Matéria da Prova - Mineralogia Química

                                                            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 %                       % Cu_Rec = 34,40

            34,30 ------------ % Cu_Rec

2. Calcular as Proporções Atômicas dos Elementos:

            Prop.Atom. do Cu =  % Cu_Rec : 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

Trabalho de filosofia

Aristóteles

               O mundo real para Platão seria o mundo inteligível ou das ideias, enquanto um plano objetivo e independente ao próprio homem. Lá estariam as coisas verdadeiras, inclusive o BEM EM SI. Por essa razão o conhecimento dependeria exclusivamente do pensamento racional enquanto único instrumento capaz de alcançar as formas dos seres, isto é, a realidade. Aristóteles, por sua vez, inverteu a posição do seu mestre e concebeu como verdadeiro os seres particulares, logo capazes de ser conhecidos pelos órgãos da sensibilidade. O pensamento partiria dos seres individuais e, por um processo de abstração, chegaria as noções gerais, necessárias para a consecução do conhecimento, posto que todo conhecimento é sempre conhecimento dos universais (as explicações míticas são sempre de fenômenos particulares - Ex: mito de Narciso). Contestou, inclusive, a noção de BEM EM SI, pois entendia que BEM podia ser dito de diversas formas.

               Por essa razão o filósofo estagirita tentou explicar o mundo físico partindo do pressuposto de que a realidade (física e humana) é produzida por um enorme encadeamento de CAUSAS e EFEITOS, os quais chamou de energia. Assim, para explicar o mundo físico, criou a teoria da CAUSALIDADE UNIVERSAL, ou seja, o entendimento de que tudo que existe deve possuir causas e conhecer é "conhecer pelas causas", que no seu entendimento são de quatro tipos: MATERIAL, FORMAL, EFICIENTE e FINAL. Se faltar a compreensão de uma causa, não existirá conhecimento.

               Aristóteles pensava no mundo físico como uma realidade QUALITATIVA, como um ser vivo. A física moderna, por sua vez, o pensa como algo capaz de ser reduzido a um valor matemático, isto é, como "natureza morta". Para os modernos as causas se resumem a apenas uma, não interessando quem deu causa ou qual a finalidade dos fenômenos (causas eficiente e final).

               A causa material é a matéria da qual as coisas são feitas. Como a matéria precisa de uma forma, Aristóteles admite a CAUSA FORMAL como componente do mundo físico, embora não a conceba como forma dos seres individuais, mas no sentido de sua essência (universal, como a forma platônica). Como para o filósofo tudo que existe possui uma finalidade, imaginou a CAUSA FINAL, que, junto com a CAUSA EFICIENTE (quem ou que deu origem às coisas), compõe o aspecto abstrato da realidade, isto é, somente alcançáveis pelo pensamento. Isso revela que o conhecimento para o filósofo depende tanto dos sentidos, como do intelecto humano.

               Mas essa forma de explicar as coisas encontrou um dilema: como explicar o UNIVERSO a partir da teoria das 4 causas, visto que as causas material e formal são passíveis de conhecimento, mas as causas eficiente e final, não?

            O filósofo investigou as causas final e eficiente do UNIVERSO em uma obra que denominou de METAFÍSICA. Ele observou que existe uma ordem universal e assim deduziu duas teorias: da PRIMEIRA CAUSA e da SUBSTÂNCIA ORDENADORA.

              Na Teoria da "Primeira Causa" ou "Causa Imóvel" o universo seria proveniente da ação de um ser cuja existência não é promovida por qualquer outro ser, ou seja, um ser incausado (Ato Puro). Este seria o "Motor Imóvel" de Aristóteles. Sem admitir a existência do Motor Imóvel seria impossível pensar o universo, posto que o pensamento iria ao infinito, logo impossível de produzir uma conclusão inteligível (raciocínio semelhante a "Teoria do Terceiro Homem", com a qual critica a "Teoria da Ideias" de Platão). Assim a causa eficiente do universo é explicada.

            Com a "Teoria da Substância Ordenadora", supôs que a finalidade do universo seria a de manter a unidade interna inerente a multiplicidade das coisas, garantida pela ação de uma substância ordenadora.

              Por substância, Aristóteles entendia o que estava por baixo (não pode ser visto), com a qual, aliada a Teoria da POTÊNCIA e ATO, tentou explicar o que para Platão não era um problema: o movimento dos seres.

Um Feliz Natal!!!

                    Ouvi dizer que o Natal perdeu seu significado...

                        Que deu lugar ao consumismo,

Árvores de Natal

e Papai Noel

Mas eu prefiro lembrar que neste Natal,

Por conta dos empregos temporários,

Muitas pessoas puderam resgatar um pouco de sua dignidade.

E que por conta do dinheirinho extra que receberão

Muitos pais e mães de família poderão

Oferecer uma mesa mais farta aos seus filhos

Prefiro lembrar que

por conta das Campanhas de Solidariedade feitas nesta época

algumas crianças ganharão, sim, algum brinquedo.

E que você...

Você poderá dar Aquele Abraço nas pessoas que você gosta

Mas que “por falta de motivo” pra abraçar

Ficou contido até agora...

E, talvez, neste momento você perceba que,

Bem ou mal,

No Natal, o Amor está em toda parte!

Mas, se ainda assim, você não quiser celebrar nesta data

Não tem problema:

Quero te convidar a viver com o Espírito do Natal

Todos os teus dias!

História da Mineração.

Origem

               Materiais como o sílex, para produzir fogo, e os que contêm pigmentos, como a ocra e o manganês, foram provavelmente as primeiras substâncias obtidas por mineração. As designações "idade do bronze" e "idade do ferro" para períodos arqueológicos também indicam a exploração e o uso desses minerais em épocas remotas. Grandes blocos extraídos por escavação superficial de pedreiras foram o material de construção das pirâmides do Egito, algumas das quais consumiram mais de dois milhões de blocos com cerca de 15 toneladas cada.

               O conhecimento e a capacidade de trabalhar os metais dão a medida do grau de civilização de um povo. Em 3000 a.C., o Egito tornou-se a mais importante civilização do mundo, ao mesmo tempo em que passou a dominar a mineração de cobre em Meghara, na península do Sinai. Durante cerca de dois séculos e meio, os fenícios mantiveram segredo sobre a descoberta de minas de estanho em seu território. A exploração dessas minas, seguida de seu monopólio comercial, constituiu fator decisivo para manter a supremacia de Cartago e lhe propiciou, em parte, o controle do comércio no reduzido mundo de então. Finalmente, o Império Romano só dominou o mundo depois de conquistar os amplos recursos minerais da Espanha. Mesmo na idade contemporânea, a história está repleta de exemplos desse tipo, pois a exploração e o tratamento dos minerais, além de servir de base ao progresso industrial e ao comércio, em função da tecnologia alcançada, é uma das bases do poder econômico, militar e político.

               Um dos antigos métodos de mineração, primeiramente documentado pelos romanos, consistia em acender fogo sobre as rochas que, com o calor intenso, se expandiam e rachavam. O livro De re metallica (1556; Sobre os metais), de Georgius Agricola, é a melhor fonte de informação sobre antigas técnicas de mineração, algumas das quais ainda são utilizadas, ou o eram até há bem pouco tempo. Essas técnicas incluem instrumentos como picaretas e martelos, sistemas de bombeamento e ventilação, além de carros de mão.

               O uso da pólvora fez progredir a técnica da mineração, e mais ainda a dinamite, em meados do século XIX, aperfeiçoada com suplementos no século XX. A evolução das técnicas de perfuração também ampliou a capacidade de mineração. Acredita-se que a primeira sonda rotativa tenha sido utilizada na Inglaterra, em 1813, e versões aprimoradas apareceram ao longo do século XIX.

                A mineração -- especialmente do carvão -- foi o eixo central para o progresso da tecnologia industrial.             A aplicação das bombas e máquinas a vapor, num ramo vital de importância crescente até meados do século XVIII, foi o primeiro passo para a siderurgia, com a substituição da lenha pelo carvão mineral. No caso da máquina a vapor, a mineração lhe forneceu os elementos essenciais (ferro e carvão), e dela recebeu, mais tarde, contribuições indiretas sob a forma de mecanismos de extração, equipamentos, transportes, sistemas de ventilação etc.

Ciclo da mineração no Brasil

               Desde o século XVI, partiam da Bahia para o interior do Brasil expedições empenhadas em encontrar minas de prata. No século XVII, Fernão Dias saiu de São Paulo com seus seguidores em busca de prata e esmeraldas em Sabará. Só no fim do século XVII, porém, revelou-se em Minas Gerais a ocorrência de ouro. Os diamantes foram descobertos na segunda década do século XVIII. Com isso, a mineração tornou-se a mais importante atividade econômica da colônia durante toda a primeira metade do século XVIII.

               Nessa época, também já tinham sido localizadas riquezas auríferas em Mato Grosso e, em 1725, descobriu-se ouro em Goiás. O governo criou duas casas de fundição e, diante da nova e mais lucrativa atividade que surgia, a agricultura foi gradativamente relegada ao abandono. Em pouco tempo, o açúcar, principal produto de exportação de Pernambuco e da Bahia, nem sequer encontrava colocação no mercado.

               Com o atrativo da mineração, a migração para a colônia tornou-se tão intensa que a metrópole chegou a proibi-la. Portugal criou então um imposto que montava à quinta parte da produção. O exagero na cobrança do "quinto", nome que se deu ao tributo, conduziu a conspirações e levantes autonomistas. A partir da segunda metade do século XVIII, porém, com o esgotamento das minas, começou a decadência da mineração e cogitou-se reativar a agricultura.

               No século XIX, começaram as tentativas de aplicação de técnicas modernas de mineração, com a vinda de especialistas europeus. A maioria, no entanto, falhou, com prejuízo para as companhias brasileiras ou inglesas que nelas investiram. No início do século XIX, tentou-se modernizar a mineração do ferro, incipiente no período colonial, mas a experiência fracassou por motivos técnicos e econômicos. Findo o ciclo do ouro, o Brasil enfrentou uma grave crise econômica só interrompida em meados do século, com a exportação de café.

Fonte:http://www.coladaweb.com/quimica/quimica-ambiental/mineracao

O que é mineração??

                  Mineração, atividade econômica também designada, num sentido mais amplo, como indústria extrativa mineral ou indústria de produtos minerais, se define na classificação internacional adotada pela Organização das Nações Unidas (ONU) como a extração, elaboração e beneficiamento de minerais que se encontram em estado natural sólido, como o carvão e outros; líquido, como o petróleo bruto; e gasoso, como o gás natural. Nessa acepção mais abrangente, inclui a exploração das minas subterrâneas e a céu aberto, as pedreiras e os poços, com todas as atividades complementares para preparar e beneficiar minérios e outros minerais em bruto: trituração, lavagem, limpeza, classificação, granulação, fusão, destilação inicial e demais preparativos necessários à comercialização dos produtos sem alterar sua condição primária.

                    Alguns metais, como o ouro, a prata, o cobre e a platina, encontram-se em estado puro. A maioria, porém, se apresenta em combinações: óxidos, carbonatos, sulfetos etc., quase sempre ainda misturados a substâncias estéreis, constituindo o que se chama ganga. De acordo com o tamanho, a forma, a profundidade e as características físicas do minério, as jazidas podem ser exploradas na superfície (a céu aberto) ou por meio da lavra subterrânea.

                                           Operações de mineração

       Modernamente, a mineração é uma atividade cara e complexa. Tem início com a localização de jazidas minerais cuja produção provável venha a compensar os custos de extração. Para calcular as reservas de uma jazida, ou seja, a quantidade de um minério disponível, fazem-se mapas geológicos de superfície e subsolo, por meio de sondagens, galerias, poços, trincheiras etc., que mostrarão as condições geofísicas de uma dada região. A coleta das amostras (amostragem) permitirá a dosagem dos teores do elemento (ou elementos) e sua distribuição na superfície e em profundidade.

          A finalidade industrial do mineral a ser explorado pode ser determinante da escolha do processo de mineração. Assim, as amostras do mineral colhidas na fase de prospecção devem ser representativas, para que se determine o processo de tratamento mais adequado. As minas modernas empregam computadores e outros equipamentos sofisticados para esses cálculos.

        Uma vez determinado o local e o tamanho aproximado da jazida, os engenheiros estudam a melhor maneira de realizar a mineração. A exploração de minas subterrâneas, por exemplo, envolve operações de sondagem, perfuração, extração, carregamento e transporte. Além disso, as minas precisam ser ventiladas e iluminadas. Nesses processos, usam-se sondas, perfuratrizes, brocas, guindastes, vagonetes e muitos outros equipamentos.

• Prospecção- A operação de sondagem visa a pesquisar o local, a fim de determinar o ponto exato de abertura dos poços, em função do posicionamento das jazidas. Em geral utilizam-se sondas de percussão, que impactam a rocha com uma broca em forma de talhadeira, feita de carbonato de tungstênio extremamente duro; ou sondas rotativas, dotadas de cabeças rotativas com dentes de metal duro, que entalham, raspam, quebram e trituram a rocha. Há ainda o modelo misto, que são as sondas de percussão rotativa. Em solos pouco consistentes, às vezes é necessário instalar tubos para orientação das sondas. Há outros métodos de prospecção, como o eletrolítico, o sismográfico e o gravítico.
• Perfuração e extração- A perfuração para exploração das minas é feita mediante poços e galerias escavados e em seguida revestidos, sobretudo nos terrenos menos consistentes, com madeira, cimento armado ou ferro. Em muitos casos há necessidade de empregar explosivos, dos quais os mais comuns utilizam compostos de carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio, alguns com a finalidade de servir como combustível e outros como agentes que provocam a combinação química com o oxigênio. Esses compostos têm a propriedade de reagir rapidamente e liberam grande quantidade de energia química.  Num sopro de explosão, a energia da reação química serve para inflamar os explosivos e manter o processo termodinâmico da propagação da onda de choque a temperaturas elevadas (até 5.200o C) e pressões de até 200.000 vezes a pressão atmosférica. Os explosivos são, portanto, substâncias capazes de produzir, em milésimos de segundo, muito calor e grande volume de gases que, por se encontrarem em recipientes fechados, provocam pressões elevadíssimas.
• Carregamento e transporte- O carregamento do material extraído dos filões ou camadas da mina se faz através de poços e galerias, em vagonetes que são depois içados até a superfície. A ventilação é imprescindível para proporcionar uma atmosfera respirável, fazer a exaustão de gases venenosos ou explosivos e proporcionar ar fresco nas minas de temperatura elevada. Os gases nocivos se geram, em algumas minas de metal, tanto pela ação da água acidulada sobre a rocha quanto pelos explosivos utilizados no desmonte. Da mesma forma, é preciso remover, nas minas de urânio, a radioemissão, devido a sua radioatividade.
• Mineração a céu aberto-As mesmas operações descritas para a mineração subterrânea se aplicam à mineração a céu aberto: sondagem, perfuração, extração, carregamento e transporte. A diferença reside no tipo de mineral, que pode ocorrer em camadas superiores e, assim, permitir a exploração de superfície. Os produtos mais comuns explorados a céu aberto são a hulha, o cobre, minérios de ferro e produtos minerais não-metálicos, como a argila, o gesso, a rocha fosfatada e vários tipos de pedra, areia e cascalho.

Fonte: http://www.coladaweb.com/quimica/quimica-ambiental/mineracao

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