5 - Mineralogia Química
A Mineralogia Química é a parte da Mineralogia que estuda as composições e propriedades químicas dos minerais.
5.1 - Composição Química.
A composição química de um mineral é de importância fundamental, pois todas as outras propriedades dependem dela em grande escala. Contudo, estas propriedades não dependem somente da composição química, mas também do arranjo dos átomos constituintes e da natureza das forças de ligação que os mantêm unidos. O estudo das relações entre composição química, estrutura interna e as propriedades físicas dos minerais é denominado de Cristaloquímica.
A composição química de um mineral serve para a identificação, classificação e determina sua utilização como fonte de elementos ou substâncias metálicas e não-metálicas usadas pelo homem. Ela vem sendo usada na classificação dos minerais desde a metade do século XIX. De acordo com esse esquema, os minerais são divididos em Classes Minerais, de acordo com o ânion ou grupo aniônico dominante.
Apesar dos minerais apresentarem composição química definida por uma fórmula química mínima, na natureza os minerais cristalizam-se a partir de substâncias e soluções de composição complexa, sendo oferecidas amplas oportunidades para que ocorra a substituição de um íon por outro, de maneira que muitos minerais podem apresentar variação em sua composição química, conforme as localidades de procedência e mesmo entre espécimes de uma mesma localidade. Assim, a variação na composição química dos minerais ocorre por “substituição iônica”, ou seja, substituição dos átomos de um elemento pelos de outros numa determinada estrutura cristalina. Os principais fatores que determinam a extensão em que esta substituição pode ocorrer são: o tamanho e valência do íon e a temperatura de cristalização.
Desta forma, o valor de alguns minerais pode originar-se do fato de conterem um elemento que é um constituinte acessório, e não essencial, como por exemplo, o Th na Monazita, a Ag na Tetraedrita ou de elementos que aparecem como impureza, assim como o Ni na Pirrotita.
5.2 - Propriedades Químicas.
Isomorfismo - é a propriedade de uma espécie mineral apresentar composições químicas diferentes, mas análogas, e cristalizar-se no mesmo sistema cristalino, onde certos elementos se substituem em proporções variáveis, constituindo uma série de cristalização, assim como a Série Isomórfica dos Plagioclásios (anortita, bytownita, labradorita, andesina, oligoclásio e albita).
Polimorfismo - é a propriedade de duas ou mais espécies minerais apresentarem a mesma composição química e diferentes estruturas cristalinas, tendo, muitas outras propriedades físicas e químicas diferentes também, porque estas dependem da estrutura cristalina do mineral. São exemplos de minerais polimorfos: Diamante – C (Isométrico) com a Grafita – C (Hexagonal) e Aragonita – CaCO3 (Ortorrômbico) com a Calcita – C (Romboédrico).
Pseudomorfismo - fenômeno de formação de um pseudomorfo, ou seja, de um mineral de forma falsa. A composição química e a estrutura interna de um pseudomorfo pertencem a uma mesma espécie mineral, ao passo que o contorno do cristal (forma externa) corresponde à outra. Desta forma, um pseudomorfo é um mineral que por substituição ou incrustação ou alteração, mostra forma externa de outra espécie mineral. Exemplos de pseudomorfismo:
- pseudomorfo de limonita sobre pirita.
- pseudomorfo de sílica sobre madeira (madeira petrificada ou “psarôniu”.).
5.3 - Forças de Ligação nos Cristais.
As forças que ligam entre si os átomos componentes dos sólidos cristalinos são ligações químicas, descritas como pertencendo a um ou outro dos quatro tipos principais de ligação: Ligação Covalente (mais forte), Ligação Metálica, Ligação Iônica e Ligação de Van der Waals (mais fraca).
A espécie e a intensidade destas forças são de grande importância na determinação das propriedades físicas e químicas dos minerais. A dureza, a clivagem, a fusibilidade e a condutibilidade elétrica e térmica dos minerais estão diretamente relacionadas com o tipo e a intensidade das forças de ligação. Quanto mais forte for a ligação, por exemplo, maior a dureza e o ponto de fusão de um cristal.
Entre as substâncias minerais que ocorrem naturalmente, com sua enorme diversidade e complexidade, é rara a presença de um tipo de ligação único, coexistindo na maioria dos minerais mais de um tipo de ligação. Quando isto ocorre, o cristal participa das propriedades dos diferentes tipos de ligação. Assim, por exemplo, no mineral Grafita, a coesão dos átomos das camadas delgadas é o resultado da ligação covalente forte no plano das camadas, ao passo que a clivagem excelente, reflete a ligação fraca de Van der Waals unindo as camadas umas às outras.
Quanto ao número de ligações químicas, os minerais são classificados em:
Homodésmicos - minerais que possuem apenas um tipo de ligação química. Por exemplo: Diamante - C (ligação covalente), Halita - NaCl (ligação iônica) e Ouro - Au (ligação metálica).
Heterodésmicos - minerais que possuem mais de um tipo de ligação química, de intensidade e caráter diferentes. Por exemplo: Grafita – C (ligação covalente e ligação de Van der Waals) e Calcita – CaCO3 (ligação covalente e ligação iônica)
Algumas características dos minerais conferidas pelo tipo de ligação:
Ligação Covalente (mais forte) - insolubilidade geral, grande estabilidade, pontos de fusão/ebulição elevados e não são condutores de eletricidade.
Ligação Metálica - maleabilidade, ductilidade e condutividade elétrica e térmica elevadas; dureza, pontos de fusão e ebulição geralmente baixos. Entre os minerais, somente os metais nativos apresentam ligação metálica pura.
Ligação Iônica - dureza e densidade relativa moderadas, pontos de fusão e ebulição razoavelmente altos, maus condutores de calor e eletricidade. A maioria dos minerais apresenta este tipo de ligação.
Ligação de Van der Waals (mais fraca) - clivagem fácil e dureza baixa.
5.4 - Dedução de Fórmula Química dos Minerais.
Todas as fórmulas químicas atribuídas aos minerais foram calculadas a partir de análises químicas, as quais fornecem, em peso por cento, os teores de seus componentes químicos. Esses teores não representam as relações numéricas dos componentes dos minerais entre si, pois os elementos químicos possuem pesos atômicos diferentes.
Consideremos a seguinte análise:
Cu = 34,30 % ; Fe = 30,59 % ; S = 34,82 %.
Para se deduzir a fórmula química do mineral, procede-se da seguinte forma:
1. Recalcular os teores dos elementos para 100 %:
99,71 ------------ 100 % % CuRec = 34,40
34,30 ------------ % CuRec
2. Calcular as Proporções Atômicas dos Elementos:
Prop.Atom. do Cu = % CuRec : Peso Atômico do Cu
Prop.Atom. do Cu = 0,541
3. Calcular as Relações Atômicas dos Elementos:
Rel.Atom. do Cu = 0,541 : 0,541 = 1
Rel.Atom. de Fe = 0,549 : 0,541 = 1, 01 ® 1
Rel.Atom. do S = 1,089 : 0,541 = 2.01 ® 2
Tabela dos Dados:
Elemento ou Composto | % em peso | % em peso Recalculada | Peso Atômico | Proporção Atômica | Relação Atômica |
Cu | 34,30 | 34,40 | 63,54 | 0,541 | 1 |
Fe | 30,59 | 30,68 | 55,85 | 0,549 | 1 |
S | 34,82 | 34,92 | 32,07 | 1,089 | 2 |
TOTAL | 99,71 | 100,00 |
Relação Atômica ® 1 : 1 : 2 ® 1 Cu : 1 Fe : 2 S
Fórmula Química do Mineral ® CuFeS2
Nome do Mineral ® CALCOPIRITA
Classe Mineralógica ® Sulfeto
material excelente.
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