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

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

SILICATOS - O TETRAEDRO DE SiO44- 1 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-

2 vértices: cadeias simples inossilicatos (ino=corrente) (Si2O6)4- 2 ou 3 v.: cadeias duplas (Si4O11)6- 3 v. : folhas filossilicatos (Si4O10)4- 4 v.: 3D tectossilicatos SiO2

SILICATOS - FÓRMULA GERAL e número de coordenação 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-

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

ZrSiO4 Zircão Topázio Andradita:Ca3Fe3+2(SiO4)3 (granadas:X3Y2(SiO4)3) Al2SiO4(F,OH)2 Cianita Al2SiO5 Estaurolita Fe2Al9O6(SiO4)4OOH

Exemplo: grupo da olivina

Exemplo: grupo da olivina Grupo da Olivina: cor verde oliva e verde acinzentado Principais minerais: Forsterita (Mg2SiO4) e Fayallita (Fe2SiO4), solução sólida: substituição de Mg e Fe em qq proporção Sistema 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

SOROSSILICATOS Unidade Estrutural = (Si2O7)6- Melilita Ca2Mg(Si2O7) Lawsonita CaAl2(Si2O7)(OH)2.H2O Calamina Zn4(Si2O7)(OH)2.H2O Os tetraedros de (SiO4)4- compartilham um O2- dos vértices. Os pares de tetraedros são unidos pelos cátions da estrutura.

Estrutura de um sorossilicato

Exemplo: grupo do epídoto Fórmula geral: X2VIII Y3VI (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 turmalina berilo cordierita Si6O1812- BaTiSi3O9 - benitoita (Si4O11)6- papagoita: CaCuAlSi2O6(OH)3

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 BeIV3AlVI2Si6O18

Berilo BeIV3AlVI2Si6O18 cela unitária superior inferior c b a

Berilo BeIV3AlVI2Si6O18 - retículo Canais OH H2O F Rb Cs Na K http://webmineral.com/data/Beryl.shtml

Na(Mg,Fe,Li,Al)3Al6 [Si6O18](BO3)3(O,OH,F)4 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,Al Y=Al http://webmineral.com/data/Schorl.shtml

Inossilicatos Cadeias 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, Li e 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] O2- 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) http://webmineral.com/data/Diopside.shtml

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 Y5VI (Si4O11)2 (OH)2 X = Ca, Na, K Y= 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)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   Diopsídio Tremolita a 9,75 Å 9,86 Å b 8,90 Å 18,05 Å c 5,25 Å 5,29 Å Comparação das dimensões das celas unitárias de um piroxênio e de um anfibólio evidencia a presença de cadeias duplas

Clivagem em anfibólios

Ver também informações sobre a hornblenda http://webmineral