10
Научно-практическая конференция школьников «Первые шаги в науку»
Тема работы - «Минералы».
Бабушкин Андрей
г. Тольятти, школа № 58, 3 «Б» класс.
Научный руководитель – классный руководитель Гамзова Н.П.
Актуальность темы.
В течение многих тысячелетий минералы волнуют умы человечества. Благодаря изучению образования минералов ученые узнают о процессах, происходящих в земной коре. Постоянное изучение свойств раскрывает все более широкий спектр применения данных пород. Это прекраснейшие сокровища Земли, которые играют огромную роль во многих областях науки и техники.
Целью моего доклада является общее представление о расположении, строении и применении различных минералов, изучение их разновидностей.
Для составления доклада я использовал не только книги, брошюры, журналы, но и интернет-сайты, из которых узнал много нового про свойства и разные особенности данной группы богатств Земли.
Введение.
Земная кора состоит в основном из веществ, называемых минералами - от редких и чрезвычайно ценных алмазов до различных руд, из которых получают металлы для наших повседневных нужд.
Минералы сыграли важнейшую роль в развитии человека и создании цивилизации. В каменном веке люди пользовались кремниевыми орудиями труда. Около 10 000 лет назад человек освоил способ получения меди из руды, а с изобретением бронзы (сплава меди и олова) начался новый век - бронзовый.
С начала железного века 3300 лет назад, человек осваивал все больше и больше способов использования полезных ископаемых добытых из земной коры. Современная промышленность по-прежнему зависит от минеральных ресурсов Земли. Знания о том, что они собой представляют, как оказались там, где мы их нашли и умение отличить их друг от друга необходимы при поиске новых залежей.
1. При застывании магмы образуются магматические породы, а также минералы. Кристаллические минералы, например, кварц, полевой шпат и пириты, встречаются в пустотах породы. 2. Аллювиальные отложения рек привлекают геологов потому, что в этих местах скапливаются драгоценные камни и металлы из-за выветривания и эрозии различных пород. 3. Известняк, измененный под воздействием температуры и магматических газов, является источником руд некоторых металлов, например, меди. 4. Там, где глинистый сланец подвергся воздействию высоких температур, появляется гранат. 5. В гидротермических жилах добывают золото и серебро. 6. Отложения песка, гравия и галечника эродировали из известняка и песчаника. 7. Метаморфическая порода, подвергшаяся огромному давлению и претерпевшая большие изменения, таит в себе бирюзу, а иногда и изумруды. 8. Осадочные напластования часто содержат доломит.
Ученые насчитывают около 3000 видов минералов, но только 100 из них достаточно широко распространены. Минералы относятся к неорганическому (неживому) миру. Чаще всего они являются твердыми веществами. Исключение составляет ртуть.
Золото, один из самых дорогих минералов, добывают в виде песка, пластин и самородков. Часто золотодобывающие шахты уходят на много километров под землю. Золоту часто сопутствует уран.
Органические и неорганические вещества
Многие называют минералами все, что добывают из земли. Они относят к этому разряду также ископаемое топливо, например, уголь. Однако, минералоги - люди, которые профессионально изучают минералы - считают, что уголь, нефть и природный газ - органические субстанции, поскольку образовались из остатков когда-то живых растений и животных, а потому минералами не являются.
У минералов определенный химический состав. Они всегда однородны, другими словами, все части минерала одинаковы. Этим они отличаются oт горных пород, состоящих из нескольких минералов.
Минералы состоят из химических элементов, т. е. веществ, которые уже нельзя разложить на другие вещества химическим путем. Из 107 известных науке элементов 90 встречаются в естественном виде в земной коре. Некоторые, их называют самородными элементами, пребывают в земной коре в чистом или почти чистом виде. Существует 22 самородных элемента, среди них - золото, серебро и алмазы (одна из форм углерода).
Земная кора
Два элемента, кислород и кремний, составляют 74 % массы земной коры. Другие шесть элементов (алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний) - еще 24,27 %. Все вместе они формируют почти 99 % земной коры.
Самые распространенные минералы - это силикаты, химическое соединение кислорода и кремния, часто с примесью одного или более из остальных шести элементов. Чаще всего встречаются такие силикаты, как кварц, слюда и полевые шпаты. Все три в разных пропорциях являются основными компонентами разных типов гранита. Кварц, эродированный из гранита, часто накапливается на побережье и образует песчаные пляжи.
Определение минералов
Часто встречающиеся минералы, такие как полевые шпаты, кварц и слюда, называются породообразующими. Это отличает их от минералов, которые находят только в небольших количествах. Кальцит - еще один породообразующий минерал. Он формирует известняковые породы.
В природе существует так много минералов, что минералогам пришлось выработать целую систему их определения, основанную на физических и химических свойствах. Иногда распознать минерал помогают очень простые свойства, например, цвет или твердость, а порой для этого требуются сложные тесты в лабораторных условиях с применением реагентов.
Некоторые минералы, такие как лазурит (синий) и малахит (зеленый), можно распознать по цвету. Но цвет часто обманчив, потому что у многих минералов он довольно широко варьируется. Различия в цвете зависят от примесей, температуры, освещения, радиации и эрозии.
Черта минерала и твердость
Если поскрести минерал, у нас получится порошок, называемый чертой минерала. Черта является важной характерной особенностью; она иногда отличается от цвета минерала в образце и обычно постоянна для одного и того же минерала.
Система кристаллической симметрии (сингония)
Оси симметрии кристаллов,
Специфические для каждой системы примеры кристаллизации минералов в каждой системе
Пирит относится к Кубической сингонии. У него 12 или 6 граней. Еще один пример этой системы - алмаз.
Вульфенит относится к тетрагональной сингонии у него красивые желто-оранжевые кристаллы. Минерал находят в местах отложении свинца. Блеск варьируется
Топаз относится к ромбическим кристаллам. Этот красивый драгоценный камень, обычно желтого цвета, иногда может быть бесцветным небесно голубым и даже розовым, если подвергся воздействию высокой температуры.
Ортоклаз - это моносимметричный кристалл. Он бывает белым розовым, желтым или коричневым. Важный компонент магматической породы.
Бирюза - хороший пример триклинной сингонии, хотя правильные кристаллы образует редко. Обычно ее находят в виде аморфного минерала.
Из берилла получится изумруд, если он окрашен примесью хрома. Виды кварца, рубин и сапфир могут кристаллизоваться как гексагональные минералы.
Высокотемпературный кварц (слева) относится к тригональным кристаллам типа драгоценных камней. Встречается как в тригональной, так и в гексагональной сингониях Доломит тоже может иметь любую из этих сингонии.
Еще минералы различаются по твердости, оцениваемой по шкале Мооса (по имени австрийского минералога) от 1 до 10. Мягкий минерал тальк на ней соответствует 1, а алмаз, самый твердый из природных материалов, - 10.
Удельный вес
Удельный вес, или плотность, - это соотношение между весом вещества и одинакового количества воды. Это довольно важная для определения величина. Если мы примем удельный вес воды за 1, то у большинства минералов он варьируется от 2,2 до 3,2. У некоторых минералов (таких немного) очень высокий или очень низкий удельный вес. Например, у графита он равен 1,9, а у золота от 15 до 20, в зависимости от чистоты.
Еще одним показателем для определения минералов является кливаж, т. е. то, как минерал распадается на части при ударе. Можно получить информацию о минерале и поднеся его к свету. Прозрачные минералы так легко пропускают свет, что сквозь них все видно Полупрозрачные тоже пропускают свет, но сквозь них уже ничего не видно Непрозрачные минералы вовсе не пропускают свеч, а, наоборот, поглощают его или отражают. Эти свойства также используются в процессе определения. Часто у минералов бывает металлический или радужный блеск. Например, у галена (свинцовая руда) - металлический блеск, он блестит почти как металл, а у большинства силикатов - стекловидный, они напоминают блестящее стекло. Существуют и другие виды блеска - адамантовый (как у алмаза), жемчужный, шелковистый (или атласный), землистый (тусклый). У некоторых минералов может быть несколько видов блеска. Так, блеск кальцитов варьируется от стекловидного до землистого.
У многих минералов есть специфические свойства, по которым их легко узнать. Например, скородит и самородный элемент мышьяк при нагревании пахнут чесноком, а тальк - мыльный на ощупь.
Некоторые минералы флюоресцируют (светятся или меняют цвет) в ультрафиолетовых или рентгеновских лучах. Другие электрически заряжаются при нагревании или под давлением
А есть минералы, распознать которые можно только посредством специальных тестов в лаборатории Одни растворяются только в горячих кислотах, а в холодных - нет, другие - только в концентрированных, но не в разведенных.
Шкала твердости Мооса.
| Твердость | Минерал | Тест |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | Тальк Гипс Кальцит Флюорит Апатит Ортоклаз Кварц Топаз Корунд Алмаз | Можно поцарапать ногтем Можно поцарапать острой сталью Легко царапает стекло Царапает любой другой материал |
Кристаллы
Минералы имеют определенный состав и свою химическую формулу. Так как у каждого минерала определенный и постоянный состав, атомы его элементов выстраивают правильную трехмерную решетку специфической для него структуры Эти кристаллические решетки являются геометрическими фигурами, плоские грани которых располагаются симметрично. Если вы на какое-то время оставите в плоской посуде немного соленой воды, она испарится, и на дне образуются кристаллы соли. В увеличительное стекло видно, что они представляют собой правильные кубы.
Изучение кристаллов важно для определения минералов, т. к. кристаллы большинства минералов имеют определенную форму. Существует семь основных кристаллографических, или изометрических, систем, называемых сингониями. Алмаз, например, принадлежит к кубической системе, рубин - к гексагональной, бирюза - к триклинной. Каждую систему можно описать в соответствии со спецификой ее симметрии - свойства, которое при вращении кристалла вокруг оси позволяет ему появляться в тождественном виде два или больше раз за один полный оборот. Кристалл можно определить по количеству осей симметрии.
Драгоценные минералы
Еще в каменном веке люди делали украшения из золота, в бронзовом веке - из серебра. Сегодня в распоряжении ювелиров множество минералов. Самые дорогие драгоценные камни - это алмаз (особенно бесцветный), а также изумруд, рубин и сапфир, которые ценятся в первую очередь за цвет. Эти камни настолько дорогие, что их вес измеряют в каратах. Один карат равен 200 миллиграммам.
Алмазы формируются под огромным давлением в структурах магматической породы в форме трубы, кимберлитах. Они зарождаются глубоко в мантии Земли. Алмаз - это разновидность химически чистого угля и по химическому составу не отличается от обыкновенного мягкого минерала графита, знакомого нам по карандашам. Алмаз ценят за твердость и блеск, приобретаемый при огранке и шлифовке.
Причина такого отличия алмаза от графита в том, что у них по-разному расположены атомы, а значит, они имеют разную внутреннюю структуру Способность вещества существовать в двух и более формах при одинаковом химическом составе называется полиморфизмом.
Так, например, изумруд - это редкая и зеленая разновидность берилла. Самые красивые экземпляры находят в Колумбии (Южная Америка). А самые известные в мире рубины (разновидность твердого минерала корунда) - в Мьянме (бывшая Бирма). Прекрасные сапфиры (голубые корунды) добывают также в Азии - на Шри-Ланке и в Таиланде.
Интересные факты о некоторых минералах.
А знаете ли Вы, что...
Главный химический элемент драгоценных камней – кислород.
Жемчуг.
Жемчуг образуется таким образом - песчинка попадает в ракушку, которая пытается изолировать инородное тело от себя, обволакивая перламутром. Именно так и появляется жемчуг.
Одной из крупнейших жемчужин следует считать «Жемчужину Аллаха», добытую в 1934 году у Филиппинского острова Палаван в Южно-Китайском море. Она напоминала по форме голову человека в чалме, имея в длину 24 см, а вес — более 6 кг.
Очень редко две или более жемчужины срастаются. Самым примечательным примером такого явления служит жемчужина «Большой Южный Крест». Когда ловцы открыли раковину, они обнаружили что внутри в виде креста срослись целых девять жемчужин.
Наиболее высоко ценится жемчуг, имеющий идеально круглую форму.
Предполагается, что рост жемчуга происходит слоями, подобно годовым кольцам деревьев. Скорость отложения перламутра со временем уменьшается, поначалу составляя около 2 мм в год.
Алмаз.
Алмаз это минерал, выкопанный из породы в первозданной форме и виде, а бриллиант это тот же камень, но уже прошедший искусную огранку.
Шлифовать и пилить алмаз можно только алмазом.
Самые богатые месторождения алмазов находятся в Африке. В России ими славится Якутия.
Самый крупный алмаз был обнаружен в Южной Африке в 1905 г. Имя его Куллинан. Вес его составлял 3106 каратов. «Куллинан» был распилен; получилось 105 бриллиантов; два самых крупных украсили королевский скипетр и императорскую корону Великобритании. В настоящее время Малая Звезда Африки является украшением британской короны. Большая Звезда Африки украшает королевский королевский скипетр.
Знаменитый бриллиант Голубое сердце, который носила Кейт Уинслет в фильме Титаник. Он был найден в южноафриканской шахте Премьер. Этот бриллинт весит 30,82 карат и был огранен в Париже в 1909 году. С тех пор его многократно перепродавали. Он был во владении ювелирного дома Картье и многих других ценителей. В данный момент Голубое сердце находится в США в бриллиантовой коллекции одного из музеев. Надеемся наша статья помогла вам узнать что-то новое и интересное про алмазы и бриллианты нашей земли.
Кораллы.
Самые хорошие красные кораллы с давних времен находят в Средиземном море.
Японские и американские врачи пришли к выводу, что обработанные белые кораллы могут с успехом применяться в хирургии. Белые кораллы срастаются с костями человеческого скелета почти без швов.
Аметист.
Аметист — это кварц всех оттенков сине-фиолетового и пурпурно-фиолетового цвета, от темно-фиолетового, иногда до почти чёрного, до чуть заметного лилового, розово-сиреневого или лавандового. Цвет аметиста нежного розово-фиолетового оттенка в ювелирном деле имеет название «Французская роза». Под длительным действием солнечного света темный аметист бледнеет.
В древней мифологии аметист считался амулетом от ядов, от бурь и града, а также нашествия насекомых.
Кварц.
Кварц - это один из наиболее часто встречающихся минералов в недрах. Этот камень занимает важнейшее место в жизни нашей планеты. Именно с этим минералом ученые связывают развитие жизни на Земле.
На Востоке розовый кварц был весьма популярным - там его называли "камнем сердца", считая, что своим нежным розовым оттенком он воздействует на сердце созерцающего его человека и наполняет его любовью.
Янтарь.
Янтарь – это окаменевшая смола вековых деревьев.
Янтарь может быть не только белым, желтым, оранжевым, красным, но даже зеленым и голубым. Разнообразие окраски объяснено происхождением смолы. Зеленый и голубой янтарь получается из смолы рожкового дерева, а желтый и его оттенки – из смолы хвойных пород. Янтарь голубого цвета встречается только в Центральной Америке.
Очень часто внутри застывшего янтаря можно встретить насекомых и пресмыкающихся. Самые известные находки – это десяти сантиметровая ящерица, целая лягушка и семисантиметровый хамелеон. Такие находки стоят более 10 тысяч долларов. Однако, недавно был найден кусок янтаря, внутри которого находился четырехсантиметровый паук. Ученые определили возраст паука – более 120 миллионов лет.
Заключение.
Знания о минералах, условиях их нахождения и представления об их происхождении накапливались человеком с древних времен. Его орудия труда, строительные материалы, гончарное дело, рождение металлургии, соляной промысел, краски, скульптурный камень, украшения, врачевание, – все это связано с использованием минералов и давало человеку первые знания о камнях, рудах и их составных частях – минералах. Минералогия – это наука, изучающая минералы, способы их отыскания и использования. Без применения минералов не обходится даже атомная энергетика и самолетостроение.
Список используемой литературы.
Коллекция журналов «Минералы сокровища Земли»
Ф. Рабиза "Опыты без приборов" и "Космос у тебя дома"; Л.А. Горев "Занимательные опыты по физике"
П. Корбел «Минералы. Иллюстрированная энциклопедия»
Д. Стоун «Все о драгоценных камнях»
А.Е. Ферсман «Занимательная минералогия»
http://www.ecosystema.ru/08nature/min/index.htm
http://museion.ru/material/data1/2.1/mineral.html
http://wiki.web.ru/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%B2
http://geo.web.ru/druza/a-Sletov.htm
http://class-fizika.spb.ru/index.php/opit/613-op-agreg1
www.livemaster.ru/topic/203771-interesnye-fakty-o-kamnyah-i-minerelah
http://www.youtube.com/watch?v=iLoHx0XjuNo
Опыт по выращиванию кристаллов.
Очень красивый опыт можно сделать с кристаллами сульфат магния. Это вещество продается в аптеке под названием «английская соль», или «горькая соль». Для нашего опыта понадобится такой соли 300—350 г.
Вскипятим в чистой кастрюле три четверти стакана воды. Затем, не снимая кастрюлю с огня, понемногу всыпем в нее сульфат магния, все время помешивая. Когда соль начнет, не растворяясь, оседать на одно, медленно, осторожно заполним горячим раствором большой флакон и тут же плотно закупорим его.
Остудив раствор, можно показывать опыт.
Откроем флакон и бросим в него один кристаллик горькой соли. Можно увидеть, как жидкость на глазах превратится в сплошную массу кристаллов.
