O fundamento básico da ciência Mineralogia, é o estudo dos minerais.
MINERAL: Um cristal de ocorrência natural, formado como um produto de processos inorgânicos, com composição química definida.
CRISTAL: Sólido homogêneo que possui ordem interna tridimensional e que, sob condições favoráveis, pode manifestar-se externamente por superfícies limitantes planas, lisas.
CRISTALOGRAFIA: Estudo dos cristais, das leis que governam seu crescimento, forma externa e estrutura interna.
CRISTALOQUÍMICA: Ciência que tem como meta principal o estudo e elucidação das relações entre a composição química, a estrutura interna e as propriedades físicas da matéria cristalina e como meta corolária, a síntese de materiais cristalinos tendo qualquer combinação desejada de propriedades.
CRISTALOQUÍMICA
O valor de muitos minerais está diretamente associado à sua composição química, sendo que, em alguns casos, o valor do mineral deriva mais de um constituinte acessório do que dos constituintes essenciais, como p.ex., o Th (tório) na monazita (Ce,La,Y,Th)PO4. O Th pode chegar a 20% de ThO2.
A composição química de um mineral também é de importância fundamental com relação às propriedades do mineral, que dependem dela em maior ou menor grau. Contudo, estas propriedades dependem também da geometria do arranjo dos átomos constituintes e da natureza das forças elétricas que os mantém unidos.
Pode-se considerar o átomo como a subdivisão mínima da matéria que retém as características do elemento. Pode-se imaginar o átomo como consistindo em um núcleo pequeno, maciço, de prótons e nêutrons, rodeado por uma região muito maior com população rarefeita de elétrons.
O átomo pode ser considerado como um sistema solar minúsculo. No centro, correspondente ao sol, está o núcleo que, exceto no átomo de H, é formado de prótons e nêutrons. Cada próton tem uma carga unitária de eletricidade positiva; o nêutron, como diz o nome, é eletricamente neutro. Cada elétron, de forma semelhante a um planeta do sistema solar, se move em uma órbita, ou nível de energia, em redor do núcleo e tem carga elétrica negativa. Como o átomo, no todo é eletricamente neutro, deve haver um número igual de prótons e elétrons.
Os elétrons, cujo número depende da carga do núcleo, dispõem-se ao redor do núcleo em níveis de energia, ou camadas, designadas pelos números 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7 (antigamente K, L, M, N, O, P e Q). Cada camada contém um certo número de subcamadas, designadas pelas letras s, p, d e f. A subcamada s pode conter apenas um par de elétrons, a p, três pares, a d, cinco e a f, sete. A camada um pode conter somente dois elétrons, ambos na subcamada 1s. A camada 2 pode conter um máximo de oito elétrons, dois na subcamada 2s e seis na 2p. A camada 3 pode conter um total de 18 elétrons, dois na subcamada 3s, seis na 3p e dez na 3d.
FORÇAS DE LIGAÇÃO NOS CRISTAIS: As forças que ligam entre si as partículas componentes dos sólidos cristalinos são de natureza elétrica. O tipo e a intensidade destas forças são de grande importância na determinação das propriedades físicas e químicas dos minerais, tais como a dureza e a clivagem, entre outras. Em geral, quando mais forte a ligação, tanto mais duro será o cristal.
Estas forças elétricas são as ligações químicas e estão agrupadas em quatro tipos: iônica; covalente; metálica e de Van der Waals, podendo ocorrer transições entre todos os tipos.
IÔNICA: Todos os átomos tem forte tendência de completar uma configuração estável na camada externa de elétrons, ou valência< fazendo com que estejam completos todos os lugares possíveis de elétrons, como ocorre com os gases nobres: He, Ne, Ar, Kr, Xe e Rd, os quais possuem 2 (He) ou 8 elétrons na camada de valência.
Os átomos com uma quantidade total de elétrons menor do que 6, tendem a adquirir uma configuração igual a do He, com dois elétrons na camada de valência, enquanto que os demais procurarão uma configuração com 8 elétrons na camada de valência.
Para atingir a configuração estável, o átomo pode perder ou ganhar elétrons. Como o número de prótons não muda, o átomo torna-se eletricamente carregado. Chama-se íon a este átomo carregado. Se o átomo perde elétrons, ele ficará com uma carga positiva igual ao número de elétrons que perdeu e será chamado de cátion. Se ganha elétrons, terá carga negativa igual ao número de elétrons que ganhou e será chamado de ânion.
No mineral halita (NaCl = cloreto de sódio), o Na com 11 elétrons, tem um elétron na camada de valência e o Cl, com 17 elétrons, tem 7 elétrons na camada de valência. Ambos atingem uma configuração estável quando o Na perde um elétron para o Cl, transformando-se em íons. Íon positivo (cátion) para o Na e íon negativo (ânion) para o Cl. Estes íons estão unidos na estruturado cristal pela atração de suas cargas elétricas diferentes, e por isso, este tipo de ligação é chamada de ligação iônica.
COVALENTE: Quando um átomo não consegue completar a sua camada de valência através do ganho de elétrons, ele pode alcançar a configuração de gás nobre, compartilhando elétrons com átomos vizinhos.
Este tipo de ligação é a mais forte das ligações químicas e a quantidade de elétrons compartilhados depende da necessidade de cada átomo. Assim, p.ex. o Cl, com 7 elétrons na camada de valência, compartilha 1 elétron; o O com 6, compartilha 2, o C (diamante) e o Si, com 4 elétrons cada na camada de valência, compartilham 4 elétrons.
METÁLICA: Os átomos que possuem poucos elétrons na camada de valência e que não conseguem doá-los a outros átomos, originam sólidos caracterizados pela ocorrência de núcleos atômicos unidos pela carga elétrica agregada de uma nuvem de elétrons que os rodeiam.
Isto explica porque os metais possuem plasticidade, ductilidade e condutividade elevadas, bem como dureza, pontos de fusão e ebulição, baixos.
VAN DER WAALS: Ligação fraca que une os átomos em um retículo, em virtude das pequenas cargas residuais existentes em suas superfícies. É a mais fraca das ligações químicas, representando, na verdade, mais um empilhamento ordenado de moléculas e átomos, que uma ligação efetiva.
Comum nos gases solidificados, sendo pouco frequente nos minerais. Quando isto ocorre, ela define uma zona de clivagem fácil e de dureza baixa. Um exemplo é o mineral grafita, que consiste em camadas de átomos de carbono ligados covalentemente, unidas somente por ligação de Van de Waals.
