Минералы исследования


Департамент образования и науки Кемеровской области
ГОУ СПО Осинниковский горнотехнический колледж
САМОЦВЕТЫ КУЗБАССА
Творческая работа

Выполнил:
Студента 1 курса группы ТТР 12
Латышева Александр
Руководитель работы: преподаватель химии
Кузнецова Н.Е.
Осинники 2013
СОДЕРЖАНИЕ
Введение с.3
1. Обзор литературы с.5
2. Материалы и методы исследования с.6
3. Результаты и их обсуждение с.7
3.1. Историческая справка с.7- 8
3.2. Понятие минералов и их классификация с.8-9
3.3. Понятие самоцветов с.10
3.4. Физические свойства минералов с.11-14
3.5. Область применения минералов с.14
3.6. Физико-химические свойства самоцветов,
имеющихся в Кузбассе и их применение. с.15-16

Выводы с.17
Список литературы с.18
3
ВВЕДЕНИЕ
Я живу в Кузбассе. Наш регион богат многими полезными ископаемыми – углем различными рудами, минералами. На занятиях по химии я узнал, что из минералов получают драгоценные камни или самоцветы. Мне стало интересно, а какие драгоценные камни получают у нас в Кузбассе, кстати, эти знания мне пригодятся в дальнейшее в моей профессии буровика.
С древнейших времен людей притягивали камни, их чарующая красота и таинственная сила никого не оставляют равнодушным и сейчас. Разнообразие форм и цветов, великолепие оттенков, созданных природой, завораживает. Древние люди преклонялись перед драгоценными камнями, считая их символами бессмертия. И это неудивительно, ведь человеческие поколения уходят в небытие одно за другим, все течет и меняется, лишь камни остаются вечно.
Для современного человека драгоценные камни – это не только предметы роскоши и отличный способ вложения капитала. Они - источник вдохновения для поэтов и украшение для женщин, предмет исследования для ученых и рабочий материал для ювелиров.
Цель работы: Узнать какие самоцветы получают из минералов, добываемых в Кузбассе.
Задачи:
1. Собрать информацию, используя литературу и интернет-ресурс о минералах и самоцветах.
2. Изучить физические свойства минералов.
3. Рассмотреть область применения минералов.
4. Изучить физико-химические свойства самоцветов и их применение.
4. Подготовить презентацию исследовательской работы и выступить на практической конференции.
Объект исследования: Минералы
Предмет исследования: Самоцветы Кузбасса
Гипотеза: В Кузбассе есть минералы, из которых получают драгоценные камни.
4
Практическая значимость проекта состоит в том, что полученную информацию по результатам исследовательской работы можно использовать на занятиях по химии и минералогии.
Этапы работы:
Этапы Содержание
Подготовительный 1. Выявление и анализ проблемы
2. Определение цели и задачи
3. Составление плана работы
4. Выбор метода работы
Основной 1. Сбор информации о минералах и самоцветах
2. Работа с литературой, с целью изучения состава и применения самоцветов
Заключительный 1. Анализ и оценка собственной деятельности. Сделать вывод по работе
2. Подготовить презентацию к выступлению
5
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В учебной литературе «Курс минералогии» А.Г. Бетехтин [1] объясняет историю зарождения минералогии, дает понятие минералам и их свойствам, рассматривает область применения минералов. «Курс минералогии, кристаллографии и петрографии» М.Е. Успенская [2] дает разъяснения физических свойств некоторых минералов, описание и диагностику минералов.
В интернет очень много информации о минералах, основной стала проблема отбора информации.
Сайт [3] –рассматривает классификацию минералов, форму минералов, физические свойства.
Сайт[4]– фотографии, описание свойств и применения минералов.
Сайт[5] - рассматривает месторождения минералов в Кемеровской области.
Сайт[6] - дает подробное описание драгоценных камней, их свойства и применение
Очень трудно было найти информацию о минералах Кузбасса и самоцветах (драгоценных и полудрагоценных камнях).
6
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для решения поставленных задач использовал материалы учебных пособий и интернет-ресурс, фотографии драгоценных и полудрагоценных камней.
При выполнении исследовательской работы использовал теоретические методы: анализ специальной литературы по проблеме исследования.
7
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Историческая справка
Интерес к минералам как к полезным ископаемым зародился в глубокой древности, еще задолго до начала исторического (письменного) периода. Расширение минералогических знаний тесно связано с историей развития материальной культуры, в которой весьма существенную роль играл горный промысел, особенно в бронзовый и железный века. Судя по археологическим данным, к числу наиболее древних культурных народов, занимавшихся горным промыслом, принадлежали китайцы, вавилоняне, египтяне, греки и другие народы. Кроме самородных металлов — меди, золота, серебра — люди в глубокой древности знали и умели находить руды, богатые соединениями меди, олова и железа. Они постепенно научились добывать эти руды, выплавлять из них металлы и изготовлять вначале украшения, затем оружие, столь необходимое в постоянной борьбе за жизнь, и, наконец, орудия труда. В те времена, помимо металлов, знали и собирали различные цветные камни, изумлявшие своей красотой и порождавшие суеверия. Несомненно, что древние обитатели практическим путем узнали некоторые свойства отдельных полезных ископаемых. Знали они также эмпирические закономерности распространения и залегания руд и пользовались ими при поисках и разработках новых месторождений.
Существуют исторические свидетельства о том, что в Египте горнодобычные работы активно проводились уже в эпоху Рамзеса II . Древние горные выработки во многих местах сохранились до наших дней. Разумеется, научных представлений о происхождении руд и минералов тогда еще не могло быть. Первые литературные упоминания о неорганических природных телах и попытку их классифицировать мы находим у греческого ученого и философа Аристотеля (384–322 гг. до н. э.). Минеральные образования, подобные металлам, он относил к группе «металлоидов». Его ученик Теофраст (371–286 гг. до н. э.) вопросам минералогии посвятил специальный трактат «О камнях», где уже в практическом разрезе описывает 16 минеральных видов, главным образом драгоценных камней. Позднее римский натуралист Плиний Старший, погибший в 79 г. при извержении Везувия, написал четыре трактата, в которых собрал все, что было известно в то время о минералах, включая и фантастические предания.[1]
В средние века минералами в основном назывались руды. Классификация их была весьма примитивна. Представления о химических
8
элементах, как и о самой химии, еще не существовало. Следовательно, не могло быть и представления о химической природе минералов. Химия появилась лишь в конце средних веков в виде алхимии.
В России за это время развитие минералогических знаний шло самостоятельными путями и вскоре достигло столь высокого уровня, что обратило на себя внимание всей Западной Европы. Огромную роль в этом сыграли организованные Академией наук во второй половине XVIII в. грандиозные путешествия ученых по разным провинциям нашей обширной страны, главным образом по Уралу и Сибири. Эти экспедиции были вызваны
потребностями бурно развивавшейся в то время отечественной промышленности. В печати появились фундаментальные описания географии, этнографии, фауны, флоры и минеральных богатств Российской империи.
В развитии отечественной минералогии, как и во всех других науках, резкий перелом наступил после 1917 г. Широко развернувшиеся геологические исследования и поисково- разведочные работы в самых различных районах страны и необычайно обогатили наши знания, особенно в области региональной минералогии. За сравнительно короткий срок была проделана огромная работа по систематическому изучению не только старых районов, но и целого ряда новых обширных областей, вовсе не охваченных или слабо затронутых предыдущими исследованиями. Некоторые из них оказались исключительно интересными в минералогическом и других отношениях. Без детальных минералогических исследований было бы немыслимо открытие весьма многочисленных месторождений полезных ископаемых, явившихся сырьевой базой для мощного развития самых различных отраслей нашего народного хозяйства [1].
3.2. Понятие минералов и их классификация
Твердая оболочка Земли — земная кора — составляет лишь 1,5% от общего объема земного шара. Но, несмотря на это, именно земная кора, а точнее ее верхний слой, представляет для нас наибольший интерес, так как он является источником минерального сырья. Минералы — это относительно однородные природные тела, имеющие определенные химический состав и физические свойства. Название «минерал» происходит от латинского слова «минера», что в буквальном переводе означает — руда, рудный. Наука, изучающая состав, структуру и
9
свойства минералов, их происхождение и условия залегания, называется минералогией.
Минералы образуются в результате физико-химических процессов, совершающихся в земной коре. Как и вся окружающая нас природа, они состоят из химических элементов. Образно говоря, минерал — это своего рода здание из кирпичиков — химических элементов, построенное по определенным законам природы. И подобно тому, как из примерно одинакового количества кирпичей человеком возведено на Земле множество различных зданий, из сравнительно небольшого числа химических элементов природой создано в земной коре более 3 тыс. разнообразных минералов. любоваться ими можно бесконечно. Узнайте больше о тех сокровищах, что лежат прямо у нас под ногами!
Форма минералов зависит от расположения в них атомов. В кристаллических минералах атомы располагаются в строго определенном порядке, образуя пространственную решетку, благодаря которой многие минералы (например, кристалл кварца) имеют вид правильных многогранников. Кристаллические минералы анизотропны, т. е. физические свойства их различны по разным направлениям. В аморфных минералах (обычно они имеют форму натеков) атомы расположены беспорядочно. Такие минералы изотропны, т. е. физические свойства их одинаковы по всем направлениям [2].
Классификация минералов [3].
В соответствии с общепринятой в настоящее время химической классификацией все минералы могут быть разделены на девять классов:I. Силикаты — соли кремневых кислот, среди которых выделяют подгруппы минералов, имеющих некоторую общность состава и строения: полевые шпаты, разделяющиеся по химическому составу на плагиоклазы и ортоклазы, пироксены, амфиболы, слюды, оливин, тальк, хлориты и глинистые минералы. Это самый многочисленный класс, насчитывающий до 800 минералов.II. Карбонаты — соли угольной кислоты, включающие до 80 минералов и в их числе наиболее распространенные кальцит, магнезит н доломит.
III. Окислы и гидроокислы — объединяют около 200 минералов, среди которых наиболее распространены кварц, опал, лимонит, гаматит.IV. Сульфиды — соединения элементов с серой, насчитывающие до 200
10
минералов. Типичный представитель — пирит.V. Сульфаты — соли серной кислоты, включающие около 260 минералов,среди которых наибольшее распространение получили гипс и ангидрит.VI. Галоиды — соли галоидных кислот, насчитывающие около 100
минералов. Типичные представители галоидов — галит (поваренная соль) ифлюорит.VII. Фосфаты — соли фосфорной кислоты. Типичный представитель —апатит.VIII. Вольфраматы — вольфрамокислые соединения.IX. Самородные элементы — алмаз и сера.
3.3. Понятие самоцветов
Самоцветы – природные минералы, которые называются драгоценными камнями.
Термин самоцветы стал применяться в 18 веке на Урале.
Драгоценные камни - минералы, отличающиеся особой красотой и прочностью, хорошим блеском и цветовой игрой при достаточной редкости их нахождения на Земле. Непременным качеством драгоценных камней является прочность и достаточно высокая твердость, обеспечивающие их продолжительную сохранность во времени.
Употребляются в ювелирном деле для создания украшений, а также как материал для создания произведений искусства ("глиптика", "камея"). Изучением их свойств, методов обработки и диагностики занимается геммология. Для взвешивания драгоценных камней применяется особая единица веса - карат. Термин «драгоценный» имеет два значения – нормативно-юридическое и повседневно-бытовое. В повседневной жизни драгоценными камнями называют все красивые дорогостоящие камни. Согласно закону РФ "О драгоценных металлах и драгоценных камнях" к драгоценным камням относятся: природные алмазы, изумруды, рубины, сапфиры и александриты, а также природный жемчуг и уникальные янтарные образования в сыром (естественном) и обработанном виде.
Перечень драгоценных камней, установленный Федеральным законом "О драгоценных металлах и драгоценных камнях", включает 7 наименований (алмаз, изумруд, рубин, сапфир, александрит, жемчуг, янтарь), однако рынок драгоценных и ювелирно-поделочных камней в России насчитывает более
11
1000 наименований. Из них ~ 100 имеют собственные месторождения с разведанными запасами [6].
3.4. Физические свойства минералов
Минералы как физические тела обладают широким разнообразием таких свойств, как цвет, твердость, блеск, удельный вес и др. В зависимости от химического состава и кристаллической структуры эти свойства у различных минералов проявляются по-разному. Каждый минерал характеризуется, какими либо особыми признаками, по которым его можно всегда отличить от других.
Очень многие минералы можно совершенно точно определить по комплексу характерных физических свойств. Нужно заметить, что для многих минералов существуют специфические, только каждому из них в отдельности свойственные, тонкие особенности, которые при первом знакомстве нелегко схватить и передать словами. Особенно это относится к оттенкам цвета, густоте окраски, характеру излома, блеска и пр. Тем не менее уже при некотором опыте глаз настолько привыкает улавливать эти характерные свойства минералов, что в дальнейшем они служат решающими диагностическими признаками.
Во времена далекого прошлого, когда люди еще не имели никакого представления ни о химии вообще, ни о химических элементах в частности, эти особые признаки минералов были хорошо известны, и «рудознатцы» по ним безошибочно находили те полезные ископаемые, которые для них в то время представляли ценность [1].
Главнейшие свойств минералов, которые имеют наибольшее диагностическое значение.
К этим свойствам относятся:
1. морфологические особенности — облик кристаллов, штриховатость граней;
2. оптические — прозрачность, цвет минералов, цвет черты, блеск;
3. механические — спайность, излом, твердость.
Морфологические особенности кристаллов минералов. Исходя из того, что любое тело в пространстве имеет три измерения, мы среди
12
разнообразных форм кристаллов и кристаллических зерен прежде всего должны выделить следующие основные типы [2].
1. Изометрические формы, т. е. формы, одинаково развитые во всех трех направлениях в пространстве.
2. Формы, вытянутые в одном направлении, т. е. призматические, столбчатые, шестоватые, игольчатые, волосистые кристаллы, волокнистые образования. 3. Формы, вытянутые в двух направлениях при сохранении третьего короткого. Сюда следует отнести таблитчатые, пластинчатые, листоватые и чешуйчатые кристаллы.
Штриховатость для ряда минералов — широко распространенное явление, которое может служить важным диагностическим признаком.
У одних минералов она проявляется вдоль вытянутости кристаллов, у других — поперек, или штрихи одной грани расположены перпендикулярно по отношению к каждой соседней грани.
Штриховатость граней может быть различного происхождения:
1) комбинационная, обусловленная многократным повторением узких граней (алмаз, турмалин);
2) двойниковая — как результат полисинтетического сложения кристаллов (сфалерит, иногда плагиоклазы и др.);
3) индукционная, обусловленная взаимным влиянием соприкасающихся
одновременно растущих кристаллов.
Оптические свойства.
1.Прозрачность.
В зависимости от степени прозрачности все минералы, делят на следующие группы:
1) прозрачные — горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.;
2) полупрозрачные — изумруд, сфалерит, киноварь и др.;
3) непрозрачные— пирит, магнетит, графит и др.
13
2.Цвет минералов.
Окраска минералов невольно обращает на себя внимание при первом же знакомстве с ними и потому является одним из важнейших признаков, свойственных минералам. Вполне естественно поэтому, что многие названия даны минералам именно по этому признаку.
Примеры: лазурит, азурит (от франц. azur —лазурь), хлорит (от греч. хлорос — зеленый), родонит (от греч. родон —розовый), рубин (от лат. ruber — красный), крокоит (от греч. крокос — шафран, т. е. здесь имеется в виду его краснооранжевый цвет), аурипигмент(от лат. aurum — золото), хризолит, хризоберилл (от греч. хризос — золото), эритрин (от греч. эритрос — красный), гематит (от греч. гематикос — кровавый), альбит (от лат. albus — белый), меланит (от греч. мелас — черный)
Механические свойства.
1.Спайность.
Спайностью называется способность кристаллов и кристаллических зерен раскалываться или расщепляться по определенным кристаллографическим плоскостям, параллельным действительным или возможным граням. Этот признак, являющийся характерным для каждого данного кристаллического вещества, служит одним из важных диагностических признаков, помогающих определить минерал. На практике важно различать степень совершенства проявления спай.
2.Твердость.
Под твердостью подразумевают степень сопротивления, которое способен оказать данный минерал какому-либо внешнему механическому воздействию, в частности царапанию. В обычной минералогической практике применяется наиболее простой способ определения твердости царапанием одного минерала другим, т. е. устанавливается относительная твердость минералов. Для оценки этой твердости принимается шкала Мооса, представленная десятью минералами, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие. За эталоны этой шкалы приняты следующие минералы в порядке твердости от 1 до 10:
1) тальк — Mg3[Si4O10][OH]2;
2) гипс — Ca(SO4).2H2O;
14
3) кальцит — Са(СО3);
4) флюорит — CaF2;
5) апатит — Са5[PO4]3F;
6) ортоклаз — K[AlSi3O8];
7) кварц — SiO2;
8) топаз —Al2[SiO4](F,OH)2;
9) корунд — Аl2O3;
10) алмаз — С.
3.5. Область применения минералов
Большую роль в жизни человека играют поделочные камни. Помимо драгоценных камней, идущих большей частью на украшения и художественные изделия, многие цветные камни используются для облицовки стен. Лучшие сооружения нашей Родины украшаются розовым родонитом, разноцветной яшмой, мрамором, кварцитами. Кварц, исландский шпат, слюда, турмалин, флюорит идут для изготовления оптических приборов. Из агата, корунда, циркона и других твердых минералов изготовляются подшипники для часов и других точных приборов. Алмаз (карбонадо), корунд, гранат, кварц употребляются в качестве абразивных материалов при шлифовании и полировании предметов Мягкие и жирные минералы (тальк, графит) применяются в качестве наполнителей, для смазки трущихся частей механизмов и т. п.
3.6. Физико-химические свойства самоцветов, имеющихся в Кузбассе и их применение.
Недра современного Кузбасса были впервые исследованы в 1721 году немецким картографом Мессершмидтом. В нашем регионе существуют Тайметское, Шерегешское, Кондомское месторождение минерального сырья. Особо богата земля южной Шории минералами аметиста, агата, сердолика, яшмы [ 5].
Самоцветы обладают:
1.Разнообразием кристаллической структуры
15
2. высокой твердостью
3. прозрачностью
4. красивым цветом и рисунком
5. блеском
6. большой светорассеяностью
7. способностью к огранке, шлифовке и полировке
Таблица 1
Физико-химические свойства и применения самоцветов
Название минерала Свойства Применение Интересные факты
Аметист 1.Химическая формула SiO2
2.Форма кристаллов – пирамидальная
3. цвет - пурпурно-синий, красно-фиолетовый
4. прозрачность - прозрачный, полупрозрачный
5. блеск - стеклянный
6. твердость по шкале Мооса - 7
7. плотность -2,65см3
8. излом - раковистый 1. Ювелирные изделия
2. Лечебные свойства
- от бессонницы
- от депрессии
- нормализует работу эндокринной и нервной системы
- улучшает кровообращение
- способствует умиротворению и успокоению.
Аметист означает «опьяняющий». Его носили, чтобы уберечь себя от пьянства.
Агат 1.Химическая формула SiO2
2. цвет – серые и бурые тона, зеленые, голубые
3. твердость по шкале Мооса – 6,5 до 7
4. плотность -2,5 -2,8см3
5. излом - раковистый
1. Ювелирные изделия
2. Поделочный материал – сувениры, посуда, шкатулки, деловые аксессуары,
столешницы, печати,
пряжки, флаконы для духов.
3. В промышленности – химические ступки, подпятники, втулки и другие детали в точном приборостроении. Агат любимый драгоценный камень известного немецкого ювелира Фаберже.
Сердолик 1.Химическая формула SiO2 и Fe
2.цвет – коричнево-красный, оранжево-красный, оранжево-желтый
3. прозрачность – непрозрачный4. блеск – от стеклянного до воского
5. плотность -2,7см3
6. твердость по шкале Мооса – 6,8 до 7
1. Ювелирные изделия
2. Поделочный материал – сувениры, статуэтки.
3. Лечебные свойства
- заболевания кожи
- костную систему
- нормализует давление
- очищает кровь. В качестве талисмана сердолик используется для притягивания достатка, развития таланта.
Яшма 1. Химическая формула SiO2 +Fe2O3 +Al2O3 + CaO
2. цвет- черный, белый, разнообразие различных оттенков
3. прозрачность – непрозрачный4. блеск – от стеклянного до воского, шелковистый
5. плотность -2,7см3
6. твердость по шкале Мооса – 6,5 до 7 1. Ювелирные изделия
2. Поделочный материал – камины, облицовочные плиты, мозаичные полы, напольные вазы
3. В промышленности – химические ступки,
обработочные валы и др. Яшма легко поддается шлифовке и полировке, поэтому считается одним из наиболее доступных декоративных материалов.
Яшму использовали в эпоху палеолита. Древние люди изготавливали из нее инструменты и оружие
Заключение:
В результате исследования я узнал, когда впервые люди узнали о минералах и драгоценных камнях, что такое минералы и самоцветы.
Собрал информацию о классификации минералов, об их физико-химических свойствах, о диагностических признаках минералов, о месторождениях минералов в Кузбассе.
Собрал сведения о физико-химических свойствах самоцветах – аметисте, агате, сердолике и яшм Самоцветы (драгоценные камни) обладают достаточной твердостью по шкале Мооса от 6,5 до 7 и достаточной прочностью, это подтверждает область их применения. В интернете нашел фотографии самоцветов и некоторые интересные факты о камнях.
В итоге я пришел к следующим выводам.
17
ВЫВОДЫ
1. Минералы известны с глубокой древности 384–322 гг. до н. э.
2. Минералы это природные однородные тела, имеющие определенный химический состав и физические свойства.
3. Драгоценные камни - минералы, отличающиеся особой красотой и прочностью, хорошим блеском и цветовой игрой.
3. В Кузбассе добывают минералы – агат, аметист, сердолик, яшму.
4. После обработки минералов получают самоцветы.
5. Непременным качеством драгоценных камней является прочность и достаточно высокая твердость, обеспечивающие их продолжительную сохранность во времени.
18
ЛИТЕРАТУРА
1.Бетехтин А.Г. Курс минералогии. – М., КДУ, 2007.
2. Успенская М.Е. Минералогия с основами кристаллографии и
Петрографии. – М., КДУ, 1982.
3. ru. Wikipedia. org / Wiki/
4. ww.catalog mineralov. Ru/ mineral
5. Web.ru/dru/druza/13Kemer_o.htm
6. Wiki/web.ru- GeOWiki

Приложенные файлы


Добавить комментарий