Conteúdo - Exemplos de Minerais

Malaquite (Cu,Zn)2[(OH)2CO3]	A história da utilização dos minerais resulta da observação dos achados arqueológicos. O homem pré-histórico, para cobrir as suas necessidades, fez uso do sílex e outras variedades de quartzo. Nas sociedades neolíticas, o homem usou gemas ( minerais utilizados em joalharia e ourivesaria ) como moeda de troca. Quando descobriu os metais ( ouro, cobre, estanho, ferro ) passou a fazer uso deles. O conhecimento dos metais e a sua utilização caracterizou alguns períodos da antiguidade, como a Idade do bronze ou a Idade do ferro. Actualmente, o homem faz uso directo ou indirecto de quase todos os minerais conhecidos, mais de 2.600 espécies minerais. As características fundamentais de espécie mineral são a ordem geométrica, aperiodicidade no arranjo da matéria, bem como a natureza dos átomos que entram nacomposição química da espécie mineral. No contexto do Terra Planeta "Vivo", estamos preocupados em dar a conhecer alguns aspectos dos minerais, porque eles são os constituintes das rochas que por sua vez fazem parte da composição superficial da Terra. O domínio da Geologia que estuda os minerais chama-se Mineralogia, sendo um domínio com vários subdomínios, um dos quais é a Cristalografia que se ocupa do estudo dos cristais. O conceito de mineral é complexo e de difícil definição, de resto como todas as definições. Contudo, atendendo aos nossos objectivos, podemos considerá-los como substâncias naturais, inorgânicas, caracterizados por propriedades físicas e químicas determinadas. De modo controverso, podemos estender aquela definição aos líquidos e gases encontrados na natureza (água, gases atmosféricos), bem como aos materiais orgânicos fósseis (petróleo – óleos minerais, carvões, resinas, asfaltos e betumes). Porém, quase todos os minerais se encontram no estado sólido e sob a forma cristalina. De acordo com a definição, os minerais são elementos ou compostos químicos, podendo-se expressar por meio de fórmulas químicas que admitem uma pequena variação, mas conservam fixa a estrutura. Deste modo, os minerais são constituídos por átomos dispostos segundo um modelo regular tridimensional característico para cada mineral. A maior parte dos minerais aparece na forma de cristais, apenas visíveis ao microscópio de luz polarizada. Os cristais são sólidos geométricos limitados por faces planas (poliedros) e de composição química definida. As faces planas de um cristal são paralelas aos planos da sua malha elementar. A malha elementar delimita uma porção de espaço dotado de uma certa quantidade de átomos. A malha elementar repetindo-se periodicamente em três direcções do espaço define uma rede de três dimensões que será o suporte geométrico das estruturas atómicas dos cristais. As propriedades geométricas de um cristal, tais como as arestas, ângulos e planos das faces, estão directamente ligadas à sua malha elementar, podendo ser descritas a partir de um certo número de operações de simetria.Os elementos de simetria de um cristal são fundamentalmente o plano de simetria, o eixo de simetria e o centro de simetria. A combinação de todos os elementos de simetria origina 32 classes de simetria, pelas quais se repartem todos os cristais. De acordo com certas características comuns ou parecidas, podem-se distribuir estas 32 classes por sete grandes grupos, os chamadossistemas cristalinos (cúbico, romboédrico, hexagonal, tetragonal, ortorrômbico, monoclínico e triclínico). A germinação e o crescimento de um cristal estão sempre dependentes das condições físico-químicas do meio. As condições físico-químicas que determinam a génese dos minerais são, a maioria das vezes, muito complexas e, actualmente, impossíveis de reproduzir em laboratório. Os principais factores condicionantes são a temperatura, a pressão e a concentração dos elementos químicos. Estes factores não são independentes: numa solução, a solubilidade de um composto cresce com a temperatura, salvo raras excepções. Um cristal germinado a partir de uma solução sobressaturada cresce fixando as moléculas (unidades de crescimento) à sua superfície. As propriedades químicas dos minerais estão estreitamente relacionadas, como é óbvio, com a sua composição química, com a natureza dos átomos e iões que os constituem. Mas dependem também, tal como as propriedades físicas, da sua estrutura, isto é, do arranjo das partículas elementares. As características das ligações interatómicas nos minerais são tais que podemos considerar uma estrutura como uma associação de esferas cujas dimensões são definidas pelo raio iónico do átomo. Os catiões, as esferas mais pequenas, seriam cercadas por aniões, as esferas maiores. A associação catião mais anião forma, deste modo, um poliedro de coordenação (Ver a figura "Modelo da rede cristalina da halite NaCl"). Os poliedros de coordenação necessitam de uma neutralidade eléctrica. De acordo com este modelo, poderíamos pensar que a cada mineral corresponderia uma única estrutura e uma única composição química, expressa por uma fórmula química perfeitamente definida. Acontece que a maioria dos minerais de igual composição química pertence a uma única classe de simetria e a um único sistema cristalino. Porém, as excepções são muitas devido, fundamentalmente, às diferentes condições de pressão e temperatura em que se formam os minerais. Assim sendo e a título de exemplo vejamos o caso de um mineral chamado olivina. A sua composição química é (Fe, Mg)2(SiO4). Isto explica que o ferro (Fe) e o magnésio (Mg) são miscíveis em todas as proporções, logo a composição química da olivina não é definida. Quando se dá a substituição total do ferro pelo magnésio, passamos a ter a forsterite Mg2(SiO4) com composição química definida, no caso inverso temos a fayalite Fe2(SiO4). Entre estes dois pólos todas as composições intermédias podem existir, mantendo-se a estrutura. Estamos perante um caso de isomorfismo. Podemos, então, dizer que dois elementos são isomorfos, caso do Fe e do Mg, se podem substituir-se mutuamente dentro da mesma estrutura. Como a estrutura não se altera, as substâncias isomorfas apresentam forma cristalina muito semelhante, independentemente, da sua natureza química. Vejamos, ainda, outra situação de excepção, embora haja muitas mais. O diamante é constituído, quimicamente, só por átomos de carbono (C); outra espécie mineral, agrafite, é igualmente constituída só por átomos de carbono (C). Embora constituídos pela mesma substância química, o carbono, estas duas espécies minerais assumem, ao cristalizar em condições físico-químicas específicas, formas cristalinas muito diversas, com graus de simetria diferentes. Enquanto o diamante cristaliza no sistema cúbico, a grafite cristaliza no sistema hexagonal. Dizemos que estes dois compostos sãopolimorfos, porque sendo quimicamente idênticos têm simetria diferente. Entre as referidas condições físico-químicas específicas, a temperatura tem uma importância primacial. Por exemplo, se cristais de diamante forem aquecidos a uma temperatura superior a 1500o C, à pressão normal e no vazio, dar-se-á uma transformação lenta da sua rede cristalina na rede cristalina da grafite. A 1900o C, essa transformação duma rede cristalina na outra é rápida. Isto apenas tem interesse académico, já que não existe motivo algum para transformar uma pedra preciosa como o diamante num material muito mais barato e abundante como a grafite. A ocorrência de espécies minerais com formas cristalinas próprias de outras é um fenómeno relativamente vulgar na Natureza e tem o nome de pseudomorfismo. Neste caso os minerais apresentam falsas-formas. As pseudomorfoses podem ter géneses variadas. Os minerais apresentam propriedades físicas, químicas e ópticas que permitem fazer a sua caracterização e identificação. De entre as propriedades físicas destacamos a dureza, cor, cor da risca, transparência e o brilho. A dureza é, por definição, a resistência que um mineral oferece à risca provocada por uma acção mecânica externa. Na prática mineralógica utilizam-se escalas de dureza relativas, representadas por determinados minerais. A mais comum é a escala de Mohs, que contem 10 graus e é composta unicamente por minerais de risca branca. Os minerais estão ordenados segundo o seu grau de dureza, do menos ao mais duro e do seguinte modo: 1-talco, 2-gesso, 3-calcite, 4-fluorite, 5-apatite, 6-ortóclase, 7-quartzo, 8-topázio, 9-corindon, 10-diamante. Exemplificando, um mineral terá uma dureza aproximada de 8½ se risca o topázio mas é riscado pelo corindon.
Monazite Ce(PO4)
Halite NaCl
Modelo da rede cristalina da halite NaCl
Quartzo defumado SiO2
Quartzo leitoso SiO2
Xenotimo Y(PO4)
Arsenopirite FeAsS
Magnetite Fe3O4