A de espessura por 1000A de comprimento.
• Carga elétrica superficial negativa
Argilo-Minerais
Grupo das Esmectitas
Fórmula: (1/2 Ca,Na)0,7 (Al,Mg,Fe)4 [(Si,Al)8 O20] (OH)4.n
H2O
Nas esmectitas os espaçamentos interestratos podem
ser penetrados não só por água, por troca iônica, mas
também por certos cátions orgânicos e por vários líquidos
orgânicos.
Troca catiônica: os mais freqüentes são entre o sódio e
o cálcio, mas podem ocorrer variedades com K, Cs, Sr, Mg,
H e outros cátions interestratos que são trocadores em
graus variados.
10
Argilo-Minerais
Grupo das Esmectitas
Moléculas interestratos: a quantidade de água
interestratos adsorvida varia segundo o tipo de esmectita,
a natureza dos cátions interestratos e as condições físicas.
As esmectitas de cálcio fixam geralmente duas camadas
de moléculas de água em cada espaço, enquanto que a
quantidade retida pelos compostos de sódio parece variar
de modo contínuo apresentando, em geral, uma maior
capacidade de expandir.
Nos espaços interestratos podem também acomodar-
se várias moléculas orgânicas, propriedade esta utilizada na
purificação de gorduras e óleos.
Argilo-Minerais
Grupo da Clorita
Fórmula: (Mg,Al,Fe)12 [ (Si,Al)8 O20] (OH)16
As Cloritas são um grupo de minerais com estruturas
em camadas, que, sob muitos aspectos se assemelham às
verdadeiras micas.
As principais ocorrências
correspondem a produtos de
alteração hidrotermal em rochas vulcânicas, em rochas
metamórficas e como minerais de argilas em sedimentos
argilosos.
11
Argilo-Minerais
Argilo-Minerais
12
Argilo-Minerais
Minerais Predominantes nas Rochas
Minerais Primários e Secundários
Os minerais formados diretamente do magma
chamam-se primários enquanto que os
provenientes da alteração destes, sob ação das
intempéries chamam-se secundários.
Minerais Essenciais: são os constituintes que
definem e caracterizam uma rocha;
Minerais Acessórios: são os que não influem na
classificação da rocha, ocorrendo em porcentagens
pouco significativas na sua composição mineralógica.
13
Os minerais essenciais são os que predominam
numa rocha e a maioria das rochas possui dois ou três
minerais essenciais e, algumas possuem apenas um.
São estes os que estabelecem as características
tecnológicas das rochas.
Assim, deve-se conhecer as propriedades e
características tecnológicas dos minerais predominantes
que, de uma maneira geral, são: quartzo, feldspatos
potássico, feldspatos calco-sódico, mica biotita, mica
muscovita, clorita, sericita, augita (piroxênio),
hornblenda (anfibólio), olivina, magnetita, hematita,
limonita, pirita, calcita e dolomita.
MINERAIS PREDOMINANTES NAS ROCHAS
Propriedades Físicas dos 
Minerais
Estrutura: disposição dos átomos ou 
grupamentos – estado cristalino;
Clivagem: capacidade de divisão da substância 
cristalina em planos paralelos;
Dureza: resistência que um mineral oferece a 
penetração, ao ser riscado.
A Escala de Mohs que define a ordem de 
grandeza da dureza dos minerais:
1 – Talco 6 – Ortoclásio
2 – Gipsita 7 – Quartzo
3 – Calcita 8 – Topázio
4 – Fluorita 9 – Coríndon
5 – Apatita 10 – Diamante
14
Propriedades Físicas dos 
Minerais
Peso específico: relação entre o volume do mineral 
em comparação com H2O destilada a 4 oC;
Halita = 2,20 g/cm3 Galena = 7,50 g/cm3
Quartzo = 2,65 g/cm3 Ferro = 7,30 – 7,90 g/cm3
Calcita = 2,75 g/cm3 Ouro = 19,40 g/cm3
Brilho: está relacionado a capacidade de reflexão da luz
incidente no mineral. Os tipos de brilho são:
•Metálico: ocorre em minerais não-transparentes e
opacos.
Exemplos: a pirita e a galena;
•Não-metálico: ocorre em minerais transparentes e
translúcidos.
Exemplos: o diamante, o quartzo e o asbesto.
Propriedades Físicas dos 
Minerais
Cor: depende da absorção seletiva da luz, 
restando a fração transmitida e a fração refletida.
Exemplos de cores são apresentados nas tabelas a 
seguir:
15
Propriedades Físicas dos 
Minerais
Base de Definição da Cor: É a composição química do
mineral.
Acróicos: Minerais incolores quando puros. Ex.: Quartzo,
berilo e fluorita;
Alocromáticos: Impurezas ditam as regras. Ex.: Citrino,
ametista.
Propriedades Químicas dos 
Minerais
Um mineral pode ser formado por um elemento
químico ou vários elementos, passando a representar
compostos químicos;
Ex.: Ouro = Au / Pirita = Fe2S / Quartzo = SiO2
Relação entre forma dos minerais e a sua
composição química:
Polimorfismo: Apresentam a mesma composição química
(C.Q.) e formas cristalinas (F.C.) diversas; Ex.: C =
Carbono – Caracterização do diamante e do carvão;
Isomorfismo: Apresentam composição química diferente
e forma cristalina idêntica;
Ex.: Grupo dos feldspatos – Tipos ortoclásio e
plagioclásio;
16
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Grupo do Quartzo
Mineral mais comum da crosta terrestre;
Aparece tanto em rochas magmáticas, sedimentares e 
metamórficas;
Coloração branca a incolor;
Alterações na C.Q. ocasionam minerais com coloração 
distinta;
Variedades = roxo, amarelo, vermelho, preto, etc.;
Brilho = Vítreo, transparente ou opaco;
Dureza = 7;
Densidade = 2,65;
Fratura conchoidal, sem clivagem.
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
17
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Grupo dos Feldspatos
Grupo mais importante para constituição das rochas;
Translúcidos ou opacos;
Podem apresentar cristais mistos com até 3 componentes;
Composição Química: Feldspato potássico, sódico e cálcico;
É um mineral duro que se deixa riscar pelo quartzo, mas que
risca o vidro.
Os tipos de feldspatos são distintos quanto ao sistema cristalino
e a sua clivagem;
Ortoclásio – Sistema monoclínico / clivagem segundo ângulo
reto;
Plagioglásio – Sistema triclínico / clivagem segundo ângulo
oblíquo;
Graças às direções de clivagem, os feldspatos se apresentam
nas rochas ígneas com as superfícies brilhantes e planas, ao
contrário do quartzo que não possui clivagem.
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Ortoclásio
ORTHÓS = reto / KLASIUS = ruptura, clivagem;
C.Q. = K2O Al2O3 6 SiO2;
Cor = branca, rósea ou amarelada;
Brilho = vítreo;
Dureza = 6
Densidade = 2,56;
Clivagem = boa, segundo dois planos ortogonais;
Microclínio = feldspato potássico com sistema triclínico;
Ocorrência = rochas cristalinas, principalmente as
magmáticas de coloração clara, e também em
pegmatitos.
18
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Ortoclásio
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Plágioclásio
PLAGIOS = oblíquo / KLASIUS = ruptura, clivagem;
C.Q. = Na2O Al2O3 6 SiO2 – Albita;C.Q. = Ca2O Al2O3 6 SiO2 – Anortita;Os cristais são mistos, podendo se misturar em
proporções variáveis;
Exemplo clássico de minerais isomorfos;
Cor = branca, amarela, cinza até rósea;
Brilho = translúcido a opaco;
Dureza = 6
Densidade = 2,6 – 2,75;
Clivagem = boa, segundo dois planos oblíquos, mas
quase perpendiculares;
Ocorrência = rochas cristalinas, tanto em rochas de
coloração clara como escuras.
19
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
20
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Grupo dos Piroxênios e Anfibólios
Grupo de minerais que apresenta composição química
variável;
Ambos os tipos possuem aparência muito similar;
São prismáticos ou granulares;
Coloração quase preta;
Clivagem segundo dois planos: nos piroxênios = quase
perpendiculares, e nos anfibólios = quase oblíquos.
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Piroxênios
C.Q. variável são silicatos de Mg, Ca e Fe, com ou sem
Al2O3 e Fe2O3;
Conforme a C.Q. designam-se as variedades de
piroxênios;
Cor = preta a verde escura;
Brilho = vítreo;
Dureza = 5 - 6
Densidade = 3 – 3,6;
Clivagem = boa, formando prismas quase retangulares;
Pode formar prismas ortogonais;
Ocorrência = rochas magmáticas, principalmente as de
coloração escura;
Exemplo comum = Augita.
21
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Anfibólios
C.Q. similar aos piroxênios, diferindo pela presença de
OH;
Cor = Verde escura a preta;
Brilho = opaco;
Dureza = 5 - 6
Densidade = 2,95 – 3,8;
Clivagem = boa, formando prismas de seção rômbica;
Ocorrem na forma de prismas, agulhas, e agregados
granulares;
Ocorrência = rochas magmáticas e metamórficas;
Exemplo comum = Hornblenda.
22
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Grupo das Micas
Grupo mineral caracterizado pela ótima clivagem 
laminar e elasticidade;
Existem duas variedades principais – muscovitas
e biotitas.
23
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Muscovitas
Mica branca
C.Q. = K2O 3Al2O3 6 SiO2 2H2O;
Cor = incolor, transparente, pode aparecer esverdeada 
ou amarelada;
Brilho = vítreo;
Dureza = 2 - 3
Densidade = 2,76 – 2,9;
Clivagem = excelente, segundo um plano;
Ocorrência = rochas graníticas, pegmatitos, micaxistos, 
gnaisses e sedimentos;
Quimicamente estável.
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Mica Muscovita
24
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Biotitas
Mica preta
C.Q. = Silicato complexo contendo K, Mg, Fe e Al;
Cor = preta ou preta-acastanhada, às vezes pode ser
dourada quando decomposta;
Brilho = vítreo;
Dureza = 2,5 - 3
Densidade = 2,9 – 3,1;
Clivagem = excelente, segundo um plano;
Ocorrência = rochas graníticas, micaxistos e gnaisses;
Quimicamente estável.
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
25
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Olivina
Silicato de Fe e Mg;
Cor verde até verde escura, castanha ou opaca;
Brilho vítreo;
Dureza = 6 – 7;
Densidade = 3,27 – 3,37;
Forma prismática ou granular;
Clivagem imperfeita, sendo mais comuns as superfícies 
irregulares quando fraturada;
Também é chamada de peridoto;
Ocorre principalmente em rochas magmáticas escuras e às 
vezes nas metamórficas.
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
26
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Turmalina
Silicato de Br e Al podendo conter Mg, Fe, Ca e F;
Ocorrência comum em rochas magmáticas quartzosas
(granitos e pegmatitos) e em rochas metamórficas;
Dureza elevada, risca o vidro;
Fratura conchoidal e forma prismática alongada;
Coloração variável podendo ser preta, verde, vermelha ou
azul;
Distingue-se dos piroxênios e anfibólios pela ausência de
clivagem e pela seção triangular ou hexagonal dos cristais.
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Granada
Silicato de Fe e Al, podendo também conter Mg, Ca e Mn;
A cor do mineral depende da sua composição química:
Almandina = vermelha-castanha;
Grossulária = branca-esverdeada;
Espessartita = vermelha a jacinto;
Podem ser transparentes e opacas;
Brilho vítreo;
Dureza = 6,5 – 7,5;
Densidade = 3,15 – 4,3;
Formam cristais prefeitos, com tendência a superfícies
arredondadas e massas granulares;
Ocorrem em rochas magmáticas claras e principalmente nas
rochas metamórficas.
27
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Calcita
Carbonato de Ca;
Cor branca, rósea, cinza, amarela, opaca, raramente incolor;
Brilho vítreo;
Dureza = 3;
Densidade = 2,7;
Ótima clivagem segundo 3 planos, forma romboedros;
Pode possuir aspecto terroso ou como agregados cristalizados, ou
ainda como cristais isolados;
Reage ao HCl a frio, efervescendo;
Mineral comum em rochas sedimentares e metamórficas pode ocorrer
na forma de veios ou como produto de alteração de diversos minerais;
Mineral básico da formação dos mármores (rochas metamórficas);
Importante matéria-prima para fabricação de cimento, cal, corretivo de
solo, e demais aplicações.
28
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Gipsita
Sulfato de Ca hidratado;
Cor branca;
Brilho vítreo ou sedoso;
Dureza = 2;
Densidade = 2,3;
Clivagem perfeita segundo um plano;
Forma agregados fibrosos e laminares;
Ocorrência comum em rochas sedimentares;
Usada na fabricação do gesso e incorporada a do cimento.
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Caulim
Silicato de Al hidratado;
Cor branca ou ligeiramente amarelada;
Dureza = 2;
Densidade = 2,6;
Clivagem boa;
Apresenta-se na forma escamosa, lamelar ou terrosa;
É produto da decomposição de felspatos;
Ocorre em veios ou sedimentos;
Matéria-prima da indústria da porcelana.
29
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Clorita
Silicato de Fe, Mg e Al;
Cor esverdeada, verde escura ou amarelada;
Dureza = 2 – 2,5;
Densidade = 2,6 – 2,8;
Clivagem lamelar em boas condições de observação;
Similar às micas, mas não elástica;
Ocorre principalmente em rochas metamórficas, como
cloritaxistos e micaxistos.
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Clorita
30
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Magnetita
Fe3O4 – Teor de Fe = 72%;
Cor preta;
Traço preto
Brilho metálico;
Dureza = 6;
Densidade = 5,1;
Fortemente magnética;
Foram granular ou octaédrica;
Ocorre com acessório em rochas magmáticas básicas
(melanocromáticas);
Pode formar corpos volumosos – jazidas minerais;
Como exemplos temos os itabiritos de Minas Gerais.
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Hematita
Fe2O3 – Teor de Fe = 70%;
Cor preta a cinza-escura;
Traço vermelho-acastanhado;
Dureza = 5,5 – 6,5;
Densidade = 5;
Forma granular, compacta ou micácea;
Ocorre em rochas sedimentares e solos dando as
características de pigmentação vermelha nos mesmos;
Forma os principais depósitos ferríferos brasileiros.
31
Reconhecimento Macroscópico dos 
Minerais
Pirita
FeS2 – Teor de Fe = 46,6% e de S = 53,4%;
Cor amarelo-dourada;
Conhecida como “ouro de tolo”;
Traço preto;
Dureza = 6 – 6,5;
Densidade = 4,9 – 5,1;
Cristaliza-se em cubos ou forma massas granulares;
Mineral muito disseminado na crosta terrestre;
Ocorre em diversas jazidas de minerais metálicos, em
associações com rochas magmáticas, sedimentares e
metamórficas;
Matéria-prima para fabricação de ácido sulfúrico.