Em geologia e mineralogia, um mineral ou espécie mineral é uma substância sólida homogênea que ocorre na natureza, forma-se por processos geológicos, possui composição química definida dentro de certos limites e apresenta um arranjo interno ordenado de átomos. A composição e essa organização interna definem a espécie. Por isso, duas substâncias com a mesma fórmula química podem corresponder a minerais diferentes quando seus átomos estão arranjados de maneiras diferentes.
Um mineral não é o mesmo que uma rocha ou um minério. Uma rocha é um agregado natural que pode reunir um ou muitos minerais e também mineraloides., pp. 15–16. No uso cotidiano, a palavra "pedra" pode designar muitos materiais rochosos ou fragmentos deles, mas não corresponde a uma categoria mineralógica precisa. Já um minério é um material natural do qual podem ser extraídas substâncias de valor econômico. Um mineral pode fazer parte de um minério sem ser, por isso, sinônimo de minério. Substâncias sólidas naturais que não satisfazem plenamente os critérios usados para os minerais, como certos materiais sem ordem atômica de longo alcance, são chamadas de mineraloides.
Dentro de uma mesma espécie mineral, pequenas substituições químicas ou impurezas podem mudar propriedades como a cor sem criar uma espécie nova. Em outros casos, a composição varia gradualmente entre extremos relacionados, formando séries de solução sólida. A Associação Internacional de Mineralogia (IMA) estabelece regras para o reconhecimento e a nomenclatura das espécies minerais.
Os minerais se formam quando os elementos químicos encontram condições que permitem aos átomos e íons se organizar em uma estrutura estável. Isso pode acontecer durante o resfriamento de magma, pela precipitação de substâncias dissolvidas em água, no metamorfismo, no intemperismo e em processos que também envolvem organismos. Os minerais encontrados em uma rocha podem conservar informações sobre as condições em que ela se formou e sobre mudanças que sofreu depois.
A identificação de um mineral combina propriedades como dureza, clivagem, lustre, cor, traço e densidade relativa. Quando essas pistas não bastam, podem ser usados microscopia, análises químicas e difração de raios X. As espécies também são organizadas por composição e estrutura em sistemas de classificação como os de Dana e Strunz. Os silicatos, formados principalmente por estruturas que combinam silício e oxigênio, constituem a maior parte dos minerais da crosta terrestre.
Etimologia A palavra portuguesa mineral veio do francês minéral, derivado do latim medieval minerālis.
Definição, limites e nomenclatura
Conceitos relacionados Na mineralogia, palavras próximas podem ter sentidos diferentes, e separar mineral, cristal, rocha, mineraloide, minério e gema evita confundir categorias que às vezes aparecem no mesmo material.
Termo Sentido no artigo Mineral Espécie natural definida principalmente por composição química e arranjo atômico ordenado, dentro dos critérios adotados pela mineralogia. Cristal Corpo sólido com arranjo interno ordenado. Um cristal é uma ocorrência física de uma estrutura e não é sinônimo de espécie mineral. Rocha Agregado de um ou mais minerais ou mineraloides. Pode ser formada quase inteiramente por uma espécie ou por muitas. Mineraloide Substância sólida natural que não satisfaz plenamente o requisito de estrutura cristalina definido para minerais, como a obsidiana e muitas formas de opala.Austin Flint Rogers e Paul Francis Kerr (1942): Optical mineralogy, 2.ª ed., p. 374. McGraw-Hill; . Arquivado em 17 de janeiro de 2023. Minério Material natural do qual se podem extrair um ou mais minerais de valor econômico. Gema Material usado com finalidade ornamental. Quase todas as gemas são minerais, e beleza, raridade e durabilidade estão entre os critérios gemológicos usuais.
As categorias da tabela podem se cruzar sem se tornarem equivalentes. Um mineral pode fazer parte de uma rocha, estar presente num minério, ser lapidado como gema ou não entrar em nenhuma dessas duas últimas categorias. A opala mostra ainda como a nomenclatura pode conservar exceções históricas. Ela não possui ordem atômica de longo alcance suficiente para a definição técnica usada pela IMA, mas a IMA mantém opal como nome mineral válido.
Definição formal de mineral
Para que uma substância seja reconhecida formalmente como mineral, a Associação Internacional de Mineralogia (IMA), por meio da Comissão de Novos Minerais, Nomenclatura e Classificação (CNMNC), considera quatro critérios gerais. Eles são avaliados em conjunto e admitem algumas exceções mantidas por razões históricas ou nomenclaturais.E. H. Nickel e J. D. Grice (1998): "The IMA Commission on New Minerals and Mineral Names: procedures and guidelines on mineral nomenclature". Mineralogy and Petrology, volume 64, número 1, páginas 237–263. .
Critério O que se exige Como entender 1. Origem natural A substância deve formar-se por processos geológicos naturais, na Terra ou em outros corpos extraterrestres. Materiais produzidos exclusivamente pela atividade humana ficam fora da definição. O mesmo vale para sólidos formados inteiramente dentro de organismos, como cálculos renais e pérolas. A participação de seres vivos não impede o reconhecimento quando também ocorre um processo geológico, como evaporação, sedimentação ou transformação posterior de material de origem orgânica. Substâncias previstas por modelos ou cálculos, mas ainda não encontradas e caracterizadas em uma amostra natural, também não são reconhecidas como minerais, mesmo quando se espera que existam em ambientes inacessíveis, como o núcleo da Terra ou o interior de outros planetas. 2. Estado sólido A substância deve ocorrer naturalmente como sólido. O mercúrio nativo é uma exceção histórica. Embora cristalize apenas abaixo de −39 °C, ele permanece classificado como mineral porque seu reconhecimento antecede as regras atuais. Água líquida e dióxido de carbono não são minerais, embora possam ocorrer como inclusões em outros minerais. O gelo de água, por ser sólido nas condições em que ocorre naturalmente, é reconhecido como mineral. 3. Arranjo atômico ordenado O material precisa apresentar uma estrutura cristalográfica bem definida ou, de modo mais geral, um arranjo atômico ordenado. Essa organização interna está relacionada a propriedades observáveis, como forma cristalina, dureza e clivagem., pp. 13–14. Materiais como ozocerita, limonite e obsidiana ficam fora da definição formal porque não apresentam esse tipo de ordem da maneira exigida pela nomenclatura mineralógica. 4. Composição química definida dentro de limites A composição precisa ser suficientemente bem definida para caracterizar a espécie, mas não precisa ser exatamente igual em todas as amostras. Pequenas substituições de elementos podem ocorrer sem criar outra espécie. A mackinawita, por exemplo, tem fórmula ideal FeS, embora Ni, Co e Cu possam aparecer em menores proporções. Uma mesma estrutura também pode apresentar diferenças no empilhamento de camadas, vacâncias ou substituições ordenadas. Em alguns casos, uma variação contínua da composição é dividida entre espécies distintas. Na série da olivina, (Mg,Fe)2SiO4, os extremos ricos em magnésio e ferro correspondem a forsterita e faialita., pp. 574–575.
direita|miniatura|upright=0.85|alt=Modelo tridimensional da estrutura cristalina do cloreto de sódio, com íons de sódio e cloreto distribuídos regularmente|Na halita, os íons de sódio e cloreto ocupam posições regulares em uma estrutura cristalina. Um arranjo atômico ordenado e uma composição química definida estão entre os critérios usados para reconhecer uma espécie mineral.
Os limites desses critérios podem exigir revisão quando surge um material que não se encaixa bem nas categorias existentes. Já foram propostas definições que aceitariam materiais amorfos de maneira mais ampla, mas a nomenclatura formal da IMA mantém como regra um arranjo atômico ordenado, com algumas exceções históricas.
Quando a quantidade disponível de material é extremamente pequena, ainda é preciso demonstrar que a amostra é homogênea em um volume que possa ser medido e caracterizado com segurança. Não há um tamanho mínimo universal fixado para todos os casos. Quanto menor a amostra, maior é a necessidade de mostrar que sua composição e sua estrutura correspondem de fato a uma única espécie.
A estabilidade à temperatura ambiente também não é uma exigência da IMA. Algumas definições mineralógicas usam como referência um sólido estável ou metaestável a 25 °C. A IMA exige que a substância permaneça estável por tempo suficiente para que sua estrutura e sua composição possam ser determinadas. A meridianiita, um hidrato natural de sulfato de magnésio, é reconhecida como mineral mesmo sendo estável apenas abaixo de 2 °C.
Minerais biogênicos
esquerda|miniatura|upright=1.10|alt=Micrografia eletrônica de uma placa calcária circular ornamentada produzida por um cocolitóforo|Na biomineralização, organismos precipitam materiais minerais. Cocolitos calcários estão entre os exemplos microscópicos desse processo.
Organismos conseguem formar fases minerais, e algumas são difíceis de reproduzir por processos puramente inorgânicos nas condições da biosfera. Na nomenclatura da IMA-CNMNC, a questão central é onde o material se formou. Se um processo geológico participa da formação, a origem biológica não o exclui. Sólidos formados inteiramente dentro de organismos ficam fora da definição formal.
Uma definição mais ampla foi proposta por Skinner, que trata os biominerais como parte do reino mineral e aceita materiais amorfos ou cristalinos produzidos por processos biogeoquímicos. Essa proposta é mais abrangente do que a definição formal usada pela IMA-CNMNC.
As relações entre minerais e seres vivos são estudadas na hidrosfera, na atmosfera e na biosfera. Microrganismos já foram encontrados muito abaixo do fundo oceânico e em grandes altitudes na atmosfera, ampliando os ambientes em que essas interações podem ser investigadas.
direita|miniatura|upright=1.05|alt=Padrão de difração com simetria de ordem cinco da icosaedrita|Na icosaedrita, a difração registra simetria de ordem cinco. O quase-cristal é ordenado, mas não periódico. Ao participar dos ciclos biogeoquímicos, microrganismos alteram a forma como alguns minerais se formam ou se dissolvem. Eles podem precipitar metais a partir de solução e favorecer a formação de depósitos de minério, ou catalisar a dissolução de fases minerais já existentes.
A biomineralização abrange fases de química muito diferente entre si. Pela definição ampla de Skinner, essas fases podem entrar no reino mineral. Pela nomenclatura da IMA-CNMNC, cada caso precisa cumprir os critérios de origem geológica e de caracterização da espécie.
A discussão também alcança materiais que têm ordem atômica sem formar um cristal periódico. Skinner aceita minerais cristalinos e amorfos em sua definição. A definição formal anterior de Nickel fazia da cristalinidade um requisito explícito. A icosaedrita, uma liga natural de alumínio, ferro e cobre, tornou a fronteira mais interessante: ela é um quase-cristal com simetria icosaédrica, ordenado em longa distância, mas sem a repetição translacional de um cristal periódico.Commission on New Minerals and Mineral Names, Approved as new mineral (arquivado em 20 de março de 2012).
Espécies, variedades, séries e grupos Na nomenclatura mineralógica, a espécie mineral é a unidade básica. Uma variedade continua pertencendo à mesma espécie mesmo quando muda em cor, hábito ou outra característica. A ametista, por exemplo, é uma variedade de quartzo. Uma série mineral reúne composições que passam gradualmente entre membros extremos relacionados. Um grupo mineral reúne espécies distintas que compartilham relações químicas e estruturais., pp. 20–22.