SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO

MATÉRIA CRISTALINA: MINERAIS, CRISTAIS E

SISTEMAS CRISTALINOS

Profa Dra. Rosemery Nascimento e Prof. Dr. Jean Machado .

Belém, 2018

1-ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO DA TERRA – REVISÃO

Estrutura Interna da Terra

A estrutura e a composição da porção superficial da Terra podem ser observadas

e estudadas diretamente. Entretanto, não é possível ter acesso direto às partes mais

profundas da Terra, devido a limitações tecnológicas de enfrentar altas pressões e

temperaturas. O furo de sondagem mais profundo atingiu cerca de 10 km (Rússia).

Assim, a estrutura interna e a composição do planeta podem ser investigadas de maneira

indireta.

1. Estudando as suas propriedades físicas (gravidade, magnetismo)

2. Realizando simulação em laboratório (petrologia experimental)

3. Utilizando a propagação das ondas sísmicas

O estudo da variação da velocidade de propagação das ondas sísmicas, através da

Terra, revelou a existência de mudanças bruscas dessas velocidades de propagação a

certas profundidades, marcando limites no interior da Terra, que são denominados de

Descontinuidades. A existência dessas descontinuidades é atribuída a diferentes

composições, densidades e estados físicos das matérias que constituem o globo terrestre,

sobretudo em sua parte central. Foi por meio das descontinuidades, evidenciadas pelo

estudo de propagação das ondas sísmicas, que se concluiu que a Terra possui uma

Estrutura Interna Concêntrica, dividida em três camadas principais, que da superfície

para o centro, recebem as seguintes denominações: Crosta, Manto e Núcleo.

Existem duas grandes descontinuidades que dividem a Terra nas três principais

camadas concêntricas. A Descontinuidade de Mohorovic que separa a Crosta do

Manto a uma profundidade que varia entre 5 a 60 km e a Descontinuidade de

Wiechert-Gutemberg que separa o Manto do Núcleo a uma profundidade de 2900 km.

A Crosta apresenta valores de densidade que variam de 2,7 a 3,2 e de temperatura

que vão desde temperaturas superficiais até 1000 a 1200o

C, em sua base. Ela está

subdividida pela Descontinuidade de Conrad em Crosta Superior ou Continental

(30 a 60 km de espessura) e Crosta Inferior ou Oceânica (5 a 8 km de espessura). O

Manto está subdividido em Manto Superior (1140 km de espessura) e Manto Inferior

(1700 km de espessura) por uma descontinuidade que existe a uma profundidade em

torno de 1200 km. As temperaturas no manto variam entre 1200o

C a 4000o

C e

densidade de 3,3 a 4,8. O Manto Superior é constituído de rochas de composição

ultrabásica (Peridotitos) ricas em Mg e Fe e, o Manto Inferior de silicatos, sulfetos e

óxidos. O Núcleo é constituído basicamente de Ni e Fe, com densidade variando de 9 a

12 e temperatura em torno de 5000° a 6000°C. Está subdividido em Núcleo Externo

(2250 km de espessura) e Núcleo Interno (1220 km de espessura) por uma

descontinuidade existente a uma profundidade de 5150 km.

A Crosta e uma parte rígida mais superior do Manto são conjuntamente

denominados de Litosfera. Considera-se que a Litosfera constitui os 100 a 150 km

superiores da Terra. A Litosfera está dividida em placas rochosas chamadas de placas

tectônicas, que deslizam sobre uma região abaixo da litosfera que apresenta um

comportamento plástico, embora no estado sólido, que recebe a denominação de

Astenosfera.

A crosta terrestre e as rochas

Denomina-se de Crosta à camada externa consolidada da Terra constituída de

rochas e sedimentos, que vai da superfície até a Descontinuidade de Moho. A Crosta

Continental recebe a denominação de SIAL, devido à predominância de rochas de

composição granítica ricas em silício e alumínio e, a Crosta Oceânica recebe a

denominação de SIMA, devido à predominância de rochas de composição basáltica

ricas em silício e magnésio.

Segundo dados indiretos fornecidos pela geofísica, a espessura total da

Crosta varia de 5 a 60 km. Sobre os continentes, tem-se as duas crostas e nas margens

dos continentes o SIAL granítico se adelgaça até desaparecer, motivo pelo qual tudo

indica que o substrato dos oceanos é constituído dominantemente pelo SIMA.

A crosta perfaz cerca de 0,5% da massa total da Terra e é a sede de

fenômenos geológicos relacionados à dinâmica interna, tais como: tectonismo,

metamorfismo, terremotos e vulcanismo. É constituída de rochas (agregados naturais

de minerais, mineralóides e restos orgânicos) e sedimentos (fragmentos líticos e

minerais e, compostos químicos liberados de rochas preexistentes).

Classificação das rochas

As rochas são inicialmente subdivididas com base na sua origem. As três

categorias principais de rochas são ÍGNEAS, METAMÓRFICAS E SEDIMENTARES.

A origem é determinada pela combinação das características das rochas, tais como

estrutura e mineralogia.

Rochas ígneas

As rochas ígneas podem ser subdivididas com base nos minerais que as formam;

e a composição química das rochas serve como um indicador da composição dos

magmas a partir do qual as rochas solidificaram. Um dos primeiros critérios utilizados,

no início dos estudos das rochas ígneas, foi a quantidade de sílica (SiO2) nas análises

químicas. Durante o período pré-moderno da química, a sílica era considerada como

sendo derivada do ácido silícico e, portanto quanto mais sílica houvesse na rocha, mais

"ácida" ela seria. O Granito, rico em sílica, é a mais abundante das rochas ácidas. As

rochas com baixas concentrações em sílica são chamadas básicas. O Gabro, pobre em

sílica, é o oposto "básico" do granito. Nós sabemos agora, que o conteúdo em sílica não

é uma medida da acidez como a palavra usada na química, mas o termo persiste até

hoje. A quantidade de sílica não está necessariamente relacionada à quantidade de

quartzo, uma boa parte da sílica pode estar combinada em outros silicatos. Na

classificação baseada no conteúdo em sílica, as rochas ígneas com cristais grandes

variam de granitos, no lado mais rico em sílica, passando de granodioritos e dioritos até

gabros, no lado menos rico em sílica.

O sistema moderno de classificação dos grupos mais importantes, baseado na

composição química e mineralógica mostra uma enorme coincidência com o sistema

baseado apenas no conteúdo em sílica. Os dois termos mais comumente usados hoje em

dia, se originaram numa divisão ampla entre minerais escuros e claros - e rochas,

chamadas respectivamente de félsicas e máficas. Esses termos foram usados porque os

minerais dominantes no grupo dos claros são quartzo e feldspato, ambos ricos em sílica

(portanto félsicos, fel(s) = feldspato, mais ic) e aqueles do grupo dos escuros são o

piroxênio, anfibólio e olivina, todos eles ricos em magnésio e ferro (portanto máfico, de

magnésio e ferroso de ferro, mais ic).

Rochas sedimentares

A mineralogia e a textura são também úteis na subdivisão das rochas

sedimentares. Elas são usadas em combinação para agrupar dois grupos principais,

rochas detríticas e rochas químicas. Os sedimentos detríticos são aqueles que

apresentam indícios de transporte mecânico e deposição de detritos a partir da erosão

através de correntes. Os componentes principais são fragmentos de rochas ou minerais

quebrados e erodidos de rochas pré-existentes e, portanto, são chamadas de rochas

clásticas (do grego clastos, quebrar). As rochas que compunham antigas montanhas que

foram rebaixadas pela erosão podem ser reconstruídas através do estudo desses minerais

e fragmentos detríticos. O quartzo, o feldspato e os argilominerais são os constituintes

principais. Os fragmentos tendem a desgastar e a abrasão, durante o transporte,

arredonda as partículas. Durante a sedimentação, as correntes selecionam os minerais de

acordo com o tamanho e densidade. Quanto mais forte for a corrente, maiores serão as

partículas transportadas. O tamanho e a seleção dos sedimentos clásticos são

característicos da natureza das correntes. Essas feições formam a base para a subdivisão

dos sedimentos detríticos em: 1) grosseiramente granulados, cascalhos, seixos e seu

equivalente litificado conglomerado; 2) mediamente granulado, as areias e arenitos; 3)

finamente granulados, argila e lama e seu correspondente litificado, os folhelhos. O

termo lamito (mudstone) é um termo genérico para rochas compostas de mais de 50%

de argila e silte. Os folhelhos são caracterizados pela sua fissilidade (quebramento ao

longo dos planos de laminação). As rochas sedimentares com granulação grossa,

compostas por minerais e fragmentos de rochas normalmente angulosos são chamadas

de brechas, que contrastam com os seixos arredondados dos conglomerados.

Os sedimentos químicos são precipitados a partir de soluções, principalmente

dos oceanos. A sua mineralogia reflete, portanto, a composição das soluções a partir das

quais eles precipitaram. A rocha química mais abundante é o calcário e o dolomito,

constituídos fundamentalmente de carbonato de cálcio e magnésio, denominados de

calcita e dolomita. Os calcários podem ser constituídos em grande parte por fósseis -

conchas formadas por precipitação bioquímica de carbonato de cálcio que os animais

extraem das águas oceânicas. Outros sedimentos químicos são também caracterizados

pela sua composição química em relação a sua origem. Os evaporitos são compostos

principalmente de gipso e halita, alguns incluem ainda um complexo grupo de sais

cristalizados a partir da evaporação da água do mar. As rochas químicas mostram uma

textura com cristais intercrescidos semelhante a das rochas ígneas intrusivas.

Rochas metamórficas

Como as rochas ígneas são divididas em intrusivas e extrusivas e os sedimentos

em detríticos e químicos, da mesma forma, as rochas metamórficas são classificadas em

duas grandes classes genéticas. Elas são o resultado do metamorfismo regional ou do

metamorfismo de contato. O metamorfismo regional produz rochas pelo aquecimento

e pressões que são produzidos sobre rochas pré-existentes, a grandes profundidades na

crosta terrestre. O metamorfismo de contato é produzido pela alteração de rochas

próximas a grandes intrusões ígneas, caracterizado principalmente por elevadas

temperaturas e também pressões. As texturas características dão informações sobre estas

duas formas de origem. As rochas metamórficas geradas pelo metamorfismo regional

mostram uma foliação, estruturas planares ou ondulada, formada nas rochas devido o

alinhamento de minerais, principalmente os placosos, como as micas. Algumas rochas

de metamorfismo de contato podem também ser foliadas, mas muitas tendem a ser

granulares, como por exemplo, o hornfels, que é muito fino.

O tipo de foliação e o tamanho dos grãos são usados, em combinação, como

base para subdividir as rochas metamórficas em: ardósia, xisto, gnaisse e granulito. Os

xistos são caracterizados pela partição ao longo de planos bem definidos de minerais

placosos mediamente granulados. As ardósias possuem partições planares perfeitas e

são tão finas que os minerais não podem ser facilmente reconhecidos. Os gnaisses

possuem granulação grossa e mostram uma foliação menos visível. Eles não quebram

como os xistos e ardósias. Os planos de foliação das ardósias são chamados de clivagem

ardosiana. Os granulitos, como o próprio nome diz, são rochas constituídas de um

mosaico de cristais intercrescidos, semelhantes a rochas ígneas.

Dentro desses grupos texturais, a assembléia mineralógica é a base para uma

divisão posterior dessas rochas em grupos menores, ou associações nas chamadas fácies

metamórficas. As fácies metamórficas se originam no mecanismo de formação das

rochas metamórficas, através de assembléias de minerais neoformados sob essas novas

condições de pressão e temperatura.

A figura acima mostra um exemplo de rocha metamórfica: gnaisse com bandamento.

CICLO DAS ROCHAS

A Terra é um corpo em constante mudança; as montanhas são erodidas, os mares

avançam e recuam sobre os continentes; processos ocorrendo na superfície e nas

profundidades da crosta e do manto estão constantemente mudando o planeta. Um

aspecto dessa mudança contínua é que as rochas, também, estão sujeitas a mudanças.

Não se tem um único exemplo de rocha que permaneceu imutável desde a formação da

Terra, e muitas rochas modificaram-se muitas vezes. Rochas dos três maiores tipos -

ígneas, sedimentares e metamórficas – podem ser transformadas em rochas de outro tipo

ou em outra distinta rocha do mesmo tipo através de processos geológicos apropriados.

Um arenito pode ser intemperizado até quebrar; seus fragmentos podem então ser

transportados, redepositados, litificados para formar outra rocha sedimentar. Eles podem

também serem carreados em profundidade, aquecidos e comprimidos, o que pode

transformá-los em uma rocha metamórfica – quartzito; ou eles podem ser aquecidos até

ser total ou parcialmente fundidos. Da mesma forma, um xisto pode ser quebrado em

pequenos fragmentos, formando um sedimento que pode eventualmente se transformar

em uma rocha sedimentar; um metamorfismo mais intenso pode transformá-lo em um

gnaisse; ou, temperaturas extremamente altas podem fundí-lo para produzir um magma

a partir do qual um granito pode cristalizar. Rochas crustais podem ser carreadas ao

manto e fundir; magma fresco resfria e cristaliza para formar novas rochas; processos de

erosão e intemperismo agem na superfície. As ligações entre os diferentes tipos de rocha

são descritas como o ciclo das rochas.

2- MINERAIS, CRISTAIS E COMPOSTOS QUÍMICOS

Embora a mineralogia como ciência seja relativamente recente, a prática das

artes mineralógicas é tão antiga quanto à civilização humana. Desde a Pré-história, o

homem já conhecia, transformava e utilizava alguns minerais. Algumas épocas foram

marcadas ou denominadas conforme a substância mineral predominantemente utilizada.

Porém, somente no século XVI foi iniciado o estudo da mineralogia sob o ponto de

vista científico, com a publicação do primeiro manual de mineralogia pelo alemão

Geórgio Agrícola, considerado como o “Pai da Mineralogia”.

Os minerais e seus produtos sempre exerceram um papel muito importante na

evolução da civilização humana, desde o sílex utilizado na idade da pedra até os

minerais radioativos usados para obtenção de energia e minerais de silício na fabricação

de chips de computadores e fibras óticas.

A Mineralogia é uma ciência geológica que estuda as propriedades

cristalográficas, químicas e físicas dos minerais e seus processos de formação. Ela é

uma ciência de grande importância para a sociedade devido a dependência do homem

moderno às substâncias e produtos minerais, pois ela fornece subsídios para a pesquisa,

a lavra e o beneficiamento de recursos minerais utilizados pelas industrias de extração e

transformação para obtenção das matérias primas usadas na fabricação de inúmeros

produtos.

Conceitos Fundamentais

Crosta terrestre é a camada externa consolidada da Terra, constituída de rochas

e sedimentos. Mineral é um elemento ou composto químico de ocorrência natural,

formado por processos inorgânicos, de composição química definida e estrutura interna

ordenada. Rocha é um agregado natural de um ou mais minerais, podendo conter vidro

vulcânico e restos orgânicos fossilizados. Sedimentos - são fragmentos e precipitados

químicos originados da alteração de rochas preexistentes e da ação de agentes

biológicos.

Classificação dos Minerais

Com base na composição química, estrutura cristalina e em alguns aspectos físicos, os

minerais podem ser classificados sistematicamente nas seguintes categorias: Espécie,

Variedade, Classe, Grupo, Família, Série e Termo.

Espécie é a categoria principal, que designa uma determinada composição química e

uma estrutura cristalina específica.

Exemplos:

Espécie Composição química Sistema Cristalino

Diamante C Isométrico

Coríndon Al2O3 Hexagonal Variedade é uma categoria subordinada à espécie e se refere a uma determinada

característica ou aspecto apresentado pela espécie tais como cor, inclusões e/ou efeito

ótico especial.

Exemplos:

Quartzo- variedades: Incolor (Hialino), Violeta (Ametista), Amarelo (Citrino)

Berilo- variedades: verde (Esmeralda), Azul (Água Marinha)

Classe é a categoria na qual os minerais são agrupados com base na composição

química, ou seja, com base no ânion ou grupo aniônico principal que está combinado

com um ou mais metais na fórmula mínima do mineral. Os minerais constituídos por

apenas um elemento químico formam uma classe.

Principais Classes Minerais:

Elementos nativos:- são os elementos que se encontram como minerais sob a forma

não combinada, dizendo-se que ocorrem no estado nativo. Excetuando-se os gases livres

da atmosfera, encontram-se no estado nativo os seguintes elementos, divididos em:

Metais nativos: Au, Ag, Pt, Cu e Fe.

Semi metais nativos: Ar e Bi.

Não metais nativos: S e C .

Sulfetos:- esta classe consiste, na maior parte, em combinações de vários metais com S

(enxofre), Se (selênio) ou Te (telúrio). A maioria dos minerais metálicos e são densos

estão nesta classe que possuem aproximadamente 300 espécies.

Exemplo: Galena - Pb S

Calcopirita - CuFeS2

Arsenopirita - FeAsS

Calaverita - AuTe2

Sulfossais:- os minerais compostos de Pb (chumbo), Cu (cobre) ou Ag (prata) em

combinação com S (enxofre), Sb (antimônio), Ar (argônio) ou Bi (bismuto) são

inclusos nesta classe.

Exemplo: Enargita - Cu3AsS4

Estefanita - Ag5SbS4

Proustita - Ag3AsS3 Óxidos:- os minerais desta classe contêm um metal em combinação com o O

(oxigênio). Possuem geralmente brilho metálico, são densos e junto com os hidróxidos

possuem aproximadamente 250 espécies.

Exemplo: Corindon - Al203

Hematita - Fe203

Magnetita - Fe304

Pirolusita - Mn02

Hidróxidos:- os Oxidos minerais contendo H20 (água) ou OH (oxidrila), como radical.

Exemplo: Brucita - Mg(0H)2

Manganita - Mn0(0H)

Psilomelana - BaMn” Mn48016(0H)4

Halóides:- esta classe inclui os cloretos, fluoretos, brometos e iodetos naturais. Esta

classe possui aproximadamente 200 espécies.

Exemplo: Halita - NaCl

Silvita - KCl

Fluorita - CaF2

Carbonatos:- nesta classe, estão os minerais, cujas fórmulas incluem o radical C03.

Exemplo: Calcita - CaC03

Magnesita - MgC03

Siderita - FeC03

Malaquita - Cu3C03(0H)2

Nitratos:- os minerais que podem ser considerados sais do ácido nítrico e contem o

radical N03

Exemplo: Nitro - KN03

Nitro de sódio - NaN03 (salitre do Chile).

Boratos:- os boratos contêm o grupo B0.

Exemplo: Boracita - Mg3B7013Cl

Bórax - Na2B407.10H20

Fosfatos:- estão incluídos nesta classe os minerais cuja fórmula contém o radical P04.

Exemplo: Apatita- Ca5(F,Cl,0H)(P04)3

Monazita - (Ce,La,Y,Th)P04

Sulfatos:- estão nesta classe os minerais cujas fórmulas de origem possuem o radical

S04.

Exemplo: Barita - BaS04

Anglesita - PbS04

Gipso - CaS04 . 2 H20

Tungstatos:- os poucos minerais que estão incluídos nesta classe têm em sua fórmula o

radical P04.

Exemplo: Wolframita - (Fe,Mn)W04

Scheelita - CaW04

Silicatos:- estes minerais formam a classe química máxima entre os minerais. Contêm

vários elementos, dos quais os mais comuns são: Na, K, Ca, Mg, Al e o Fe em

combinações com o Si e 0, formando freqüentemente estruturas químicas muito

complexas. Existem aproximadamente 500 espécies, que constituem a maior parte da

litosfera. Todos os silicatos contem o Si, um elemento tetravalente. A análise estrutural

nos mostra que o íon de silício (Si+4) está sempre no centro de um tetraedro cujos

vértices são ocupados pôr quatro íons de oxigênio (02-). Forma-se dessa maneira a sílica

(Si04)4-, estrutura básica dos silicatos.

As seis subdivisões dessa classe não se baseiam na composição química mas na

estrutural do mineral e são as seguintes:

Grupo é uma categoria que inclui duas ou mais espécies que tem fórmulas químicas

diferentes e estruturas cristalinas assemelhadas.

Exemplo:

Grupo das Granadas

Espécie Composição química

Piropo Mg3OAl2O3.3SiO2

Almandina Fe3OAl2O3.3SiO2

Grossulária Ca3OAl2O3.3SiO2

Andradita Ca3OFe2O3.3SiO2

Família é uma categoria que inclui duas ou mais espécies que tem estruturas cristalinas

diferentes e composições químicas semelhantes.

Exemplos:

Família Espécie Sistema Cristalino

Da Sílica (SiO2) Quartzo Hexagonal

Tridimita Ortorrômbico

Cristobalita Isométrico

Do Carbono ( C ) Diamante Isométrico

Grafita Hexagonal

Série é uma categoria que representa uma quantidade variável, às vezes muito grande,

de possibilidades de substituição de um ou mais átomos da fórmula química de um

mineral, por outro ou outros átomos, de modo mais ou menos contínuo.

Exemplos:

Série Átomos que se substituem

Dos Plagioclásios Ca e Na

Da Columbita-tantalita Nb e Ta

Termo é a categoria usada para designar qualquer um dos minerais de uma série.

Exemplos o termo que representa:

Albita Mineral da Série dos Plagioclásios mais rico em Na

Anortita Mineral da Série dos Plagioclásios mais rico em Ca

Além da Classificação sistemática, os minerais também podem ser classificados

de acordo com a Origem, a Abundância nas Rochas e a Aplicação.

A-Classificação quanto a Origem:

Primários - formados durante os processos de formação das rochas.

Ex.: quartzo, ortoclásio, biotita, calcita, diamante, etc.

Secundários - formados durante os processos de alteração das rochas.

Ex.: serpentina, malaquita, azurita, caolinita, etc.

B- Classificação quanto a Abundância nas Rochas:

Essenciais - são os principais minerais formadores de rochas, que ocorrem nas rochas

em concentrações superiores a 5%.

Ex.: ortoclásio e quartzo em granitos, plagioclásios em gabros, calcita em calcários e

mármores, quartzo em arenitos e quartzitos, etc.

Acessórios - são aqueles que ocorrem freqüentemente nas rochas, mas que raramente

ultrapassam os 5%.

Ex.: zircão, apatita, ilmenita, titanita, etc.

C- Classificação quanto a Aplicação:

Minerais-minérios - utilizados para a produção de metais.

Ex.: hematita (Fe), Galena (Pb), Calcopirita (Cu), Pirolusita (Mn), etc.

Minerais Industriais - utilizados para diversas aplicações industriais, exceto para

produção de metais, como gemas ou para ornamentação.

Ex.: serpentina, quartzo, caolinita, apatita, grafita, halita, etc.

Minerais Gemológicos - utilizados como gemas.

Ex.: quartzo, berilo, diamante, coríndon, turmalina, topázio, etc.

Minerais Ornamentais - utilizados para ornamentação.

Ex.: drusas de ametista, ágata, calcedônia, malaquita, etc.

Minerais Energéticos - utilizados para produção de energia.

Ex.: uraninita.

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO (PARTE I): Pesquise e responda as seguintes questões:

1) Qual o conceito moderno de mineral? Dentro deste conceito qual a relevância

dos processos geológicos?

2) A pérola é um mineral?

3) Todo mineral é um cristal?

4) O que diferencia o vidro vulcânico do cristal.

5) Dê dez exemplos de minerais formadores de rocha com formula química.

ATIVIDADES DE PESQUISA:

1.) A opala, uma substância presente nas plantas e no reino mineral, e neste muito

apreciada como pedra preciosa, seria de fato um mineral?

2.)

As zeólitas formam um grupo de silicatos hidratados que apresentam similaridade na

composição, associação e modos de ocorrência. Muitos deles fundem facilmente com

pronunciada intumescência, resultando disso o nome zeólita (ferver e pedra).

a) Quais as propriedades físicas e químicas que caracterizam este grupo de

minerais?

b) Cite suas principais aplicações.

c) Qual a diferença nas propriedades e aplicações das zeólitas naturais e sintéticas?

Sistema Cristalino e Classes Minerais Todos os elementos puros existem como gases, líquidos, ou sólidos, dependendo

das condições de pressão e temperatura. Os gases e a maioria dos líquidos não

apresentam periodicidade nos seus arranjos atômicos, entretanto, metais, cerâmicos e

certos polímeros cristalizam-se quando se solidificam. Desta maneira, os átomos se

arranjam em um modelo tridimensional, ordenado e repetido, formando estruturas

chamadas cristais. Este modelo se origina na coordenação atômica no interior do cristal,

cujo arranjo interno persiste mesmo quando as superfícies externas são alteradas, como

num cristal de quartzo que sofre intempéries até se formar um grão de areia, com suas

estruturas internas inalteradas.

A cristalografia é uma ciência baseada em regras realizadas em convenções

internacionais pelos cientistas das mais diversas nacionalidades, a fim de que se possa

homogeneizar as orientações cristalográficas e nomenclaturas dos minerais, tornando

este ramo da ciência menos complexo.

Apesar das diversas classes que os minerais apresentam, elas não se distinguem

tanto entre si, podendo ser agrupadas em seis grupos de sistemas cristalinos: (i)

triclínico, (ii) monoclínico, (iii) ortorrômbico, (iv) tetragonal, (v) hexagonal (subdivido

em hexagonal e romboédrico) e (vi) isométrico (cúbico). Cada um dos sistemas

cristalinos é definido por um conjunto de eixos cristalográficos.

Eixos Cristalográficos: os cristais precisam ser orientados segundo eixos

cristalográficos, obedecendo a elementos de simetria, principalmente aos eixos; na

ausência dos elementos de simetria, ficam contidos os planos; quando tanto os eixos de

simetria quanto o plano estiverem ausentes, faz-se coincidir com as principais arestas

dos cristais. Tal dependência com os elementos de simetria deu origem a variação nas

orientações conforme cada sistema. Os eixos, são, na verdade, linhas imaginárias que

são normalmente designadas como a, b, c, exceto no sistema hexagonal, que possui

quatro eixos cristalográficos a1, a2, a3 & c. A notação a, b & c indica que cada eixo tem

um comprimento diferente. As extremidades desses eixos são designadas (+) ou (-) com

a seguinte orientação: a extremidade positiva de a está na frente, de b fica a direta e de c

fica em cima. Os ângulos entre as terminações positivas dos eixos são designados pelas

letras gregas α (localizado entre os extremos dos eixos b & c), β (se situa entre a & c) e

γ (entre a & b).

A figura acima apresenta de forma esquemática, os eixos cristalográficos de cada um

dos seis sistemas cristalinos.

Representação da relação entre a morfologia dos cristais e a escolha dos eixos

cristalográficos. Fonte: Klein & Dutrow, 2012.

Outro relevante fator que atrai muita atenção nos cristais é a presença de faces

planas. Algumas vezes essas faces podem se repetir, apresentando-se rotacionadas uma

em relação as outras (faces idênticas e vistas após a rotação de um cristal), podem ser

refletidas (uma é a imagem especular da outra) ou ainda invertidas. Tais repetições são

denominadas como simetria.

Para descrever a simetria, alguns elementos fictícios devem ser utilizados,

chamados de elementos de simetria, que permitem imaginar como as faces dos cristais

se reproduzem e são descritos a seguir:

Eixo de Simetria Próprio: as faces aparecem repetidas 2, 3, 4 ou 6 vezes.

Plano de Simetria: funciona de forma especular, fazendo com que as faces apareçam

aos pares.

Centro de Simetria: se localiza no centro geométrico do cristal e faz com que para todas

as faces apareça seu inverso do outro lado do cristal.

Eixo de Simetria Impróprio: cada operação de rotação inverte a face do cristal.

Estes elementos são apresentados na figura que segue:

Elementos de simetria. Fonte: Atencio & Azzi,

2017.

Cada cristal possui uma associação de elementos de simetria. Podemos usar o

exemplo do cubo dado no artigo de Atencio e Azzi (2017). Nesta forma geométrica,

vamos encontrar três eixos de simetria próprios (na ordem de 4,), quatro eixos de

simetria impróprios (na ordem de 3), seis eixos de simetria próprios de ordem 2 e nove

planos de simetria. Este cristal também apresenta plano de simetria. Desta maneira, esta

é a associação de elementos de simetria (grau de simetria) do cristal com forma cúbica.

Existem 32 possibilidades de associação de elementos de simetria, chamados de

grupos pontuais, onde todos os cristais que apresentam um mesmo grupo pontual

pertencem a uma mesma classe cristalina que, por sua vez, são agrupadas em sistemas

cristalinos. Essas 32 combinações de elementos de simetria, descrevem a simetria de

todos os minerais conhecidos e são fornecidas nas tabelas abaixo (Atencio & Azzi,

2017, pag. 281). Por exemplo, todas as classes cristalinas que apresentam um eixo de

simetria na ordem 6, pertencem ao sistema cristalino hexagonal, enquanto que as classes

cristalinas que apresentam um eixo de simetria na ordem 3, pertencem ao sistema

cristalino trigonal.

Elementos de simetria (planos e eixos) de um cubo

(hexaedro). Fonte: Atencio e Azzi, 2017.

Uma ilustração das 32 simetrias em projeção é fornecida na figura abaixo, retirada

da página 152 do livro Manuel e Ciência dos Minerais (Klein & Dutrow, 2012). Sob

recomendação dos autores, é importante notar que a presença ou ausências de um centro

de simetria não é indicada por um símbolo em específico. No entanto, a inspeção visual

dos círculos (no interior dos quais há distribuições únicas de motivos unitários) permite

a determinação dessa presença (ou não) de um centro de simetria. É válido ressaltar

também que o centro de simetria inverte o motivo posicionado em cima e à direita

(acima do plano da página), que é contrabalanceado por um motivo posicionado

embaixo e à esquerda (abaixo do plano da página).

Figura: representação gráfica da distribuição de motivos unitários compatíveis com os elementos de

simetria de cada uma das 32 classes de cristais (grupos pontuais). Os símbolos para os elementos de

simetria são fornecidos no canto superior esquerdo. Para todas as classes de cristais, com exceção

dos triclínicos, há dois diagramas circulares, sendo que o diagrama da esquerda mostra a

distribuição dos motivos unitários, e o da direita ilustra os elementos de simetria consistentes com

esses. Os motivos unitários acima do plano da página são equivalentes àqueles abaixo do plano da

página, mas são diferenciados por pontos (acima da página) e círculos (abaixo do piano da página).

Os centros de simetria não são mostrados por meio de símbolos; sua presença pode ser deduzida a

partir do arranjo dos motivos unitários. É utilizado o símbolo (m) para representar os planos

especulares. em vez do símbolo 2. Os diagramas para o sistema monoclínico são representados na

forma que os cristalógrafos denominam de "segunda orientação", segundo o qual m é vertical

(perpendicular à página) e o eixo binário se dispõe em orientação leste-oeste. A simetria

monoclínica também pode ser representada com o eixo de rotação binário perpendicular ao plano da

página. orientando o plano especular paralelamente ao plano da página; isto é conhecido

como "primeira orientação". (Klein & Dutrow, 2012)

Projeções dos diferentes sistemas com a notação da classe mineral.

Dentre as 32 classes de cristais, 11 possuem centro de simetria e 21 não o possui. A

próxima tabela, copiada do livro de Klein e Dutrow (2012), distingue as 32 classes de

cristais de acordo com a presença ou ausência de um centro de simetria.

Dados os conceitos acima e uma vez entendida toda a complexidade dos minerais

até se chegar em um sistema que abranja os mais diversos tipos de minerais em apenas

6 sistemas cristalinos, podemos conceituá-los de acordo com o livro Manual de Ciência

dos Minerais de Klein e Dutrow (2012). É importante ressaltar que os 6 sistemas são

definidos com base nos comprimentos relativos dos eixos cristalográficos e nos ãngulos

entre eles:

Triclínico: três eixos de comprimento desigual (a, b, c), todos se interceptando em

ângulos diferentes (oblíquos) (β≠α≠γ).

Monoclínico: três eixos de comprimento desigual (a, b, c), dois dos quais inclinados

entre si em ângulo oblíquo, com o terceiro perpendicular ao plano que contém os outros

dois (β ≠ 90º, α = γ = 90º)

Ortorrômbico: três eixos mutualmente perpendiculares, todos com comprimento

desigual (a,b,c,α = β = γ = 90º)

Tetragonal: três eixos mutualmente perpendiculares, dois dos quais (os eixos

horizontais) são de igual comprimento (a1 e a2), mas o eixo vertical (c) é menor ou

maior que os outros dois (a1 = a2 ≠ c, α = β = γ = 90º)

Na tabela acima as 32 classes de cristais estão agrupadas de acordo com a presença ou

ausência de centro de simetria

Hexagonal: sistema que possui quatro eixos cristalográficos: três eixos horizontais

iguais (a1, a2, a3) que jazem em um plano, com suas extremidades positivas fazendo um

ângulo de 120º entre si; o quarto eixo (vertical) tem comprimento diferente (c) e é

perpendicular ao plano dos outros três (a1 = a2 = a3 ≠ c; β = 90º)

Isométrico: três eixos mutualmente perpendiculares e com o mesmo comprimento (a1 =

a2 = a3) (a1 = a2 = a3; α = β = γ = 90º).

Utilização dos Compostos Minerais Ao longo da história do ser humano na Terra, o homem vem fazendo uso

intensivo dos minerais e rochas, mesmo em tempos mais antigos, sendo os minerais um

dos mais importantes fatores da evolução humana, tanto que, ao longo da história, as

fases da evolução humana vêm sendo dividida em função dos minerais mais utilizados:

idade da pedra lascada, polida, idade dos metais do bronze, do ferro, etc. Um dos

maiores saltos da humanidade se deu pela transformação dos minerais em utensílios

cerâmicos, permitindo-lhes preparar alimentos, conservá-los e guarda-los, evitando a

necessidade diária de caça e pesca, expondo menos os caçadores aos risco iminentes que

esta atividade o proporcionava, além de representar um grande salto para a agricultura,

onde o homem passa a restringir sua vida a ser caçador e coletor. Este avanço favoreceu

a vida sedentária e a formação de sociedades, aldeias e, posteriormente, pequenos

núcleos urbanos. Outro importante salto para a evolução foi a comunicação a partir de

pinturas nas paredes, que eram feitas com pigmentos de hematita (vermelho) ou óxidos

de manganês.

Figuras rupestres em rocha utilizando como tinta óxido de manganês.

0

Detalhe da pintura rupestre em rocha feita com óxido de manganês. Fonte:

Revista Enigmas, postado em 19 de setembro de 2018.

Hematita (Fe2O3), é um tipo

de minério de ferro que pode

ser encontrado em Carajás. A

foto em questão é uma barra

de ferro gusa obtida nas

siderúrgicas de Marabá – PA

(Fonte: Ciência dos Minerais

– A mineralogia. Costa &

Rodrigues, 2010.

Logo depois, o homem passa a dominar metais de cobre, estanho, ouro, latão e

bronze e, ainda mais posteriormente, o ferro, que foi dominante no início da idade

média entre os vários povos. Com o advento da sociedade moderna, expandia-se cada

vez mais o uso de minerais e rochas como materiais de construção em residências, obras

de engenharia de grande porte e, o homem passou a transformar a natureza, surgindo

grande núcleos urbanos com infraestrutura viária, hidráulica e de transporte.

Entre as descobertas científicas, que gradativamente iam melhorando o processo de

produção industrial, merece destaque a "utilização do carvão de pedra para redução do

minério de ferro, que resultou na localização dos complexos siderúrgicos - independente

da localização das florestas fornecedoras do carvão de lenha - e que veio determinar,

por privilégios geológicos, o pioneirismo de uma nação na siderurgia. A Grã-Bretanha

foi a maior beneficiária dessa conquista científica, em razão de possuir, em territórios

economicamente próximos, jazidas de minério de ferro e de carvão de pedra.

A era industrial surgiu com a máquina a vapor, trem, navios, todos favorecidos pela

ampla distribuição de ferro, aço, cimento e uso intensivo do carvão mineral e do

petróleo. Já no século XX, com a entrada do metal alumínio e melhoramento do aço

com emprego do Ni, Mn, Cr, posteriormente a chegada de novos metais como Ti, Nb,

Ta, As, Ga, ETR, Si, U, etc, promoveram uma grande revolução nos transportes

terrestres e, principalmente nos aéreos. Isso também impulsionou novas fontes de

energia, como a energia nuclear e as grandes usinas hidrelétricas, além de fontes de

energia alternativas, como a eólica.

Figura ilustra fábricas na Europa durante a revolução industrial.

O advento do carro a

motor impulsionou um

grande avanço social e a

um menor

distanciamento relativo

entre as pessoas e

cidades.

As locomotivas são grandes símbolos da revolução industrial. Além de transporte de pessoas, eram

os principais meios de escoamento de cargas, inclusive de minério. Até hoje são extremamente

relevantes para a mineração, como o trem de 200 vagões que escoam minério de ferro de Carajás

para abastecimento industrial de todo o planeta.

Além disso, os novos metais e produtos cerâmicos de alta resistência permitiram o

avanço dos computadores, da telefonia, celular, dos novos sistemas de navegação,

aprimoramento das naves espaciais e das armas de guerra. Além disso, fortaleceu a

agricultura de alta produtividade, que dominou áreas antigamente taxadas como

impróprias, alcançando patamares antes impossíveis, graças aos fertilizantes minerais,

máquinas agrícolas e automatização. Nesse sentido, podemos afirmar que, sem dúvida

alguma, A VIDA DA ESPÉCIE HUMANA É IMPOSSÍVEL SEM A UTILIZAÇÃO

DE RECURSOS MINERAIS.

O avião encurtou o mundo, mudando nossa percepção de espaço e venceu

guerras. Não seria possível sua melhora e expansão sem a descoberta e

utilização de novos minerais.

Figura que destaca a evolução da telefonia móvel.

A importância dos bens minerais é amplamente visualizada em nosso dia-a-dia, em

coisas básicas como a fivela do cinto de nossas calças, no relógio que usamos, na

aliança, nos óculos escuros que utilizados. Na nossa casa, por exemplo, os minerais

estão por todo lugar: Na base da casa entram barro (minerais de argila e quartzo),

cimento (calcário, areia, gipso, argila e hematita), ferro (hematita), etc. As paredes são

formadas de tijolo, comento, areia e barro, todos formados de minerais derivados destes.

Nas janelas, temos molduras de alumínio metálico. Na fiação elétrica temos cobre,

alumínio, aço, etc. Ainda temos os equipamentos como geladeira, TV, computadores,

fogão, micro-ondas além de pratos, talheres e o vaso sanitário, um mundo de cerâmico

(Costa e Rodrigues, 2008). Abaixo, temos uma figura ilustrativa que detalha os minerais

encontrados em uma casa:

Figura ilustrativa mostrando os mais diversos bens minerais encontrados

apenas em nossa casa.

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO (PARTE II):

1 – Defina, com suas palavras, o que são eixos cristalográficos, detalhando as

características específicas de cada um.

2 – Defina simetria, os tipos de simetria e as associações dos elementos de simetria e a

qual classes cada uma dessas pertencem, explicando qual a relação delas com as faces

planas.

3 - Conceitue os 6 sistemas cristalinos com base nos comprimentos relativos dos eixos

cristalográficos e nos ângulos entre eles.

4 – Explane sobre a importância dos minerais no seu dia-a-dia, dando exemplos práticos

e não colocados nesta apostila.

REFERÊNCIAS

Básica

Atencio, D., Azzi, A.A., 2017. Sistemas Cristalinos: nomenclatura e Conveções. Terra e

Didática, 13 (3): 279-285

Costa, M.L., & Rodrigues, S.F.S., 2010. Ciência dos Minerais – A mineralogia.

Apostila da I especialização a Distância em Lavra e Tecnologia Mineral.

Klein, C. & Dutrow, B. 2012. Manual de ciência dos Minerais. 23a.edição, Bookman,

Porto Alegre.716p.

Klein, C. & Dutrow, B. 2007. Manual of Mineral Science. 23rd Edition. IE-Wiley. 704p.

Klein, C., 2002, Mineral Science. 22nd. Edtion John Wiley & Sons, Inc., N. York,

641p.

Klein, C. & Hurlbut, C. S. 1993. Manual of mineralogy (After Dana). 2lst ed., John

Wiley & Sons, N. York, 681p.

Klein, C.& Hurlbut, C. S. 1985. Manual of mineralogy (After Dana). 20th ed., John

Wiley & Sons, N. York, 596p.

Complementar

Costa, M.L., Rodrigues, S. F., 2012. Ciência dos Minerais – mineralogia. Belém, GTR -

Gráfica e Editora, Belém. 80p.

Dyar, M. D., Gunter M.E., Tasa, D., 2008. Mineralogy and optical mineralogy. MSA,

Chantilly, VA. 708p + CD.

Brady, John ET al., 1996, Teaching mineralogy. Mineralogical Society of America,

Washington, USA, 406p.

Betejtin, A. 1970. Curso de mineralogia. 2a. ed. Editora MIR, Moscou, 737p.

Klockmann, F. & Randohr, P.1961. Tratado de mineralogia. 2a. ed. Editora Gustavo

Gili S. A., Barcelona, 736p.

Referência eletrônica:

http://www.webmineral.com

http://www.whitman.edu/geology/winter/

http://www.uvm.edu/envnr/gemecology/index.html

http://www.mineropar.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?conteudo=28