RevistaBrasileirade Geociênclas 17(1) : 15-20,marçode1987
ESTUDO DOS GEMINADOS
D
O TIPO
BR
ASIL
E
M AM
ETI STA
DA
B
AHIA
ATRAV
ÉS
DA TO
POGRAFIA
D
E
RAI
OS X E LUZ PO
LARIZADA
ZBIGNIEW BARAN· ,SHIGUEMI FUJlMORl·· e R1LSON RODRIGUESDASILVA•••
ABSTRACT Brazil law type twinningisvery common in quart zoGenerally it isnot observedin normal petrographi cthinsectionsbut itispossible tostudy thls kindof twinningunderpolarizedIight in thicker sections.Xeraytopographywill be anot her powerfullmeth odtostudyandit was applied for the ameth ystof theMina Cabeludaofthestate of Bahia.
INTRODU ÇÃO O quartzo é um dos min erais mais abundantes da crosta terrestre. Aparece em muitas rochas ígneas, met am6r ficas e sedimentares como uma das fases essenciais. Ocorre,xenom6rficoouidiom6rfico, em v arieda-des tais como quartzo hialino, quartzo r6seo, ame tista, quartzo esfumaçadoeoutras.
O quartzo é também opticamente ativn epode rodarO plan o depolarizaçãodaluzpara adireit a (qua rtzodex trógi-ro) ou paraa esque rda (quartz olevôgíro). Esta pro priedade é uma conseqüência da estru tura cristalina do mineral. O quart zo se cristaliza naclasse 32, cujoeixo te rnário é heli-coidal do tipo 3, ou 3" e disso resultam os doisgrupos espaciais P3,21eP3, 21,correspondentesao quartzod irei-to e esque rdo ,respec tivame nte , e portanto enan tio mo rfos. Esses gru posespaciaispossuem aindajrêseixosde rotação binários, norm aisao eixo ternário.Dessemodo, o enant ío-morfismo do quartz o éuma conseqüência do arranjo heli-coidal dos tetraedros de SiO. em torno do eixo ternário (Fig. I) , de formadex trógira oulevôgíra,
1
1
Figura 1 - Arranjo dos átom os deSieOno quartzo em
torno
do eixo ternário
Uma outra caracte rística do quartzo é sua geminação. Muitos tipos de geminação estão presentes, embora pouco observados nos estudos petrográfico s, por causa da espes -su ra dalâmi na.
Na gemi nação do tipo Dauphiné,os individuasg emina-dos são de quar tzo direito ou esque rdo relacionadospela rotaçã o de 1800 em torno do eixo cristalog rá fico c. Os eixos cristalográficos
c
dosindividuas são paralelos,mas a polarida de elétrica dos eixosaé invertida, razão pela qual esse tipo de geminação é também den ominada geminação elétrica.Éuma geminação dotipo interpenetran te.Na gem inaçã o dotipoBrasil,aspartesdequartzodireito e quart zo esque rdoestão reiacionad aspela reflexão nosp la-nos(1110). Os eixos cristalográficos são paralelos mas as polaridades elétricas dos eixosa são também invertidas, o que torna ageminação freqüen teme nte dotipop olissintéti-coo
Além dessas geminaçõ es,o quartzo mostra outros tipos como tipoJapão etc. (F rondel 1962).
A geminação tipoBrasilaparece freqüentemente na ame-tista na face romboédri ca positivar (I OTI),masosestudos detalhados dessafaceusand oOmicroscópi odeluzp olariza-da e topografia de raios-X não tinham sido efetuados e apenas nos últimos anos eles foram iníciados (Baran etai. 1981e 1986).
A ametista da MinaCabeluda,napartenorteda Chapada Diamantina,no Estadoda Bahia, apresenta-se geminada na face romboédrica e foi estu da dacom luz polarizadae por topografiaderaios-X.
ESTUDO COM LUZ POLARIZADA DA GEMINAÇÃO BRASIL A identificação óptica dos geminados de qua rtzo épassivei para a geminação do tipo Brasil em que coexistem os enantiom orfos esquerdo e direit o, cada um giran do o plano de polarização para a esquerda e direit a, respecti vamente. Numa lâm ina delgada da seção basal do quartzo, de espessura padrão de 0,03 mm,a rotaçãoprov o-cadapelomineral édáordem de0,6 50 pararadiaçãoamar e-la de sódio,tornand o o gemina do praticamenteirnp erceptf-vel no microsc6p io petrográfico com nic óiscruza dos.
Para a observação do gemina do polissintético do tipo Brasil,uma fatiJ! de 2mm de espessuracortadaparalelame n-te àfacer(10 11)deumcristal deametistadaminaCabelu -da foi montada na platina universal Zeissde quatroeixos. Como o eixo crist alográfico
c
do quartzo seachainclina do * Instituto deFísicada UFBa.RuaCaetano Moura,123,Federação,CEP40000,Salvador,Bahia,Brasil** Institu todeGeociênciasdaUFBa.RuaCaetano Moura,123,Federação,CEP 40000, Salvador, Bahia,Brasil u*CentroTecnológicodaUFPe.CEP50000,Recife,Pernambuco,Brasil
16 RevistaBrasileiradeGeocténctas,Volume 17.1987
que esta lei de Friedel não tem aplicação universal e que,
emcertas circunstâncias, é possível determinarmesmo as configuraçõesdasestruturas enantiomorfas.
em que
l
o
éum fator de espalhamento atómico "normal" (istoé , w ê muito maiorque wo) ;ór
eÓf" sãoostermos dacorreçãoreal eimaginária,respectivamente , cujos valores podem obter-senas tabelasinternacionaisde cristalografia. O termoimaginárioÓ["implica a absorção verdadeira, s en-do o coefici ente linear de absorção correspondente a um átomo k,dad opor:Assim sendo, por meio doespalhamento anômalo intro-duz-seno padrão de difraçãoumelemento que carac teriza o próprio átomo e nãosomentesuaposiç ão entre os outros. Os fatoresde espalhame n toatómicocomplexosnãosód ife-rem pelo sinal de suas partes imaginárias mas tambémpor seusvalores absolutos,poden doisto serverifica dopeloc ál-culo dosfatores de estrutura.
Para a estrutura enantiomorfaL, o fatorde estruturae seu complex o conjugado podem ser escritos numa ex -Principio doMétodo A difração de raios-Xporum cris-tal ê um resultado do espalhamento coerente por elêtrons dosátomos contidos na estrutura do cristal.Considera-seo espalhamen to por um elêtroncom oum a reemissãoda radia-ção por um oscilador-elétron posto em vibrações forçada pelo campo elêtrico daonda dos raios-Xincidentes.Assim, pode serformulada aequ ação dinámina do movimento o sci-lador e feita uma análise em função da freqüência própria doelêt ron Wo. e a freqüência da radiação incidente w. Para os mêt od os clássicos de dífração,a freqüência da radiação incidente w ê muito maior que a freqüência própria do elêtrondoátomo,Wo (wo
<<
w) (isto é,ocomprimento de ondaderaios-X; À~
l.gf
,émuitomenorque oscom -primentos de onda da radiação X correspondente àaresta de absorçãosignificando um espalhamentonormal),Quan-do ocomprimento dos raios-Xincidentes seaproximardo
comprimen to de onda corresponden te àaresta de absorção (:I,=Xo=
~~)
,
resulta um espalhame n to anóma lochama do de efeito de dispersão anóm ala na teoria da difração dos raios-X, O trat amento formalda dispe rsão anó m ala nat eo-ria da difração deraios-Xéjá bemconhec idoeumaboar e-visão ê apresenta da por James(195 8).Assim ê possível, pelo men os em princípio, adap tar a freqüência da on da incident e de tal maneiraque se atinja a ressonância para os elét rons Kde umátomo que compõe um cristal.Esteselêtrons dariamãonda resultan te difrat ada pelo áto mo uma'defasagem anõmala diferentedeOou de
n
em relaçãoàonda incident e.Quandoo compr imentode ondaX dosraios-Xincidentes sobreum átomo contido no cristalse aproximardo co
mpri-mentode ondaXo,correspondente àsua arestade absorção, o fator de espalhamento atómico torna-secomplexo com o conseqüência matemática da equação dinâmica do m ovi-mento oscilató rio do elêtron causado pela onda inci dente de raios-X. Isto setraduz matematicamen tedand o a se guin-te exp ressão complexa ao fator de espalhamentoatómico:
(4) (3) _ 2e' X ts]". II- - - - L.> a mc2 • f =[o+ó[' +ió[" FD( hk il)= L fkexp- i 2 ,,(hx k+ky k+lzk ) =FL* (2) k
em queFL~ ê o complexoconjugado deFL.Como aint en-sidade do feixe difratad o/(hkil) éprop orcional aoproduto do fator de estrutura porseucomplexoconjugado,/(hkil) = F(hkil).F* (hkil), têm-se/L = FL.FL*=FD*,FD=/D' É impossível pelosmêtodos clássicos de difraçãodosraios Xdeterminar a configuraçãoabsoluta deuma estru tu ra h eli-coidal (enantiomorfa). Isto ê uma conseqüê ncia da lei de Friedel, a qual diz serem as intensidades deuma reflex ão
/(hkil) e da outraanti-reflex ão / (Ii
lê
iI]iguais ou .e mou tros termos, ex ibir o padrão de difração de raíos-X sempre umcentro desimetria, mesmoque a estrutura queproduz este padrão não o possua(FriedeI1913).
Estaparticularidade não permite,àprimeiravista, reco-nhecera configuraçãodeuma estru turaenantiomorfa. Um par enantio mo rfo dá exatamente omesm opadrãode d ifra-ção, pois uma estrútura dela se transf orma em outra por inversãode todasascoordenadas.
Sabe-se, desde as experiências'de Coster et
a
i,
(1930),ESTUDO DOS GEMINADOS DO TIPO BRASIL ATRA
-VÉS DA TOPOGRAFIA DE RAIOS-X No quartzo
ge-minado do tipo Brasil,as duasvariedadesesquerdaedireita
aparecemjuntas,uma relacionadaàoutra porreflexão.Tr
a-ta-se, portant o, doproblemade distingui r entrea estrutura helicoidal levógira e dextrôgi ra,chamada em cristalog rafia de configuração absolu ta.
Paraexaminar essas duasestruturas pormeiodedífração de raios-X, énecessárioconsiderar, respectivamente. os
fa-toresda estrutura FL (hkil) eFD (hkil) dasestruturaslev ó-gira e dextrôgíra, O fator de estrutura depende tanto da natureza dos átomos contidosna'celaunitária,através dos
respectivos fatores de espalhamento atômico,!k'como da distribuição dos átomos na cela unitária, através desuas coo rdeoadasxk,yk,zk.
Considerando-se a expressão do fator de estrutura para uma configuração levógira:
FL (hk il)=i;tkexp i21!{hx k
+
kyk +Izk) (I)em queh,k eIsão os índices de Miller deuma famíliade
planos reticulares, a configuração dextrógira, então, pode serconsiderada como o resultado da inversão de todas as coordenadas da estrutura L pela operação de reflexão atra -vês de um dos planos de forma (1120) . O operador de reflexão transformaum pontoP(xyz) empontoPíX:Yz) e,
em seguida, o operador do eixo binário, que ê o eixo p er-pendicular aoplan odereflexão(I1'20),transform a oponto P'(i:yz ) em pontor (X]i z),Assim, acada ponto(xyz)de L correspo nde um ponto simé tricofXYiJ deD, de modo que o fatorFDédad opor:
decercade380 em relação a essaface romboédrica,a ro
ta-çãoem torno dos eixos daplatina permit etrazê-loàposição perpendicul ar à platin a do microscópio, ist o é, c co inci-dente com oeixo principaldo micro scópio.Nessaposiçãoe
com os nicôis cruzados,a geminaçãoaparece naforma de
várias lamelas (Foto I)separadas por linhasescur as,que são os traços do plan o decomposição, A rotação doanalisado r para a esqu erdaex tingueumconjunto delamelasaltern adas
do quartzo e a rotação para ou tro lado extingue asdemais lamelasdo outrotipo(Fotos2e 3).
RevistaBrasileiradeGeociéncías. Volume17,1987 17
Foto I - Contatos entrelamelas Foto2- Lamelas dextràgirasextintas Foto3- Lamelaslevógi, as ex tintas
pressão simples, juntand ono fator de espalham entoat
õmí-co,f(f =lo +
t.
f'
+itsf"} a parte real em um termo " resultandoj'<r+
iskeassim:Fi (h kl) =
r
('k+
isk) expi27r( hxk+
kYk+
Iz k) (5) eFi: (hkl)=
li
ir
»
- isk) exp- i 27r(hxk+
kY k+
Izk)· (6) No espalhamento normal, sk são iguais a zero, excetopara um áto mo cujos elétronsK estejam em ressonância
com a radiaçãoXincidente.
De um modo análogo,temosomesmo para aestrutura
enan tiomorfa D:
FÍJ (hkl)= L (' k - isk) exp- i2"(hxk
+
kyk+
izk) kEst aexpressão não émais igualao complexo conjugado Fi.,dondeli. (hkl) * IÍJ (hkl).
Alei deFriedel também não émaisválida,poispode-se verificar facilmente que li. (hkl)
*
li. (fifI
;'
istoé, asintensidades de reflex ão hkl e da antí-reflex ão (Ti" I]não
sãoiguais.
Uma das mais interessant es aplicações do esp alhame n to
anómalo foi a determinação da con figuração absoluta do
quartzo-o(Vries1958).
Asmedidasdasintensidadesde certas reflexõesdeVries
foram aproveita das e aplicadas paradeterminar os gemin
a-dos em ameti sta através datécn icadetopografiade raios-X,
Procedimento Experimental No cristal de quartz o, do
ponto de vistaprático,oátomo de Si, cujo número atómico
Zé maior que odeO, está predisposto a espalha ros raios-X
de maneira anóm ala. O átom o deSi possuia aresta de
ab-sorção para os elétronsKigual a \, = 6,7446Â, enquanto
que,para o átom o deO,este valoré\,= 23,32Â.
Embo ra não podendo realizar as condições deresson
ân-ciaen tre a freqüência própri a doselétrons do áto mo de Si
e a freq üência da onda incide n te (w = Woou
Ào
=2"c), Wopode-se aprox imarà aresta de absorção demod oquea par
-te imaginária do fator de espalhamento atômico
f
=f
o+
t.
f'+
it.
f"
=
, +
ispara o átomo de Si não seja despre-zível. Istoé realizávelutilizando a radiação K", doCr, cujo comprimentodeonda éÀ=2,2896 2 Â(wo
<
w).Para poder realizar a expe riência escolheu-se o plano
(1211) em um in divíd uo gemina do c o plano (TI2l ) no
outro indivíduo. Quand o a lei de Friedel é obedecida, as
intensidadesdas reflexões 121I e
II
21são iguais. Isto vemdo fato de estasreflexões serem estru tu ralmentee
quivaleu-tes pela operação de reflexão atravésde um dos planos da forma (I120). Quan do o espalhamento éanómalo,a d ife-rença de intensida deentre essasreflexões éiguala43%para aradiaçãoK",do Cr (Vríes1958).
A identifi cação das lamelas levógiras e dextrógiras foi
efetuada pela técnica detop ografiade raios-X,porreflexão, cujo princípio está esquematizado na figura 2, chamada
tam bém de topogr afia de Berg-Barre tt (Austerman &
Newkírk 196 7).
O feixe incidenteemerge deumafendadivergente eín
cí-decorre tame ntesobre umafacedocristal estudado.Ocris -tal é coloca do de mod o que se obtém um feixedifrat ad o
por umafamíliapredeterminada deplanos,osquaisnãosão
paralelos àsfacesdo cristal (reflexãoassimétrica).Oángulo entre o feixe incidente e a face do cristalé ajustado sendo que somente a radiação caracter ística K",do tu boderai
os-·X é difrat ada pela família de planos cujo vetor recíproco é
indicado por ~kl' O feixe difratado é limitado por uma segunda fenda, dep ois é registrado num filme colocado
perpendicularmente ao mesmo. Se o fílme c o cristal
são relacionados eanimadosdeum movimento de transl
a-ção, obtém-se umafot ografiado conjunto de face do c
ris-tal,isto é,top ografia em translação.
A topogra fia de raios-X por reflexã oproduz umaim a-gem dasuperfície do cristal através do registr o das intensi
-dadesdosraíos-Xdifrat ad ospor estasuperfície.
Existem doisparâmetros que determinam o nível dein
-tensidade atingido em cada ponto dofilme,isto é,o co n-traste da imagem de difração (Authier 1977) . O primeiro
18
FONT E OE RAIOS- X
,
, FEND A
Figura 2 - Esquema gráfico da técnica de topograf ia de
raios-X porreflexão
estão duas regiões desorien tad asno cristaJ,umaem relação
à outra e que pod em estar ou não orien tad as de modo a refletir os raios-X deacordo com alei deBragg. A inten si-dade desses raiosrefl etidosévariável. Esta variação em in-tensida de de pon to a ponto naimagem de difração ch ama-: -se decon traste de orien tação(ou desorientação) e fornece uma medida da deso rientação en treas part es cristalinas da redecristalina.
O segundo parâmetro. que det erm ina aintensidade, éa perfeiçã o da rede de cadacristal.
Os fatores físicos , como o comprimen to de onda de
raios-X, absorção do cristal e o fator de espalham en to at õ-mico para uma reflex ão de Bragg, determinam o nível de
in tensidade dosfeix esdifratad os,pod en do esta rentre dois
casos extremos correspondentes à região do cristal ideal
-mente perfe ito e àregiãodo cristalidealme nte im perfe ito. Ocontras te provenien tedavariação na per feiçãodaredede pon to a ponto é convenien teme nte cham ado decon traste
deextinção. Este con traste é conside rad ocom ooefeitoda ex tinção primáriaconsistindona diminuiçãodain tensidade dos feixes difratados num cristal perfeito , com o resultad o dasreflex õesmúltiplasproduzid asdentro docristaldurante
a difra ção (F ig. 3). Por exem plo, um feixe refletido duas
vezes nocristal tem amesmadireçãoqueo feixeincid ente, mas, devido à muda nça da fase de ,,/ 2 durante cada refle -xão, estará ele em fase oposta ao feixe inci dente e assim resultand o um decr éscimo na intensidad e,isto é, extinção
parcial, como resultad o da interferência destrutiva desses
feixes.Essasrefl exõesmúl tiplasnão oco rrem nasregiõesdo cristal ,ondeaperiod icid ade daredeéperturbada. Apresen
-ça dos defeit os dá lugar à perturbaçãona propagação dos
feixesderaios-X.
A topografia de raios-X permite revelar os defeitos na rede cristalinapelosefeitos introduzidospor eles no cristal
Revista Brasileirade Geociéncias,Volu me t7,1987
perfeito que os circu nda:um cam po dedeform açãonocaso geral ou uma translação , ou uma rotação de uma par te da rede cristalina em relação a ou tra,porconseqüê ncia, oco n-traste é necessariamente devido aoefeito de desori entação ouao efeito deextinção.
Um defeit o como, por exem plo, um desiocam ento ou
uma inclusão introduz as deformações na rede cristalina.
Outro tipodedefeito éo de superfície, que éuma desconti -nuidade dasu pe rfícieseparandoasduasregiõesperfeit asou quase perfeit as no cristal ,e porta n to dilacera a propagação dasondasde raios-X.
Isto é o presente caso de geminação em que osvalores absolu tos do fat or de estru tu rasão diferen tes nas duas re -giõesdos gem inados (F LeFD)(Kato 1974 e 1975).
RE S U L TADOS EX P E RIMENT A IS E DISCUS
-SÃO Empregando a topografia de raios-X por reflexão e a radiaçãoKodoCrforam obtidasas topografiasdopian o (TI2i ) apresent adasna foto 4edoplano(1211)na foto5. O ângu lo de Bragg para esta radiação é OE = 30,80 e o
ângulo en tre o plano de reflexão e a face romboédrica
(1011) do cristai estudad o é igual a 280. As topografias fo ram registrad as nas placas foto gráficasIlfordG5 nuclear plates.
Figura 3 - Extinção primária dos raios-X num cristal
perfeito
Observou-se nas topografia suma seqüência alte rn ada de bandas brancas e escu ras. As bandas brancasda topografia para o plano (1121) (F o to4) correspondem àsbandas es cu-rasdatop ografia para oplano (1211)(F oto 5),significando niti d amen te que as intensidades/( TT21)e/(1211) não são iguais. Sabendo-se que, neste par de reflex ões, a TI21 é equivalen te à an ti-reflexão (1211), a diferen ça en t re suas intensidades é causa da pelo efeit o da dispersão anómala.
Conseguiu-se assim diferenciar aslameias dosgeminadosle
-vógirose dextrógirosarranj ad osalternadamente na face da ameti sta estu dada.
A topog rafia(F oto 6) feita nasmesmascon dições ex pe-rimen tais,mas com radiação Ko do Cu, apresenta som en te as linhas escu rasidentificadaspeiafotomicrografia(Foto 1) como sendo can ta tas en tre aslamelas de gem ina dos, l evô-giras e dex tr ógiras, não apresen tand o um con traste visível en t reaslamelas.
Nas fotomicrografi as em luz polarizada, representadas
Re vistaBrasileira deGeocténcías,Volume17,1987
Foto 4 - Lamelasdextrógirasparalelasa (TI2} ) extintas usandoradiação Ka do Cr
Foto6- Topografia obtidacom radiação Ka do Cu
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Foto 5 - Lamelas levógiras paralelas a (1111 ) extintas usando a radiação Ka do Cr
faixas brancas eescu ras, correspo ndendo àslamelaslev
ôgi-rasedextrógiras.
As lamelas levógiras e dextrógiras extintas alt
ernada-mente nonticroscópio depolarização correspond emàs m
es-mas lamelas, respectivamen te, das top ografias de raios-X, empregandoo efeitodadispersãoanómala.
Os resulta dos aqui apresentados confirmam inequivoc
a-men te apresença de geminadosrepe tidos ou polissintéticos do tipo Brasil na face natur al romboédrica da ametista,até hojenão evidenciado.
CONCLU SÕES Neste trabalho foi demonstr ada, pela
primeira vez, a utilidade do mét odo de top ografia de
raios-X, emp regando o efeito da dispersão anómala na
dife-renciação dos gem inados do tipo Brasil no quartzo, usado
emconjuntocomamicroscopiadeluzpolarizada.
Êum méto do alternativo de investigação dos geminados
do tipo Brasil.
A fim de se obter umconhecimento mais completo
sa-bre este tipo de geminadosénecessárioestudá-lopela
topo-grafia por transmissão.Este métodopermitecaracterizaras
lamelas de gem inação contidas no interior de uma placa do cristal de 2mm de espessura aproximadame nte.Nestecaso é indispe nsávelemprega ra radiação desíncrotron devido à altaabsorção da radiação À=2,29Âpelaametista.
Agradecime ntos Osautores agradecemao Conselho
Na-cional do Desenvolvimento Cient ífico e Tecnológico pelas bolsas de estudo conce didas; à dona Eraldina Leão C am-pêlo,peladatil ografi a; e aWarn eyBispo deMagalhães,pela confecçãodosdesenhos.
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