Licenciatura em Ciências • USP/Univesp • Módulo 2

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Laboratório DiDático iiExpErimEntos da aula prática dE GEoloGia

Setembro 2012

GEOLOGIAProf. Vanderlei S. Bagnato

1. Introdução GeralNa Geologia, lidamos com materiais naturais, em sua maioria minerais. Esses materiais apresentam propriedades

físico-químicas, que os caracterizam de forma única. As propriedades dos materiais geológicos advêm, essencial-mente, de suas estruturas cristalinas e de sua composição química. Embora tenhamos um número restrito de possibilidades de arranjos atômicos, estes se aplicam à enorme variedade de materiais. Um primeiro objetivo desta prática será a montagem de estruturas comuns para visualização e entendimento de suas peculiaridades. Investigadas algumas das estruturas, vamos estudar uma das propriedades mais relevantes dos materiais geológicos: a dureza. Obedecendo a uma escala de dureza, que está ligada à estrutura cristalina, pretendemos experimentar e determinar escalas particulares de dureza. Finalmente, o nosso foco será o quartzo apresentado em diversas cores. Pretendemos experimentar com sua identificação e entendimento.

2. O uso do kit na práticaEsta prática será realizada com o uso de um kit-Geologia, especialmente

desenvolvido para os nossos alunos da UNIVESP-USP. Este kit consiste de uma coleção de peças que permitem praticar com os temas mencionados acima. Ao usar o kit, tome cuidado para não perder peças ou destruí-las. O mesmo kit será usado por outros e, portanto, utilize-o segundo as instruções dos educadores. Temos quatro tipos de componentes neste kit: bastões de alumínio com ímã, esferas de aço, materiais naturais diversos (metais, pedras, cristais etc.) e quartzo de cores diversas. Cada conjunto de elementos será usado numa prática diferente.

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2Laboratório Didático II • Experimentos da aula prática de Geologia • Setembro 2012

3. Experimentos

ExpErimEnto 1: VisuaLização DE Estrutura cristaLina

As estruturas cristalinas constituem as formas em que os átomos se arranjam na natureza. Esses arranjos são consequência do processo de ligações químicas.

Utilizando o sistema de pinos e esferas, vamos montar e estudar algumas das estruturas cristalinas.• Estrutura Cúbica: Monte uma estrutura cúbica. Faça agora dois cubos conjugados, lado a lado, dando início

a um sólido cúbico. Determine quantos átomos tem cada unidade cúbica.

• Tetraédrica: Monte o tetraedro básico da estrutura tetragonal.• Octaédrica: Monte o octaedro básico.• Estrutura Hexagonal: Utilizando os elementos, monte uma estrutura hexagonal básica. Comece montando

um hexágono com o centro no plano e depois construa o plano superior.

• Simetria: Tanto para a estrutura cúbica quanto para a hexagonal, identifique os chamados planos de simetria. Faça rotações ao redor do eixo central, verificando o quanto podemos rodar estas estruturas para elas perma-necerem invariantes.

• Outras estruturas: Utilizando os elementos do kit, monte, de sua imaginação, diversas estruturas possíveis.

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3Laboratório Didático II • Experimentos da aula prática de Geologia • Setembro 2012

ExpErimEnto 2: DurEza Dos matEriais

Como resultado do arranjo dos átomos, eles desenvolvem uma certa coesão entre si, tendo uma tendência em per-manecer nessa forma. Quanto maior é essa coesão, mais denso é o material e mais difícil alterar o arranjo dos átomos. Tudo isso está retratado no chamado grau de dureza do material. Quando marcamos (através do risco) um certo material, estamos causando uma deformação permanente em sua estrutura. Os materiais são tanto mais duros quanto maior for a sua resistência ao risco. Para poder comparar a dureza dos materiais, criou-se uma escala: a escala de Mohr.

A chamada Widia (Carbeto de Tungstênio - W3C) é um material de alta dureza e de bastante uso. Sua dureza é

em torno de 9,1 na escala de Mohr.• Verifique quais materiais do kit podem ser riscados pela Widia.• Tome a Calcita e o Quartzo. Verifique qual é o de maior dureza. Como o vidro se localiza na escala de dureza

em comparação ao Quartzo e à Calcita.

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4Laboratório Didático II • Experimentos da aula prática de Geologia • Setembro 2012

• Utilizando os materiais fornecidos (vidro, cobre, osso, calcita, widia, aço, plástico, granito e madeira), monte uma escala de dureza relativa entre eles.

• Faça um texto explicando a diferença entre risco e risca.

ExpErimEnto 3: corEs Do Quartzo (aLocromaticiDaDE) O Quartzo (SiO

2) é um material transparente à luz visível. Conforme a presença de certas impurezas em sua

constituição (Cromo, Ferro, Titânio, Manganês etc.), ele adquire cores diferentes. Isso se deve à grande alteração de absorção e emissão da luz, que ocorre devido às mudanças na estrutura eletrônica.

Por exemplo, a presença de Cromo pode dar cor esverdeada ou avermelhada, dependendo do estado de oxidação (Cr+2 ou Cr+3).

Dependendo da cor, a pedra recebe nomes distintos:• violeta - ametista; • amarelo - citrino; • verde - prásio; • lilás - rosa de frança etc.

1. Identifique as cores de quartzo presentes em seu kit. 2. Identifique a presença de algum (ou alguns) dos minerais acima mencionados. Procure na literatura e

identifique a(s) impureza(s) em cada uma das amostras.

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5Laboratório Didático II • Relatórios da aula prática de Geofísica • Setembro 2012

Laboratório DiDático iirElatórios da aula prática dE GEofísica

Setembro 2012

Nome Número USP

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ExpErimEnto 11. Faça um desenho das estruturas cristalinas montadas.2. Identifique os ângulos de rotação que leva a simetrias nas estruturas cúbicas e hexagonal.

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6Laboratório Didático II • Relatórios da aula prática de Geofísica • Setembro 2012

ExpErimEnto 21. Identifique os materiais riscados pela Widia.

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2. Dureza relativa Calcita-Quartzo.

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3. Localização do vidro em relação à calcita e ao quartzo.

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4. Escala crescente de dureza relativa dos materiais fornecidos.

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7Laboratório Didático II • Relatórios da aula prática de Geofísica • Setembro 2012

5. Dureza da unha humana.

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6. Texto : Diferença entre risco e risca.

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ExpErimEnto 31. Descreva as cores dos cristais de quartzo presentes no kit.

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2. Possíveis impurezas causadoras das cores (necessário pesquisa externa).

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3. Identificação de alguns dos minerais (pedras) presentes pelo nome.

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