Classificação Química dos Minerais

A categorização de minerais é um dos métodos que facilitam seus estudos e identificação. Observou-se que os minerais relacionados pelo mesmo ânion tendem a ocorrer no mesmo ambiente geológico ou em ambientes geológicos semelhantes. Desta forma, a composição química foi a base para uma das classificações minerais mais utilizadas atualmente.  Eles são divididos em 12 classes, as quais  dependem do ânion ou grupo aniônico dominante, sendo elas: elementos nativos, sulfetos, sulfossais, óxidos, hidróxidos, haletos, carbonatos, nitratos, boratos, fosfatos, tungstatos e silicatos.

Contudo, não é possível caracterizar uma substância apenas pela química. A combinação entre a composição química e a estrutura interna de um mineral determina suas propriedades físicas. Em razão disso, as classes minerais são subdivididas em famílias, baseadas nos tipos químicos, que podem ser separadas em supergrupos, grupos, espécies e variedades, com base na semelhança estrutural. As espécies minerais possuem a mesma estrutura mas são constituídas por elementos químicos diferentes, estas podem variar de acordo com algumas propriedades como cor, transparência ou fenômeno óptico, podendo ser divididas em subcategorias conhecidas por variedades. O grupo deve incluir pelo menos duas espécies isoestruturais, ou seja, são similares em estrutura; alguns grupos variam amplamente em composição química podendo ser agrupados em supergrupos.

ELEMENTOS NATIVOS

Alguns minerais ocorrem naturalmente como elementos puros não-ionizados, conhecidos como elementos nativos. São encontrados aproximadamente 20 elementos no estado nativo (como exceção dos gases livres da atmosfera) que podem ser divididos em metais, semimetais e não metais. 

Os metais nativos exibem estrutura muito simples e são compostos por três grupos: grupo do ouro, organizado pelo ouro, cobre, prata e chumbo;  grupo da platina, constituído pela platina, paládio, irídio e ósmio; e grupo do ferro, que contém o ferro e o ferro-níquel. Caracterizam-se também como metais o mercúrio, o tântalo, o estanho e o zinco. Já os semimetais nativos são separados em dois grupos os quais apresentam a mesma estrutura. Os membros desse grupo possuem propriedades físicas similares sendo bastante frágeis e não são bons condutores de calor e eletricidade. O arsênio, antimônio, bismuto. selênio e o telúrio são semimetais nativos. 

Por último, o enxofre e os polimorfos do carbono (diamante, grafita e lonsdaleíta) representam os metais não nativos. Diferente dos outros elementos nativos, suas estruturas se divergem e, eles possuem propriedades físicas distintas. 

SULFETOS E SULFOSSAIS

Forma-se pelos sulfetos uma importante classe de minerais, pois nela incluem-se a maioria dos minerais-minérios. Sua fórmula geral é XmZn, na qual X representa o mineral metálico e Z não metálico. Normalmente, Z é preenchido pelo íon sulfeto (S-2) que são ligados com cátions (X). A grande maioria desses minerais são opacos com cores distintas e traços caracteristicamente coloridos. É difícil fazer generalizações sobre seus grupos estruturais semelhantes, portanto sua divisão em conjuntos isoestruturais é pequena.

Os sulfetos mais comuns são: pirita (FeS2); bornita (Cu5FeS4),calcopirita (CuFeS2) e calcocita (Cu2S), fontes de cobre; estibinita (Sb2S3), fonte de antimônio; esfarelita (ZnS), fonte de zinco; arsenopirita (FeAsS), fonte de arsênio; e galena (PbS) fonte de chumbo. 

Os sulfossais são um tipo de mineral de enxofre que não foi oxidado e é estruturalmente distinto de um sulfeto. Este é um grupo diversificado e grande de minerais. Eles geralmente ocorrem como minoria de minerais combinados com sulfetos mais comuns. Como exemplo, cita-se a bournonita (PbCuSbS3).

ÓXIDOS

Os óxidos formam uma classe muito importante economicamente pois, através deles, é possível extrair muitos minérios usados na indústria e na aplicação tecnológica. Eles são minerais relativamente duros e densos. Em sua composição, o oxigênio está combinado com um ou mais metais, sendo divididos em óxidos simples e óxidos múltiplos. 

Os óxidos simples são aqueles compostos por apenas um metal e oxigênio. Eles possuem diferentes relações do tipo X:O, por exemplo XO, X2O, X3O. Já os óxidos múltiplos possuem dois átomos metálicos não equivalentes e são representados como XY2O4. Além disso, é possível dividir a classe dos óxidos em 3 grupos com base nas suas estruturas. Esses grupos são: grupo da hematita (X2O3), grupo do espinélio (XY2O4) e o grupo do rutilo (XO2, exceto SiO2).

Exemplos de óxidos em que é possível a extração de minérios: hematita (Fe2O3) e magnetita (Fe3O4), ferro; cromita ( FeCr2O4), cromo; pirolusita (MnO2), manganês; e cassiterita (SnO2) estanho.

HIDRÓXIDOS

Os minerais pertencentes à classe dos hidróxidos tendem a ter dureza e densidade inferiores que a dos óxidos. Os minerais desse grupo são caracterizados pela presença da hidroxila (OH)- ou de moléculas de H2O em sua estrutura. A gibbsita (Al(OH)3), goethita ( α-Fe3+O(OH)) e a romanechita (BaMn8O16(OH)4) estão presentes nessa classe mineral. 

SULFATOS

A classe dos sulfatos é composta pelos minerais os quais a unidade básica é o íon sulfato (SO4)-2. A gipsita (CaSO4.2H2O), sulfato hidratado, é o mineral mais abundante dessa classe, sendo o componente primário do gesso.  Outros exemplos incluem a anidrita (CaSO4), também um sulfato de cálcio porém não hidratado, e a barita (BaSO4).

HALETOS

Os minerais que constituem esta classe mineral são caracterizados pelo domínio dos íons Cl-, Br-, F-, I-. Suas durezas são relativamente baixas e possuem elevados pontos de fusão. Eles são também maus condutores de calor e eletricidade em estado sólido. Essa classe mineral pode ser subdivida em: cloretos, brometos, fluoretos e iodetos.   A halita (NaCl), sal de cozinha, silvinita (KCl), cloreto de potássio, e a fluorita (CaF2) são exemplos comuns de haletos. 

CARBONATOS

A classe dos carbonatos engloba os minerais cujo complexo aniônico principal é (CO3)-2. Na presença do íon hidrogênio, os carbonatos se tornam instáveis e se decompõe em gás carbônico e água. Este fator é responsável pela efervescência conhecida em sua identificação. Além disso essa classe pode ser dividida em três grupos estruturais diferentes: 

  • Grupo da calcita, possui estrutura hexagonal e inclui a calcita (CaCO3), magnesita (MgCO3), siderita (FeCO3), rodocrosita (MnCO3) e smithsonita (ZnCO3). 

  • Grupo da aragonita, possui estrutura ortorrômbica e inclui a aragonita (polimorfo da calcita), witherita (BaCO3), estroncianita (SrCO3) e Cerussita (PbCO3)

  • Grupo da dolomita, possui estrutura hexagonal com camadas alternadas de Ca e outro íon. Inclui a dolomita (CaMg(CO3)2) e ankerita (CaFe(CO3)2)

Além dos minerais presentes nesses grupos, destacam-se os carbonatos hidratados, como a malaquita (Cu2(CO3)(OH)2) e a azurita (Cu3(CO3)2(OH)2). 

NITRATOS

Os nitratos são estruturalmente semelhantes aos carbonatos, porém são menos decompostos por ácidos. O ânion dominante em seus minerais é o  (NO3)-. Com exceção da nitratina (NaNO3) e do nitro (KNO3), os minerais desta classe são muito raros. 

BORATOS

Os boratos possuem como ânion principal o grupo iônico (BO3)3- e algumas derivações - como BO4, BO5, B2O4, B2O5 - ligado a metais, a outros ânions e água. Eles têm tendência de formar redes desordenadas de triângulos, desta forma os boratos são utilizados na preparação de vidros leves e de alta transparência à radiação energética. A boracita (Mg3B7O13Cl), colemanita (Ca2B6O11.5H2O) e o bórax (Na2B4O5(OH)4.8H2O) são exemplos dessa classe mineral. 

FOSFATOS

A classe dos fosfatos é a segunda com maior número de minerais, perdendo apenas para os silicatos. Eles são subdivididos de acordo com os três possíveis grupos aniônicos dominantes (PO4)3-, (AsO4)3- e (VO4)3-, formando os grupos dos fosfatos, arsenatos e vanadatos respectivamente. A apatita (Ca5(F,Cl,OH)(PO4)3), brazilianita (NaAl3(PO4)2(OH)4) e monazita ((Ce, La, Y, Th)PO4) são exemplos dessa classe mineral. 

TUNGSTATOS

A classe dos tungstatos abrange minerais pouco abundantes e relativamente raros. Sua estrutura é composta pelo grupo aniônico  (WO4)2+, o qual combina com os metais. Os tungstatos mais comuns são a scheelita  (CaWO4) e a wolframita ((Fe, Mn)WO4). 

SILICATOS

Os silicatos é uma importante classe mineral a ser estudada, nela está incluído os minerais mais dominantes da crosta terrestre, sendo os principais formadores de rochas. Outro fator que implica a importância de seu estudo é que o solo (a partir do qual nosso alimento é extraído) e os materiais de construção, como tijolos, pedras, concretos e vidros, são constituídos principalmente de silicatos. O ânion principal desses minerais é o (SiO4)-4, que se organiza em forma de tetraedro. A capacidade de ligação entre os tetraedros formando diferentes combinações entre si, se isolados na estrutura ou agrupados em diferentes maneiras,  é chamada de polimerização, a qual é a responsável pela variedade das estruturas dos silicatos, demonstradas a seguir.

  • Nesossilicatos, formados a partir de ligações independentes de SiO4, ou seja, os tetraedros não fazem ligações entre si.

Exemplos: Cianita (Al2O(SiO4)), minerais do grupo da granada (fórmula geral A3B2(SiO4)), topázio (Al2(SiO4)(OH,F)2), olivina ((Mg,Fe)2SiO4), zircão (ZrSiO4). 

  • Sorossilicatos, formados a partir da ligação de dois grupos SiO4 originando grupos Si2O7.

Exemplo: hemimorfita (Si2O7(OH)2Zn4.H2O) 

  • Ciclossilicatos, formados quando três ou mais tetraedros são ligados originando estruturas do tipo anéis de composição geral SixO3x.

Exemplos: berilo (Be3Al2(Si6O18)) e minerais do grupo da turmalina (fórmula geral XY3Al6(BO3)(Si6O18)(OH)4)

  • Inossilicatos, formados a partir da combinação dos tetraedros em forma de  cadeias. Estas podem ocorrer isoladas com apenas dois oxigênios compartilhados ou em duplas, com o compartilhamento de dois e três oxigênios. As cadeias simples possuem composição básica Si:O = 1:3,enquanto as cadeias duplas possuem a razão de Si:O = 4:11.

Exemplo: rodonita (MnSiO3), tremolita (Ca2Mg5(Si8O22)(OH)2) e actinolita (NaCa2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2)

  • Filossilicatos, formados quando três oxigênios de um tetraedro são compartilhados entre tetraedros adjacentes, com composição Si2O5. Desta forma resultam em uma estrutura parecida com uma folha. 

Exemplos de filossilicatos: minerais do grupo das micas como a biotita (K(Mg,Fe)SiAl O₁₀(OH)) e a muscovita (KAl(AlSiO₁₀)(OH)), talco (Mg(SiO₁₀)(OH)) e a caolinita (Al(SiO)(OH)). 

  • Tectossilicatos, formados quando todos os quatro oxigênios dos tetraedros são compartilhados com outros adjacentes, resultando em uma composição unitária SinO2n

Exemplos de tectossilicatos: feldspatos como plagioclásio ((Na,Ca)(AlSi3O8)) e ortoclásio (K(AlSi3O8)), quartzo (SiO2) e feldspatóides como a sodalita (Na4(AlSiO4)Cl). 

 

 

 

Referências

Klein, C. & Dutrow, B. Manual de Ciência dos Minerais, 23a ed. Bookman, 2012.  

PRESS, F.; GROTZINGER, J.; SIEVER, R.; JORDAN, T. H. Para Entender a Terra. Tradução: MENEGAT, R. (coord.). 4a edição. Porto Alegre: Bookman, 2006.

MINERAIS. Museu de Minerais, Minérios e Rochas Heinz Ebert. Disponível em <Minerais> Acesso em 16 de set. 2020. 

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