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NOÇÕES DE CRISTALOQUÍMICAEmbora a composição química seja de fundamental importância para as outras propriedades, sabe-se que estas dependem, também, da geometria do arranjo dos átomos e da intensidade e natureza das forças que os mantêm unidos.
I) RELAÇÃO DA QUÍMICA C/ A CLASSIFICAÇÃO MINERALAinda hoje, a composição química é a base da classificação mais ampla dos minerais. Os minerais são divididos em várias classes, dependentes do ânion ou grupo aniônico:
1) Elementos nativos: ouro, prata;
2) Sulfetos: galena (PbS), Pirita (FeS2);
3) Óxidos: hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4);
4) Hidróxidos: brucita [Mg(OH)2]5) Halóides (cloretos, fluoretos, bromatos e iodetos:
fluorita (CaF2);
6) Carbonatos: calcita (CaCO3), magnesita (MgCO3)
7) Fosfatos: apatita [Ca5(F,Cl,OH)(PO4)3];
8) Sulfatos: barita (BaSO4), anidrita (CaSO4);
9) Tungstatos e Molibdatos: scheelita (CaWO4), wolframita [(Fe,Mn)WO4], wulfenita (PbMoO4); e
10)Silicatos: olivina [(Fe,Mg)2SiO4]
Critério de escolha do ânion ao invés do cátion → minerais com mesmo ânion têm semelhanças mais acentuadas que aqueles com mesmo cátion. Ex.: carbonatos e minerais de cobre.
I) ABUNDÂNCIA DOS ELEMENTOS DOS ELEMENTOS QUÍMICOS NA CROSTA E NO UNIVERSO E O CICLO GEOQUÍMICO DOS ELEMENTOS
II.1.Abundância dos elementos químicos no universo e na crosta
O
Si
Al
Fe
Ca
Na
K
Mg
47,3%
29,1
8,1
4,7
3,3
2,5
2,5
1,7
ELEMENTOS MENORES (Crosta)
(ppm)
Sr ---------------------------------------- 450Ba ---------------------------------------- 400Cr ----------------------------------------- 200Ni ----------------------------------------- 80Zn ----------------------------------------- 65Cu ----------------------------------------- 45Pb ----------------------------------------- 15Sn ----------------------------------------- 3U ----------------------------------------- 2W ----------------------------------------- 1Mo ---------------------------------------- 1Cd ----------------------------------------- 0,2Ag ----------------------------------------- 0,1Pt -----------------------------------------
0,005Au -----------------------------------------
0,005
II.2.O ciclo geoquímico dos elementos
• A terra funciona como um sistema fechado. Ganhos e perdas são insignificantes → ganho de meteoritos e poeira meteorítica e perda de H e He para a atmosfera superior.
• Quanto à estrutura da terra, as principais informações vem da sísmica → a energia liberada nos focos dos terremotos produz diferentes tipos de ondas, que são transmitidas por diferentes fenômenos:
Ondas P (compressionais) → propagação em sólidos e líquidos
Ondas S (cisalhantes) → propagação apenas em sólidos.
Três descontinuidades maiores e uma de menor grandeza são reconhecidas:
• (5 a 12 km nos oceanos) e (30 a 80 Km no continente): separa a crosta do manto – (MOHOROVICIC)
•670 km – separa o manto superior do manto inferior (mudança da estrutura espinélio → perovskita);
•2.900 km: manto do núcleo – GUTENBERG;
•5.200 km: núcleo exterior (líquido) do núcleo interior (sólido).
Gutenberg
Moho.
A crosta é a única parte acessível da terra.
Estimativas sobre a composição química do manto e do núcleo somente por métodos indiretos:
•Sísmica;•Meteoritos;•Fragmentos do manto (kimberlitos e basaltos alcalinos).
Um quadro bem genérico da composição química da terra:
Núcleo – Ni e FeManto – Silicatos de Mg e FeCrosta – O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K
O advento da tectônica de placas evidenciou a descontinuidade da crosta em termos globais.
Os movimentos relativos entre duas placas contíguas podem ser convergentes ou divergentes
Durante esse mecanismo, há interação contínua entre a crosta e manto superior, que pode ocorrer tanto no interior com nas bordas dessas placas:
•Quando a interação é no interior ou bordas divergentes, material mantélico (magma) é adicionado à crosta.
•Quando a interação acontece nas bordas das placas convergentes, além do material mantélico que é adicionado à crosta, verifica-se um consumo de material crustal, que volta a ser reciclado no manto.
Esse mecanismo propícia, dessa forma, um fracionamento dos elementos entre o manto e a crosta, evidenciando que esta não constitui um sistema geoquímico independente do manto
Um elemento pode tender a concentrar-se em algum estágio ou pode permanecer disperso por todo o ciclo.
Uma melhor compreensão do ciclo passa pelo entendimento dos diferentes processos envolvidos:
a)Cristalização (diferenciação)Durante a cristalização, o magma é submetido à cristalização fracionada, envolvendo a separação gravitacional de minerais.
A partir desse mecanismo, o líquido pode se empobrecer ou enriquecer em determinados elementos, que são, respectivamente, elementos compatíveis e incompatíveis.
Consequentemente, podem surgir líquidos de composições diferentes.
DL
M KCC
CM = concentração do elemento no mineral
CL = concentração do elemento no líquido
KD = coeficiente de partição
Se KD > 1, o líquido será empobrecido no elemento
Se KD < 1, o líquido será enriquecido no elemento
Ora, diversos minerais podem participar do processo. Assim, devemos nos referir à fase sólida, englobando os vários minerais:
CS = concentração do elemento no sólido
CL = concentração do elemento no líquidoD = coeficiente global de partição
iDn
1i iKWD
DCC
L
S
Neste caso, a concentração do elemento em cada líquido derivado sucessivamente será dada pela fórmula:
C = concentração do elemento no líquido derivado
C0= concentração do elemento no líquido inicial
F = fração do líquido remanescente
•Se D = 1 → elemento constante•Se D > 1 → elemento diminui•Se D < 1 → elemento aumenta
)1D(0FCC
b)Intemperismo e TransporteO intemperismo envolve processos físicos, químicos e biológicos, que desintegram a rocha em partículas menores.
Intemperismo Físico – modifica tamanho das partículas sem mudança significativa da composição
Intemperismo Químico – ocasiona mudança da composição, por meio de rações das rochas com os constituintes do ar, da água. É a seguinte a resistência dos minerais:Óxidos > silicatos > carbonatos e sulfetos
Dentre os processos envolvidos no intemperismo Químico, destacam-se a Hidrólise e a Oxidação.
Hidrólise: processo pelo qual espécies iônicas H+ e OH- se incorporam na estrutura dos minerais. Ex. alteração da fayalita pela água, sob pH = 7
Fe2SiO4 + 4H2O → 2Fe2+ + 4OH- + H4SiO4
Um importante efeito deste tipo de reação é a liberação dos metais e também dos elementos-traço presentes na estrutura do mineral
Oxidação: O ferro ferroso (Fe2+) das rochas e minerais, com a exposição ao intemperismo, tende a ser oxidado ao estado férrico (Fe3+). Ex. oxidação da fayalita em hematita (Fe2O3)
2Fe2SiO4 + O2 + 4H2O → 2Fe2O3 + 2H4SiO4
C)Deposição
A deposição dos sedimentos clásticos é regida por:Velocidade da corrente
Intensidade de Turbulência Velocidade de Assentamento das Partículas
A deposição dos sedimentos não clásticos depende das condições físico-químicas e bioquímicas do meio.
d) DiagêneseConjuntos de processos que convertem um sedimento inconsolidado numa rocha compacta.
e) Metamorfismo
Transformações no estado sólido
f) Influência HumanaA interação do homem com a natureza pode ocasionar tanto uma mudança direta na concentração do elemento, como uma modificação ambiental, que afeta a solubilidade do elemento, ocasionando seu transporte em solução ou sua precipitação). Exemplos:
1- Metais de pontes e trilhos
anterior
2 -Elementos de Defensivos Agrícolas e Fertilizantes Hg, Cu, Zn, Rb, K
3 -Elementos de Produtos Domésticos (Detergentes) e Aterros Sanitários.
Eles podem afetar pH e Eh
4 -Efluentes Industriais Modificam pH e Eh, afetando a solubilidade dos
elementos Provocam chuvas ácidas (gases na atmosfera),
provocando, também, variações na solubilidade dos elementos
5 - Rejeitos da Atividade Mineira Podem conter sulfetos, que são susceptíveis à
oxidação, produzindo águas ácidas.