Um “mineral” é uma substância inorgânica que é composta por um ou mais elementos químicos. Por definição um mineral deve ser:

A composição química de um mineral é conhecida como a sua composição elementar. A maioria dos minerais ocorre como compostos (uma combinação de vários elementos diferentes). No entanto, alguns minerais ocorrem como elementos químicos por si só. Estes são conhecidos como minerais nativos.

O que são cristais?

Os cristais são uma substância sólida que possui uma estrutura cristalina organizada que é formada a partir de átomos. A disposição interna dos átomos resulta frequentemente em faces planas externas como as vistas num cristal de quartzo, contudo isto não é um requisito para ser classificado como um cristal. Os cristais podem ser classificados de forma diferente dos minerais devido ao fato de que alguns materiais podem ser considerados cristais orgânicos. Uma vez que os minerais são puramente inorgânicos, um cristal orgânico não pode ser um mineral. Por exemplo, proteínas e açúcares são sólidos que podem formar cristais, porém, por serem substâncias orgânicas, não podem ser categorizados como minerais.

Impurezas dentro de soluções que formam cristais podem resultar em mudanças de cor, bem como alterações significativas na estrutura dos cristais. Demasiadas impurezas dentro de uma estrutura cristalina durante a cristalização podem produzir cristais com pequenas a grandes inclusões. Estas inclusões também podem alterar a forma do cristal.

Minerais, Cristais ou Rochas?

Mais minerais ocorrerão naturalmente como cristais, porém nem todos os cristais são minerais, uma vez que cristais orgânicos não são minerais de todo. Um mineral com a mesma fórmula química pode formar mais do que um tipo de cristal. Por exemplo, existem três polimorfos (mesma fórmula química, estruturas cristalinas diferentes) de carbonato de cálcio que são conhecidos como calcita, aragonite e caterite. Os cristais de calcita ocorrem no sistema trigonal, os cristais de aragonite pertencem ao sistema ortopédico e os cristais de caterite formam o sistema hexagonal. Estas estruturas cristalinas podem variar durante a formação como resultado de vários fatores que incluem impurezas inibindo padrões de crescimento, a temperatura do ambiente durante a formação, a saturação dos minerais dentro da solução, a geometria das ligações covalentes e mudanças no movimento da solução.

Os minerais têm uma estrutura atômica naturalmente formada, organizada e com uma composição química específica. Os cristais, na sua maioria, partilham estas características, contudo os átomos estão dispostos num padrão de repetição que resulta numa malha cristalina, apresentando-se muitas vezes com faces cristalinas.
Muitas vezes ouvirá as pessoas chamar minerais ou cristais, rochas, contudo uma “rocha” é definida como um agregado ligado de minerais, mineralóides ou fragmentos de outras rochas. A palavra “ligado” significa que a agregação de minerais deve ser, em certo sentido, cimentada em conjunto. Por exemplo, a areia não é considerada uma rocha, mesmo que na maioria dos casos os grãos de areia sejam agregados juntos. O arenito, por exemplo, tornou-se uma rocha porque os grãos de areia foram cimentados juntos por minerais de grãos mais finos e/ou material orgânico, formando uma massa relativamente sólida.
As três principais classificações de rochas são: ígneas, metamórficas e sedimentares.
Pedra ígnea – Rocha formada pelo arrefecimento e cristalização do magma dentro ou acima da litosfera (crosta terrestre). Cristais que se formam dentro do magma à medida que este começa a solidificar, dos quais a velocidade de resfriamento pode ditar o tamanho dos cristais que se formam.

Uma visão de perto do granito porfírio, um tipo de rocha ígnea. O granito porfirítico ocorre quando a temperatura do magma de resfriamento muda rapidamente. Neste caso, grandes cristais foram permitidos a se formar com resfriamento lento, apenas para serem interrompidos por uma mudança repentina de temperatura decrescente que acelerou o processo de cristalização, resultando em cristais menores.

Rocha sedimentar – Rocha que se formou como resultado de materiais erodidos de rochas previamente formadas sendo depositadas ao longo do fundo do oceano, leitos de rios, leitos de lagos, etc., juntamente com a deposição de minerais da água. Ao longo dos anos estas deposições são compactadas por forças naturais, para depois se solidificarem numa massa sólida (rocha).

Esta é uma formação rochosa sedimentar que faz parte de Zabriskie Point, localizada dentro do Vale da Morte, Califórnia. É composta por sedimentos do Furnace Creek Lake, que secou há cerca de 5 milhões de anos. Milhões de anos de erosão deixaram as camadas sedimentares expostas.

Rocha Metamórfica – Rocha que ocorreu quando rochas sedimentares ou ígneas existentes foram expostas a pressões e, em alguns casos, a mudanças de temperatura que alteraram sua mineralogia original.

Rocha metamórfica conhecida como “gnaisse granítico”. Formado a partir de granito metamorfosado.

Como se formam os cristais inorgânicos?

Cristais podem formar-se a partir de uma variedade de processos diferentes, incluindo:
Depósitos de Evaporito – São formações minerais que ocorrem como resultado de processos na superfície da terra. Os cristais formam-se a partir de soluções contendo minerais que se concentram por desidratação/evaporação de uma solução aquosa. À medida que o fluido é lentamente removido por evaporação, os minerais concentrados reúnem-se e precipitam-se da água num padrão estruturado que se transforma num cristal. Um exemplo de depósitos de precipitação são os cristais de halita rosa do Lago Seamless em Trona, Califórnia.
Depósitos minerais secundários – Estes se formam pelo processo de exposição da água a minérios primários, pela deposição de soluções hidrotermais ou são formados pela cristalização de magma.

• Exposição a minérios primários – Água que é introduzida a minérios expostos (tipicamente dentro de uma cavidade) por percolação descendente através de rochas. Isto pode iniciar processos químicos que quebram o minério e redistribuem os minerais ao longo das paredes abertas da cavidade. O azurite e o malaquite são bons exemplos disso, onde soluções aquosas passaram por áreas de minério primário de cobre e os redistribuíram como cristais de azurite e malaquite, cujos requisitos de formação incluem água, carbonatos e cobre.
• Depósito de fluido hidrotermais – na maioria dos casos ocorre à medida que os fluidos hidrotermais sobem pela rocha, captando minerais dentro da rocha circundante no processo. Quando uma cavidade aberta é apresentada a esses fluidos, a precipitação dos minerais pode ocorrer sob a forma de cristais e/ou massa sólida. Por vezes os minerais dentro da rocha circundante podem ser substituídos, esta ocorrência é conhecida como um depósito de substituição.
• Crystallization of magma – ocorre quando o magma esfria e os minerais dentro do magma começam a separar-se em grupos de minerais iguais e compatíveis. Dependendo da velocidade de resfriamento, composição e atmosfera, os tamanhos dos cristais podem variar significativamente. Às vezes o resfriamento pode ocorrer muito rapidamente, resultando na falta de uma estrutura elementar, sendo o obsidiano (vidro vulcânico) um exemplo disso. Composto principalmente de SiO₂ (quartzo na maioria dos casos), obsidiana tem uma fórmula química com potencial para ser um cristal/mineral, no entanto a falta de estrutura cristalina e variabilidade de composição resulta na sua classificação como mineralóide.

O mineralóide, obsidiano.

Classes Minerais

A composição química do mineral dita como ele ocorrerá dentro da natureza. Algumas das classes minerais comuns pelas suas composições químicas são:
Minerais Nativos – Elementos que ocorrem naturalmente com uma estrutura mineral distinta e sem combinação com outro elemento. Alguns exemplos de elementos que são conhecidos por formar como minerais nativos são ouro (Au), prata (Ag), enxofre (S), cobre (Cu), grafite ((C) – carbono solto) e diamantes ((C) – carbono densamente embalado – tipicamente contém algumas impurezas).

Diamante Natural Bruto

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Prata Nativa

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Cobre Nativo

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Oxidos – Uma classe de composto químico em que um íon de oxigênio (O2-) se emparelha com um elemento, em muitos casos, um metal com carga positiva. Alguns exemplos disso são SiO₂ – Quartzo, Fe₂O₃ – Hematite, Cu₂O – Cuprite, etc.
Carbonatos – Minerais caracterizados pela presença de um íon carbonato (CO₃2-). Tipicamente ligam-se a cátions metálicos que na maioria dos casos formam compostos insolúveis (não podem ser dissolvidos em água). Alguns exemplos disso são CaCO₃ – Calcite/Aragonite, FeCO₃ – Siderite, ZnCO₃ – Smithsonite, etc.
Silicatos – Minerais de uma família de ânions que contém tanto silício (Si) quanto oxigênio (O). Este sal forma um componente importante das rochas em toda a litosfera (crosta terrestre). Alguns exemplos de silicatos são SiO₂ – Quartzo, AlKO₆Si₂ – Silicato de alumínio de potássio, (Fe,Mg)₂SiO₄ – Olivina, etc.
Sulfide (Sulfeto) – ânion inorgânico de enxofre que apresenta a fórmula química S^2- e pode envolver reações que são consideradas bastante complexas. A precipitação de sulfetos pode incluir reações com metais pesados em que se formam precipitados insolúveis de metais. Alguns exemplos destes metais pesados que se formam a partir de íons sulfeto são FeS₂ – Pyrite, CuFeS₂ – Chalcopyrite, PbS – Galena, etc.
Sulfatos (Sulfatos) – Sais que se formam quando o ácido sulfúrico (H₂SO₄) reage com outro químico. Alguns exemplos de sulfatos são (Ba,Sr)SO₄ – Barite (Baryte), CaSO₄- 2H₂O – Gypsum, SrSO₄ – Celestine (Celestita), etc.
Fosfatos – Minerais caracterizados pela presença do ânion complexo (PO₄)^3-., a maioria dos quais são considerados bastante raros na natureza. Alguns exemplos de fosfatos são Ca5(PO₄)(OH,F,CL) – Apatite, CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈ – 4H₂O – Turquoise, Fe(II)3(PO4)₂- 8H2O – Vivianite, etc.

Economia de Cristais e Minerais

Nos tempos modernos, para que um mineral seja considerado economicamente digno de mineração, ele deve existir como uma concentração de minerais úteis que podem ser trabalhados (minerados) enquanto ainda se obtém um lucro. A concentração também deve ser alta o suficiente para fazer da extração um processo digno. Às vezes, o mineral que chega ao fim dentro da mina pode resultar no fechamento imediato da mina. Por causa disso, a mineração pode ser um negócio extra arriscado até onde a economia vai.
Os metais são atualmente os minerais econômicos mais importantes, pois são usados para uma grande variedade de aplicações modernas. Estes metais são extraídos de depósitos metalíferos que consistem no minério (minerais procurados) e, na maioria dos casos, nos minerais indesejados e menos econômicos ao redor, conhecidos como “gangue”.
Terminologia e Ilustrações
Elemento Químico – Um elemento químico é uma substância de matéria cujos átomos contêm todos o mesmo número de prótons, conhecido como o número atômico. A tabela periódica é, em certo sentido, uma chave que foi elaborada por Dimitri Mendeleev, um químico russo, para classificar estes átomos em categorias elementares com base no seu número de prótons. Por exemplo, um átomo de hidrogênio (H) contém um próton, um átomo de hélio (He) contém dois prótons, um átomo de lítio (Li) contém três prótons e assim por diante.

Periódica Tabela

Composto Químico – Composto de moléculas. Para ser considerado um composto químico, a molécula deve ser composta de até mais dois elementos químicos diferentes que estão ligados entre si.
Atom – A menor unidade de um elemento químico. Um átomo é composto por próton(es), elétron(es) e nêutron(es) que juntos determinam a carga do átomo. Os átomos podem perder ou ganhar elétrons, resultando em cargas positivas e negativas conhecidas como íons.

Esta é uma ilustração de um átomo de carbono.
Azul – Elétrons.
Vermelho & Cinza – Neutrões & Protões.

Ião – Um átomo ou molécula com uma carga eléctrica resultante de uma perda ou ganho de um ou mais electrões.
Cação – Um ião com carga positiva que é atraído por iões com carga negativa. Exemplo – íon hidrogênio H+.
Anion – Um íon com carga negativa que é atraído por íons com carga positiva. Exemplo – Íon carbonato é CO₃2-.
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Fórmula química do íon carbonato.

Esta figura ilustra a estrutura molecular de um íon carbonato (CO₃2-) a nível atômico.