Fonte: Laboratório de Alan Lester - Universidade de Colorado Boulder

As propriedades físicas dos minerais compreendem vários atributos mensuráveis e perceptíveis, incluindo cor, raia, propriedades magnéticas, dureza, forma de crescimento cristalino e decote cristalino. Cada uma dessas propriedades são específicas do mineral, e estão fundamentalmente relacionadas à composição química e estrutura atômica de um determinado mineral.

Este experimento examina duas propriedades que derivam principalmente da repetição simétrica de agrupamentos atômicos fundamentais e estruturais, chamados células unitárias, dentro de uma rede cristalina, uma forma de crescimento cristalino e decote cristalino.

A forma de crescimento cristalino é a expressão macroscópica da simetria de nível atômico, gerada pelo processo de crescimento natural da adição de células unitárias (os blocos moleculares de construção de minerais) a uma rede cristalina crescente. Zonas de rápida adição de células unitárias tornam-se as bordas entre as superfícies do planar, ou seja, faces, do cristal.

É importante reconhecer que as rochas são agregados de grãos minerais. A maioria das rochas são polimineralic (múltiplos tipos de grãos minerais), mas algumas são efetivamente monomineralicas (compostas por um único mineral). Como as rochas são combinações de minerais, as rochas não são referidas como tendo forma cristalina. Em alguns casos, geólogos se referem às rochas como tendo um decote geral, mas aqui o termo é simplesmente usado para se referir a superfícies repetitivas de ruptura e não é um reflexo da estrutura de cristal atômico. Assim, em geral, os termos forma cristalina e decote de cristal são usados em referência a amostras minerais e não amostras de rocha.

Todos os minerais possuem propriedades físicas, mas características específicas e facilmente reconhecíveis associadas às propriedades nem sempre são expressas em um cristal individual. Por exemplo, cristais de quartzo têm uma forma hexagonal característica, mas se o crescimento do cristal ocorre em um ambiente onde outros minerais bloqueiam ou impingem a forma de crescimento natural (que é comumente o caso na maioria das rochas) então a forma hexagonal não se forma. Então, com isso em mente, é importante selecionar cuidadosamente um grupo adequado de amostras para o crescimento de cristais ou análise de decote de cristal, pois nem todas as amostras mostram essas características principais.

Além disso, embora o decote cristalino seja relativamente fácil de testar — quebrando uma amostra com um martelo — diferentes minerais demonstram uma gama de qualidade de decote, de modo que as superfícies planares geradas pela quebra podem ser irregulares e ásperas (denominadas "decote ruim") ou extremamente lisas (denominadas "boa" ou "excelente decote"). Em alguns casos (por exemplo, quartzo), as forças de ligação cristalográfica são uniformes em todas as direções, e isso resulta em um mineral com falta de planos de decote reconhecíveis.

1. Estabelecer um grupo de amostras minerais

1. Inclua o maior número possível de informações: quartzo, halita, calcita, granada, biotite e/ou moscovita. Alguns são escolhidos para características de crescimento de cristal e outros para características de decote de cristal.

2. Observe e analise a forma cristalina

1. Coloque uma amostra na superfície de observação.
2. Gire para observar todos os lados. Procure rostos de cristal, bordas de cristal (linhas onde os rostos se encontram) e vértices de cristal (pontos onde as bordas se encontram).
3. Sempre que possível, meça os ângulos interfaciais usando o goniômetro. Isso é feito simplesmente colocando um lado do goniômetro em uma cara de cristal particular, o outro lado do goniômetro em um rosto adjacente, e, em seguida, lendo o ângulo.
4. Compare com o conjunto de poliedra cristalina característica.
5. Repetir passos 2.1 – 2.4 para quartzo (nota forma de dipyramidal hexagonal(Figura 1),calcita (nota forma scalenoedron(Figura 2)), halita (nota forma de cristal cúbico(Figura 3)), granada (nota dodeahedron forma(Figura 4)) e biotite (nota pseudo-hexagonal forma(Figura 5)).

Figura 1. Quartzo exibindo forma de dipyramidal hexagonal.

Figura 2. Calcite exibindo forma de scalenoedron. Observe como várias faces de cristal se cruzam para formar bordas de cristal e a combinação de bordas forma pontos conhecidos como "vértices". As formas de crescimento de cristais simétricos são geradas pela repetição de estruturas atômicas fundamentais (células unitárias) dentro da rede cristalina. Neste caso, o crescimento do cristal de calcita gera o poliedro específico conhecido como scalenoedro.

Figura 3. Halite exibindo forma de cristal cúbico.

Figura 4. Garnet exibindo forma dodecaedron.

Figura 5. Biotite exibindo forma pseudo-hexagonal.

3. Observe e analise o decote

1. Coloque proteção ocular.
2. Coloque um pedaço de quartzo na superfície quebrando.
3. Usando um martelo, quebre o pedaço de quartzo ao meio.
4. Usando uma lente de mão, observe um pedaço quebrado de quartzo para superfícies de decote. Note que o quartzo não tem nenhum. O quartzo apresenta fratura concoidal, mas não há superfícies de decote bem definidas(Figura 6). Isso é uma consequência do fato de que as células unitárias da rede de cristal de quartzo (grupos SiO_4, chamados de tetraedral de sílica) têm forças de ligação comparativamente iguais em todas as direções. Essa uniformidade dos pontos fortes dos laços resulta em um cristal sem planos de quebra preferidos.
5. Repetição de passos 3.2 – 3.4 para calcita (deve exibir decote rommbedral(Figura 7),halita(deve exibir decote cúbico(Figura 8),biotita e/ou moscovita (se cada um exibir decote planar(Figura 9).).
6. Use uma lente de mão para avaliar diferentes qualidades de decote. O decote pode ocorrer em uma variedade de níveis. Quando há uma diferença dramática nos pontos fortes dos títulos em uma determinada orientação, como entre folhas de agrupamentos_sio4 no caso de mica, um decote quase perfeito é gerado entre essas folhas. Como observado acima, o quartzo exibe uma quase total falta de decote. Entre esses extremos (de decote perfeito e falta de decote), há minerais que têm bom decote(por exemplo, feldspato) e decote pobre (certos rostos em cristais anfibes).

Figura 6. Quartzo exibindo fratura conchoidal, sem superfícies de decote.

Figura 7. Calcita exibindo decote româneo. Superfícies de ruptura e fratura simétricas são geradas por zonas de fraqueza relativa na ligação atômica dentro da rede de cristal. O decote calcita resulta no poliedro específico conhecido como romboedro.

Figura 8. Halite exibindo decote cúbico.

Figura 9. Biotite exibindo decote planar.

Historicamente, avaliar as propriedades físicas dos minerais tem sido um primeiro passo fundamental na identificação mineral. Ainda hoje, quando faltam instrumentação analítica microscópica e moderna (por exemplo, microscopia petrográfica, difração de raios-X, fluorescência de raios-X e técnicas de microproba eletrônica), as propriedades físicas observadas ainda são bastante úteis como ferramentas de diagnóstico para identificação mineral. Este é particularmente o caso em estudos geológicos de campo.

Avaliar e observar as propriedades físicas dos minerais é um excelente meio de demonstrar a dependência crítica das características macroscópicas na estrutura e arranjo de nível atômico.

As principais propriedades físicas dos minerais nem sempre são expressas em amostras específicas. Portanto, realmente ser capaz de reconhecer e usar essas propriedades como ferramentas de diagnóstico requer uma combinação de ciência, experiência e artesanato. Muitas vezes, o geólogo deve utilizar uma lente de mão para avaliar cristais minerais relativamente pequenos ou grãos dentro da matriz de uma rocha maior. Nesses casos, pode se tornar um desafio distinto identificar os aspectos úteis da forma cristalina e do decote cristalino.

Em um ambiente acadêmico ou de ensino, a avaliação de minerais via análise de amostras manuais é um exercício que demonstra como padrões e características repetitivas são impostas pela química física dos materiais naturais. Em outras palavras, para qualquer mineral específico, existem certas características cristalográficas (por exemplo, morfologia cristalina) e propriedades físicas(por exemplo, cor, dureza, raia) que são impostas pela composição química e estrutura atômica.

No domínio dos recursos minerais e da geologia de exploração, a identificação de minerais via amostra manual é um componente fundamental do trabalho de campo, visando a localização de minérios potenciais e depósitos economicamente úteis. Por exemplo, a identificação de vários sulfetos metálicos (pirita, esflerita, galena) em associação com hidroxídeos hidrotérmicos de ferro oxicodono (hematita, goethita, limonita) pode ser indicativo de potenciais veias e regiões ricas em Au e Ag.

No contexto da geologia histórica (decifrando a profunda história temporal de uma região), a identificação mineral pode preparar o cenário para interpretações de condições antigas. Por exemplo, certos minerais metamórficos (por exemplo, os polmorfos Al₂SiO_5, kyanita, andaluz e sillimanita) são marcadores de condições particulares de pressão e temperatura na crosta antiga.