FAMÍLIA DA SÍLICA

TECTOSSILICATOS

SiO2

SiO2, assim como muitos outros compostos, ocorre com diferentes estruturas: POLIMORFOS.

São os minerais da Família da Sílica:

Quartzo

Tridimita

Cristobalita

Coesita

Stishovita

Moganita

Cada polimorfo apresenta uma forma diferente de estrutura tridimensional de tetraedros de SiO2.

QUARTZO

Trigonal;

Simetria trapezoidal;

Mineral dominante na crosta superior;

Importante fonte de Si;

Importante material piesoelétrico.

•constitui 12-24 % da crosta.

•muito estável, não sofre alteração intempérica.

Quartzo Alfa e Beta

Polimorfos formados por transformação deslocativa a ~560o C e 1 bar.

Em alta T, os íons no quartzo ß se movem em distâncias maiores uns dos outros, fazendo com que as cadeias sejam mais retilíneas.

Os tetraedros formam uma espiral ao longo de (001). Estas espirais são cristalograficamente definidas como eixos de parafusos e podem ser esquerdos ou direitos.

Estrutura e Morfologia do Quartzo

Quartzo β - hexagonal Prisma e bipirâmide hexagonal

Quartzo α – Trigonal Prisma e dois romboedros (r e z) e trapezoedro (x)

As fortes ligações entre Si e O, iguais em todas as direções, resultam na ausência de clivagem, e em propriedades físicas semelhantes em todas as direções, como p.ex. a dureza, o índice de refração, a birrefringência baixa (resultande do baixo retardo.

Transformações Deslocativas

Envolvem a distorção do retículo, sem a quebra das ligações químicas entre os elementos.

Variedades macrocristalinas de Quartzo:

Ametista: cor violeta devido à impurezas de Fe3+ exposta à radiação ionizante tornando-se Fe4+;

Quartzo Fumê: cor cinza devido a centro de cor relacionado com Al;

Quartzo rosa: maciço, a cor é devida a centros de cor relacionados ao Ti (?), ou inclusões de borosilicatos de aluminio ou a defeitos cristalinos;

Citrino: presença de Fe3+ ;

Jaspe: inclusões de hematita;

Crisoprásio: inclusões de um filossilicato de Ni.

Variedades microcristalinas de Quartzo

Calcedônia: formada pela precipitação de soluções aquosas. Normalmente precipitada em cavidades.

Ágata: variedade de calcedônia que apresenta camadas alternadas com diferentes cores e porosidade.

Variedades Fibrosas

Variedades Granulares

Flint – nódulos silicosos escuros normalmente encontrados em calcários; Chert – depósitos bandados de cores claras. Jaspe – variedade de quartzo microcristalino granular de cor vermelha. Prásio (crisoprásio) – silmilar ao jaspe, de cor verde.

Opala: Não amorfa, embora os cristais sejam muito pequenos (1000 Å ); a variedade de cores resulta da presença de inclusões minerais;

Sílica amorfa não é estável e com o tempo se transforma em uma fase cristalina. Quanto tempo é necessário para que esta transformação ocorra? As opalas mais antigas encontradas têm 65 ma.

Opala SiO2.nH2O

• SiO2 não cristalino e hidratado

•Depositada a partir de “Hot Springs”, águas meteóricas ou soluções magmáticas de baixa T; também formada por organismos secretores de sílica.

A forma mais amorfa de opala é chamada de opala-A (A – amorfa). Com o tempo ela se transforma em opala-CT (cristobalita-tridimita), depois em opala- C e depois numa mistura de quartzo e moganita para finalmente adquirir a estrutura do quartzo. Esta é uma transformação gradacional que corresponde ao aumento da cristalinidade.

Usos

Gemas e material ornamental; Como partículas finas: abrasivos, fabricação do vidro, concreto ... Como pó: porcelana, tintas, lixas ... Material de construção e pavimentação; Instrumentos óticos: lentes e prismas, acessórios para microscópios polarizadores; Chips para computadores; Osciladores para controle de frequência – uso em relógios.

Como o cristal de quartzo é capaz de marcar o tempo?

Se um cristal de quartzo for apertado na direção perpendicular ao eixo c, uma leve, mas mensurável, carga elétrica positiva se forma em um extremo, o que resulta em uma carga negativa no outro. Da mesma maneira, se o processo for revertido e for usada uma bateria para aplicar a diferença de carga, o cristal vai flexionar e vibrar. Dependendo do tamanho, da forma e da frequência da vibração do cristal, ele pode vibrar dezenas de milhares de vezes por segundo. Contando as vibrações, o relógio marca o tempo com grande precisão. O quartzo pertence a um grupo espacial que não tem centro de simetria, se tivesse centro, não teria essa propriedade.

Polimorfos gerados por transformações reconstrutivas:

Tridimita

Cristobalita

transformações reconstrutivas

São geradas pela quebra das ligações, com consequente formação de uma nova estrutura cristalina.

Uma sequência de transformações polimórficas leva à formação da fase mais estável, tridimita-β. Em T até 1105°C a tridimita é monoclínica ou raramente triclínica. Entre 1105 e 1350°C é ortorrômbica e acima disso (entre 1350º e 1470ºC) é hexagonal. Esta última é a estrutura mais comum.

Tridimita

•Os tetraedros são arranjados em folhas, apontando alternadamente para cima e para baixo;

•Compartilham os Oxigênios com os tetraedros das outras folhas.

•Ocorre em rochas vulcânicas, basaltos lunares e meteoritos rochosos.

•É encontrada em rochas vulcânicas (especialmente em pequenas cavidades).

Cristobalita

Existem dois polimorfos: cristobalita α – tetragonal, estável abaixo de 1268oC e cristobalita β, estável entre 1470 e 1728°C. Entre os dois intervalos a cristobalita é metaestável. Todas as espécies são polimorfas da cristobalita β e retêm a sua forma cúbica.

Na estrutura da cristobalita, cada tetraedro ocorre no vértice ou na face de um cubo regular, que é a célula unitária deste mineral.

Com o aumento da T, hà a inversão da simetria hexagonal do Quartzo para a simetria “cúbica” da Cristobalita.

Coesita SiO2

•Fase de alta Pressão

•Densidade = 3.01 g/cm3 (vs.2.65 g/cm3 do quartzo)

•Forma anéis de 4 membros

•Encontrada em crateras de meteoritos e em kimberlitos e eclogitos.

Estrutura composta por anéis de 4 tetraedros ligados nas três dimensões, lembrando a estrutura dos feldspatos.

Stishovita SiO2

•Fase de pressão muito alta (› 160 Kb).

•Densidade = 4.35 g/cm3

•Estrutura com Si em coordenação 6 devido a mudança no raio do O-2 e do Si4+ devido a pressão.

•Encontrada em crateras de meteoritos.

Estrutura em que O Si em coordenação 6 forma cadeias ligadas pelo compartilhamento dos vértices.

Diagrama de Fases dos Polimorfos de SiO2

A identificação dos polimorfos pode ser muito útil para a compreensão de problemas geológicos. P.ex.: Toda a vez que um meteorito atinge a terra, grãos de quartzo das rochas são expostos à altas pressões causando a sua transformação em coesita/stishovita. Assim, uma forma de encontrar sítios de impacto de meteoritos é através da análise da estrutura destes minerais. A cratera de Chixulub (relacionada à extinção dos dinosssauros) foi encontrada pelo exame de furos de sondagem de uma empresa petrolífera no Golfo de México que descobriu uma camada rica em coesita, bem como anomalias de elementos traços que indicaram a sua origem.

Então:

•Transformações Polimórficas Deslocativas: Quartzo Alfa e Beta.

•A inversão se dá pelo resfriamento;

•As espécies mantém o mesmo nome.

•Transformações Polimórficas Reconstrutivas:

•Tridimita e Cristobalita

•Estruturas diferentes = nomes diferentes.

Quartzo Beta

Tridimita

•As fases de alta T têm simetria maior (= maior entropia).

•As fases de alta pressão têm maior densidade e o Si faz coordenação 6 com o Oxigênio.

Quartzo em arenito

LN NC