Mineralogia

O solo é considerado um sistema trifásico, constituído por uma fase sólida, uma líquida e uma gasosa. Essas três fases interagem entre si, de modo que o comportamento do sistema como um todo é reflexo dessas interações. A disposição das partículas, a composição da solução, a distribuição de cargas elétricas, entre outras características são fruto da interação entre esses componentes, e influenciam de forma significativa o comportamento mecânico e hidráulico do solo.

A parte sólida é composta por uma fração mineral e uma fração orgânica. A fração mineral origina-se pela ação de agentes físicos, químicos e biológicos sobre as rochas e o próprio solo, de forma que a composição mineralógica do solo depende do material de origem e do grau de meteorização do solo. Sendo assim, a matéria mineral do solo é constituída por

minerais primários e por minerais resultantes das alterações desses, denominados minerais secundários. Os minerais primários encontrados no solo são oriundos da rocha mãe, com composição mineralógica similar à da rocha matriz. Nesse tipo de mineral a ação intempérica é menos intensa, dando origem, portanto, há uma fração mais grosseira, menos plástica, com coloração mais clara (areias e siltes). Na sua composição pode-se encontrar, portanto, quartzos, feldspatos, feldspatóides, micas, piroxenas, anfíbolas, entre outros. Todavia, os quartzos e feldspatos são os mais abundantes entre os minerais primários, consequência da composição das rochas que lhe deram origem (COSTA, 2011). Os minerais secundários são produto da ação mais intensa dos agentes intempéricos, que atuam fragmentando ainda mais as rochas já intemperizadas e os minerais primários menos resistentes. As ações de agentes hidrotermais, aliados a um intemperismo químico mais intenso, levam a alteração da estrutura dos minerais dando origem a um material mais fino, com maior plasticidade e coloração mais escura do que o material composto por minerais primários. Normalmente, esse tipo de material encontra-se depositado em regiões mais distantes da rocha mãe, carreadas seja pela ação da água ou do vento, que além de transportar são também agentes do intemperismo. Segundo Costa (2011) os minerais de ocorrência mais frequente entre os minerais secundários são os minerais de argila (argilominerais ou filosilicatos – silicatos de alumínio no estado cristalino), silicatos não cristalinos, óxidos e hidróxidos de ferro e de alumínio e carbonatos de cálico e magnésio.

A cargas elétricas presentes nos minerais são produtos principalmente da substituição isomórfica. Durante o processo de formação do mineral ocorrem substituições nas estruturas de um ou mais íons por outros. Essa substituição ocorre sem mudanças na estrutura do mineral. É muito comum, por exemplo, a ocorrência da substituição isomórfica na formação de silicatos, com a substituição do Si4+ _{por Al}3+ _{nas estruturas tetraédricas, ou do Al}3+ _{por Mg}2+

ou Fe2+_{, nas camadas octaédricas. Ocorre, portanto, a substituição de íons de eletrovalências}

diferentes, o que irá implicar em um desequilíbrio de cargas elétricas, que nesse caso resultará em um saldo de cargas negativas.

2.2.2.1 Argilominerais

Os argilominerais são basicamente compostos de alumínio, sílica e água, formando um silicato de alumino hidratado. Possuem, normalmente, forma lamelar e alongada, e apresentam como propriedades marcantes a plasticidade, a permuta catiônica e dimensões geralmente inferiores a 2 mícron.

Fazem parte dos argilominerais uma grande família de minerais, que podem ser distribuídos em diversos grupos, conforme características que possuam, como estrutura cristalina e propriedades semelhantes. Dentre esses diversos grupos destaca-se, os das caulinitas, das ilitas e das montmorillonitas.

A estrutura dos argilominerais é constituída, fundamentalmente, de duas unidades estruturais. Uma unidade estrutural constituída de tetraedros, e uma segunda unidade constituída de duas folhas de um aglomerado de oxigênio ou hidroxilas junto com alumínio, ferro ou magnésio formando uma estrutura composta por octaedros (FIGURA 9 a). A unidade estrutural composta por tetraedros, é formada por tetraedros de sílica, nos quais o átomo de Si está equidistante de quatro oxigênios, ou hidroxilas, se necessário com o átomo de silício no centro para balancear a estrutura (FIGURA 9 b).

De acordo com a quantidade de camadas dessas unidades estruturais, seus arranjos e suas ligações químicas é que variam os grupos de argilominerais. A caulinita, por exemplo, é composta por uma estrutura básica formada de uma unidade estrutural de tetraedros de sílica e de uma unidade estrutural de octaedros de gipsita (FIGURA 9 c), onde as hidroxilas dessa são parcialmente substituídas pelos oxigênios da unidade estrutural de tetraedros de sílica. Desse modo determina-se um plano comum às duas unidades estruturais, constituído de átomos de oxigênio e hidroxila, estabelecendo-se entre elas ligações iônicas.

As ligações entre os arranjos octaédricos e tetraédricos das caulinitas são suficientemente fortes para evitarem a penetração da água entre as estruturas básicas. Por esse motivo, as caulinitas, apresentam pequena expansão, difícil dispersão na água e baixa plasticidade. Além disso, devido as valências livres estarem apenas nas extremidades, as capacidades de adsorção de água e de troca catiônica são pequenas.

Já as montmorillonitas possuem uma estrutura básica formada por uma unidade estrutural de octaedros, compreendida entre duas unidades estruturais de tetraedros de sílica (FIURA 9 d). Esse grupo de argilomineral, caracteriza-se ainda, por apresentar, o alumínio dos octaedros substituído parcialmente ou totalmente por magnésio e/ou ferro, principalmente. Essa substituição acaba dando origem a um excesso de valências negativas na camada interna, que não podem ser neutralizadas por cátions, devido a unidade estrutural de octaedros estar compreendida entre as unidades limítrofes de tetraedros. Compondo a estrutura global da montmorillonita, moléculas de água estão presentes entre as estruturas básicas da mesma.

Como há uma grande facilidade de a água penetrar entre as estruturas básicas das montmorillonitas, essas apresentam grande expansão e alta plasticidade. Além disso, por apresentarem ligações quebradas nas extremidades e possuíremcargas negativas nas superfícies

das unidades estruturais octaédricas, acabam por apresentar grande capacidade de adsorção de água e de permuta catiônica.

A estrutura básica das ilitas (FIGURA 9e) é a mesma das montmorillonitas, diferenciando-se, apenas, pela substituição parcial dos átomos de silício, das unidades estruturais de tetraedros de sílica, por alumínio. Dessa forma as valências livres estão presentes, portanto, nas camadas limítrofes das unidades estruturais de tetraedros de sílica, que são neutralizadas por cátions de K, dispostos entre as estruturas básicas superpostas.

Essa configuração da ilita, faz com que a capacidade de adsorção de água e de troca catiônica deva-se, somente, às ligações quebradas das extremidades das camadas e, portanto, sejam pequenas. Caso a substituição do silício, das unidades estruturais de tetraedros, por alumínio, seja pequena o suficiente, de modo que as ligações entre as estruturas básicas, proporcionadas pelos cátions K+, sejam deficientes e permitiam a entrada de água, torna-se possível que as propriedades das ilitas, se aproximem das propriedades da montmorilonita.

Figura 9 - Argilominerais: (a) unidade estrutural octaédrica; (b) unidade estrutural tetraédrica; (c) estrutura básica das caulinitas; (d) estrutura básica das montmorilonitas; (e) estrutura básica das ilitas.