estruturas cristalinas em silicatos – parte 1 gm 861 – mineralogia turmas b e c 12 e 19/04/2011
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Estruturas cristalinas em silicatos – Parte 1
GM 861 – Mineralogia
Turmas B e C
12 e 19/04/2011
Distribuição relativa dos Minerais na Crosta da Terra
Feldspatos51%
Quartzo12%
Piroxênio11%
Micas5%
Anfibólios5%
Argilas5%
Olivinas3%
Óxidos Sulfetos Sulfatos Carbonatos
8%
~ 90% são silicatos : minerais formadores das rochas
Demais minerais (baixa abundância): minerais acessórios
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SILICATOS - O TETRAEDRO DE SiO44-
Orbital híbrido sp3 de Si e orbitais 2p do O
(SiO4)4- :bloco formador dos
silicatos
Os tetraedros de sílica se combinam entre si (polimerização) ou não e com outros cátions, conforme a disponibilidade dos diferentes elementos e as condições de P e T durante a formação dos minerais.
Si, O e Al são os elementos formadores de estruturas. Outros cátions, como Mg, Fe, Ca e K são considerados elementos modificadores de estruturas. A entrada do cátion em determinado tipo de silicato depende do seu R.I. e da coordenação dos sítios cristalográficos disponíveis.
Classificação dos silicatos:
número de vértices compartilhados
nenhum: ortossilicatos (normal) ou nesossilicatos (neso=ilha)
1: dissilicatos ou sorossilicatos (soro=par)
2: ciclossilicatos
(SiO4)4-
(Si2O7)6-
(Si6O18)12-
filossilicatos
(Si4O11)6-
(Si4O10)4-
SiO2
tectossilicatos
(Si2O6)4-
2 vértices: cadeias simplesinossilicatos (ino=corrente)
2 ou 3 v.: cadeias duplas
3 v. : folhas
4 v.: 3D
Xm Yn (Zp Oq) Wr
Na+ = 8 – 6
Ca2+= 8 – 6
K+= 12 - 8
Fe2+/3+= 6
Mg2+= 6
Ti4+= 6
Mn2+= 6
Al3+ = 6
Si4+ = 4
Al3+= 4
OH-
F-
Cl-
SILICATOS - FÓRMULA GERAL
e número de coordenação
Estruturas & propriedades
A dureza dos silicatos, em geral, é média a alta (~ 5 - 8) pois a ligação Si-O é forte e a polimerização dos tetraedros favorece estruturas coesas.
A forte ligação Si-O é também responsável, na maioria dos casos, por temperaturas de fusão altas.
ORTOSSILICATOS
Unidade Estrutural: (SiO4)4-
Tetraedros de (SiO4)4-
isolados: NÃO há compartilhamento de O2- dos vértices. Os demais cátions da estrutura mantêm os tetraedros unidos entre si.
olivinas (Mg,Fe)2 SiO4
granadas X3Y2(SiO4)3
zircão ZrSiO4
aluminossilicatos (cianita/ sillimanita/ andalusita = Al2SiO5 ou AlAlOSiO4
titanita CaTiOSiO4
topázio Al2SiO4(F,OH)2
estaurolita Fe2Al9O6(SiO4)4OOH
Andradita:Ca3Fe3+2(SiO4)3
(granadas:X3Y2(SiO4)3)
Zircão
Topázio
Cianita
Estaurolita
Fe2Al9O6(SiO4)4OOH
Al2SiO4(F,OH)2
ZrSiO4
Al2SiO5
Exemplo: grupo da olivina
Exemplo: grupo da olivina
Grupo da Olivina: cor verde oliva e verde acinzentadoPrincipais minerais: Forsterita (Mg2SiO4) e Fayallita (Fe2SiO4), solução sólida: substituição de Mg e Fe em qq proporçãoSistema cristalino = ortorrômbico (Z=4)
i, 3A2,3m = 2/m, 2/m, 2/m
Minerais/dimensões
Forsterita Fayallita
A 4,756 Å 4,817 Å
B 10,195 Å 10,477 Å
C 5,981 Å 6,105 Å
Diferenças entre Fo e Fa
Cela Unitária Fa > Fo ?
Densidade Fa = 4,37 g/cm3 > Fo = 3,27 g/cm3
T fusão Fo = 1.890 °C > Fa = 1.205 ºC
R.I. Fe2+ = 0,92 Å > R.I. Mg2+ = 0,86 Å
Estrutura da olivina
Tetraedros de SiO44- e octaedros de Mg/Fe compartilham O
Os sítios M1 formam cadeias de octaedros distor. (compartilham uma aresta), // c. Os sítios M2 fixam-se nas laterais das cadeias de M1.
Como é a Clivagem ?
A distribuição regular dos tetraedros de (SiO4)
-4 e dos cátions
planos mais fracos pouco evidentes
clivagem pobre
SOROSSILICATOSUnidade Estrutural = (Si2O7)
6-
Os tetraedros de (SiO4)
4- compartilham
um O2- dos vértices.
Os pares de tetraedros são unidos pelos cátions da estrutura.
Melilita Ca2Mg(Si2O7)
Lawsonita CaAl2(Si2O7)(OH)2.H2O
Calamina Zn4(Si2O7)
(OH)2.H2O
Estrutura de um sorossilicato
Exemplo: grupo do epídoto
Fórmula geral: X2VIII Y3
VI (SiO4) (Si2O7) OOH
também há tetraedros isolados
X (N.C. 8, coord. cúbica): cátions >: Ca, Y, Ce, La, Sc, Pb, Ba, K, Na
Y = Al, Mg, Fe, Zn
Exemplos:
Zoizita: Ca2 Al3(SiO4)(Si2O7)O(OH) (s. ortorrômbico)
Clinozoizita-Epídoto:Ca2(Al,Fe)Al2(SiO4)(Si2O7)O(OH) (s. monocl.)
> 7% Fe: clinozoizita – 10-15% Fe= epídoto (limite de Fe= 35%)
Alanita: (Ca,Ce)2(Al,Fe)3(SiO4)(Si2O7)(OH) (s. monoclínico)
Estrutura do grupo do epídoto Ca2(Al,Fe)Al2(SiO4)(Si2O7)O(OH)
Sítios octaédricos: Al, Fe3+
Ca, Mn, Ce, La, Y, Th (N.C. 7-12)
Epídoto
•Sistema cristalino: monoclínico (a=8,98, b=5,64, c=10,22; beta = 115,4°) Z = 2•Hábito: prismático, colunar ou mesmo acicular•Clivagem: perfeita (001)•Dureza: 7•Mineral acessório comum em rochas metamórficas; resistente ao intemperismo
CICLOSSILICATOS
Si6O1812-
BaTiSi3O9 - benitoita (Si4O11)6- papagoita: CaCuAlSi2O6(OH)3
turmalina
berilo
cordierita
Berilo - Be3Al2Si6O18
Hexagonal: 6/m 2/m 2/m hábito prismático, com estrias
D= 7,5 -8
Usos como gema:
Água marinha (Fe2+)
Morganita (Mn)
Esmeralda (Cr)
Principal fonte de Be:
Ligas com Cu
Janelas para raios X
Berilo BeIV3AlVI
2Si6O18
Berilo BeIV3AlVI
2Si6O18 cela unitária
a
bc
superior
inferior
Berilo BeIV3AlVI
2Si6O18 - retículo
Canais
OH
H2O
F
Rb
Cs
Na
K
http://webmineral.com/data/Beryl.shtml
Turmalina
Fórmula geral:
Na(Mg,Fe,Li,Al)3Al6 [Si6O18](BO3)3(O,OH,F)4
Turmalina•Sistema hexagonal (trigonal): 3m
•a =15,8-16 Å, c=7,1-7,25 Å z=3
•dureza 7-7,5, clivagem pobre {101} e {110}
•Hábito prismático c/ estrias características
•cores variadas: preta (Fe, schorl)
•Gemas: verde (esmeralda brasileira)
•Violeta ou vermelha: rubelita
•Azul: indicolita
•Ocorrência: mineral acessório comum em rochas ígneas (pegmatitos) e em algumas rochas metamórficas
Estrutura da turmalina:
Anel de tetraedros
Grupos triangulares de octaedros
Boro em sítios triangulares
W=Na, Ca X=Mg,Fe,Li,AlY=Al
http://webmineral.com/data/Schorl.shtml
InossilicatosCadeias infinitas simples (piroxênios) ou
duplas (anfibólios)
Uma característica e uma propriedade física
Os cristais crescem mais ao longo das cadeias (eixo Z): hábito prismático
Empacotamento razoavelmente denso e elementos de peso atômico + elevado
Densidade (~ 3,5 g/cm3) > que a média dos silicatos (~2,7g/cm3)
Grupo dos Piroxênios (Si2O6)-4
Fórmula geral: XVIII YVI (Si2O6) X = Ca, Na, Lie Y= Mg, Fe, Al, Mn, Ti
Se apenas cátions com R.I. relativamente pequenos (Y) estiverem presentes, o sistema cristalino será ortorrômbico (ex.: enstatita Mg2Si2O6) ortopiroxênio.
Se cátions de R.I. maior também estiverem presentes (X e Y) o sistema cristalino será monoclínico, mudança na cela unitária clinopiroxênios
Exemplo de estrutura: Diopsídio [CaMgSi2O6]
http://webmineral.com/data/Diopside.shtml
O2- base: ao longo de um planoCadeias unidas por cátions bivalentesAlternância das cadeias de tetraedros com ápices invertidos, formando sítios cristalográficos de coordenação octaédrica (N.C. 6) e cúbica (N.C. 8)
Forma dos cristais de diopsídio
[CaMgSi2O6]
Sistema monoclínico
Simetria: 2/m
fabreminerals
Clivagem nos piroxênios
Ligações mais fracas // laterais das cadeias e entre os ápices clivagem boa nas intersecções (~ 87 e 93)
Grupo dos Anfibólios (Si4O11)-6
Fórmula geral: X2VIII Y5
VI (Si4O11)2 (OH)2
X = Ca, Na, K Y= Mg, Fe, Al, Mn, Li, TiSe apenas cátions com R.I. ~ pequenos (Y)
estiverem presentes, o sistema cristalino será ortorrômbico (ex.: Antofilita [(Mg,Fe)7Si8O22(OH,F)2]).
Se cátions de R.I. maior também estiverem presentes (X e Y) o sistema cristalino será monoclínico, pois haverá deslocamento da cela unitária
ORTO e CLINO anfibólios
crocidolita
Na2Fe2+3,Fe3+
2Si8O22(OH)2
Dimensões das celas unitárias
Comparação das dimensões das celas unitárias de um piroxênio e de um anfibólio evidencia a presença de cadeias duplas
Diopsídio Tremolita
a 9,75 Å 9,86 Å
b 8,90 Å 18,05 Å
c 5,25 Å 5,29 Å
Clivagem em anfibólios
56 e 124
Ver também informações sobre a hornblenda
http://webmineral.com/data/Magnesiohornblende.shtml