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Propriedades Físicas de Minerais II
 
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Propriedades Físicas de Minerais II: Análise Polimineralica

Overview

Fonte: Laboratório de Alan Lester - Universidade de Colorado Boulder

As propriedades físicas dos minerais incluem vários atributos mensuráveis e perceptíveis, incluindo cor, listra, propriedades magnéticas, dureza, forma de crescimento cristalino e decote cristalino. Essas propriedades são específicas do mineral, e estão fundamentalmente relacionadas à composição química e estrutura atômica de um determinado mineral.

Este vídeo examina várias propriedades físicas que são úteis na identificação mineral de amostra de campo e mão: cor, brilho, raia, dureza, magnetismo e reação com ácido. Ao contrário da forma cristalina e do decote cristalino, essas propriedades estão um pouco mais ligadas à composição química mineral do que à estrutura atômica, mas ambas desempenham um papel.

É importante reconhecer que as rochas são agregados de grãos minerais. A maioria das rochas são polimineralic (múltiplos tipos de grãos minerais), mas algumas são efetivamente monomineralicas (compostas por um único mineral). Ao contrário da forma cristalina e do decote, que são termos reservados para espécimes minerais, geólogos podem, ocasionalmente, se referir a uma rocha como tendo um tipo geral de cor, dureza, magnetismo ou reação com ácido. Em outras palavras, as propriedades físicas aqui analisadas são potencialmente apropriadas para uso com rochas, bem como com minerais específicos.

Principles

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Um único espécime mineral pode exibir muito poucas, se houver, propriedades físicas chave. Para quaisquer demonstrações ou experimentos que abdoem propriedades físicas, é primeiro necessário selecionar um grupo adequado de amostras minerais que realmente exiba as principais características ou propriedades sob investigação. Abaixo, abordamos as definições fundamentais, no contexto geológico, para as propriedades físicas: cor, brilho, raia, dureza, magnetismo e reação com ácido.

Cor— A cor simplesmente se refere à cor aparente vista a olho nu quando se olha para um mineral. Em última análise, isso é resultado de comprimentos de onda de luz que são preferencialmente refletidos a partir de uma superfície mineral. (Figura 1)

Raia— A raia é a cor de uma amostra em pó, ou seja, muito fina, do mineral. Isso é observado pegando uma amostra mineral e arrastando-a através de uma placa de porcelana, a fim de criar uma linha de material em pó. (Figura 1)

Dureza— Dureza é efetivamente a força superficial de um mineral, ou resistência à desagregação, ou seja, se pode ou não ser arranhada. Diz-se que um mineral é mais duro que outro mineral se for capaz de arranhar a superfície do outro mineral. A escala de dureza mineral, variando de 1 a 10, foi desenvolvida no início do séculoXIX pelo mineralogista Friedrich Mohs, mas baseada na ciência dos materiais modernos, a escala não é linear. (Figura 2)

Magnetismo— Magnetismo refere-se à capacidade de um mineral de influenciar um ímã ou bússola. Em geral, esta propriedade é exclusiva da magnetita mineral (Figura 3),mas outros minerais podem apresentar magnetismo fraco (especialmente após o aquecimento), como hematita e bornita. Em última análise, o magnetismo é resultado da organização espacial de direções de giro de elétrons, ou momentos.

Reação com Ácido— Geólogos frequentemente testam rochas e minerais com ácido diluído (quase invariavelmente 2-3% HCl) a fim de avaliar a presença de compostos carbonato. Existem inúmeros minerais de carbonato, mas os mais comuns são o calcita (um componente-chave do calcário rochoso), que efervesce vigorosamente com HCl diluído, e dolomite (um componente-chave do dolomite rochoso), que efervesce fracamente.

Brilho— O brilho é uma medida subjetiva de como uma superfície mineral tende a refletir a luz. É dividido em duas categorias gerais:
- metálico (altamente reflexivo e brilhante), como visto em minerais como pirita(Figura 4) e galena(Figura 5)
- não metálico (mais maçante na aparência), como visto em minerais como feldspato(Figura 6),quartzo(Figura 7)e moscovita(Figura 8).

Como o brilho é uma propriedade subjetiva (talvez melhor denominada "qualidade"), e tipicamente mais a preocupação dos gemólogos contrários aos geólogos, o resto da lição se concentrará em vez disso nas propriedades cor, raia, dureza, magnetismo e reação com ácido.

Figure 1
Figura 1. Cor, listras e brilho. A hematita mineral é um bom exemplo de como a cor a granel (neste caso, preto-prateado) e a cor de um pó, que é chamado de "listra" (neste caso avermelhado-laranja), pode ser bem diferente. Hematita pode expressar diferentes tipos de brilho, mas aqui ele mostra um brilho metálico.

Figure 2
Figura 2. Balança de dureza. A escala de dureza é uma forma de comparar minerais com base na facilidade com que uma superfície mineral pode ser desagregada, ou seja, arranhada. Um mineral que é "mais duro" vai arranhar um mineral "mais macio".

Figure 3
Figura 3. Amostra mineral magnetita. Magnetita é um óxido de ferro. Embora o ferro seja um componente primário do planeta Terra, ele só está presente em forma elementar pura na região remota do núcleo da Terra (cerca de 2.900 km abaixo da superfície). Na crosta terrestre e na superfície, o ferro é ligado a grupos de oxigênio e hidroxílico para formar os minerais comuns magnetita, hematita e limonita. Magnetita é o mais magnético de todos os minerais que ocorrem naturalmente na Terra.

Figure 4
Figura 4. Pirita. Pirita também é conhecida como ouro de tolo devido ao seu brilho metálico e tonalidade pálida de latão amarelo.

Figure 5
Figura 5. A Galena. Galena (às vezes chamada de olhar de chumbo) é outro exemplo de um mineral com brilho metálico. É o principal minério de chumbo, uma fonte de prata (às vezes contendo até 1-2% de prata), e tem um ponto de fusão baixo.

Figure 6
Figura 6. O Feldspar. Feldspars é um grupo de minerais formadores de rochas que compreendem até 60% da crosta terrestre. Eles são um bom exemplo de um mineral que exibe um brilho não metálico.

Figure 7
Figura 7. O quartzo. O quartzo é outro bom exemplo de um mineral com brilho não metálico. É o segundo mineral mais abundante na crosta terrestre depois do feldspato.

Figure 8
Figura 8. Moscovita. Comumente conhecido como mica, moscovita é outro mineral que exibe um brilho não metálico.

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Procedure

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Preparação

Para observar e analisar as propriedades físicas dos minerais como é feito neste vídeo, existem algumas etapas preparatórias que devem ser tomadas. Primeiro, colete um grupo de amostras minerais. As amostras sugeridas incluem hematita, magnetita, calcita, dolomita e galena. Estabeleça uma superfície para examinar os espécimes. Uma mesa limpa é adequada, talvez com um pedaço de papel branco na superfície da mesa. Obtenha uma placa de veia de porcelana, um kit de dureza, ímã e bússola, e diluir HCl (2-5%).

1. Observar e Analisar a cor

  1. Examine uma seleção de amostras minerais e observe a cor aparente.
  2. Observe se há variação de cor dentro da própria amostra.
  3. Observe se há variação de cor em diferentes amostras do mesmo mineral.

2. Observe e analise a raia

  1. Pegue uma amostra mineral e arraste-a pela placa de raia.
  2. Compare a cor a granel da amostra mineral com a cor da raia que é deixada na placa.
  3. Na maioria dos casos haverá pouca diferença entre a cor a granel e a cor da raia, porém alguns minerais são notavelmente diferentes, por exemplo, galena, hematita.
    A raia, ou seja, a cor dos grãos microscópicos em pó, é ocasionalmente diferente da cor a granel, devido aos efeitos da reflexividade ou ao controle limitado das impurezas sobre a cor na escala de grãos pequenos.
  4. Repita 2.1-2.3 com outras amostras minerais

3. Observe e analise a dureza

  1. Como um passo inicial, pegue cada espécime mineral e tente arranhar a placa de vidro com ela.
  2. Separe esses espécimes naqueles que arranham vidro e aqueles que não o fazem.
    1. A placa de vidro está perto do meio da escala de Dureza mohs (dureza 5.5). Isso separa o grupo no que os geólogos se referem como geralmente duro, versus geralmente minerais macios.
  3. Dentro de cada grupo (minerais duros, minerais macios) teste para ver quais são mais difíceis ou mais macios. Isso é feito vendo qual mineral vai arranhar outro.

4. Observe e analise o magnetismo

  1. O magnetismo facilmente mensurável e identificável é restrito ao grupo magnético conhecido como ferromagnetismo (em oposição ao paramagnetismo ou diagmagnetismo, que são muito fracos e difíceis de medir).
  2. Os minerais com os quais podemos avaliar o magnetismo são magnetita, e até certo ponto hematita e bornita.
  3. Usando uma unha de alvenaria, lasque alguns grãos de magnetita da amostra.
  4. Veja se o ímã de barra (ferromagnet forte) vai pegar os grãos dos minerais mencionados acima, em 4.2.
  5. Veja se algum dos minerais acima mencionados (4.2) afetará uma agulha de bússola.
    1. Coloque a amostra mineral e a bússola lado a lado com cerca de 6 polegadas de espaço entre eles.
    2. Diminua lentamente o espaço que separa a amostra e a bússola movendo-se um para o outro.
    3. A agulha da bússola deve começar a apontar para a amostra, cada vez mais à medida que o espaço que separa a bússola e a amostra é diminuído.

5. Observe e analise a reação com ácido

  1. Minerais que reagem com ácido clorídrico diluído são carbonatos. Exemplos sendo calcita — CaCO3; dolomite —CaMg(CO3)2. Estes são os principais constituintes das importantes e comuns rochas carbonato, calcário e dolomita.
  2. Pegue a garrafa conta-gotas de HCl diluído e coloque cuidadosamente uma a duas gotas na superfície da amostra.
    Nota: Embora o HCl diluído não seja particularmente perigoso, é melhor não obter o ácido na pele (possível erupção cutânea), ou na roupa (possível coloração), e após o teste, é uma boa ideia lavar a amostra.
  3. Observe como o calcita efervesce vigorosamente com HCl diluído.
  4. Pegue a amostra de dolomita, e arrastando-a ao longo da placa de porcelana ou coçando-a com a unha de alvenaria, crie alguns pó/flocos.
  5. Repita o passo 5.2, mas desta vez coloque a amostra de dolomitas (não o pó/flocos) no HCl.
  6. Note como o dolomita mal reage com hcl diluído.
  7. Agora coloque alguns dos pó/flocos de dolomita no HCL, e note o aumento da reatividade quando em pó.

As propriedades físicas dos minerais incluem vários atributos mensuráveis e perceptíveis que são únicos e específicos do mineral.

Rochas são agregados de grãos minerais. A maioria das rochas são polimineralicas, o que significa que são compostas de vários tipos de grãos minerais. Algumas rochas são monomineralicas, e são efetivamente compostas de um único mineral. A análise da forma cristalina e do decote cristalino é tipicamente usada para classificar compostos monomineralicos. No entanto, geólogos frequentemente classificam rochas polimineralicas de acordo com outras propriedades físicas, como cor, dureza, magnetismo e reação com ácido. Este vídeo introduzirá as propriedades físicas dos minerais e demonstrará classificação mineral usando testes padrão simples.

Um único espécime mineral exibe uma série de propriedades físicas únicas que são utilizadas na identificação e classificação. Primeiro, os minerais exibem uma ampla gama de cores, muitas vezes resultantes de metais de transição de traços. A cor mineral refere-se simplesmente à cor aparente do mineral resultante dos comprimentos de onda de luz que são preferencialmente refletidos a partir de uma superfície mineral.

A raia refere-se à cor da amostra em pó do mineral. A raia é observada arrastando uma amostra mineral através de uma placa de porcelana áspera, a fim de criar uma linha de material em pó. A cor aparente de um mineral pode variar, devido a impurezas que absorvem ou refletem a luz. No entanto, a cor da raia é mais reprodutível, pois os grãos finos são aleatoriamente orientados e menos afetados pela estrutura cristalina e impurezas.

Em seguida, o brilho mineral pode ser estudado. Brilho é uma medida subjetiva de como um mineral reflete a luz. É dividido em duas categorias gerais; materiais metálicos que são brilhantes e reflexivos, e minerais não metálicos que parecem maçante.

Dureza, ou resistência de um mineral à desagregação, é outra propriedade usada para classificação. A dureza é medida de acordo com a escala de dureza mohs, que é um conjunto de dez minerais de referência classificados com base em sua dureza. Os minerais são classificados nesta escala por sua capacidade de arranhar outro material ou ser arranhados por outro material. Uma capacidade mineral de arranhar um material de referência implica que é mais difícil do que a referência, e vice-versa.

Alguns minerais exibem magnetismo, permitindo-lhe influenciar um ímã ou bússola. Em geral, esta propriedade é exclusiva da magnetita mineral, porém alguns outros minerais podem apresentar magnetismo fraco após o aquecimento. Finalmente, a reatividade de um mineral com ácido diluído é medida para testar a presença de compostos carbonato. Existem inúmeros minerais de carbonato: o mais comum é calcita.

Agora que você viu os princípios por trás dessas propriedades, vamos ver como algumas delas são testadas no laboratório.

Para analisar a cor mineral, primeiro coloque todas as amostras minerais em uma mesa limpa coberta com papel branco. Examine cada mineral e observe sua cor aparente. Observe se há variações de cor dentro da própria amostra. Observe diferentes amostras do mesmo mineral e observe se há variação de cor entre as amostras. Variações podem indicar impurezas no mineral. Em seguida, observe a raia mineral arrastando uma amostra mineral através de uma placa de porcelana. Compare a cor da raia com a cor mineral. Na maioria dos casos, a cor da raia é semelhante à cor mineral. No entanto, alguns minerais apresentam diferenças entre a cor da raia e a cor geral. Repita estes passos com as outras amostras minerais.

Para analisar a dureza mineral, primeiro tente arranhar uma placa de vidro com as amostras minerais. O vidro está perto do meio da escala de Dureza mohs. Minerais capazes de arranhar vidro são geralmente classificados como materiais duros. Separe as amostras por habilidade de arranhar vidro. Teste materiais dentro dos grupos duros e macios raspando os minerais uns contra os outros. Aqueles que são capazes de arranhar um mineral são mais difíceis do que aqueles que estão arranhados. Classifique os minerais de acordo com sua dureza.

Em seguida, o ferromagnetismo pode ser medido pela primeira vez descascando alguns grãos do mineral, magnetita neste exemplo, usando uma unha de alvenaria. Usando um ímã de barra, observe o comportamento dos flocos minerais com o ímã. Se o ímã pegar os flocos, o mineral exibe ferromagnetismo. Em seguida, verifique se há interação com uma agulha de bússola. Coloque a amostra mineral lado a lado com cerca de seis polegadas de espaço entre eles. Diminua lentamente o espaço entre o mineral e a bússola. Se a amostra for magnética, a agulha da bússola apontará para a amostra, aumentando à medida que o espaço é diminuído. Repita estes passos para as outras amostras minerais.

A identificação das propriedades físicas de rochas e minerais é um primeiro passo fundamental na identificação mineral. Embora esses testes de propriedade física sejam ferramentas valiosas para identificar minerais no campo, técnicas laboratoriais estão agora disponíveis que permitem a caracterização detalhada dos materiais. Por exemplo, a caracterização detalhada de materiais para uso em aplicações como baterias de íons de lítio pode ser conduzida usando difração de raios-X, ou XRD. O XRD utiliza o padrão regular de difração dos feixes de raios-X para determinar uma estrutura cristalina de materiais e permitir uma caracterização estrutural detalhada.

As células de bigorna diamante são dispositivos capazes de atingir uma pressão extremamente alta, devido à extrema dureza dos diamantes. Neste exemplo, uma célula de bigorna diamante foi usada para sintetizar e analisar novas fases da matéria em pressão extremamente alta. A amostra foi carregada em uma célula de bigorna de diamantes, e montada dentro de uma câmara de cobre resfriada com água. O dispositivo foi então montado em um palco em linha com uma fonte de raio-X síncrotron.

A síntese material a 15 GPa e 1.700 Kelvin foi medida por difração de raios-X.

Você acabou de assistir o segundo vídeo do JoVE sobre as propriedades físicas dos minerais. Agora você deve entender os testes básicos de campo usando cor, raia, dureza, magnetismo e reatividade com ácido para identificar e caracterizar uma amostra mineral.

Obrigado por assistir!

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Applications and Summary

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Historicamente, a avaliação das propriedades físicas dos minerais tem sido um primeiro passo fundamental na identificação mineral. Como a instrumentação analítica microscópica e moderna (por exemplo, microscopia petrográfica, difração de raios-X, fluorescência de raios-X e técnicas de microproba eletrônica) não estão disponíveis no campo, o reconhecimento e o uso de propriedades físicas observadas podem ser importantes ferramentas de diagnóstico.

Avaliar e observar as propriedades físicas dos minerais é um excelente meio de demonstrar como as características macroscópicas dos minerais são de fato a manifestação externa da estrutura de nível atômico ou da composição química. Este processo fornece insights sobre:

1) Como a composição química influencia a interação da luz com superfícies refletivas.
2) Como a composição química e as forças das ligações atômicas influenciam a resistência de um mineral à desagregação (arranhões).
3) Como a composição química e a escala atômica influenciam propriedades como magnéticos (por exemplo, presença de substâncias portadoras de Fe) e reação com ácido diluído(por exemplo, presença do grupo CO32-ânion).

Há também aplicações industriais e de engenharia que requerem algum conhecimento das propriedades físicas discutidas neste vídeo. Por exemplo, máquinas que precisam cortar ou moer podem usar substâncias minerais para ajudar no processo. Além disso, os gemólogos (que normalmente identificam e preparam minerais de qualidade de gema para venda) podem estar preocupados com propriedades como cor e brilho.

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Transcript

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