XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Волшебные свойства магнетита (магнитного железняка)
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Издавна человека привлекали удивительные творения природы - минералы и горные породы. Помните, как еще маленькими детьми вы иногда находили необыкновенный, не похожий на другие, камешек? Сколько тогда было восторга, радости, удивления, а в глазах загорались веселые искорки. Так откуда же они появились?
Оказывается, вся толща земной коры состоит из разнообразных горных пород, и они отличаются по свойствам, составу и происхождению. Горная порода имеет сложное строение и может включать в свой состав несколько минералов. Состав и свойства горной породы зависят от состава и свойств тех минералов, из которых она состоит. Минералы различаются твердостью, плотностью, цветом, блеском, температурой плавления и другими свойствами.
Каждая горная порода состоит из определенных минералов, а расположение горных пород в земной коре имеет определенные закономерности. Разнообразие горных пород и закономерности их распространения зависят от того, где, в каких условиях они образовались, какие претерпели изменения, то есть зависят от их происхождения. Поэтому сложная геологическая история развития Алтая-главная причина его богатства металлическими рудами, и в первую очередь, железными рудами.
Меня заинтересовало то, где на Алтае есть месторождения железных руд, как люди выплавляют из нее чугун, а затем сталь, как магнитный железняк превращается в магнит, поэтому решил исследовать эту тему, и поставил цель: узнать происхождение месторождений и добычи железной руды-магнетита (магнитного железняка); как и где его применяют.
Задачи: собрать информацию по данной теме, изучить физические и химические свойства магнетита; для чего нужен магнит; полученные сведения довести до слушателей.
Я считаю, что моя тема в наше время достаточно актуальна, так как месторождения железных руд в нашей стране почти полностью выработаны. А одно из главных запасов железорудных месторождений Западной Сибири находятся в районе Холзунского хребта на Алтае - Инское и Белорецкое с запасами примерно 500 млн. тмагнетитовой руды с содержанием железа от 30 до 50%.
Что изучает минералогия
Минералогия – это наука о минералах, их составе, свойствах, особенностях и закономерностях физического строения, условиях образования, нахождения и изменения в природе. Возникла в древности, связана с развитием горного дела. От минералогии отделились кристаллография (18 век) и петрография (19 век), в начале 20 века - учение о полезных ископаемых, геохимия. Основы современной минералогии заложены учеными-геохимиками Владимиром Ивановичем Вернадским, Александром Евгеньевичем Ферсманом.
Минералогия изучает внешний вид минералов, различные физические особенности и химический состав, их происхождение и превращения и, наконец, на основании всего этого соединяет их в различные группы. Она разделяется на несколько отделов:
кристаллографию, изучающую минералы с математической точки зрения, как многогранники;
физическую или, правильнее, — физику минералов, имеющую своим предметом различные физические свойства их, например: сцепление, плотность, состояние в них эфира (явления световые, тепловые, электрические) и др.;
химическую минералогию, изучающую химические явления в минералах: их состав, изменения, образование.
Эти три отдела иногда соединяют в один под именем физиология минералов. Уже в глубокой древности было известно некоторое количество минералов.
Образование, состав магнетита
По происхождению все горные породы делят на три группы: магматические, осадочные и метаморфические. Магматические горные породы - это породы, образовавшиеся из магмы, в результате ее охлаждения и затвердевания. Осадочные горные породы - это породы, существующие в термодинамических условиях, в результате разрушения различных горных пород. Метаморфические горные породы - это породы, которые образовались в толще земной коры, в результате метаморфизма. Магнетит образуется в результате метаморфизма («метаморфоза»-означает превращение), соединений железа поверхностного происхождения под действием высокого давления и высокой температуры в глубинных условиях.
Алтай-высочайшие горы всей Сибири. В его недрах содержатся месторождения ртути, золота, вольфрама, меди, серебра, олова. Именно на Алтае академик В.А. Обручев выявил новейший этап в развитии рельефа-неотектонический. Сложная геологическая история развития Алтая-главная причина его богатства металлическими рудами, и в первую очередь, железными рудами. На юго-западе в прилегающей к нашей территории границе территории Республики Алтай есть крупное месторождение магнетита-Холзунское. (Приложение1). Оно самое крупнейшее в Западной Сибири. Но самое богатое Инское, там содержание железа в руде до 45 процентов. Такая руда ныне в мире редкость, ведь все богатые руды давно уже выработали, сейчас добывают чаще всего более бедные.
Месторождения железных руд найдены в хребтах Сайлюгем, Чуйском, (Кош-Агачский район), в среднем течении Чарыша и Бии. По западным склонам Салаирского кряжа обнаружены месторождения бокситов и медной руды. Бокситы для промышленности Республики Алтай в будущем вполне могут иметь промышленное значение.
Из глубины веков
При подготовке своей работы мы встретились с замечательным человеком нашего района историком, создателем музея в селе Мендур-Соккон. Николай Андреевич Шодоев рассказал, что в селе Мендур-Соккон есть гора «Темир тайга» - Железная гора. У подножия этой горы были «узангыш» (кузницы). Таких кузниц было несколько. Руду – «öҥöр» добывали там же. В небольшом логу была возвышенность, это была древняя рудоплавильная печь. Здесь найдены кувшины, ножи, топоры. В соседнем селе Кырлыке в долине Ламак, где по словам Николая Андреевича он побывал вместе с Клешевым Анатолием, выплавляли «jес»-медь. Нашли печи - «боор». Уголь и чимит (белый порошок-флюс) были сложены несколькими слоями. Чимит добывался в окрестностях села Мендур-Соккон, это белая скала. Обнаружены «тордо»-шлак. Еще одно место, где выплавляли железо-это Коргон. В 1745 - 48 г.г. Амыр-Санаа со своими войсками спустился с Верх-Ябогана, затем через Ябоган, направляясь к Ойбоку. На ночь решили встать в долине Сары-Коба. Там они разожгли костер, собрав колючки. У войска Амыр-Санаа закончились «кастаки», то есть железные наконечники для стрел и им надо было добраться до железоплавильных печей Мендур-Соккона. В то же время батыр Тодоко следил за ними издалека и с помощью племен иркитов, кыпчаков, тодошей ночью окружили и обстреляли из луков. Амыр-Санаа потеряв 19 своих воинов, вырвался из окружения и бежал к Мендур-Соккону. Численность войска составляла три тысячи человек. Добравшись до кузниц-печей выяснили, что там никого нет, остались только несколько стариков, все население бежало. Тогда Амыр-Санаа собрал всех, кто не смог уйти, привел их к переправе, и сказал: «Я срубил 100 «чаалдар»-саженцы лиственницы до уровня лодыжки моего коня, и вот когда деревца подрастут до моего стремени, тогда я вернусь и отрежу головы 100 алтайцам. С тех пор это место называется «Jӱc тыт» - Сто лиственниц. И действительно, через 5 лет после этих событий Амыр-Санаа, собрав войска, вернулся, было большое сражение и с тех пор наш районный центр называется Усть-Кан (Кан - Оозы), буквально переводится как – место, где пролилась кровь, до этого назывался «Jаан – Оозы» - Большое, обширное , просторное место, место, то есть степь. По рассказам очевидцев тех времен, река Чарыш была красной от крови погибших.
Но до этого в битве за власть и железо Амыр-Санаа потерял свое войско, остался с 300 человек. Так как алтайцы во главе с Тодоко не пустили его к поселениям Мендур-Соккону, Коргону, а открыли путь к Змеиногорску, ему ничего не оставалось, как с остатками своего войска идти вверх по реке Кутергень.
После этих событий в 1756 г. Алтай вошел в состав России. В 1776 году в г. Барнауле российские власти выплавляли медные деньги, торговали с алтайскими купцами. Тогда же, по словам Николая Андреевича и произошел один курьезный случай. Один купец привез такую 5-рублевую медную монету в село Мендур-Соккон. Там начали делать такие деньги, этими монетами расплачивались, и в результате была произведена проверка, откуда столько денег. Когда приехали к кузнице, увидели ведро полное новых монет. С тех пор все кузницы были закрыты.
«Темир тайга»-Железная гора считается священной, женщинам, а особенно молодым девушкам запрещено подниматься на эту гору. Те же, кто осмеливался ходить туда, тяжело заболевали. В склоне этой горы, по словам чабана Такысова Орко есть «куй таш»-пещера. Те, кто входил туда, умирали. Считалось, что там на людей воздействовала отрицательная энергия.
Физические и химические свойства магнетита
Физические свойства.
Блеск металлический, металловидный или матовый.
2. Твердость 5,5-6 по шкале Мооса.
Удельный вес 4,9-5,2 г/см3.
Цвет железно-черный или темно-серый.
Черта черная.
Магнитный. Кусок магнитного железняка, добытого на горе Высокой, уже более века силой магнитного притяжения держит 50-килограммовую гирю.
Спайность отсутствует. Сплошные зернистые, плотные или рыхлые (магнетитовый песок) массы, отдельные кристаллы (октаэдры, ромбические додекаэдры), двойники; вкрапления; россыпи.
Сингония кубическая.
Кристаллы вросшие или наросшие.
Отличительные признаки. Магнетит легко узнается по постоянному железно-черному цвету, по черной черте и по магнитности. Похож на хромистый железняк. Отличие — черта у хромистого железняка бурая; кроме того, магнитный железняк обладает магнитностью. (Приложение 2).
Химические свойства.Формула магнетита, представляющего собой оксид железа, с кубической сингонией и металлическим блеском, записывается как Fe3O4.
Порошок растворяется в соляной кислоте принагревании.
От сходных по внешнему виду минералов (гематит) магнетит легко отличается по чёрной черте и сильной магнитности.
Основные диагностические признаки
Минерал магнетит обладает сильными магнитными свойствами, притягивается магнитом. Поведение в кислотах: трудно растворяется, можно лишь растворить порошок.
Многие образцы магнетита считаются природными магнитами. Этим качеством магнетит обязан строению своих кристаллов, которые имеют октаэдрическую форму. При этом в одних позициях лежит в два раза больше катионов железа, чем в других, поэтому именно такая особенность и лежит в основе магнетизма.
Чем полезен магнетит?
Большая часть магнитного железняка используется для выплавки чугунов, сталей, а также ферросплавов. На предприятиях черной металлургии магнетит используется для производства специальных сталей. В химической отрасли его применяют для получения фосфора и ванадия. Медики при помощи магнетитовых зондов извлекают металлические предметы из пищевода и дыхательных путей, используют для лечения и диагностики больных. Вот несколько примеров: магнитные налокотники, повязки, даже гантели. Maгнитoфopeз нaзнaчaют пpи вapикoзe, paдикyлитe и пepeлoмaх кocтeй (быстрее срастаются, уменьшается вpeмя их cpaщивaния) и при лечении бpoнхитa. В ювелирном деле иногда из минерала делают браслеты, четки и бусы. (Приложение 3).
Применение магнитов
Магниты используются в банковских картах, бижутерии, телефонах, детских играх, в машинах, в замках и т.д. Магниты используют в технике, они помогают поднимать тяжелые грузы на заводах.
Они используются: в наушниках, телефонной трубке, телевизоре, компьютере, магнитофоне, даже пластиковые карточки записывают при помощи намагничивания.
В быту также используют магниты, например, для поддержки штор или на холодильник прикрепляют магниты с гербом города, знаком зодиака, рекламные слоганы, фотографии.
В кабинете географии магниты помогают поддерживать карты на доске. Для малышей выпускаются такие игры как магнитный конструктор, азбука. Магнитные игрушки встречаются и в киндер – сюрпризах.
Поскольку наукой уже доказано, что собственными магнитными полями обладают внутренние органы каждого живого существа, применение магнетита для лечебного воздействия на них через изменение характеристик магнитного поля повышает иммунитет и укрепляет защитные силы самого человека. Кристаллы минерала под названием магнетис были известны еще жителям Древней Греции. Название "магнетит" произошло от имени впервые нашедшего его греческого пастуха Магнеса. В Средневековье магнетит переименовали в магнитный железняк, официальный термин "магнетит" появился только в 1845 г. Со времен первых цивилизаций люди наделяют магнетит магическими свойствами.
Еще одна версия такова, что название "магнетит" произошло от античного города Магнесия в Малой Азии. Обычно же этот камень называли «гераклийским камнем», так как считали его камнем Геракла.
Исследовательская часть
От куска магнитного железняка, который я взял из коллекции «Полезные ископаемые» в кабинете географии, отколол молотком несколько мелких кусочков. Мелкие кусочки предварительно измельчил молотком, а затем в фарфоровой ступке. Если в школе была бы закись-окись железа FesO4, то можно было бы использовать ее, и в этом случае измельчение магнитного железняка исключается. Но ее не оказалось, поэтому просто вышеуказанным способом измельчил и получил порошок. Еще одно свойство магнетита –это то что при превращении в песок он не теряет своих магнитных свойств. Вывод: Необычные свойства, которыми обладает магнетит, делают его незаменимым и необходимым. Магнетит считался сильнейшим талисманом. Считалось, что этот минерал может пробудить в человеке творческие способности. Как мы видим, мaгнитный кaмeнь нa пpoтяжeнии иcтopии чeлoвeчecтвa имeл oгpoмнyю пoпyляpнocть, и ceгoдня eгo вaжнocть тpyднo пepeoцeнить. Магнит нужен людям, так как используется в разных отраслях хозяйства, в медицине, в электронике, автоматике.
В своей работе я проследил путь магнетита, железной руды – магнитного железняка образованного в недрах Земли миллионы лет назад, до магнита столь важного и нужного всем, начиная от школьников до ученых. Минеральные ресурсы относятся к разряду исчерпаемых, поэтому необходимо бережно относиться к запасам железной руды. Добыча полезных ископаемых требует особой осторожности, чтобы сохранить природу нашего края. Например: Город Магнитогорск расположен на Урале рядом с горными залежами естественного магнетита. В течение многих десятков лет здесь велась активная добыча магнитной руды. На сегодня от Магнитной горы ничего не осталось. Это была разработка и добыча естественного магнетита.
Литература
Селедцов Н. Г. География Республики Алтай : учебное пособие для 9-х классов. Отпечатано в ГУП «Горно-Алтайская республиканская типография », 2003, 174 с.
Серия «Библиотека учителя» Предметная неделя географии в школе. Ростов-на-Дону «Феникс» 2005, 222 с.
Информант: Николай Андреевич Шодоев – историк, писатель
Приложения
Приложение1.
Приложение 2
Приложение 3