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Classificação geral de estruturas cristalinas A classificação que permite agrupar a gran- de maioria das estruturas baseia-se na relação cátion-ânion e.

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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.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. EstruturaPadrãoEstruturaPadrão AXHalitaABX 3 Calcita Cloreto de Aragonita Cs (P > 18Kb)Ilmenita Esfalerita Perowskita AX 2 FluoritaABX 4 Zircão RutiloMonazita A 2 X 3 CorindonA 2 BX 4 Olivina Espinélios Espinélios

2 Classificação das estruturas dos silicatos Os silicatos, em conseqüência da polimerização 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-O 4 compartilhados: nenhum, 1, 2, 3 ou 4, formando estruturas com tetraedros isolados, anéis, cadeias, folhas ou redes. Serão analisados à parte.Os silicatos, em conseqüência da polimerização 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-O 4 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 Prata Ouro Cobre

5 3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12 arranjo compacto e econômico 1) Grupo do Au: Au, Ag, Cu, Pb1) Grupo do Au: Au, Ag, Cu, Pb Arranjo = cúbico de faces centradas (CCP)Arranjo = cúbico de faces centradas (CCP)

6 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, mais raramente, CCP.

7 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)

8 ESTRUTURAS CRISTALINAS TIPO AX São as estruturas mais simples: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. 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.

9 Retículos possíveis p/ estruturas tipo AX CCP (ou FCC) = mais freqüenteCCP (ou FCC) = mais freqüente BCC = mais raro (CsCl – P > 18kb)BCC = mais raro (CsCl – P > 18kb) HCP = nuncaHCP = nunca

10 Halita

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

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

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

14 Qual a UNIDADE ESTRUTURAL da halita? UNIDADE ESTRUTURAL (Z) = Número mínimo de moléculas 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.UNIDADE ESTRUTURAL (Z) = Número mínimo de moléculas 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.

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

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

17 ESFALERITA ou BLENDA (ZnS) (O mais importante minério de zinco. Dureza 3,5-4; Cd, Ga e In como subprodutos)

18 Tipo de cela unitáriaTipo de cela unitária –CCP (ou FCC) Sistema cristalinoSistema cristalino –Cúbico N.C. Zn 2+ = 4 N.C. S 2- = 4N.C. Zn 2+ = 4 N.C. S 2- = 4

19 Hábito = tetraedros c/ ápices cortados. 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 Zn 2+ ou S 2- características físico-químicas heterogêneas crescimento diferenciado dos cristais 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 Zn 2+ ou S 2- características físico-químicas heterogêneas crescimento diferenciado dos cristais Clivagem = perfeita nos planos (110)Clivagem = perfeita nos planos (110)

20 Hábito da esfalerita

21 Qual a UNIDADE ESTRUTURAL da esfalerita? Zn 2+ dos vértices são compartilhados por 8 celas 1 Zn 2+ p/ cela unitáriaZn 2+ dos vértices são compartilhados por 8 celas 1 Zn 2+ p/ cela unitária Zn 2+ do centro das faces são compartilhados por 2 celas 3 Zn 2+ p/ cela unitáriaZn 2+ do centro das faces são compartilhados por 2 celas 3 Zn 2+ p/ cela unitária TOTAL DE Zn 2+ = 4 íons S 2- dentro do cubo 4 S 2- p/ cela unitáriaS 2- dentro do cubo 4 S 2- p/ cela unitária TOTAL DE S 2- = 4 íons TOTAL DE S 2- = 4 íons UNIDADE ESTRUTURAL = 4 ZnS

22 Calculando de outra forma: molécula-grama de ZnS = 97,45 gmolécula-grama de ZnS = 97,45 g Densidade ZnS = 4,096 g/cm 3Densidade ZnS = 4,096 g/cm 3 Qual o volume ocupado por um mol de esfalerita?Qual o volume ocupado por um mol de esfalerita? 1 cm ,096 g de ZnS X ,45 g de ZnS X = 23,79 cm 3 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 (nº de moléculas p/ mol) ,79 cm 3 Z (5,406 x ) 3 Z = 3,999 ~ 4 Z = 3,999 ~ 4

23 Diamante (Dureza 10; alto índice de refração e grande reflexão da luz brilho)

24 DIAMANTE (C) Tipo de cela unitáriaTipo de cela unitária CCP (ou FCC) Sistema cristalinoSistema cristalinocúbico N.C. do CN.C. do C –4 (coordenação tetraédrica) HábitoHábito –octaédrico, mais raramente dodecaédrico

25 Tipo de estrutura Se substituírmos Zn 2+ e S 2- por C na estrutura da esfalerita teremos a estrutura do Diamante ESTRUTURA DERIVADASe substituírmos Zn 2+ e S 2- 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)Os tetraedros de coordenação estão orientados de forma que suas faces estão sempre //s aos planos que cortam os vértices (arranjo de pirâmides empilhadas)

26 Clivagem É perfeita nos 4 planos do octaedro {111}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} ) 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} )

27 Clivagem do diamante

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

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


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