Classificação geral de estruturas cristalinas A classificação que permite agrupar a gran- de maioria das estruturas baseia-se na relação cátion-ânion e.

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1 Classificação geral de estruturas cristalinas A classificação que permite agrupar a gran- de maioria das estruturas baseia-se na relação cátion-ânion e no nº de coordena- ção do cátion.A classificação que permite agrupar a gran- de maioria das estruturas baseia-se na relação cátion-ânion e no nº de coordena- ção do cátion. EstruturaPadrãoEstruturaPadrão AXHalitaABX 3 Calcita Cloreto de Aragonita Cs (P > 18Kb)Ilmenita Esfalerita Perowskita AX 2 FluoritaABX 4 Zircão RutiloMonazita A 2 X 3 CorindonA 2 BX 4 Olivina Espinélios Espinélios

2 Classificação das estruturas dos silicatos Os silicatos, em conseqüência da ‘polimerização’ das ligações Si-O, diferem das outras “famílias cristalográficas” e têm uma classificação especial. Essa classificação baseia-se no nº de vértices dos tetraedros de Si-O 4 compartilhados: nenhum, 1, 2, 3 ou 4, formando estruturas com tetraedros isolados, anéis, cadeias, folhas ou redes. Serão analisados à parte.Os silicatos, em conseqüência da ‘polimerização’ das ligações Si-O, diferem das outras “famílias cristalográficas” e têm uma classificação especial. Essa classificação baseia-se no nº de vértices dos tetraedros de Si-O 4 compartilhados: nenhum, 1, 2, 3 ou 4, formando estruturas com tetraedros isolados, anéis, cadeias, folhas ou redes. Serão analisados à parte.

3 ESTRUTURAS CRISTALINAS EM METAIS NATIVOS ~ 90 elementos na crosta terrestre  ~ 20 estado nativo (isto é, não combinados) Normalmente, na natureza ocorrem ligas: Cu + Fe, Ag, Bi, Sn, Pb, Sb Ag + Au (10%), Cu, Hg Au + Ag (35%), Cu, Fe Pt + Os Fe + Ni (2%)

4 3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12  arranjo compacto e econômico 1) Grupo do Au: Au, Ag, Cu, Pb1) Grupo do Au: Au, Ag, Cu, Pb Arranjo = cúbico de faces centradas (CCP)Arranjo = cúbico de faces centradas (CCP)

5 3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12  arranjo compacto e econômico 2) Grupo da Pt: Pt, Pd, Ir, Os Arranjo = hexago- nal compacto (HCP)

6 3 Grupos isoestruturais – NC 8 ou 12  arranjo compacto e econômico 3) Grupo do Fe: Fe e Fe-Ni Arranjo = cúbico de corpo centra- do (BCP)

7 ESTRUTURAS CRISTALINAS TIPO AX São as estruturas mais simples:São as estruturas mais simples: relação cátion : ânion 1 : 1 e cargas iguais Exemplos de minerais: haletos, monóxidos e sulfetos = Halita (NaCl), Silvita (KCl), Villiaumita (NaF), Carobbita (KF), Periclásio (MgO), Wüstita (FeO), Bunsenita (NiO), Pirita (FeS), Galena (PbS), etc. Exemplos de minerais: haletos, monóxidos e sulfetos = Halita (NaCl), Silvita (KCl), Villiaumita (NaF), Carobbita (KF), Periclásio (MgO), Wüstita (FeO), Bunsenita (NiO), Pirita (FeS), Galena (PbS), etc.

8 Retículos possíveis p/ estruturas tipo AX CCP (ou FCC) = mais freqüenteCCP (ou FCC) = mais freqüente BCC = mais raro (CsCl – P > 18kb)BCC = mais raro (CsCl – P > 18kb) HCP = nuncaHCP = nunca

9 Explorando alguns exemplos HALITA (NaCl) HALITA (NaCl) Tipo de cela unitária Tipo de cela unitária CCP (ou FCC) CCP (ou FCC) Sistema cristalino Sistema cristalino cúbico cúbico N.C. Na + = 6 N.C. Cl - = 6 N.C. Na + = 6 N.C. Cl - = 6 Hábito Hábito formas cúbicas formas cúbicas

10 Explorando alguns exemplos HALITA (NaCl) HALITA (NaCl) Clivagem: // às faces do cristal. POR QUÊ? Clivagem: // às faces do cristal. POR QUÊ? Quais os planos ligados por F menor e portanto mais suscetíveis de quebra? Quais os planos ligados por F menor e portanto mais suscetíveis de quebra? Planos (111) = inteira- mente constituídos de Na + ou Cl -  a ligação entre os planos é bastante forte  NÃO SE CLIVAM Planos (111) = inteira- mente constituídos de Na + ou Cl -  a ligação entre os planos é bastante forte  NÃO SE CLIVAM

11 Explorando alguns exemplos HALITA (NaCl) HALITA (NaCl) Planos (110) = Na + e Cl - em arranjos alternados  ligações iônicas bastante fortes  NÃO SE CLIVAM Planos (110) = Na + e Cl - em arranjos alternados  ligações iônicas bastante fortes  NÃO SE CLIVAM Planos (100) = igual número de Na + e Cl - em arranjo alternado  resultante das F repulsivas é mais intensa entre os planos  CLIVAGEM Planos (100) = igual número de Na + e Cl - em arranjo alternado  resultante das F repulsivas é mais intensa entre os planos  CLIVAGEM

12 Qual a UNIDADE ESTRUTURAL da halita? UNIDADE ESTRUTURAL (Z) = Número mínimo de fórmulas químicas necessárias à constituição do mineral. O número de íons numa cela unitária é geralmente um número inteiro e múltiplo da fórmula química. É dependente do tipo de cela unitária/retículo.UNIDADE ESTRUTURAL (Z) = Número mínimo de fórmulas químicas necessárias à constituição do mineral. O número de íons numa cela unitária é geralmente um número inteiro e múltiplo da fórmula química. É dependente do tipo de cela unitária/retículo.

13 Quantos íons de Cl - compõem a cela unitária? Cl - do centro das faces são compartilhados por 2 celas  3 Cl - p/ cela unitária;Cl - do centro das faces são compartilhados por 2 celas  3 Cl - p/ cela unitária; Cl - dos vértices são compartilhados por 8 celas  1 Cl - p/ cela unitáriaCl - dos vértices são compartilhados por 8 celas  1 Cl - p/ cela unitária TOTAL DE Cl - = 4 íonsTOTAL DE Cl - = 4 íons

14 Quantos íons de Na + compõem a cela unitária? Na + do centro das arestas são compartilhados por 4 celas  3 Na + p/ cela unitáriaNa + do centro das arestas são compartilhados por 4 celas  3 Na + p/ cela unitária Na + do centro do cubo  1 Na + p/ cela unitáriaNa + do centro do cubo  1 Na + p/ cela unitária TOTAL DE Na + = 4 íonsTOTAL DE Na + = 4 íons  UNIDADE ESTRUTURAL DA HALITA = 4 (NaCl)  UNIDADE ESTRUTURAL DA HALITA = 4 (NaCl)

15 ESFALERITA ou BLENDA (ZnS) (O mais importante minério de zinco) Tipo de cela unitáriaTipo de cela unitária –CCP (ou FCC) Sistema cristalinoSistema cristalino –Cúbico N.C. Zn 2+ = 4 N.C. S 2- = 4N.C. Zn 2+ = 4 N.C. S 2- = 4

16 Hábito = tetraedros c/ ápices cortados. Hábito = tetraedros c/ ápices cortados. Por quê? Os ápices dos poliedros de coordenação Zn - 4S e S - 4Zn estão em sentidos opostos  em alguns planos ao longo dos vértices do cubo haverá predominância de Zn 2+ ou S 2-  características físico-químicas heterogêneas  crescimento diferenciado dos cristais Por quê? Os ápices dos poliedros de coordenação Zn - 4S e S - 4Zn estão em sentidos opostos  em alguns planos ao longo dos vértices do cubo haverá predominância de Zn 2+ ou S 2-  características físico-químicas heterogêneas  crescimento diferenciado dos cristais Clivagem = perfeita nos planos (110)Clivagem = perfeita nos planos (110)

17 Hábito da esfalerita

18 Qual a UNIDADE ESTRUTURAL da esfalerita? Zn 2+ dos vértices são compartilhados por 8 celas  1 Zn 2+ p/ cela unitáriaZn 2+ dos vértices são compartilhados por 8 celas  1 Zn 2+ p/ cela unitária Zn 2+ do centro das faces são compartilhados por 2 celas  3 Zn 2+ p/ cela unitáriaZn 2+ do centro das faces são compartilhados por 2 celas  3 Zn 2+ p/ cela unitária TOTAL DE Zn 2+ = 4 íons S 2- dentro do cubo  4 S 2- p/ cela unitáriaS 2- dentro do cubo  4 S 2- p/ cela unitária TOTAL DE S 2- = 4 íons TOTAL DE S 2- = 4 íons UNIDADE ESTRUTURAL = 4 ZnS

19 Calculando de outra forma: molécula-grama de ZnS = 97,45 gmolécula-grama de ZnS = 97,45 g Densidade ZnS = 4,096 g/cm 3Densidade ZnS = 4,096 g/cm 3 Qual o volume ocupado por um mol de esfalerita?Qual o volume ocupado por um mol de esfalerita? 1 cm 3......................... 4,096 g de ZnS X............................. 97,45 g de ZnS X = 23,79 cm 3 Quantas moléculas de ZnS compõem a cela unitária da esfalerita? volume do cubo = A x A x A aresta da cela unitária de ZnS (R-X) = 5,406 Ǻ 6,022 x 10 23 -------------- 23,79 cm 3 Z -------------------------- (5,406 x 10 -8 ) 3  Z = 3,999 ~ 4

20 Diamante

21 DIAMANTE (C) Tipo de cela unitáriaTipo de cela unitária CCP (ou FCC) Sistema cristalinoSistema cristalinocúbico N.C. do CN.C. do C –4 (coordenação tetraédrica) HábitoHábito –octaédrico, mais raramente dodecaédrico

22 Tipo de estrutura Se substituírmos Zn 2+ e S 2- por C na estrutura da esfalerita teremos a estrutura do Diamante  ESTRUTURA DERIVADASe substituírmos Zn 2+ e S 2- por C na estrutura da esfalerita teremos a estrutura do Diamante  ESTRUTURA DERIVADA Os tetraedros de coordenação estão orientados de forma que suas faces estão sempre //s aos planos que cortam os vértices (arranjo de “pirâmides empilhadas”)Os tetraedros de coordenação estão orientados de forma que suas faces estão sempre //s aos planos que cortam os vértices (arranjo de “pirâmides empilhadas”)

23 Clivagem É perfeita nos 4 planos do octaedro {111}É perfeita nos 4 planos do octaedro {111} Há > espaçamento entre os átomos ápice-base do que entre base-base ou ápice-ápice  ligações mais fracas  maior facilidade de rompimento nos planos perpendiculares a estas ligações (planos {111} ) Há > espaçamento entre os átomos ápice-base do que entre base-base ou ápice-ápice  ligações mais fracas  maior facilidade de rompimento nos planos perpendiculares a estas ligações (planos {111} )

24 Clivagem do diamante

25 Qual a UNIDADE ESTRUTURAL do diamante? C dos vértices são compartilha- dos por 8 celas  1 C p/ cela unitáriaC dos vértices são compartilha- dos por 8 celas  1 C p/ cela unitária C do centro das faces são com- partilhados por 2 celas  3 C p/ cela unitáriaC do centro das faces são com- partilhados por 2 celas  3 C p/ cela unitária C dentro do cubo  4 C p/ cela unitáriaC dentro do cubo  4 C p/ cela unitária UNIDADE ESTRUTURAL = 8 C

26 Calculando de outra forma molécula-grama de C = 12,001gmolécula-grama de C = 12,001g Densidade C = 3,5 g/cm 3Densidade C = 3,5 g/cm 3 1cm 3........................ 3,5 g de C X........................... 12,001 g de C X........................... 12,001 g de C X = 3, 43 cm 3 X = 3, 43 cm 3 volume do cubo = A 3volume do cubo = A 3 aresta da cela unitária de C = 3,5667Ǻaresta da cela unitária de C = 3,5667Ǻ 6,022 x 10 23................. 3,43 cm 3 Z................................. (3,5667 x 10 -8 ) 3  Z ~ 8