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Classificação geral de estruturas cristalinas

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. Estrutura Padrão Estrutura Padrão AX Halita ABX 3 Calcita Cloreto de Aragonita

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Classificação geral de estruturas cristalinas

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Presentation Transcript

  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. EstruturaPadrãoEstruturaPadrão AX Halita ABX3 Calcita Cloreto de Aragonita Cs (P > 18Kb) Ilmenita Esfalerita Perowskita AX2 Fluorita ABX4 Zircão Rutilo Monazita A2X3 Corindon A2BX4 Olivina Espinélios

  2. Classificação das estruturas dos silicatos • Os silicatos, em conseqüência da co-valência parcial 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-O4 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, Pb, Au2Cu3 • 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) ou CCP

  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: 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.

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

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

  10. Explorando alguns exemplos HALITA (NaCl) Clivagem: // às faces do cristal. POR QUÊ? 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

  11. Explorando alguns exemplos HALITA (NaCl) 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  F repulsivas mais intensas 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.

  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- dos vértices são compartilhados por 8 celas  1 Cl- p/ cela unitária • TOTAL 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 unitária • Na+ do centro do cubo  1 Na+ p/ cela unitária • TOTAL DE Na+ = 4 íons •  UNIDADE ESTRUTURAL DA HALITA = 4 (NaCl)

  15. ESFALERITA ou BLENDA (ZnS)(O mais importante minério de zinco) • Tipo de cela unitária • CCP (ou FCC) • Sistema cristalino • Cúbico • N.C. Zn2+ = 4 N.C. S2- = 4

  16. 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 Zn2+ ou S2- características físico-químicas heterogêneas  crescimento diferenciado dos cristais • Clivagem = perfeita nos planos (110)

  17. Hábito da esfalerita

  18. Qual a UNIDADE ESTRUTURAL da esfalerita? • Zn2+ dos vértices são compartilhados por 8 celas  1 Zn2+ p/ cela unitária • Zn2+ do centro das faces são compartilhados por 2 celas  3 Zn2+ p/ cela unitária TOTAL DE Zn2+ = 4 íons • S2- dentro do cubo  4 S2- p/ cela unitária TOTAL DE S2- = 4 íons UNIDADE ESTRUTURAL = 4 ZnS

  19. Calculando de outra forma: • molécula-grama de ZnS = 97,45 g • Densidade ZnS = 4,096 g/cm3 • Qual o volume ocupado por um mol de esfalerita? 1 cm3 ......................... 4,096 g de ZnS X ............................. 97,45 g de ZnS X = 23,79 cm3 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 1023 -------------- 23,79 cm3 Z -------------------------- (5,406 x 10-8)3  Z = 3,999 ~ 4

  20. DIAMANTE (C) • Tipo de cela unitária CCP (ou FCC) • Sistema cristalino cúbico • N.C. do C • 4 (coordenação tetraédrica) • Hábito • octaédrico, mais raramente dodecaédrico

  21. Tipo de estrutura • Se substituírmos Zn2+ e S2- 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”)

  22. Clivagem • 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} )

  23. Clivagem do diamante

  24. Qual a UNIDADE ESTRUTURAL do diamante? • C 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 unitária • C dentro do cubo  4 C p/ cela unitária UNIDADE ESTRUTURAL = 8 C

  25. Calculando de outra forma • molécula-grama de C = 12,001g • Densidade C = 3,5 g/cm3 1cm3 ........................ 3,5 g de C X ........................... 12,001 g de C X = 3, 43 cm3 • volume do cubo = A3 • aresta da cela unitária de C = 3,5667Ǻ 6,022 x 1023 ................. 3,43 cm3 Z ................................. (3,5667 x 10-8)3  Z ~ 8

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