quinta-feira, 25 de julho de 2013

MINERALOGIA E CRISTALOGRAFIA



          1- Introdução
          Chama-se mineral qualquer composto químico sólido de ocorrência natural, formado a partir de processos inorgânicos. Os minerais, com poucas exceções, possuem o arranjo interno ordenado, característico do estado sólido. Quando as condições são favoráveis, podem ser limitados por superfícies planas, lisas e assumem formas geométricas regulares conhecidas como cristais. O estudo destes corpos sólidos e das leis que governam o seu crescimento, forma externa e estrutura interna, chama-se cristalografia. Um sólido cristalino pode ter faces bem formadas, imperfeitamente formadas ou não possuir faces. Certas substâncias cristalinas existem com granulações tão finas que a natureza cristalina só pode ser identificada com ajuda do microscópio. Outros cristais são ainda menores e só se consegue estudá-los por difração de raios X. Quando uma substância cristalina não possui estrutura interna ordenada, é chamada mineralóide. Quando um mineral possui uma quantidade relativamente elevada de determinado elemento, de modo que seja viável o seu aproveitamento industrial, o mineral é chamado de minério. A um grupamento sólido natural de vários minerais diferentes dá-se o nome de rocha.
          Os cristais são formados principalmente por três modos:
          A partir de solução: Se evaporarmos lentamente a água de uma solução de cloreto de sódio, por exemplo, será alcançado um ponto em que a quantidade de água presente não consegue mais reter todo o sal em solução e este começará a se precipitar, ou seja, parte do cloreto de sódio assumirá a forma sólida. Quanto mais lenta for a evaporação da água, mais bem formados e definidos serão os cristais de cloreto de sódio. Outras maneiras de se cristalizar uma substância em solução é através do abaixamento da temperatura e do abaixamento da pressão do sistema.
          A partir de massa em fusão: Um bom exemplo é a formação de cristais de gelo quando a água se congela. Quando a temperatura é abaixada suficientemente, a água não consegue mais permanecer líquida e torna-se sólida, cristalizando-se em gelo. As moléculas de água que antes estavam desorganizadas e se moviam livremente, agora assumem posições fixas e se ordenam, formando uma estrutura cristalina. Outro exemplo semelhante é a solidificação do magma (lava vulcânica). Quando o magma se resfria, os vários íons presentes são atraídos entre si e formam estruturas cristalinas de diferentes minerais.
          A partir de vapor: O caso mais comum de cristalização a partir de um vapor é a formação dos flocos de neve: o ar carregado de vapor resfria-se bruscamente e os cristais de neve formam-se diretamente a partir do vapor. Também pode ser visto esse fenômeno na sublimação do iodo: os cristais de iodo em m frasco sublimam e recristalizam-se nas paredes. Também verifica-se a formação de cristais de enxofre em torno das bocas das fumarolas nas regiões vulcânicas, onde os cristais se depositam a partir de vapores impregnados de enxofre.

          1.1) A estrutura interna dos cristais:
          O fato mais importante e fundamental relativo a uma substância cristalina é que suas partículas são dispostas de maneira ordenada, em unidades tridimensionais que se repetem indefinidamente, formando o retículo cristalino, assim como os ladrilhos formam uma calçada. Essas unidades formadoras do cristal são chamadas celas unitárias. O retículo é definido pelas três direções e pelas distâncias, ao longo delas, nos quais a cela unitária se repete. Experiências realizadas por Bravais, em 1848, demonstraram que, geometricamente, são possíveis apenas 14 tipos de retículos espaciais. Outras combinações de pontos destroem aquilo que o retículo exige: que a vizinhança em torno de cada ponto seja idêntica àquelas em torno de todos os outros pontos. Veja os tipos de cela unitária existentes:
tipos de cela unitária

 Simetria de ângulos e arestas  Tipo de retículo e pontos da cela unitária
   
Isométrico
a = b = g = 90o
a = b = c
(1) P - pontos somente nos vértices
(2) I - pontos nos vértices e no centro da cela
(3) F - pontos nos vértices e no centro de todas as faces
Hexagonal
a = b = 90o
g = 120o
a = b c
(4) C ou P - pontos somente nos vértices ou
cela hexagonal com pontos nos vértices e no centro das extremidades
Romboédrico
a = b = g 90o
a = b = c
(5) P ou R - pontos somente nos vértices
Tetragonal
a = b = g = 90o
a = b c
(6) P - pontos somente nos vértices
(7) R - pontos nos vértices e no centro de todas as faces
Ortorrômbico
a = b = g = 90o
a b c
(8) P - pontos somente nos vértices
(9) C - pontos nos vértices e nos centros de duas faces opostas
(10) I - pontos nos vértices e no centro da cela
(11) F - pontos nos vértices e nos centros de todas as faces
Monoclínico
a = g = 90o b
a b c
(12) P - pontos somente nos vértices
(13) C - pontos nos vértices e no centro das extremidades
Triclínico
a b g
a b c
(14) P - pontos somente nos vértices

          1.2) A forma externa dos cristais:
          O agrupamento das celas unitárias de um cristal é o que define sua forma geométrica externa. Para isso influem diversos fatores naturais, tais como a temperatura, a pressão, a natureza da solução, a velocidade do crescimento do cristal, a tensão superficial e a direção do movimento da solução. Não é raro achar em uma dada localidade muitos cristais do mesmo mineral, tendo todos a mesma aparência. Todavia, cristais do mesmo mineral procedentes de outras localidades podem ter aparência inteiramente diferente. São construídos com as mesmas celas unitárias, mas agrupados de tal modo que produzem uma forma externa diferente.

          2- Eixos cristalográficos
          Todos os cristais mostram, pelo arranjo de suas faces, uma simetria definida, o que permite agrupá-los em diferentes classes. Ao descrever os cristais, achou-se conveniente tomar, segundo os métodos da geometria analítica, certas linhas que passam pelo centro do cristal como eixos de referência. Estas linhas imaginárias chamam-se eixos cristalográficos, e se tomam paralelamente às arestas de interseção das faces principais do cristal. As posições dos eixos cristalográficos são mais ou menos fixadas pela simetria do cristal, pois na maior parte dos cristais elas são eixos de simetria, ou perpendiculares ao plano de simetria.

          3- Características dos cristais
          3.1) Clivagem:
          Diz-se que um mineral possui clivagem quando, aplicando-se uma força adequada, ele se rompe de modo a produzir superfícies planas definidas. A clivagem pode ser perfeita, como nas micas, mais ou menos indistinta, como no berilo e na apatita, ou não existir, como em alguns cristais. A clivagem depende da estrutura do cristal e ocorre somente paralelamente aos planos de átomos. Se um grupo de planos de átomos paralelos tem entre si uma força de ligação fraca, é provável que a clivagem ocorra ao longo desses planos. A grafita, por exemplo, tem uma clivagem em placas. Dentro das placas existe uma ligação forte, mas entre elas há uma ligação fraca, dando origem à clivagem. Uma ligação fraca geralmente acompanha-se de um espaçamento reticular grande, pois a força de atração não consegue manter os planos bem juntos entre si. Na descrição de uma clivagem deve-se indicar sua qualidade, expressando-a como perfeita, boa, má, regular etc.

          3.2) Partição:
          Certos minerais, quando sujeitos a tensão ou pressão, desenvolvem planos de menor resistência estrutural ao longo dos quais podem romper-se subsequentemente. Quando se produzem superfícies planas em um mineral por meio de seu rompimento ao longo de algum desses planos predeterminados, diz-se que o cristal tem uma partição. este fenômeno assemelha-se à clivagem, porém, nem todos os espécimes de um mineral o apresentarão, mas somente os que são germinados ou que tenham sido sujeitos a pressão adequada. Mesmo nestes espécimes, há somente um certo número de planos em uma determinada direção ao longo do qual o mineral se romperá.

          3.3) Fratura:
          Entende-se por fratura de um mineral a maneira pela qual ele se rompe quando isto não se produz ao longo de superfícies de clivagem ou de partição. Os termos seguintes indicam diferentes espécies de fratura:
  • Concóide - Quando a fratura tem superfície lisa, curva, semelhante à superfície interna de uma concha.
  • Fibrosa ou Estilhaçada - Quando o mineral se rompe mostrando estilhaços ou fibras.
  • Serrilhada - Quando o mineral se rompe segundo uma superfície denteada, irregular, com bordas cortantes.
  • Desigual ou Irregular - Quando o mineral se rompe formando superfícies rugosas e irregulares.

          3.4) Dureza:
          A dureza de um mineral (designada por D) é a resistência que sua superfície lisa oferece ao ser riscada por outro mineral, por uma lima ou um canivete. A dureza também depende da estrutura interna do cristal: quanto mais fortes as forças de união entre seus átomos, tanto mais duro será o mineral. O grau de dureza de um mineral é expressado por um número, que significa a facilidade ou dificuldade de ser riscado, em comparação aos outros minerais. Na escala seguinte, os minerais estão dispostos na ordem crescente de sua dureza:
1- Talco      6- Ortoclásio
2- Gipso      7- Quartzo
3- Calcita      8- Topázio
4- Fluorita      9- Coríndon
5- Apatita      10- Diamante
          O talco, número 1 da escala, tem uma estrutura constituída de placas tão debilmente unidas entre si que a pressão dos dedos é suficiente para fazer deslizar uma placa sobre a outra. Em contraste está o diamante, de maior grau de dureza da escala, constituído de átomos de carbono tão firmemente ligados entre si que nenhum outro mineral é capaz de separá-los de modo a produzir um sulco na sua superfície.

          3.5) Tenacidade:
          Conhece-se como tenacidade a resistência que um mineral oferece ao ser rompido, esmagado, curvado ou rasgado. Em outras palavras, sua coesão. Os termos seguintes são usados para designar as várias espécies de tenacidade dos minerais:
  • Quebradiço - Um mineral que se rompe ou pulveriza facilmente.
  • Maleável - Um mineral que pode ser transformado em lâminas delgadas por percussão.
  • Séctil - Um mineral que pode ser cortado em aparas delgadas com um canivete.
  • Dúctil - Um mineral que pode ser estirado em forma de fios.
  • Flexível - Um mineral que se encurva e permanece na forma alterada mesmo após cessar a pressão sobre ele.
  • Elástico - Um mineral que se encurva, mas retorna à sua forma original após cessar a pressão sobre ele.

          3.6) Densidade:
          A densidade de um mineral (designada por d) é o número que expressa a relação entre sua massa e o seu volume. A densidade depende da composição química do mineral e de sua estrutura cristalina. Quando o mineral tem um arranjo estrutural constante, sua densidade é fixa. Porém, a densidade pode variar se o mineral apresentar espécimes com arranjos estruturais diferentes.

          3.7) Brilho:
          Chama-se brilho a aparência geral da superfície de um mineral à luz refletida. Os termos seguintes são usados para designar os vários tipos de brilho que um mineral pode ter:
  • Vítreo - O mineral tem um brilho semelhante ao de um vidro.
  • Resinoso - O mineral tem a apar6encia de uma resina ou verniz.
  • Gorduroso - O mineral parece estar coberto por uma camada de gordura ou óleo.
  • Nacarado - O mineral tem a aparência de uma pérola.
  • Sedoso - O mineral tem a aparência da seda.
  • Adamantino - O mineral tem um brilho como o do diamante.

          3.8) Cor:
          A cor de um mineral nem sempre é uma propriedade definida e constante. Vários fatores podem alterar a coloração exibida por um mineral, tais como uma mudança na composição química, a presença de impurezas, alterações na sua superfície etc. Por exemplo, a substituição progressiva do zinco pelo ferro na esfalerita mudará sua cor do brando, passando pelo amarelo e pelo castanho ao preto. Vários outros minerais apresentam variações de cor semelhante a esta. No entanto, existem alguns poucos minerais, como a fluorita, que apresentam grandes variação na cor, sem qualquer alteração aparente na composição.

          3.9) Traço ou Risco:
          A cor do pó fino deixado por um mineral ao ser esfregado em uma peça de porcelana polida chama-se traço ou risco. Embora a cor do traço possa variar amplamente, ela é usualmente constante. A placa de porcelana tem dureza aproximadamente 7 e, por isso, não pode ser riscada por minerais de maior dureza.

          3.10) Jogo de cores:
          Diz-se que um mineral apresenta um jogo de cores quando, ao virá-lo, vêem-se várias cores espectrais em rápida sucessão. Isto é muito comum no diamante e na opala preciosa.

          3.11) Iridescência:
          Um mineral é iridescente quando mostra uma série de cores espectrais em seu interior ou sobre uma superfície. Uma iridescência interna é causada geralmente pela presença de pequenas fraturas ou planos de clivagem, ao passo que uma externa é causada pela presença de uma película ou revestimento superficial delgado.

          3.12) Opalescência:
          Opalescência é a reflexão leitosa ou nacarada do interior de um cristal. Observa-se este fenômeno em algumas opalas, pedra-da-lua e olho-de-gato.

          3.13) Embaçamento:
          Diz-se que um mineral exibe embaçamento quando a cor da superfície difere da do interior. Os minerais de cobre, a calcocita, a bornita e a calcoprita mostram com frequência o embaçamento depois que superfícies recentes foram expostas ao ar.

          3.14) Acatassolamento:
          Alguns minerais apresentam, sob a luz refletida, uma aparência sedosa que resulta de muitas inclusões dispostas paralelamente a uma direção cristalográfica. Quando se lapida uma gema, na forma de cabuchão, de um mineral destes, ele é cruzado por um feixe de luz que forma ângulos retos com a direção das inclusões. Esta propriedade, conhecida por acatassolamento, é exibida pelo olho-de-gato, uma variedade gemológica do crisoberilo.

          3.14) Asterismo:
          Alguns cristais, especialmente os do sistema hexagonal, quando vistos na direção do eixo vertical, mostram raios de luz como uma estrela. Este fenômeno, chamado asterismo, origina-se de peculiaridades de estrutura ao longo das direções axiais ou de inclusões dispostas em ângulos retos quanto a estas direções. O exemplo notável é a safira astérica ou estrelada.

          3.14) Pleocroísmo:
          Alguns minerais possuem uma absorção seletiva da luz nas diferentes regiões cristalográficas, podendo, assim, aparecer com várias cores, quando vistos em diferentes direções na luz transmitida. Conhece-se esta propriedade como pleocroísmo. Exemplos comuns são a turmalina, a cordierita e o espodumênio.

          3.14) Luminescência:
          Denomina-se luminescência qualquer emissão de luz por um mineral, que não seja o resultado direto da incandescância. Na maioria dos casos a luminescência é tênue, podendo ser observada somente no escuro. Existem vários tipos de luminescência:
  • Triboluminescência - O mineral se torna luminoso ao ser esmagado, riscado ou esfregado. Geralmente são minerais não-metálicos, anidros e de boa clivagem. Ex: fluorita, pectolita, calcita, ambligonita, feldspato, esfalerita e lepdolita.
  • Termoluminescência - O mineral emite luz visível quando aquecido a uma temperatura abaixo do vermelho. Também ocorre geralmente em minerais não-metálicos e anidros. Ex: fluorita, calcita, feldspato, lepidolita, escapolita e apatita.
  • Fluorescência e Fosforescência - Os minerais que se tornam luminescentes durante a exposição à luz ultravioleta, aos raios X ou aos raios catódicos são fluorescentes. Diz-se que um mineral é fosforescente se a luminescência perdura após a interrupção dos raios excitantes.

          3.14) Diafaneidade:
          Conhece-se por diafaneidade a propriedade que alguns minerais têm de permitirem que a luz os atravesse. Usa-se os seguintes termos para designar os diferentes graus dessa propriedade:
  • Transparente - O contorno de um objeto visto através do mineral é perfeitamente definido.
  • Translúcido - Não se consegue distinguir exatamente um objeto através dele, mas pode-se enxergar formas embaçadas.
  • Opaco - O mineral é opaco quando a luz não consegue atravessá-lo, mesmo em suas bordas mais delgadas.

          3.14) Refração da luz:
          O poder de refração da luz que um mineral possui tem muitas vezes efeito distinto sobre a aparência do mineral. As substâncias com um índice de refração (n) alto, pouco comuns, têm aparência difícil de definir, falando-se geralmente em brilho adamantino. Alguns espécimes de diamante (n = 2,419) e de cerussita (n = 2,1), por exemplo, possuem uma cintilação tão intensa que chegam a apresentar aparência de aço, que os minerais de índice de refração baixo não possuem. Muitos minerais não-opacos possuem um índice de refração próximo de 1,5 o que lhes dá o brilho de vidro, designado como vítreo. Bons exemplos desses minerais são o quartzo e o feldspato.

          3.14) Dupla refração da luz:
          Todos os minerais cristalinos, exceto os que pertencem ao sistema isométrico, mostram o fenômeno da dupla refração da luz. Isto é, quando um raio luminoso penetra num desses minerais, desdobra-se em dois raios divergentes, cada um deles caminhando através do mineral com velocidade característica e tendo seu índice de refração próprio. Na maioria dos minerais, essa dupla refração é tão pequena que só pode ser determinada com aparelhos especiais. A calcita, no entanto, exibe dupla refração tão forte que pode ser observada facilmente.

          3.14) Piezeletricidade:
          Diz-se que um cristal possui piezeletricidade quando se desenvolve uma carga elétrica na sua superfície, ao exercer-se pressão noas extremidades de um de seus eixos. Somente podem mostrar esta propriedade os minerais que se cristalizam em classes de simetria a que falta um centro da mesma, tendo assim, eixos polares. O quartzo provavelmente é o mineral piezelétrico mais importante, pois uma pressão extremamente leve, paralelamente a um eixo, pode ser revelada pela carga elétrica produzida. Por causa disso, emprega-se o quartzo amplamente em placas cuidadosamente orientadas para controlar a frequência do rádio. Tem-se também utilizado a turmalina, em menor escala, na construção de aferidores de pressão.

          3.15) Pireletricidade:
          Chama-se pireletricidade o desenvolvimento simultâneo de cargas elétricas positiva e negativa nas extremidades opostas de um eixo do cristal, sob condições adequadas de alteração da temperatura. Somente apresentam esta propriedade os cristais que possuem um único eixo polar.

          3.16) Magnetismo:
          Diz-se que possuem magnetismo os minerais que, em seu estado natural, são atraídos por um ímã. Os dois únicos minerais comuns magnéticos são a magnetita e a pirotita. Existe uma variedade de magnetita que tem por si própria o poder de atração e a polaridade de um ímã verdadeiro. Muitos outros minerais, especialmente os que contêm ferro, são atraídos pelo campo magnético de um eletroímã poderoso.