Classificação geral de estruturas cristalinas

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1 Classificação geral de estruturas cristalinas
A classificação que permite agrupar a gran-de maioria das estruturas baseia-se na relação cátion-ânion e no nº de coordena-ção do cátion. Estrutura Padrão Estrutura Padrão AX Halita ABX3 Calcita Cloreto de Aragonita Cs (P > 18Kb) Ilmenita Esfalerita Perowskita AX2 Fluorita ABX4 Zircão Rutilo Monazita A2X3 Corindon A2BX4 Olivina Espinélios

2 Classificação das estruturas dos silicatos
Os silicatos, em conseqüência da co-valência parcial das ligações Si-O, diferem das outras “famílias cristalográficas” e têm uma classificação especial. Essa classificação baseia-se no nº de vértices dos tetraedros de Si-O4 compartilhados: nenhum, 1, 2, 3 ou 4, formando estruturas com tetraedros isolados, anéis, cadeias, folhas ou redes. Serão analisados à parte.

3 ESTRUTURAS CRISTALINAS EM METAIS NATIVOS
~ 90 elementos na crosta terrestre  ~ 20 estado nativo (isto é, não combinados) Normalmente, na natureza ocorrem ligas: Cu + Fe, Ag, Bi, Sn, Pb, Sb Ag + Au (10%), Cu, Hg Au + Ag (35%), Cu, Fe Pt + Os Fe + Ni (2%)

4 3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12  arranjo compacto e econômico
1) Grupo do Au: Au, Ag, Cu, Pb, Au2Cu3 Arranjo = cúbico de faces centradas (CCP)

5 3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12  arranjo compacto e econômico
2) Grupo da Pt: Pt, Pd, Ir, Os Arranjo = hexago-nal compacto (HCP) ou CCP

6 3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12  arranjo compacto e econômico
3) Grupo do Fe: Fe e Fe-Ni Arranjo = cúbico de corpo centra-do (BCP)

7 ESTRUTURAS CRISTALINAS TIPO AX
São as estruturas mais simples: relação cátion : ânion 1 : 1 e cargas iguais Exemplos de minerais: haletos, monóxidos e sulfetos = Halita (NaCl), Silvita (KCl), Villiaumita (NaF), Carobbita (KF), Periclásio (MgO), Wüstita (FeO), Bunsenita (NiO), Pirita (FeS), Galena (PbS), etc.

8 Retículos possíveis p/ estruturas tipo AX
CCP = mais freqüente BCC = mais raro (CsCl – P >18kb) HCP = nunca

9 Explorando alguns exemplos
HALITA (NaCl) Tipo de cela unitária CCP (ou FCC) Sistema cristalino cúbico N.C. Na+ = 6 N.C. Cl- = 6 Hábito formas cúbicas

10 Explorando alguns exemplos
HALITA (NaCl) Clivagem: // às faces do cristal. POR QUÊ? Quais os planos ligados por F menor e portanto mais suscetíveis de quebra? Planos (111) = inteira-mente constituídos de Na+ ou Cl-  a ligação entre os planos é bastante forte  NÃO SE CLIVAM

11 Explorando alguns exemplos
HALITA (NaCl) Planos (110) = Na+ e Cl- em arranjos alternados  ligações iônicas bastante fortes  NÃO SE CLIVAM Planos (100) = igual número de Na+ e Cl- em arranjo alternado  F repulsivas mais intensas entre os planos  CLIVAGEM

12 Qual a UNIDADE ESTRUTURAL da halita?
UNIDADE ESTRUTURAL (Z) = Número mínimo de fórmulas químicas necessárias à constituição do mineral. O número de íons numa cela unitária é geralmente um número inteiro e múltiplo da fórmula química. É dependente do tipo de cela unitária/retículo.

13 Quantos íons de Cl- compõem a cela unitária?
Cl- do centro das faces são compartilhados por 2 celas  3 Cl- p/ cela unitária; Cl- dos vértices são compartilhados por 8 celas  1 Cl- p/ cela unitária TOTAL DE Cl- = 4 íons

14 Quantos íons de Na+ compõem a cela unitária?
Na+ do centro das arestas são compartilhados por 4 celas  3 Na+ p/ cela unitária Na+ do centro do cubo  1 Na+ p/ cela unitária TOTAL DE Na+ = 4 íons  UNIDADE ESTRUTURAL DA HALITA = 4 (NaCl)

15 ESFALERITA ou BLENDA (ZnS) (O mais importante minério de zinco)
Tipo de cela unitária CCP (ou FCC) Sistema cristalino Cúbico N.C. Zn2+ = 4 N.C. S2- = 4

16 Hábito = tetraedros c/ ápices cortados.
Por quê? Os ápices dos poliedros de coordenação Zn - 4S e S - 4Zn estão em sentidos opostos  em alguns planos ao longo dos vértices do cubo haverá predominância de Zn2+ ou S2-  características físico-químicas heterogêneas  crescimento diferenciado dos cristais Clivagem = perfeita nos planos (110)

17 Hábito da esfalerita

18 Qual a UNIDADE ESTRUTURAL da esfalerita?
Zn2+ dos vértices são compartilhados por 8 celas  1 Zn2+ p/ cela unitária Zn2+ do centro das faces são compartilhados por 2 celas  3 Zn2+ p/ cela unitária TOTAL DE Zn2+ = 4 íons S2- dentro do cubo  4 S2- p/ cela unitária TOTAL DE S2- = 4 íons UNIDADE ESTRUTURAL = 4 ZnS

19 Calculando de outra forma:
molécula-grama de ZnS = 97,45 g Densidade ZnS = 4,096 g/cm3 Qual o volume ocupado por um mol de esfalerita? 1 cm ,096 g de ZnS X ,45 g de ZnS X = 23,79 cm3 Quantas moléculas de ZnS compõem a cela unitária da esfalerita? volume do cubo = A x A x A aresta da cela unitária de ZnS (R-X) = 5,406 Ǻ 6,022 x ,79 cm3 Z (5,406 x 10-8)3  Z = 3,999 ~ 4

20 DIAMANTE (C) Tipo de cela unitária Sistema cristalino N.C. do C Hábito
CCP (ou FCC) Sistema cristalino cúbico N.C. do C 4 (coordenação tetraédrica) Hábito octaédrico, mais raramente dodecaédrico

21 Tipo de estrutura Se substituírmos Zn2+ e S2- por C na estrutura da esfalerita teremos a estrutura do Diamante  ESTRUTURA DERIVADA Os tetraedros de coordenação estão orientados de forma que suas faces estão sempre //s aos planos que cortam os vértices (arranjo de “pirâmides empilhadas”)

22 Clivagem É perfeita nos 4 planos do octaedro {111}
Há > espaçamento entre os átomos ápice-base do que entre base-base ou ápice-ápice  ligações mais fracas  maior facilidade de rompimento nos planos perpendiculares a estas ligações (planos {111} )

23 Clivagem do diamante

24 Qual a UNIDADE ESTRUTURAL do diamante?
C dos vértices são compartilha-dos por 8 celas  1 C p/ cela unitária C do centro das faces são com-partilhados por 2 celas  3 C p/ cela unitária C dentro do cubo  4 C p/ cela unitária UNIDADE ESTRUTURAL = 8 C

25 Calculando de outra forma
molécula-grama de C = 12,001g Densidade C = 3,5 g/cm3 1cm ,5 g de C X ,001 g de C X = 3, 43 cm3 volume do cubo = A3 aresta da cela unitária de C = 3,5667Ǻ 6,022 x ,43 cm3 Z (3,5667 x 10-8)3  Z ~ 8