Cristaloquímica de Minerais

A cristaloquímica explica como o tamanho atômico e iônico, a carga, a coordenação e o tipo de ligação determinam quais estruturas os minerais adotam e como suas composições variam por meio da substituição.

Definition

O estudo dos princípios químicos, particularmente ligação, tamanho iônico, balanço de carga e coordenação, que governam a estrutura atômica e a variabilidade composicional dos minerais.

Scope

Este tópico abrange ligações iônicas e covalentes em minerais, raios iônicos efetivos, número de coordenação e poliedros, regras de Pauling, o princípio da razão de raios e a química da solução sólida, incluindo mecanismos substitucionais, acoplados e de omissão. Ele conecta a composição à estrutura e às propriedades físicas e ópticas resultantes.

Core questions

• Como a razão do raio cátion-ânion determina o número de coordenação?
• Quais são as regras de Pauling e como elas preveem estruturas iônicas estáveis?
• Como as soluções sólidas substitucionais e acopladas ampliam a faixa composicional de um mineral?
• Por que os raios iônicos efetivos dependem da coordenação e do estado de oxidação?

Key theories

Regras de Pauling

Um conjunto de princípios que relacionam a geometria do poliedro de coordenação à razão de raios, exigindo neutralidade eletrostática local, limitando arestas e faces poliedrais compartilhadas e minimizando o número de ambientes catiônicos distintos, que juntos racionalizam as estruturas minerais iônicas.

Raios iônicos efetivos e substituição

Raios iônicos tabelados que variam com a coordenação e a valência preveem se os íons podem se substituir em um sítio estrutural, governando a extensão da solução sólida em séries minerais.

Clinical relevance

Os princípios cristaloquímicos explicam o zoneamento composicional, a geotermobarometria, a absorção de elementos-traço e contaminantes, e o design de materiais funcionais sintéticos, e eles sustentam a interpretação da química mineral a partir da microanálise.

History

V. M. Goldschmidt estabeleceu o papel geoquímico do tamanho e da carga iônica na década de 1920; Pauling formalizou as regras das estruturas cristalinas iônicas em 1929; a compilação de raios iônicos efetivos de Shannon de 1976 tornou-se a referência padrão para prever a substituição em minerais.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

O que é solução sólida em minerais?

É a substituição contínua ou parcial de um íon por outro de tamanho e carga semelhantes dentro de uma única estrutura mineral, como na série da olivina, da forsterita à faialita.

O que é substituição acoplada?

É a substituição simultânea em dois sítios para preservar o balanço de carga geral, como a troca de NaSi por CaAl na série de feldspatos plagioclásios.