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Estruturas cristalinas em silicatos – Parte 1 GM 861 – Mineralogia Turmas B e C 12 e 19/04/2011.

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1 Estruturas cristalinas em silicatos – Parte 1 GM 861 – Mineralogia Turmas B e C 12 e 19/04/2011

2 ~ 90% são silicatos : minerais formadores das rochas Demais minerais (baixa abundância): minerais acessórios

3 SILICATOS - O TETRAEDRO DE SiO 4 4- Orbital híbrido sp 3 de Si e orbitais 2p do O

4 (SiO 4 ) 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.

5 Classificação dos silicatos: número de vértices compartilhados nenhum: ortossilicatos (normal) ou nesossilicatos (neso=ilha) 1: dissilicatos ou sorossilicatos (soro=par) 2: ciclossilicatos (SiO 4 ) 4- (Si 2 O 7 ) 6- (Si 6 O 18 ) 12-

6 filossilicatos (Si 4 O 11 ) 6- (Si 4 O 10 ) 4- SiO 2 tectossilicatos (Si 2 O 6 ) 4- 2 vértices: cadeias simples inossilicatos (ino=corrente) 2 ou 3 v.: cadeias duplas 3 v. : folhas 4 v.: 3D

7 XmYn(Zp Oq)Wr Na + = 8 – 6 Ca 2+ = 8 – 6 K + = Fe 2+/3+ = 6 Mg 2+ = 6 Ti 4+ = 6 Mn 2+ = 6 Al 3+ = 6 Si 4+ = 4 Al 3+ = 4 OH - F - Cl - SILICATOS - FÓRMULA GERAL e número de coordenação

8 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.

9 ORTOSSILICATOS Unidade Estrutural: (SiO 4 ) 4- Tetraedros de (SiO 4 ) 4- isolados: NÃO há compartilhamento de O 2- dos vértices. Os demais cátions da estrutura mantêm os tetraedros unidos entre si. olivinas (Mg,Fe) 2 SiO 4 granadas X 3 Y 2 (SiO 4 ) 3 zircão ZrSiO 4 aluminossilicatos (cianita/ sillimanita/ andalusita = Al 2 SiO 5 ou AlAlOSiO 4 titanita CaTiOSiO 4 topázio Al 2 SiO 4 (F,OH) 2 estaurolita Fe 2 Al 9 O 6 (SiO 4 ) 4 OOH

10 Andradita: Ca 3 Fe 3+ 2 (SiO 4 ) 3 (granadas: X 3 Y 2 (SiO 4 ) 3 ) Zircão Topázio Cianita Estaurolita Fe 2 Al 9 O 6 (SiO 4 ) 4 OOH Al 2 SiO 4 (F,OH) 2 ZrSiO4 Al 2 SiO 5

11 Exemplo: grupo da olivina

12 Grupo da Olivina: cor verde oliva e verde acinzentado Principais minerais: Forsterita (Mg 2 SiO 4 ) e Fayallita (Fe 2 SiO 4 ), solução sólida: substituição de Mg e Fe em qq proporção Sistema cristalino = ortorrômbico (Z=4) i, 3A 2,3m = 2/m, 2/m, 2/m Minerais/ dimensões ForsteritaFayallita A 4,756 Å 4,817 Å B 10,195 Å10,477 Å C 5,981 Å6,105 Å

13 Diferenças entre Fo e Fa Cela Unitária Fa > Fo ? Densidade Fa = 4,37 g/cm 3 > Fo = 3,27 g/cm 3 T fusão Fo = °C > Fa = º C R.I. Fe 2+ = 0,92 Å > R.I. Mg 2+ = 0,86 Å

14 Estrutura da olivina Tetraedros de SiO 4 4- 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.

15 Como é a Clivagem ? A distribuição regular dos tetraedros de (SiO 4 ) -4 e dos cátions planos mais fracos pouco evidentes clivagem pobre

16 SOROSSILICATOS Unidade Estrutural = (Si 2 O 7 ) 6- Os tetraedros de (SiO 4 ) 4- compartilham um O 2- dos vértices. Os pares de tetraedros são unidos pelos cátions da estrutura. Melilita Ca 2 Mg(Si 2 O 7 ) Lawsonita CaAl 2 (Si 2 O 7 )(OH) 2. H 2 O Calamina Zn 4 (Si 2 O 7 )(OH) 2.H 2 O

17 Estrutura de um sorossilicato

18 Exemplo: grupo do epídoto Fórmula geral: X 2 VIII Y 3 VI (SiO 4 ) (Si 2 O 7 ) 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: Ca 2 Al 3 (SiO 4 )(Si 2 O 7 )O(OH) (s. ortorrômbico) Clinozoizita-Epídoto:Ca 2 (Al,Fe)Al 2 (SiO 4 )(Si 2 O 7 )O(OH) (s. monocl.) > 7% Fe: clinozoizita – 10-15% Fe= epídoto (limite de Fe= 35%) Alanita: (Ca,Ce) 2 (Al,Fe) 3 (SiO 4 )(Si 2 O 7 )(OH) (s. monoclínico)

19 Estrutura do grupo do epídoto Ca 2 (Al,Fe)Al 2 (SiO 4 )(Si 2 O 7 )O(OH) Sítios octaédricos: Al, Fe 3+ Ca, Mn, Ce, La, Y, Th (N.C. 7-12)

20 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

21 CICLOSSILICATOS Si 6 O BaTiSi 3 O 9 - benitoita (Si 4 O 11 ) 6- papagoita: CaCuAlSi 2 O 6 (OH) 3 turmalina berilo cordierita

22 Berilo - Be 3 Al 2 Si 6 O 18 Hexagonal: 6/m 2/m 2/m hábito prismático, com estrias D= 7,5 -8 Usos como gema: Água marinha (Fe 2+ ) Morganita (Mn) Esmeralda (Cr) Principal fonte de Be: Ligas com Cu Janelas para raios X

23 Berilo Be IV 3 Al VI 2 Si 6 O 18

24 Berilo Be IV 3 Al VI 2 Si 6 O 18 cela unitária a bc superior inferior

25 Berilo Be IV 3 Al VI 2 Si 6 O 18 - retículo Canais OH H 2 O F Rb Cs Na K

26 Turmalina Fórmula geral: Na(Mg,Fe,Li,Al) 3 Al 6 [Si 6 O 18 ](BO 3 ) 3 (O,OH,F) 4

27 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

28 Estrutura da turmalina: Anel de tetraedros Grupos triangulares de octaedros Boro em sítios triangulares W=Na, Ca X=Mg,Fe,Li,Al Y=Al

29

30 Inossilicatos Cadeias infinitas simples (piroxênios) ou duplas (anfibólios)

31 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/cm 3 ) > que a média dos silicatos (~2,7g/cm 3 )

32 Grupo dos Piroxênios (Si 2 O 6 ) -4 Fórmula geral: X VIII Y VI (Si 2 O 6 ) 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 Mg 2 Si 2 O 6 ) ortopiroxênio. Se cátions de R.I. maior também estiverem presentes (X e Y) o sistema cristalino será monoclínico, mudança na cela unitária clinopiroxênios

33 Exemplo de estrutura: Diopsídio [CaMgSi 2 O 6 ] O 2- base: ao longo de um plano Cadeias unidas por cátions bivalentes Alternância das cadeias de tetraedros com ápices invertidos, formando sítios cristalográficos de coordenação octaédrica (N.C. 6) e cúbica (N.C. 8)

34 Forma dos cristais de diopsídio [CaMgSi 2 O 6 ] Sistema monoclínico Simetria: 2/m fabreminerals

35 Clivagem nos piroxênios Ligações mais fracas // laterais das cadeias e entre os ápices clivagem boa nas intersecções (~ 87 e 93 )

36 Grupo dos Anfibólios (Si 4 O 11 ) -6 Fórmula geral: X 2 VIII Y 5 VI (Si 4 O 11 ) 2 (OH) 2 X = Ca, Na, KY= Mg, Fe, Al, Mn, Li, Ti Se apenas cátions com R.I. ~ pequenos (Y) estiverem presentes, o sistema cristalino será ortorrômbico (ex.: Antofilita [(Mg,Fe) 7 Si 8 O 22 (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

37 crocidolita Na 2 Fe 2+ 3,Fe 3+ 2 Si 8 O 22 (OH) 2

38 Dimensões das celas unitárias Comparação das dimensões das celas unitárias de um piroxênio e de um anfibólio evidencia a presença de cadeias duplas DiopsídioTremolita a9,75 Å 9,86 Å b8,90 Å18,05 Å c5,25 Å 5,29 Å

39 Clivagem em anfibólios 56 e 124

40 Ver também informações sobre a hornblenda


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