Noções de Mineralogia e Minerais

O termo mineralogia deriva da palavra latina MINERA, de provável origem céltica, (mina, jazida de minério, filão), de provável origem céltica, que forma o adjetivo do Latim  mineralis, “relativo às minas” e o substantivo do Latim minerale (produto das minas), que deu origem ao  adjetivo e substantivo português mineral, acrescido do sufixo Grego logia (ciência, tratado, estudo); portanto mineralogia é o estudos dos minerais em todos os seus aspectos.

A definição de MINERAL possui algumas controvérsias: para alguns é toda substância homogênea, sólida ou líquida, de origem inorgânica e que surge, naturalmente, na crosta terrestre, normalmente com composição química definida e, que se formado em condições favoráveis, terá estrutura atômica ordenada condicionando sua forma cristalina e suas propriedades físicas; para outros, trata-se de substância com estrutura interna ordenada (cristais), de composição química definida, origem inorgânica e que ocorre naturalmente na crosta terrestre ou em outros corpos celestes.

As substâncias originadas por atividades ou processos biológicos (animal ou vegetal), a exemplo do carvão, âmbar, marfim, pérola, petróleo, que não se incluem em nenhuma das definições, devem ser denominadas mineralóides, como também as substâncias não cristalinas, excluídas na segunda definição.

Os minerais são caracterizados pela maneira com que os átomos (cátions e ânions) estão dispostos (estrutura interna) e pela composição química, expressa por fórmula química. A composição química dos minerais pode variar dentro de limites definidos e previsíveis pelas características atômicas, gerando os diferentes grupos de minerais ou soluções sólidas.

Os minerais constituem os diferentes tipos de rochas, mono ou poliminerálicas, sedimentares, metamórficas, magmáticas, hidrotermais ou pneumatolíticas. Algumas dessas rochas, devido à granulação muito fina, a exemplo de alguns tipos de  basaltos, mostram-se em um exame a olho nu, com aparência de um único mineral (massas homogêneas). Todavia, quando observado ao microscópio petrográfico e em casos extremos ao microscópio eletrônico, verifica-se que são constituídos por várias substâncias cristalinas e, às vezes, também por material amorfo (vidro).

As substâncias produzidas em laboratório, com estrutura interna ordenada e composições químicas definidas, são denominadas cristais ou minerais artificiais ou sintéticos, e as sem estrutura interna, de vidro. Atualmente o homem consegue reproduzir em laboratório, com bastante semelhança, praticamente todos os minerais e gemas naturais. Desta forma, em laboratórios são produzidos o diamante, a safira, o rubi, o quartzo, o espinélio, a esmeralda etc.

 CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS: Os minerais, a exemplo dos animais e vegetais, necessitam serem ordenados ou classificados de acordo com princípios científicos para racionalizar o estudo. O princípio básico de classificação elaborado por Linné (1758) no livro “In Nature” serviu de base para outras classificações, como a elaborada por: Berzelius (1827), que estabeleceu o sistema puramente químico;  Niggli o sistema cristalográfico ou classificação isotípica, onde agrupou os minerais com base na sua morfologia (cúbico, hexagonal, ortorrômbico etc.); Machatscki o sistema paragenético (associação de minerais naturais que cristalizam-se juntos).

A classificação mais usada na mineralogia, por melhor atender à necessidades científicas, uma vez que considera a estrutura e composição química dos minerais, foi elaborada por Strunz (1935). Esta classificação subdivide os minerais em 12 grandes grupos, baseando-se na composição química, sendo que esses grupos são subdivididos com base na organização estrutural. Dessa forma tem-se: elementos nativos; sulfetos; sulfossais; óxidos e hidróxidos; halogenetos; carbonatos; nitratos; boratos; sulfatos e cromatos; fosfatos, arsenietos e vanadatos; tungstatos e molibdatos, e silicatos (nesossilicatos, sorossilicatos, ciclossilicatos, inossilicatos, filossilicatos e tectossilicatos).

Existem muitas outras classificações mineralógicas desenvolvidas para atender necessidades específicas,  tais como a do elemento constituinte mais importante presente nos minerais, o modo de ocorrência deles na natureza, gêneses e associações paragenéticas, bem como as propriedades físicas. Dentre estas destacam-se:

 Classificação de acordo com o elemento constituinte: Nesse caso os minerais são agrupados de acordo com o elemento químico mais importante, não levando em consideração a composição química dos minerais, as propriedades cristalográficas e físicas. Assim, todos os minerais de Fe importantes vão estar reunidos em uma mesma classe: hematita - Fe₂ O₃ (trigonal romboédrico), magnetita Fe₃O₄ (isométrico), siderita FeCO₃ (trigonal romboédrico), goethita HFeO₂ (ortorrômbico), pirita FeS₂ (isométrico), marcassita  FeS₂ (ortorrômbico),  troillita (FeS) (hexagonal), pirrotita Fe_1-xS (hexagonal/ortorrômbico) etc. No caso do cobre, tem-se no mesmo grupo antlerita Cu₃(OH)₄SO₄ (ortorrômbico); atacamita Cu₂Cl(OH)₃ (ortorrômbico); malaquita Cu₂(CO₃ )(OH)₂ (monoclínico), azurita Cu₃(CO₃)₂ (OH) ₂ (monoclínico), bornita Cu₅FeS₄ (isométrico), calcocita Cu₂S (ortorrômbico), calcopirita CuFeS₂ (tetragonal), covelita CuS (hexagonal), cuprita Cu₂O (isométrico), enargita Cu₃AsS₄ (ortorrômbico), tetraedrita (Cu,Fe,Zn,Ag)₁₂Sb₄S₁₃ (isométrico); etc.   

Classificação segundo a gênese e tipo de ocorrência do mineral: Esta maneira de agrupar os minerais, baseando-se no modo de formação e tipo de ocorrência, foi bastante usada pelos mineralogistas e geólogos e ainda hoje vem sendo usada especialmente na área da Geologia Econômica. Aqui, os minerais são classificados em magmáticos, metamórficos, sublimados, pneumatolíticos, hidrotermais e/ou formados a partir de soluções quentes ou frias.

Minerais magmáticos são aqueles que resultam da cristalização do magma e constituem as rochas ígneas ou magmáticas. Os magmas podem ser considerados soluções químicas em temperaturas muito elevadas, que originam fases cristalinas de acordo com as leis das soluções, sendo extremamente rara a cristalização de um magma gerar apenas uma fase cristalina; o normal é a presença de vários minerais com composições e propriedades diferentes. De um modo geral, a formação dos minerais nos magmas com o resfriamento e mudanças no ambiente de pressão litostática ou de fluídos, entre outros fatores, é controlada especialmente pela concentração dos elementos e solubilidade dos constituintes na solução magmática. Quanto mais rápido for o processo de cristalização, menores serão as fases cristalinas e maior o volume de material não cristalino (obsidianas ou vidros vulcânicos), podendo chegar a resultar apenas vidro; por outro lado quanto mais lenta a cristalização maiores serão os constituintes, gerando os pegmatitos.

A cristalização dos magmas resultam nas diferentes rochas magmáticas (basaltos, gabros, granitos, dioritos, peridotitos, dunitos, sienitos, piroxenitos etc.) e, às vezes, também alguns depósitos minerais importantes, contendo magnetita, ilmenita, cromita, pirrotita, calcopirita, pentlandita etc. resultantes de segregação devido a insolubilidade (especialmente no caso dos sulfetos) e/ou diferenças de densidade do mineral ou líquido imissível em relação ao magma de origem. Para alguns pesquisadores, esses minerais de segregação, formam uma classe à parte, denominada minerais acumulados por segregação magmática. 

Minerais metamórficos originam-se principalmente  pela ação da temperatura, pressão litostática e pressão das fases voláteis sobre rochas magmáticas, sedimentares e também sobre outras rochas metamórficas. Os processos metamórficos (regional, contato, dinâmico, termal, de fundo oceânico, carga, impacto etc.) geram uma grande quantidade de minerais, dentre os quais muitos dificilmente seriam formados por outros processos, como é o caso do diopsídio, wollastonita, idocrásio, granada, estaurolita, andaluzita, cianita, sillimanita, epidoto, tremolita, actinolita etc.

Minerais sublimados são aqueles formados diretamente da cristalização de um vapor, como também da interação entre vapores e destes com as rochas dos condutos por onde passam. O exemplo mais comum de sublimação é a formação da neve, cristalização do gelo a partir de vapor d’água, já associado as atividades ígneas, pelo fato dos magmas possuírem voláteis como a água; o enxofre, o gás carbônico, o cloro, o flúor, o boro e seus compostos voláteis, além de outros constituintes menores, aparecem muitos minerais sublimados.

Os voláteis contidos nos magmas concentram-se nas fases residuais e quando os magmas chegam próximo ou na superfície terrestre, as fases voláteis tendem a escapar, aspecto que ocorre nas erupções vulcânicas ou nas fumarolas e aí podem depositar minerais por sublimação direta, formando halita (NaCl - sal-gema ou sal de cozinha), sal amoníaco (NH₄Cl), enxofre, silvita (KCl), boratos, cloretos e fluoretos. Outros minerais, a exemplo da hematita, podem aparecer em cavidades vulcânicas, gerados por processos de sublimação, resultante da interação do FeCl₃ com o vapor de água, conforme a reação: 2FeCl₃ + 3H₂O = Fe₂O₃ + 6HCl.

Minerais pneumatolíticos são formados pela reação dos constituintes voláteis oriundos  da cristalização magmática, desgaseificação do interior terrestre ou de reações metamórficas sobre as rochas adjacentes. Nesse processo podem ser formados topázio, berilo, turmalina, fluorita, criolita, cassiterita, wolframita, flogopita, apatita, escapolita etc. Na formação da cassiterita, o composto volátil SnF4 rege com o vapor d’água, segundo a reação: SnF4 + 2(H2O) = SnO2 + 4HF.

Minerais formados a partir de soluções originam-se pela deposição devido a evaporação, variações de temperatura, pressão, porosidade, pH e/ou eH. Esse processo ocorre na superfície da terra e em diferentes profundidades. Na superfície da Terra as soluções quando não diretamente ligadas a atividades magmáticas, normalmente possuem temperaturas do ambiente, sendo consideradas frias e diluídas, enquanto que aquelas que circulam lentamente em profundidades e/ou estão associadas a atividades vulcânicas são quentes e possuem grande quantidade de cátions e ânions dissolvidos, e podem gerar importantes depósitos minerais. Os principais processos de formação de minerais a partir de soluções estão relacionados abaixo.

-           Evaporação do solvente: neste processo a precipitação ocorre devido à concentração ultrapassar o coeficiente de solubilidade pelo processo de evaporação, fato que ocorre principalmente em regiões quentes e secas, formando sulfatos (anidrita, gipsita etc.), halogenetos (halita, silvita etc.) etc.

-           Perda de gás agindo como solvente: processo que ocorre quando uma solução contendo gases entra em contados com rochas provocando reação a exemplo do que ocorre quando solução aquosa contendo bióxido de carbono entra em contato com rochas calcárias,  caso em que o carbonato de cálcio é parcialmente dissolvido formando o bicarbonato de cálcio (CaH₂(CO₃)₂), composto solúvel na solução. O bicarbonato de cálcio é instável e, por causa do aumento de concentração resultante de evaporação e/ou devido a desgaseificação da solução e a outros fatores, ocorre a reversão da reação de dissolução precipitando o carbonato de cálcio [CaCO₃ + H₂O +CO₂ =>  CaH₂(CO₃)₂]. Esse processo pode dar origem às estalactites e estalagmites, ao mármore ônix, ônix das cavernas e  mármore travertino.

-           Diminuição da temperatura e/ou pressão: as soluções de origem profunda resultantes de transformações metamórficas (desidratação, descarbonatação, etc.) ou de cristalizações magmáticas normalmente contêm significativas quantidade de material dissolvido. Quando essas soluções esfriam ou a pressão diminui, formam-se minerais hidrotermais, depositados na forma de veios ou filões. As fontes termais e os géiseres possuem uma grande quantidade de minerais depositados (carbonatos, sulfetos, arsenietos, halogenetos etc.), constituindo-se em evidências da atuação desse processo.

-           Interação de soluções: O encontro de soluções aquosas com solutos diferentes, ao se interagirem, pode   formar composto insolúvel ou com coeficiente de solubilidade bem mais baixo, que se precipita. Como exemplo pode ser citado o encontro de uma solução com sulfato de cálcio (CaSO₄) com outra contendo carbonato de bário (BaCO₃), resultando na formação de um precipitado de barita (BaSO₄).

-           Interação de soluções e cristais: Nesse caso uma solução com determinado composto solúvel reage com minerais originando outras fases minerais, como o que ocorre quando uma solução com sulfato de zinco entra em contato com calcita, contida em mármores ou calcários, originando  smithsonita (ZnCO₃) e a anidrita (CaSO₄) ou gipsita (CaSO₄.2H₂O).

-           Interação de gases com soluções: A passagem de gás por uma solução contendo íons pode gerar precipitados, a exemplo do que ocorre com a passagem de H₂S (gás sulfídrico) por uma solução contendo cátions de Fe, Cu, Zn etc.,   formando sulfetos de ferro (pirita FeS₂), calcopirita (CuFeS₂), esfalerita (ZnS), etc..

-           Ação de organismos sobre soluções: Esse processo resulta da ação dos organismos vivos, animais ou vegetais, sobre as soluções. Dessa forma um grande número de seres marinhos (corais, crinóides, moluscos etc.) extraem o carbonato de cálcio das águas salgadas para formar suas conchas e partes duras de seus corpos, resultando na formação de calcita (CaCO₃) e em menor quantidade aragonita (CaCO₃) e dolomita [MgCa(CO₃)₂]. Da mesma forma as esponjas, os radiolários e as diatomáceas provocam a precipitação da sílica amorfa. Algumas bactérias precipitam o ferro (limonita, goethita) ou promovem a deposição do enxofre, nitratos etc.

Classificação química: Neste caso os minerais estão arranjados de acordo com as suas composições químicas, resultando nos grupos: elementos nativos, sulfetos, sulfossais, óxidos etc.

Classificação quanto à coloração: Quanto à coloração os minerais classificam-se em: Minerais máficos ou fêmicos, aqueles que possuem cores escuras por conterem ferro, magnésio, titânio, manganês etc., a exemplo da olivina, piroxênios, anfibólios etc., e Minerais félsicos ou siálicos, os que são incolores ou brancos, compostos à base de sílica e/ou alumina, tais como quartzo, feldspato, zeólita etc.

Classificação quanto à densidade:

            Leves: são aqueles que bóiam no bromofórmio por terem densidade menor que esse composto químico (2,89).

            Pesados: são os que possuem densidade superior a 2,89, portanto afundam no bromofórmio.

Minerais de minério são aqueles que constituem os minérios substâncias das quais podem ser extraídos um ou mais elementos úteis com finalidades lucrativas (econômicas). Neste contexto, aparecem a denominação de mineral de ganga e mineral de canga.

Minerais de gemas ou pedras preciosas são minerais que são usados para a confecção de jóias e bijuterias, sendo que nos livros especializados os minerais de gemas podem ser classificados quanto à coloração, dureza, brilho e outras propriedades físicas.

Minerais de rochas ocorrem formando as rochas e são frequentes.

Minerais de ganga: minerais presentes nas jazidas juntos com os minerais de minério que devido a aspectos econômicos, tecnológicos ou composicionais, não são utilizados, e incorporam-se ao rejeito.

Minerais de canga: minerais que recobrem os depósitos minerais formados pela oxidação ou laterização superficial; dominam os hidróxidos e óxidos de Fe, Al e Mn.

 Os minerais podem ser classificados ainda de acordo com as suas propriedades físicas, volatilidade; coloração, brilho; solubilidade; magnetismo e suscebilidade magnética; densidade (leves e pesados); fusibilidade; radiatividade, tenacidade, etc.