View
79
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 1/32
Cris t a is e Cr is t a l izaç ão
Prof. Henrique Senna Diniz Pinto
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 2/32
Cr is t a is e Cr is t a l izaç ão
ROCHAS ÍGNEAS são (em essência) produtos da CRISTALIZAÇÃO DE UMA FUSÃO
silicática também denominada MAGMA. Normalmente formadas entre 650 e1.200ºC.
O MAGMA é na realidade uma fusão silicática parcialmente heterogênea
contendo gás dissolvido e cristais ou agregados cristalinos .
Minera is essenc ia is se desenvolvem por alguns processos de
cristalização durante o resfriamento.
Em ROCHAS ÍGNEAS
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 3/32
Xenocr is ta is podem estar presentes nestas rochas – formados
durante processos secundários como:
1 ) A lt e r aç ã o De ut é ri c aProcesso onde fluidos ricos em água, que se concentraram durante a
cristalização magmática, alteram o material cristalizado anteriormente
(durante o resfriamento do magma).
2 ) I nt e m pe ri sm o
Processo onde atuam agentes da dinâmica externa (chuva, vento, etc).
Cr is t a is e Cr is t a l izaç ão
Em ROCHAS ÍGNEAS
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 4/32
Cr is t a is e Cr is t a l izaç ão
A grande diversidade de formas é um reflexo, em parte, da variedade de
circunstâncias durante sua cristalização, incluindo:
o o resfriamento do magma,
o devitrificação de uma fase amorfa,
o produção de novas fases estáveis simultaneamente com o colapso de
materiais instáveis e
o precipitação a partir de uma solução.
Textura se refere às características dos grãos - incluindo granulometria,
forma, relações intergranulares e proporção de vidro, geralmente observadas
em escala de amostras de mão ou menor.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 5/32
Cr is t a is e Cr is t a l izaç ão
ROCHAS METAMÓRFICAS ou METAMORFITOS são produtos do
METAMORFISMO.
METAMORFISMO é um processo de modificações mineralógicas e estruturais de
rochas, em seu estado sólido em resposta às condições físico-quimicas que
diferem das condições prevalecentes durante sua formação.
O conceito de METAMORFISMO é restrito às transformações que
ocorrem nas rochas no estado sólido , a partir de temperaturas e
pressões características do final da diagênese, até aquelas em que afusão das rochas ocorre.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 6/32
Cada minera l é um composto químico cuja estabilidade é controlada
por leis termodinâmicas e pela cinética de reações químicas.
A estabilidade de cada mineral é dependente de pressão, temperatura e
composição química do meio, e qualquer modificação desses parâmetros
pode resultar na formação de novo conjunto de minerais, acompanhada de
transformações na estrutura e textura da rocha.
Em ROCHAS METAMÓRFICAS
Cr is t a is e Cr is t a l izaç ão
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 7/32
Cr is t a is e Cr is t a l izaç ão
A estabilidade de cada mineral é dependente de pressão, temperatura e
composição química do meio.
Qualquer modificação desses parâmetros pode resultar na formação de
novo conjunto de minerais, acompanhada de transformações na estrutura e
textura da rocha.
Em ROCHAS METAMÓRFICAS
A compreensão das rochas ígneas e metamórficas envolve a compreensão
dos cristais:
o o que são,
o onde se formam e
o o que controla seu número, forma e tamanho.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 8/32
SEDIMENTOS são produtos de amplos processos de fracionamento físicoe/ou químico, formados pela associação fortuita de partículas minera is
ou de rochas provenientes de várias fontes.
Os SEDIMENTOS são compostos por frações clásticas (alotígenas ) e
químicas (autígenas ).
Os SEDIMENTOS não se encontram em equilíbrio químico.
Cr is t a is e Cr is t a l izaç ão
Em ROCHAS SEDIMENTARES
ROCHAS SEDIMENTARES são formadas pela litificação através da compactação
e diagênese de sedimentos.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 9/32
Aumentos de temperatura e/ou pressão promovem as reações entre as
fases, que em conjunto constituem a DIAGÊNESE.
O termo DIAGÊNESE se restringe aos processos que ocorrem a
temperaturas e pressões inferiores a 200°C e 3kbar (3000 atmosferas).
Excluidos da DIAGÊNESE estão o METAMORFISMO e o INTEMPERISMO.
Cr is t a is e Cr is t a l izaç ão
Em ROCHAS SEDIMENTARES
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 10/32
A compreensão das rochas sedimentares envolve a compreensão:
o da desintegração e/ou decomposição da rocha fonte,
o da erosão e o transporte dos sedimentos,
o do mecanismo de sedimentação,
o do tectonismo do ambiente deposicional,
o das relações entre as condições de sedimentação e os
processos diagenéticos.
Cr is t a is e Cr is t a l izaç ão
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 11/32
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 12/32
Nucleaç ão, Di fusão e Cresc im ent o
O desenvolvimento de um cristal envolve estes três processos.
A tendência mais lenta é que irá controlar o processo de cristalização.
Por exemplo, se a taxa de difusão for mais lenta em relação à de
crescimento, a conseqüência provável é o desenvolvimento de um
hábito esquelético ou dendrítico.
Quartzo esquelético
Dendrito de gelo•Porque?
•Porque o material necessário para o
crescimento não é disponibilizado
rapidamente no local a fim de promover umcrescimento estável e regular do cristal; ao
invés disso o cristal se desenvolve em direção
à fonte do material em uma forma cristalina
em desequilíbrio.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 13/32
Nuc leação
O início da cristalização a partir de uma solução ou fusão é tipicamente
demorado.
Por que?
Pois os cristais não precipitam normalmente até ser atingindo certo grau de
supersaturação ou resfriamento.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 14/32
Nuc leação
A redução na energia livre total de um sistema é a força motriz para a
cristalização de uma fase estável.
Entretanto esta redução é contrabalanceada pela necessidade do cristal ir
direto para o estágio embrionário (formar um núcleo).
Um embrião (núcleo) tem uma relação muito grande entre área superficial
e volume, e conseqüentemente tem uma alta energia superficial devido
ao grande número de átomos não eletricamente balanceados.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 15/32
A ligação de um grupo de 8, 64 e 512 átomos pode ser satisfeita,
respectivamente, apenas em 50%, 75% e 87,5%.
Um grupo embrionário separa-se espontaneamente tão facilmente
quanto se reagrupa, se as condições são se alteram na cristalização.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 16/32
Há um tamanho crítico que tem que ser alcançado antes que o
contrabalanceamento dos efeitos energéticos superficiais sejam
superados - uma vez que o núcleo sobrevive, o crescimento continua.
Minerais com estruturas simples apresentam nucleação mais fácil.
Desta forma espera-se, num magma basáltico, que olivina e magnetita
cristalizam-se mais facilmente do que plagioclásio.
Nuc leação
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 17/32
Denomina-se barreira energética de nucleação a dificuldade em se
iniciar uma cristalização.
A superação desta barreira exige a transposição de condições
apropriadas para cristalização da fase estável e isso pode envolver a
supersaturação de soluções, resfriamento da fusão ou um aumento na
temperatura durante o metamorfismo progressivo.
Nuc leação
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 18/32
Nuc leação
A barreira de nucleação pode possibilitar o desenvolvimento de fases
metaestáveis em vez de fases estáveis se a nucleação da fase metaestável for
mais simples.
A nucleação homogênea acontece quando a formação de núcleos se dá a partir
de uma solução ou fusão, quando o grau de saturação ou resfriamento é
suficiente.
A nucleação heterogênea envolve outros fatores como cristal “semente” ou
impureza.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 19/32
Nuc leação
O caminho na câmara magmática pode induzir a nucleação, e no caso dacristalização metamórfica os limites de um cristal existente ou outros defeitos
podem ser locais para nucleação.
Todos os locais de nucleação em potencial são caracterizados pela sua energia
superficial relativamente alta.
É o balanceamento com a alta energia superficial da nova fase “embrionária” que
permite a transposição da barreira energética de nucleação.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 20/32
Cristais “semente” são os locais mais prováveis para nucleação heterogênea,
pois seus retículos possuem alguns elementos estruturais em comum com a fase
que se forma.
Exemplo:
Minerais intimamente relacionados, como por exemplo duas espécies de
feldspato (tectossilicato ) ou piroxênios e anfibólios (inossilicatos - cadeias de
tetraedros simples e em duplas, respectivamente), são suficientemente
semelhantes para que um nucleie no outro, mas outros apresentam afinidadesinesperadas entre si, como por exemplo silimanita (nesossilicato ) e muscovita
(filossilicato ).
Nuc leação
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 21/32
Cristais “semente” podem induzir algumas vezes a nucleação de uma fase
instável.
O fato da silimanita poder se formar a partir de um núcleo de muscovita, pode
favorecer energeticamente sua nucleação e crescimento fora do seu campo de
estabilidade.
Nuc leação
EPITAXIA é a habilidade de um mineral nuclear um na estrutura do outro.
SINTAXIA é quando dois cristais apresentam orientação cristalográfica
essencialmente paralela um no outro.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 22/32
Cristais não podem crescer se os íons apropriados não são capazes de
mover rumo ao cristal para sua fixação.
A difusão é mais fácil em líquidos, um pouco mais difícil em vidro e mais
lenta em cristais.
Nas rochas metamórficas a difusão acontece mais facilmente ao longo
dos limites dos grãos e mais rapidamente por transferência em solução.
Difusão
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 23/32
A polimerização ocorre geralmente num magma, onde se supõe que Al,
Si e O já estão conectados, embora sem o grau de ordenamento presente
nos cristais.
Para esses elementos a difusão requer que os polímeros sejam
desfeitos, e a adição de água e álcalis pode colaborar para tal.
Nas rochas metamórficas, minerais instáveis reagem antes que várioselementos fiquem livres para se difundirem em direção aos sítios de
nucleação e crescimento.
Difusão
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 24/32
Cresc imen to
O crescimento dos cristais depende da formação de um núcleo e da
difusão para mover o elemento apropriado para o local de crescimento.
Cristais nunca são perfeitos - são caracterizados por defeitos ou
deslocamentos. Os cristais não cresceriam tão facilmente se não fossem
pelos defeitos.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 25/32
Cresc imen to
Os degraus nas faces do cristal associados aos deslocamentos helicoidais
favorecem particularmente sítios de fixação para átomos.
Ângulos reentrantes associados os limites de geminação aumentam os efeitos dos
deslocamentos helicoidais, fazendo destes locais preferenciais para o crescimento.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 26/32
A configuração cristalina mais estável são as formas facetadas simples.
Tais faces em equilíbrio são produzidas se as taxas de difusão são mais rápidas
que a taxa de crescimento do cristal – isso é o que acontece normalmente emmagmas com baixa viscosidade com apenas uma leve sobrefusão.
Cresc imen to
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 27/32
A sobrefusão (undercooling ) ou superfusão (supercooling ) consiste em
resfriar um líquido abaixo da sua temperatura de solidificação sem que ele
passe para o estado sólido.
Isto é explicado admitindo-se que o líquido superfundido se encontre em um
estado de equilíbrio dito meta-estável.
Assim qualquer perturbação produz a solidificação do líquido sobrefundido.
Cresc imento
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 28/32
Quando colocamos, em um líquido superfundido, um pequeno cristal da
substância, este serve de núcleo e provoca a solidificação de toda a
substância.
Uma perturbação mecânica (por exemplo, agitação) num líquido
superfundido também pode provocar a solidificação.
Quando um líquido superfundido se solidifica, a sua temperatura aumenta
até atingir a temperatura de solidificação
Cresc imento
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 29/32
Cresc imen to
Os graus de difusão diminuem à medida que a viscosidade aumenta
com o aumento da sobrefusão ; ao mesmo tempo, as taxas de nucleação
e crescimento podem aumentar e o resultado final é o aparecimento de
uma textura em desequilíbrio.
Exemplo:
Formas esqueléticas, dendríticas e esferulíticas.
Formas dendriticas e esqueléticas são eficientes para liberar o calor
latente de cristalização.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 30/32
Taxas idealizadas de nucleação e crescimento no cristal emfunção da temperatura abaixo do ponto de fusão.
O resfriamento lento resulta
numa menor sobrefusão (Ta) de
tal forma que o crescimento é
rápido e a nucleação é lenta,
produzindo cristais de maior
granulação.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 31/32
Taxas idealizadas de nucleação e crescimento no cristal emfunção da temperatura abaixo do ponto de fusão.
Um resfriamento rápido permite
uma maior sobrefusão (Tb) de tal
forma que a taxa de nucleação é
maior que a taxa de crescimento,
gerando cristais de granulação
menor.
5/17/2018 Aula_Cristais e Cristalizacao - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aulacristais-e-cristalizacao 32/32
Taxas idealizadas de nucleação e crescimento no cristal emfunção da temperatura abaixo do ponto de fusão.
Um resfriamento muito rápido
gera pouca ou nenhuma
nucleação ou crescimento (Tc),
dando origem a um vidro.