XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Малахитовая шкатулка, или сокровища каменного пояса
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На Урале есть много интересного и необычного, но больше всего, конечно же, камней. Именно поэтому его именуют «Каменным поясом земли». Издавна у нас считалось, что камень – сущность одухотворённая, имеющая каждая свой нрав и разум! Символом Урала до сих пор является удивительный и разнообразный минерал – малахит. «Камень, а на глаз, как шёлк, хоть рукой погладь». Так говорил о малахите П.П. Бажов. Когда я впервые увидел малахит, он поразил меня красотой своих узоров и шелковисто-нежной зеленью до глубины души. Именно поэтому я решил исследовать этот удивительный минерал.
МАЛАХИТ
Малахит не просто камень,
Он Урала слава
Век за веком был он с нами,
но стало его мало.
Ах, уральский малахит,
Нет ему подобия.
Вьется шелковый узор,
как музыки мелодия.
Он в украшении дворцов,
в чертогах Эрмитажа,
в колоннах Исаакия...
И не поверишь даже-
Натёки, почки, сталактиты,-
все это виды малахита
Кулоны и браслеты,
и вазы, и камин -
много камней поделочных,
а малахит один!
Зеленый камень лета,
радостный для глаз,
своею красотою
он покоряет нас.
Цель работы: изучить свойства и применение минерала малахит.
Задачи:
а) проанализировать литературу по данной теме;
б) узнать, как образуется малахит и где его применяют;
в) провести опыты, которые помогут определить натуральность малахита.
Предмет исследования:
Малахит
Методы исследования:
1. Работа с библиографическими источниками информации.
2. Анализ и синтез собранного материала.
3. Демонстрационный эксперимент.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, двух глав, включающих в себя теоретическую и практическую часть, заключения, библиографического списка. Объем работы составляет 15 страниц.
Глава 1. Теоретическая
Что изучает геология?
Геология - наука, изучающая образование и строение каменной оболочки Земли. Она исследует недра Земли и помогает извлекать из них минеральные сокровища, без которых не могут существовать люди.
Камень – это всякая твёрдая нековкая составная часть земной коры в виде сплошной массы или отдельных кусков. Ювелир понимает под этим словом драгоценные камни, строитель – материалы, с помощью которых мостят улицы и возводят дома. Геологи же, занимающиеся наукой о Земле, называют объекты своего изучения не «камнями», а горными породами и минералами.
Горные породы – природные соединения, состоящие из одного или нескольких минералов. Минералы — однородные по химическому составу и физическим свойствам природные тела. Наука о минералах называется минералогией.
Существует более 5300 известных видов минералов. Минералы можно описать по различным физическим свойствам, которые связаны с их химической структурой и составом. Общие отличительные признаки включают кристаллическую структуру, твердость, блеск, цвет, полосы, прочность, расщепление, переломы, вес, магнетизм, вкус, запах, радиоактивность, реакция на кислоту и т.д.
Минералы исключительной красоты и долговечности называются драгоценными камнями.
Происхождение, состав и свойства малахита.
Малахит — один из красивейших минералов. По выражению А. Е. Ферсмана, эго «камень яркой, сочной, жизнерадостной и вместе с тем шелковисто-нежной зелени». Его окраска представляет собой палитру зеленых тонов от светло-зеленого с голубизной (бирюзового) до густого темно-зеленого цвета («плисового»).
Происхождение названия малахита от греческого, «малакос» — мягкий, по другой версии -«мальва»- означает растение.
Малахит — минерал, основной карбонат меди.
Малахит образуется исключительно в зонах окисления медных сульфидных месторождений, особенно если они залегают в известняках или если первичные руды содержат много карбонатов. Является самым распространенным минералом меди в окисленных медных рудах.
По составу малахит представляет собой водную углекислую соль меди – Cu2[CO3](OH)2. Оксида меди в малахите содержится до 72%. Окраска его объясняется присутствием иона меди. Чаще малахит встречается в виде землистых выделений и плотных натечных образований. Внутри сложен радиально расходящимися волокнами из грубых и крупных, вплоть до очень мелких чешуек. Радиально-лучистый рисунок часто совмещен с концентрически-полосчатой (зональной) окраской. Встречаются тонковолокнистые разновидности, сноповидные, концентрически-слоистые, полицентричные, а также псевдосталактиты. Нередко загрязнен различными примесями, что снижает его декоративные качества. И наоборот – богат включениями (дендриты марганцевых минералов, зерна и волокна хризоколлы, шатукитта, азурита, элита, брошантита, черные примазки смоляной и медной руды), придающими ему еще большую декоративность.
Плотный малахит, несмотря на его хрупкость, чрезвычайно ценный поделочный камень. Различают два основных поделочных вида камня – радиально-лучистый и плотный. Первый за сходство с распространенным хлопчатобумажным бархатом – плисом – назвали плисовым. Второй за кажущуюся однородность и холодный, чуть с синевой, зеленый цвет – бирюзовым. Более декоративную его разновидность выделили как – узорчатый.
Физические свойства малахита.
Название: основный карбонат меди, малахит, медная зелень, малахитовая зелень, плисовый малахит, атласная руда, павлиний камень – довольно хрупкий минерал.
Цвет: варьирует от сочного темно-зеленого до светлого бирюзово-зеленого. Не прозрачен, в мелких кристаллах просвечивает. В плотных почковидных агрегатах окраска обычно распределяется ритмично, с чередованием темных и светлых зон. Тонкоигольчатый (плисовый) и порошковатый агрегаты окрашены равномерно. Более или менее одноцветные куски встречаются редко.
Твердость 3,5 – 4 по минералогической шкале;
Удельный вес 3,9 – 4 г;
Плотность 3,75 – 3,95 1 г/см;
Излом: раковистый.
Хрупкость: да
Блеск: матовый, бархатистый, у плисового – шелковистый. Плотные лучистые агрегаты имеют красивый шелковистый блеск. Необработанному малахиту присущ слабый стеклянный блеск, но на свежем изломе и в прожилках блеск у него часто шелковистый.
Малахит чувствителен к нагреванию и неустойчив по отношению к кислотам, аммиаку.
Благодаря небольшой твердости малахит легко обрабатывается: быстро режется, хорошо шлифуется и полируется, в руках умелого мастера принимает самую высокую зеркальную полировку. Обработанная поверхность непрочна, постепенно тускнеет и нуждается в обновлении.
1.3. Месторождения малахита
Зарубежные месторождения
Поделочный малахит в настоящее время поступает с открытых крупных месторождений: Колвези в провинции Шаба (Демократическая Республика Конго, Центральная Африка), Цумеб (Намибия); Заир (богатые руды); Родезия; штат Аризона (США); Австралия; Тюрин- генекий краевой разлом (близ Заальфельда, Камсдор- фа), Рудные горы и Гарц; Зигерланд и близ Дилленбурга (Германия); Шеей близ Лиона (Франция); Корнуэлл (Англия), в горах Кирмана (город и область юго-востока Ирана) среди рудников меди. Сепстанский (Сепстан — область, прилегающая к озеру Зарра, входит отчасти в состав Ирана и отчасти Афганистана), однако по цвету и красоте узоров малахит зарубежных месторождений не может сравниться с уральским. В связи с этим малахит с Урала считается самым ценным на мировом рынке.
Урал
Малахит считается «РУССКИМ КАМНЕМ». XVIII век стал переломным в отношении к малахиту, и случилось это в результате открытия крупных месторождений в России, на Урале были найдены огромные залежи ее, и в числе прочего, настоящие гиганты среди минералов. Богатыми коллекциями уральского малахита располагали многие минеральные кабинеты. Два реестра кабинета графа Н. П. Румянцева, 1828 и 1845 годов, содержат интересный материал о ходе знакомства с уральским камнем.
Первый - так называемой коллекции Большого формата - отмечает поступления штуфов Турьинских, Богословского и Гумешевского рудников, малахита медистых песчаников с Прикамья, редких образцов малахита на кварце Берёзовского золоторудного месторождения.
Второй - коллекции Малого формата - содержит описания малахита из рудников Златоустовского горного округа - особой достопримечательности уральского малахита.. Коллекция в целом изобилует всеми разновидностями камня: лучистыми плёнками, розетковидными и веерообразными игольчатыми кристаллами, сноповидными лучистыми пучками, сталактитами, простейшими почковидными корочками и великолепными почками, правильно образованными кристаллами и штуфами окисленной медной руды, где в пустотах расселись малахитовые шарики-сферолиты, сложенные тончайшими волоконцами, нереально зелёные, с мягкой бархатистой поверхностью срезы окаменелого дерева, пустоты которого выполнены малахитовыми кристаллами или теми же шариками-сферолитами.
Запасы руд в знаменитых уральских месторождениях истощились уже к концу 19 в. Гумешевскую шахту затопило, и добыча медной руды прекратилась. С тех пор шахту посещают лишь любители экстремального отдыха и острых ощущений. До сих пор знаменитое месторождение остаётся заброшенным.
Таким образом,в наши дни лидером по поставке природного малахита является республика Конго. Кроме южноафриканских месторождений малахит добывается и в Австралии, Великобритании, Франции, Чили и на Кубе, а также в Казахстане. Но камни из этих рудников не идут ни в какое сравнение с уникальным уральским малахитом.
Применение малахита
Малахит - ценный ювелирно-поделочный камень.
В Древнем Египте, Греции и Риме из малахита изготовляли бусы, камеи, амулеты и другие предметы и декоративные изделия. Измельченный камень и малахитовая пудра применялись в качестве натурального пигмента для рисования и в косметике.
В России в 18-19 вв. методом "русской мозаики", когда крупные предметы были выполнены не из малахитовых монолитов, а из мрамора, а облицовывались малахитовыми пластинками, были сделаны колонны, пилястры, каминные доски, столешницы, крупные напольные вазы, часы и другие изделия в дворцовых интерьерах. В Малахитовом зале Эрмитажа хранится более 200 изделий из малахита. Колонны из малахита установлены в алтарной части Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге.
Примером прекрасной работы из малахита по методу «русской мозаики» также может служить большая ваза с четырехугольным верхом, выполненная в 1839-1840 годах в Екатеринбурге.
Дивной красоты большая малахитовая ваза старинной работы украшает центр зала Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана. Из мелкой крошки приготовляют натуральный пигмент.
При обработке малахита стараются максимально выявить декоративность камня. Особенно ценится глазчатый малахит с тонкими концентрическими кольцами – «павлиний глаз».
Несмотря на невысокую твердость и нестойкость, малахит и сегодня является одним из самых популярных ювелирных и декоративных камней.
Малахит считается “камнем здоровья”, поскольку он хорошо помогает при зубных болях, астме, ревматизме, отравлениях. Лечит депрессии, бессонницы, ночные кошмары, беспокойства и беспричинные страхи, улучшает зрение, концентрирует внимание.
Магические свойства
Камень обладает большой магической силой.
В древности его считали камнем врачей и ученых. Считается, что малахит приносит исполнение желаний, он популярен как детский амулет, защищающий от сглазов.
Астрологи рекомендуют носить малахит, прежде всего, людям, рожденным под знаком Весов. Их он делает привлекательными, наделяет обаянием, дарит красноречие.
Остальным знакам зодиака тоже можно носить изделия с малахитом. Исключение составляют только Девы и Раки, которым он категорически противопоказан.
Малахит – самый желанный для многих женщин камень. Он – яркий, нежный, бархатистый, шелковистый. Кроме того, если верить преданиям, то ношение такого камня способно подарить женщине настоящую любовь.
Глава 2. Практическая
2.1. Определение натуральности малахита
Раньше объёмы перспективных месторождений исключали вероятность приобрести фальшивку. Сегодня ситуация изменилась. Наиболее распространёнными имитаторами природного минерала являются стекло и пластик. Кроме того, широкое применение в ювелирной отрасли получили синтезированные в лабораторных условиях камни. При покупке украшений с малахитом необходимо обратить внимание на его цвет: коричневато зелёные прослойки встречаются исключительно в искусственных экземплярах. Стеклянные подделки характеризуются наличием прозрачных включений, которые хорошо видны через увеличительное стекло. Пластмассу легко определить, коснувшись изделия тыльной стороной ладони – на ощупь она покажется тёплой, в то время как натуральный камень будет холодным. Есть ещё один способ проверки натуральности камня – капнуть нашатырного спирта или раствор уксусной кислоты или лимонный сок. Если камень в этом месте побелеет, а сама жидкость станет синей, то малахит натуральный. Фальшивка же сохранит свой первоначальный цвет. Натуральный малахит разлагается под воздействием кислот. Для «закипания» камня достаточно лимонного сока, а более едкая уксусная кислота превратит его в бесцветные кристаллы ацетата меди.
Таким образом, из литературы мне стало известно, как определить натуральность малахита.
В нашей семейной коллекции тоже есть изделия из малахита, поэтому на следующем этапе работы мы решили провести эксперимент, и определить, является ли украшения из малахита натуральными!
Сначала мы обратили внимание на цвет. Коричневатых прослоек, встречающихся исключительно в искусственных экземплярах, в данном изделии я не обнаружил. Вывод: это не искусственный камень.
Коснулся изделия тыльной стороной ладони. На ощупь оно мне показалось холодным, это характерно для натурального камня. Пластмасса была бы тёплой. Вывод: это не пластмассовая имитация.
На основании проведённого исследования, мы сделали предварительные выводы, что изделия сделаны из натурального малахита.
Затем, мы обратились к учителю химии, чтобы опытным путем проверить подлинность минерала.
Опыт №1.
Мы провели нагревание малахитового порошка и увидели, что произошла реакция разложения:
(CuOH)2CO3->2CuO↓+CO2↑+H2O
При разложении малахита образуются три вещества -
вода, мы ее увидели на стенках пробирки;
углекислый газ, его мы проверили следующим образом: зажгли лучину и опустили в пробирку, огонь сразу погас, ведь углекислый газ не поддерживает горение.
оксид меди(II) черного цвета, он был на дне пробирки,
Вывод: исследуемый материал - натуральный.
Опыт №2.
В пробирку с малахитовым порошком мы добавили соляную кислоту и увидели мгновенное выделение углекислого газа в виде пузырьков, как в газировке. Затем в раствор хлорида меди мы добавили воды и увидели реакцию, где цвет раствора из зеленого стал лазурно-голобуй.
Вывод: Это реакции подтверждают, что исследуемый малахит натуральный.
Таким образом, на основании проведенного эксперимента, можно сделать вывод: малахитовые изделия нашей семенной коллекции сделаны из натурального камня.
Заключение
В ходе своей работы я узнал очень много нового и интересного о минерале под названием малахит. И ещё больше влюбился в этот замечательный камень. Кроме того, теперь я знаю, как отличить натуральный камень от имитации. Увы, отечественные запасы минерала истощены. Сегодня основные залежи его находятся в дальних странах: в Африке, Америке, Австралии. А ведь когда то А.Е. Ферсман сказал: «Среди зеленых самоцветов есть еще один камень, который может по праву считаться русским, так как только в нашей стране открыты те громадные месторождения, которые прославили его на весь мир. Это – малахит, камень яркой, сочной, жизнерадостной и вместе с тем шелковисто-нежной зелени».
Не покинет ли свои российские владения Хозяйка Медной горы, воспетая в сказах П.П. Бажова, которую уральские рудокопы звали еще и Малахитницей, связывая с ней все удачи и невзгоды своего нелегкого труда в поиске, добыче и обработке этого интереснейшего камня?
Я считаю, что цель, поставленная мною перед началом работы - достигнута, все задачи выполнены. Планирую и дальше изучать загадочный мир камня.
Список литературы
1. Годовиков А.А. «Минералогия». Издательство: Недра, 1983
2. Здорик Т.Б., Фельдман Л.Г. «Минералы и горные породы, т. 1. М., «ABF», 1998 г.;
3. Марченков В.И. «Ювелирное дело» М.: Высшая школа, 1975, с. 37; М., 1982;
4. Семенов В.Б. «Малахит», т.1,2 Свердловск, 1987.
5. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. «Книга по химии для домашнего чтения.» М., Химия, 1994.;
6. Смит Г. «Драгоценные камни. М., «Мир», 1980;
7. Шуман В. «Мир камня. Драгоценные и поделочные камни».
8. Ферсман А.Е. «Рассказы о самоцветах» Л., Детгиз, 1952.
9. Малахит. БСЭ, т. 15, с. 276;
10. Журнал «Минералы – сокровища Земли»
11. Артемьев И.И. «Минералогические зарисовки: рассказы и стихи». «Квадрат», 2019 г.