Удивительный минерал флюорит

XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Удивительный минерал флюорит

Корчагин С.П. 1
1МБОУ "ЦО - гимназия № 1"
Гулимова Л.В. 1
1МБОУ "ЦО - гимназия № 1"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Однажды, когда мне было 6 лет, я приехал к бабушке в гости и на столе у нее увидел коробку с камнями. Она объяснила мне, что это - минералы, которые мой дядя начал собирать 12 лет назад. Они подарили мне небольшую коллекцию, которую я и продолжил собирать

Я выбрал эту тему потому, что занимаюсь коллекционированием уже 2,5 года. Мне было очень интересно, почему все камни разные, не похожи друг на друга? Откуда вообще берутся камни? Где найти настоящий минерал, и можно ли найти его под ногами? Что, если на Земле не будет минералов? А бывают ли съедобные минералы? В песке, у реки или на дороге, я все время искал красивые и необычные камни. Раньше я думал, что какой-то вулкан выкидывает камни наружу. Или какая-то сила выталкивает их из-под земли. Мне любопытно открывать свойства камней и минералов. Путешествие в мир камня очень увлекательное занятие. Когда я рассматриваю камни, как будто отправляюсь в далекое прошлое нашей планеты и той местности, где я живу.

Цель моего исследования: изучение минералов на примере флюорита.

Задачи исследования:

  1. Изучить литературу о минералах.

  2. Выявить особенности внешнего вида, свойств и разнообразия камней и минералов.

  3. Систематизировать информацию о камнях и минералах, полученную из библиотек, музеев и других источников.

  4. Собрать коллекцию минералов.

  5. Изучить свойства флюорита.

  6. Изучить практическое применение флюорита в промышленности и узнать о необходимости выращивания искусственных кристаллов.

Методы исследования:

- посещение музеев (Приложение 1);

- прослушивание лекций (Приложение 1);

- определение минерала флюорита (Приложение 2);

- выращивание минералов (Приложение 3);

- проведение анкетирования (Приложение 4).

Актуальность работы заключается в том, что ученые создают новые вещества с уникальными свойствами, без которых невозможен технический прогресс. Так были созданы сверхпрочные кристаллы, применяемые для буровых установок по добыче нефти и газа, синтезированы кристаллы для лазерной медицины и металлообработки. И, возможно, проведенное мной исследование повлечет за собой осознанный выбор моей будущей профессии, я познакомлюсь с интересными и увлеченными людьми.

Гипотеза: образование минералов в природе – это длительный процесс, а их поиск и добыча – это трудоемкий, затратный и сложный процесс, но при создании определенных условий и наличии необходимого сырья, можно выращивать искусственные минералы с необходимыми физическими и химическими свойствами.

    1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ

Откуда не Земле такое разнообразие химических элементов, а соответственно и минералов?

Вселенная – вот колыбель всех веществ, образующих Землю.

Пять миллиардов лет назад существовало огромное газопылевое облако. Затем, возможно, произошел взрыв близлежащей звезды. При этом скорость вращения и температура пылевого облака возросла, и значительная масса вещества сосредоточилась в центре. Так образовалось ядро. Температура и давление внутри него были очень высокими, поэтому произошла термоядерная реакция горения водорода. Так появилась новая звезда – Солнце. Оставшаяся материя, которая вращалась вокруг Солнца, образовала девять планет.

Сложно точно сказать, какой была Земля сразу после своего образования. Наверное, это была раскаленная планета с бесконечной вулканической деятельностью. Породы и металлы плавились. Наиболее тяжелые вещества – железо, никель погружались в центр планеты. Легкие вещества – силикаты, оставались на поверхности и затвердели, образовав земную кору. Постепенно планета отдавала тепло, и ее поверхность стала остывать и затвердевать. Конденсация водяного пара привела к образованию океанов и морей.

    1. СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

Т вердая часть Земли состоит из слоев, четко различаемых между собой. Они имеют различные физико-химические характеристики и образованы различными типами пород.

Земная кора – внешняя оболочка земли, состоит в основном из кремния, алюминий и кислорода, делится на два типа:

- континентальная земная кора – самая древняя. Она охватывает все территории над уровнем океана.

- океаническая земная кора. Ее называют «базальтовой земной корой». Химический состав соответствует составу базальта.

Мантия – это слой, покрывающий внешнее ядро. Состоит мантия в основном из перидотита. В этом слое выделяется большая часть тепла, дающего планете жизнь

Ядро – центральная и самая плотная часть планеты. Образовано оно смесью различных металлов – железа, никеля, кремния, кислорода, серы.

    1. ОБРАЗОВАНИЕ ПОРОД

Земная кора не образует непрерывной поверхности. Она образует плиты, которые постоянно двигаются. Они сталкиваются, разделяются, сдвигаются и раздвигаются. При столкновении двух плит ни одна не может уйти под другую. Это приводит к проявлению складок и поднятию земной коры. Так образуются горы. Они покрывают весь земной шар.

Трещины в земной коре – это вулкан. Извержение вулкана – это выброс из земных недр твердой, жидкой и газообразной материи. Раскаленная жидкая магма скапливается и под действием высоких температур и давления поднимается к земной поверхности по жерлам вулканов. Таким образом, Земля в своих глубинах вынашивает, а затем создает феноменальное творение — минералы. Но современный рельеф нашей планеты создается не только в результате горообразования, но и благодаря эрозии. Облик Земли меняется под воздействием воды и ветра. Горы и долины не сразу стали такими. На них оказывает воздействие тепло, холод, ветер, дождевая вода, деятельность живых существ. Частицы разносятся ветром, реками и океанами.

    1. МИНЕРАЛЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛОВ.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛОГИИ – НАУКИ О МИНЕРАЛАХ

Для начала стоит разобраться, что же такое минерал, а что такое камень (горная порода)?

Минералы – это кристаллы, которые встречаются в природе, то есть - это вещество природного происхождения. Минералы образуются в природе из химических элементов, и каждый имеет определенный химический состав. Они однородны по своей структуре, имеют свою определенную форму.

Горные породы или камни – это образования, состоящие из множества минералов. Гранит, например, состоит из следующих минералов: кварца, полевого шпата и слюды. Гранит неоднороден по структуре и цвету. К горным породам относятся гранит, мрамор, яшма, базальт, песчаник, сланец и др.

С чего же начинается история камня? Академик А. Е. Ферсман говорил, что история камня начинается с отдаленных эпох существования человека. А разве до появления человека камень не существовал на Земле? Существовал. И это подтверждает геология. Камню столько же лет, сколько нашей Земле. Он является составной частью Земли и особенно ее верхней части – земной коры. Камень неотделим от Земли и участвует в ее геологической истории.

С некоторыми минералами и горными породами наши далекие предки познакомились ещё в далекие, далекие времена. Это, прежде всего, относится к галиту. Он известен в виде отложений каменной соли.

С ростом числа используемых минералов, росли знания человека об их свойствах, местах их скоплений, признаках, по которым можно их обнаружить.

Огромный скачок в использовании минералов произошел после открытия способов восстановления металлов из руд.

В природе минералы встречаются и в чистом виде, но гораздо чаще они образуют соединения с другими минералами. Такие природные соединения минералов называют горными породами. Кристаллы встречаются не только одиночные, часто встречаются их разнообразные срастания – двойники, щетки, друзы, жеолы.

Аметист, Щетка Горный хрусталь, Друза

Двойники срастания

Гипс Кварц

«Ласточкин хвост» Японский двойник

Минерал – это твердое тело природного неорганического происхождения, имеющее кристаллическое строение и состав, который можно выразить химической формулой. То есть минералы – это кристаллы, их можно пощупать, измерить, взвесить или хотя бы увидеть, пусть даже в лупу или микроскоп.

Кристаллы — этот твердые тела, в которых атомы и молекулы расположены закономерно, образуя пространственную укладку — кристаллическую решетку.

Сам термин «минерал», насколько известно, впервые употребил ученый монах XIII в. Альбертус Магнус (Альберт Великий). На средневековой латыни он означал «то, что из рудника», «ископаемое». Но к минералам все еще относили любые ископаемые: и обломки горных пород, и окаменевшие остатки животных и растений, а также воду, нефть, каменный уголь.

В XIV-XVI вв. расцвет промышленного производства и торговли увеличил спрос на металлы, особенно цветные и благородные. Спрос вызвал интенсивное освоение рудных месторождений, развитие горного дела и металлургии. С этого началась минералогия как наука, которая изучает внешний вид, геометрические формы, физические и химические свойства минералов.

Существует три процесса образования минералов:

- магматические,

- осадочные,

- метаморфические.

При извержении из недр Земли расплавленных горных пород в виде лавы, выходящей на поверхность, затвердевая, образуются магматические или вулканические породы. Это — гранит, андезит, базальт, габбро, перидотит, полевой шпат, кварц и пириты.

Из обломков древних пород, разрушаемых ветром и резкими перепадами температур и накопления большого количества, возникают осадочные породы. Такие обломки и песчинки часто вместе с остатками растений и животных накапливаются на дне океанов и морей.

Образуются известняк, песчаник, гипс. Если осадочные или магматические породы попадают на большую глубину, то под действием высоких температур и давления они сильно изменяются и превращаются в новые горные породы — метаморфические. Таким способом из мягкого и рыхлого известняка образуется твердый мрамор.

В природе существует так много минералов, что минералогам пришлось выработать целую систему их определения, основанную на физических и химических свойствах.

Первую классификацию минералов на четыре группы создал ученый Абу Али Ибн-Сина.

В 1502 году ученый эпохи Возрождения Леонардо да Винчи описал минералы по твердости, плотности, прозрачности, форме и дал совет, как отличать драгоценные минералы от поддельных.

В России основоположником минералогии является Михаил Васильевич Ломоносов. В 1745 году он составил первый русский каталог минералов, начало которому положил Петр I.

Немецкий ученый Моос Ф.Х. в 1811 г. составил 10-ти бальную шкалу твердости минералов, которой мы пользуемся и в наши дни (Приложение 2).

По составу минералы делятся на девять классов:

1. Силикаты;

2. Карбонаты;

3. Нитраты;

4. Сульфаты;

5. Фосфаты;

6. Оксиды и гидроксиды;

7. Галогениды;

8. Сульфиды;

9. Самородные элементы.

Большинство из перечисленных классов включают как первичные, так и вторичные минералы. Преобладают в породах и почвах силикаты и карбонаты. В своей работе я остановлюсь на классе минералов галогениды, т.к. флюорит относится именно к этому классу минералов.

    1. КЛАСС ГАЛОГЕНИДЫ

Галогениды - это минералы, образующиеся в результате соединение металлов с элементами фтора, хлора, брома и йода.

К этой группе минералов относятся фтористые, хлористые, бромистые и йодистые соединения.

Эти минералы очень мягкие. Однако, это очень распространенные минералы. Галит или каменная соль – самый известный из этого класса. Известно около 100 минералов этого соединения.

Фториды в большинстве своем генетически связаны с магматической деятельностью и являются продуктами гидротермальной стадии, иногда имеют осадочное происхождение.

Хлориды преимущественно связаны с осадками морей и озер и являются главными минералами соленосных толщ. Чаще всего галогениды прозрачны, обладают стеклянным блеском, небольшим удельным весом и твердостью, легкой растворимостью в воде.

Все соединения щелочных металлов с хлором, то есть галогениды, растворимы в воде. Это связано с тем, что у них ионный тип связи и эти связи очень легко разрушаются водой. Эти минералы очень гигроскопичны, прозрачные поверхности становятся матовыми, они оплывают. Окраска у галогенидов связана с тем, что на них воздействует радиация, излучение создает дефектные окраски, получается синий, фиолетовый, красный цвет.

    1. ФЛЮОРИТ

О дним из ярких представителей класса галогенидов является флюорит. ФЛЮОРИТ – (плавиковый шпат) – CaF2, фторид кальция (Приложение 2).

Это любимый минерал алхимиков. Самый распространенный минерал группы галогенидов на Земле. Название ему дал в 1529 году Агриколой «флюорес» из-за его легкоплавкости. Он является основой для получения плавиковой кислоты, в которой растворяется практически все.

Главное его качество - снижает температуру плавления любых руд и повышает их литийность, то есть отливки становятся более качественными, легко уходят шлаки и получается очень чистый металл. Состав (формула): CaF2, примеси хлора, железа, тяжелых металлов, иттрия, церия, самария, стронция, урана, тория. Для флюорита типичны кристаллы кубического и октаэдрического облика, характерны двойники прорастания.

В стречаются массивные агрегаты флюорита с размером кристаллов от крупнокристаллических до скрытокристаллических, порошковатых и землистых.

Иногда флюорит попадается в виде друз и щеток кристаллов. Чистый минерал флюорит бесцветен и прозрачен. Примеси в его составе придают ему разнообразную окраску. Так, примесь стронция окрашивает флюорит в темно-фиолетовый цвет, примесь самария – в зеленый, а желтая окраска может появиться в результате воздействия радиоактивных примесей.

Флюорит редко бывает бесцветным и водянисто-прозрачным. Большей частью флюорит окрашен в различные цвета: желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, иногда фиолетово-черный.

Х арактерна зональная или пятнистая окраска. При нагревании окраска исчезает и вновь возвращается при облучении рентгеновскими лучами.

Цвет черты (цвет в порошке): белый, бесцветный. У очень тёмных разновидностей черта слегка окрашена. Блеск – стеклянный, до жирного.

Прозрачность – полупрозрачный, прозрачный.

Твердость – 4. Удельный вес – 3,2.

Спайность – совершенная – очень редкий вид спайности в четырех направлениях по октаэдру.

      1. Происхождение

Минерал флюорит, как правило, имеет гидротермальное происхождение. В основном он образует жилы с сульфидами свинца, цинка и серебра (Приложение 1).

Ф люорит также может иметь осадочное происхождение (выпадение в осадок в замкнутых бассейнах).

      1. Месторождения флюорита

Месторождения флюорита в-основном приурочены к горной местности и имеются в разных странах: России, Франции, Германии, Италии, США, Швейцарии. Природные запасы плавикового шпата есть на всех континентах нашей Земли. Залежи представляют собой жилы мощностью до 23-30 метров.

По запасам флюорита одно из ведущих мест занимает Таджикистан.

В России самые крупные месторождения флюорита расположены в Забайкалье (Абагайтуй, Калангуй), в Бурятии (Хурайское, Ара-Таширское), а также в Приморском крае (Ярославское, Сихотэ-Алинь), в Горной Шории (Кондомское и Таштагольское) и во многих других местах (Приложение 1).

      1. Применение флюорита

Флюорит был известен давно – еще во времена Древнего Рима из него вырезали вазы, стоимость которых превышала сто килограмм золота. Драгоценным камнем с точки зрения ювелирного дела флюорит так и не стал.

Но это не помешало ему стать «драгоценным» камнем в жизни человека! Трудно найти минерал более универсального применения, чем флюорит — природное соединение кальция и фтора, фтористый кальций. Он является главным источником фтора и фтористых соединений для химической промышленности.

Без флюорита как лучшего флюса невозможен современный металлургический процесс: снижается температура плавки, а состав делается более текучим и лучше отделяется от шлака (это свойство флюорита используется с XVI века и за 500 лет мало что изменилось).

Главное, ради чего от минерала отделяют элемент фтор – плавиковая кислота, ее получают при обработке этого минерала серной кислотой.

Она делается на основе фтора и необходима при производстве алюминия, обогащения урана, а также используется в стоматологии для создания шероховатостей на керамических коронках.

В стекольной промышленности флюорит ускоряет варку стекла и увеличивает его прозрачность.

При эмалировании металлов, в керамическом производстве для получения твердой и стойкой к воздействию различных реагентов поверхности и для изготовления эмалей и глазурей.

Также широко используются компоненты, полученные из флюорита, и в других областях:

- в деревообрабатывающей промышленности используют фтористый натрий, им пропитывают древесину, чтобы защитить от гниения;

- в текстильном производстве с помощью фтороводорода убирают загрязнения с ткани.

Флюорит обладает свойством флюоресценции - это способность временно поглощать небольшое количество света и мгновенно выпускать его с другой длиной волны. Такое изменение длины волны вызывает временную перемену цвета минерала. Под воздействием тепла или ультрафиолетового излучения он начинает светиться в темноте.

      1. Оптический флюорит

Кроме перечисленных выше качеств, флюорит является одним из важнейших оптических материалов. Он широко используется в атомной, электронной и космической технике. Фотографии Марса, сделанные советскими космическими аппаратами, были выполнены объективами с использованием линз, изготовленных из флюорита.

Прозрачные бесцветные разновидности кристаллов применяют при изготовлении линз, объективов, телескопов и различных приборов, требующихся для работ в ультрафиолетовом свете. Монокристаллы минерала флюорита используются для изготовления специальных окон, линз, призм и других оптических деталей. Они выгодно отличаются от стекла, поскольку пропускают инфракрасное излучение. Все оптические характеристики флюорита высокостабильны. Эти особые свойства определяют незаменимость оптического флюорита при создании высококачественных и точных оптических систем.

      1. Выращивание искусственных чистых кристаллов

Запасов флюорита на планете большое количество. Для использования во многих отраслях этого количества хватит на достаточно длительное время. Однако, для вновь создаваемых и разрабатываемых оптических систем и приборов, особенно в космической, атомной промышленности, в микроскопной технике требуются чистые кристаллы, без примесей. Свойства таких образцов являются уникальными. Чистых кристаллов в природе довольно ограниченное количество, и их добыча трудоемка и сложна. Ученые уже давно изучают возможности выращивания чистых кристаллов флюорита. В настоящее время существует отрасль по выращиванию кристаллов флюорита в промышленных масштабах. Современной технике нужны кристаллы оптического флюорита не только с высокой степенью прозрачности, но и с определенными другими оптическими свойствами, иногда очень строго нормируемыми.

Так, в космическом приборостроении оптические детали из флюорита должны быть устойчивыми к радиации. Лазерная техника на одно из первых мест выдвигает требование высокой лучевой прочности и однородности кристаллов. Поэтому выбору исходного материала и предварительному изучению его физико-химических особенностей необходимо уделять особое внимание.

Минералоги и технологи добились высоких результатов, полностью заменив природный флюорит искусственным и создав индустрию искусственных кристаллов с самыми различными свойствами. Но нерешенных проблем все еще остается очень много, а развивающаяся техника выдвигает новые задачи. В домашних условиях вырастить кристаллы этого минерала, конечно, невозможно, но у меня получилось вырастить кристаллы из других веществ. (Приложение 3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Флюорит – важнейший минерал для промышленности. Особенно важны его оптические свойства. С развитием технологий, методов исследований в биологии, медицине, а также развитие космической и атомной промышленности, требования к оптическим системам растут, а главный «герой» качественных оптических систем – флюорит!

Я достиг тех целей, которые поставил перед началом работы. Я знаю, что такое минералы; как они образуется; умею в домашних условиях выращивать кристаллы.

Практическое назначение моей работы в том, что я узнал, что минералы являются очень важной составляющей жизни на нашей планете, они используются во всех сферах жизнедеятельности человека. Каждый минерал обладает своими особенными свойствами. Рассматриваемый мной минерал флюорит тоже имеет такие свойства. В связи с развитием новых технологий, техники и приборов, развитием методов исследования в медицине, биологии, потребность более полного и тщательного изучения свойств флюорита, особенно оптические, будет оставаться актуальной, и к характеристикам выращиваемых кристаллов будут предъявляться все большие требования.

Возможно, моя будущая деятельность будет связана с изучением не только флюорита, но и других минералов и применением полученных результатов в промышленности.

А еще, в ходе проведения своего исследования я убедился в главном – это то, что природа хранит в себе много тайн, которые нам обязательно нужно разгадать. И очень важно стремиться понять великие законы природы, красоту окружающих нас вещей, научиться замечать интересное и прекрасное, любить свою Родину, свой край!

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Аннашвили К.С. Большая копилка увлекательных опытов для детей и взрослых / К.С. Аннашвили, Л.Д. Вайткене. – М.: Издательство АСТ, 2017.

  2. Генералов М.Е. Минералы России. Определитель / М.Е. Генералов. – М.: Издательство АСТ, 2021.

  3. Кантор Б.З. Мир минералов, книга для взрослых и детей. - М.: Ассоциация «Экост», 2005.

  4. Большая детская энциклопедия «Камни и минералы, незаменимое пособие для любознательных школьников». / Разработчик Смолянский О.В. – М.: ООО «Издательство», 2010.

  5. Мини – энциклопедия «Лечебные и магические минералы» / Редактор Шаронов А. - СПб.: СЗКЭО «Кристалл», 2011.

  6. Энциклопедия для детей: Т. 4 Геология / Составитель Исмаилова С.Т. – М.: Аванта+, 1995.

  7. Минералы. Сокровища Земли. Коллекция минералов / Еженедельное издание. – М.: ООО «Де Агостин», 2009-2010.

  8. Полесская И. Флюорит [Электронный ресурс] // Стихи.ру: литературный портал. – 2000. -URL:https://stihi.ru/2015/06/24/3104.

  9. Романов Д. Флюорит. Флюс, флюоресценция и как пахнет фтор. "Магические" свойства камня. [Электронный ресурс] // Видеолекция. - URL: https://yandex.ru/video/preview/4195266237755525113.

  10. Юшкин Н. П. Оптический флюорит [Электронный ресурс] // ВикиЧтение: портал. – URL: https://fis.wikireading.ru/hKuqR2OjCz.

  11. Камень флюорит. Свойства и цена флюорита [Электронный ресурс] // Портал об искусстве «Твой ювелир». URL: https://tvoi-uvelirr.ru/kamen-flyuorit-svoystva-i-tsena-flyuorita.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПОСЕЩЕНИЕ МУЗЕЕВ

1. НАЦИОНАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ РЕСПУБЛИКИ КАРЕЛИЯ

Летом 2022 года я со своей семьей побывал в республике Карелия. В городе Петрозаводск мы посетили Национальный музей республики Карелия.

Национальный музей республики Карелия основан в 1871 году Олонецким губернатором Григорием Григорьевым.

М узейное собрание насчитывает более 230 тысяч экспонатов и дает возможность представить своеобразие региона в контексте духовного и материального богатства Карелии.

Особенно мне запомнился зал постоянной экспозиции, который рассказывает о природе, археологии, истории Карелии. Экспозиция о природе Карелии повествует об образовании горных пород и минералов, каменную летопись, следы ледников, раскрывает особенности растительного и животного мира этого края.

В музее очень хорошая коллекция минералов: показан и сам камень, и камень после обработки.

В зале археологии я увидел уникальные артефакты — гранитные плиты с таинственными наскальными изображениями — петроглифами, древние орудия труда и бытовой инвентарь, предметы культа и амулеты из погребений Оленеостровского могильника эпохи каменного века, крупнейшего археологического памятника Северной Европы.

2. МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ МУЗЕЙ им. А.Е. ФЕРСМАНА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

В декабре 2022 года я посетил минералогический музей РАН им. А.Е. Ферсмана РАН— академический минералогический музей, крупнейший в России. В основных коллекциях музея более 150 тысяч экспонатов со всего мира: природные кристаллы и другие формы минералов; изделия из камня работ старых и современных мастеров; драгоценные камни, метеориты и многое другое.

Основан музей в 1716 году в Санкт-Петербурге как минеральный кабинет Кунсткамеры. С 1725 года находится в ведении Российской академии наук. Вместе с академией наук музей переехал в Москву в 1934 году и позже был расположен в одном из зданий усадьбы «Нескучный сад» — построенном в начале XIX века графом Орловым-Чесменским как манеж, позднее превращённом в зал приёмов при Александрийском дворце.

Минералогический музей имени А. Е. Ферсмана хранит одну из старейших научных музейных коллекций Академии наук России. В музее имеются карточные каталоги по отдельным минералам и месторождениям, шлифотека по минералам. Собираются результаты исследований минералов из коллекций музея. Основная задача музея — накопление научного минералогического материала из месторождений России и зарубежных стран.

Научно-исследовательская работа музея заключается в изучении поступающих коллекций, а также в научной разработке тематики выставок. На материалах музея и результатах полевых работ экспедиций решаются общие вопросы минералогии — систематики минералов, их генезиса, разрабатывается методика изучения отдельных групп минералов и т. п.

В научной тематике музея ведущее место занимают вопросы, связанные с изучением общих теоретических вопросов минералогии, а также минералогии месторождений минерального сырья.

В музее проводится научная работа по изучению минералов, проводятся семинары и лекционные занятия по различным темам минералогии, ведется просветительная деятельность по вопросам минералогии. Музей предоставляет возможность изучения конкретного минерала или группы минералов.

Я принял участие в индивидуальном лекционном занятии о минерале флюорите.

Л екцию проводил младший научный сотрудник музея – аспирант МГУ.

Во время занятия я получил много знаний о флюорите: о его происхождении, свойствах, особенностях, применении в промышленности. Мне стало понятно, что флюорит очень полезный минерал, т.к. он используется практических во всех сферах жизни, и мы с ним и с его составляющими постоянно взаимодействуем (каждый день мы чистим зубы, а при производстве зубной пасты используется фтор, который выделяется из флюорита).

Мы даже и не предполагаем, как близко мы взаимодействуем с минералами, в том числе с флюоритом. Во время занятия я провел опыты по демонстрации флюоритом свойства флюоресценции (свечение в ультрафиолетовых лучах).

3. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ МУЗЕЙ

ИМ. В.И. ВЕРНАДСКОГО

РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

В январе 2023 года я посетил Государственный геологический музей им. В.И. Вернадского Российской академии наук ГГМ в Москве.

Это первый естественнонаучный музей в Москве, он ведет свою историю от Минерального кабинета Императорского Московского университета, основу которого составил дар Прокофия, Григория и Никиты Демидовых (6000 образцов), доставленный в университет в 1759 г. Эта дата и считается основанием музея. Эту коллекцию купил их отец, Акинфий Демидов в начале 1740-х гг. во Фрайберге (Германия) у известного химика и минералога И.Ф. Генкеля.

В настоящее время в собрании музея более 1000 минеральных видов, в том числе образцы из мест открытия минералов. Представлены и распространенные минералы — кварц, кальцит, гипс, флюорит. В фондах музея образцы минералов располагаются в систематическом порядке по минеральным видам, а внутри вида — по географической привязке к месту находки: страна — регион — местонахождение.

В этом музее я посетил интерактивную экспозицию «Шахта Академическая».

Я спустился в шахту, увидел, как была организована работа в шахте, какие применялись устройства. Посмотрел и узнал о трудной работе шахтеров.

Вывод: посещение специализированных музеев является очень полезным для изучения какой-то определенной темы. Также и в моем случае. В каждом из музее я приобрел новые знания о минералах, их происхождении, о применении и особенно о флюорите. В моих планах посетить музей Горного университета в Санкт-Петербурге, чтобы увидеть самый большой экземпляр флюорита в России, там представлен уникальный кубооктаэдр голубого флюорита весом 330 кг.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПРОВЕДЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МИНЕРАЛА ФЛЮОРИТА

Минералы образуются в природе из химических элементов, и каждый имеет определенный химический состав. Они однородны по своей структуре, имеют свою определенную форму.

Как же отличить один минерал от другого?

Определить «на взгляд», что найденный минерал именно флюорит, достаточно сложно. Чтобы идентифицировать кристалл как флюорит, потребуется подвергнуть образец анализу с целью выявления его физических свойств.

Минералы имеют структуру, которую образуют правильные упорядоченные атомы или ионы — кристаллическую решетку.

Форма кристаллов флюорита встречается в виде хорошо образованных кубических кристаллов.

Я изготовил макет кристаллической решетки, где красные шарики – атомы кальция (Ca), а зеленые – атомы фтора (F).

Ч асто кристаллы флюорита встречаются в виде срастания – двойников.

Кристаллическая структура проявляется и в том, как кристаллы раскалываются. У многих минералов это раскалывание происходит по определенным направлениям, где слои его частиц слабее скреплены между собой. Это свойство называют спайностью.

В зависимости от того, как легко раскалывается кристалл и насколько гладким получается поверхность скола, различают: совершенную, весьма совершенную, среднюю спайность.

Флюорит обладает совершенной спайностью, он легко раскалывается, поверхность скола получается гладкой. Излом при раскалывании ступенчатый, извилистый.

Многое о минерале может сказать его цвет.

Многообразие цветовой палитры флюорита поражает воображение. Специалисты считают, что камню нет равных в природе по разнообразию цветовых сочетаний.

Ч истый минерал бесцветен и прозрачен.

В природе чистый (бесцветный) флюорит встречается достаточно редко, в-основном он содержит примеси различных веществ. Они оказывают влияние на формирование цвета минерала. Чаще минерал встречается окрашенным в различные цвета: желтый, зеленый, голубой, сиреневый, фиолетовый и т.д.

Так, примесь стронция окрашивает флюорит в темно-фиолетовый цвет, примесь самария – в зеленый, а желтая окраска может появиться в результате воздействия радиоактивных примесей, вызывающих дефекты кристаллической решетки.

Хлор, железо, различные металлы, уран и торий «создают» различные цвета и оттенки флюорита: красный, розовый, оранжевый, зеленовато-голубой, фиолетово-синий, бурый, серый, синевато-черный и другие.

Флюорит часто бывает зонально окрашенным и проявляет удивительное зональное строение, обусловленное многочисленным чередованием слоев разной толщины и разной окраски.

Флюоресценция - особое свойство флюорита.

Нагревание, воздействие радиоактивным излучением, ультрафиолетовыми лучами приводит к изменению его свойств, окраски.

Флюорит демонстрирует флюоресценцию в ультрафиолетовых лучах (сам термин «флюоресценция» произошел от названия минерала).

Н апример, после воздействия ультрафиолета кристалл сам начинает излучать свет, светиться в темноте. Именно поэтому подобное свойство, которое потом было обнаружено и у некоторых других веществ, называется флюоресценцией.

Ее цвет может быть разным: синим, фиолетовым, зеленым, желтым, красным, розовым, белым, кремовым в зависимости от примесей веществ в кристалле.

Я проводил опыты по определению свойства флюоресценции на занятиях в минералогическом музееим. А.Е. Ферсмана.

После освещения лампой с обычным и с ультрафиолетовым светом у минерала наблюдается различный цвет: после обычной лампы цвет минерала не поменялся, а после ультрафиолетовой лампы он стал светиться.

Лампа с обычным светом Лампа с ультрафиолетовым светом

Цвет черты — цвет минералов в порошке, служит одним из диагностических признаков для определения минералов и горных пород.

Это цвет порошка минерала, который образуется, когда минералом проводят по твердой светлой поверхности. В качестве такой поверхности обычно используют фарфор.

Цвет черты флюорита: белый или бесцветный. У очень темных разновидностей черта слегка окрашена.

Твердость минерала – это одно из основных свойств, которое позволяет различать минералы между собой.

Д ля определения твердости применяется шкала немецкого минералога К.Ф.К. Мооса. В ней десять ступенек, соответствующих минералам – эталонам. Самый твердый минерал – алмаз, он занимает десятую ступень, показатель его твердости 10. Флюорит в этой таблице эталонов занимает четвертую строчку, его твердость 4.

Твердость камня на практике определяют способностью царапать стекло. У стекла твердость 5. Если камень царапает стекло, то у него твердость выше 5, если стекло царапает камень, то меньше 5. А легкость, с которой это получается, говорит о том, насколько он тверже или мягче стекла.

Флюорит легко царапается стеклом и ножом.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ

В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ

Почему образуются кристаллы? Разберемся с вопросом, что такое кристаллизация?

Кристаллизация вещества – это его преобразование из жидкого состояния в твердое. Процесс кристаллизации начинается, если раствор перенасыщенный, то есть содержание вещества превышает его максимально возможное количество, которое может раствориться в воде при данной температуре.

Бывают монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллы – это кристаллы, частицы которых образую единую кристаллическую решетку. Они имеют геометрически правильную форму.

Поликристаллы – это несколько сросшихся между собой монокристаллов. Формы поликристаллов могут быть самым различными и непредсказуемыми.

В домашних условиях вырастить кристаллы флюорита не представляется возможным. Но возможно вырастить кристаллы других веществ.

Дома я проводил опыты по выращиванию кристаллов из обычной соли и лимонной кислоты, а также из веществ для проведения опытов по выращиванию кристаллов: калий марганцово-кислый, медь серно-кислая, гексациано-феррат (II) калия, гексациано-феррат (III) калия, алюмо-калиевые квасцы, карбамид.

При выращивании кристаллов я соблюдал меры безопасности и использовал следующее оборудование: перчатки, очки, стеклянная банка, мерный стаканчик, палочки для размешивания, чашка петри, пипетка Пастера, фильтровальная бумага, нитки, ножницы, деревянные шпажки, мерная ложечка, пинцет, основа для поликристаллов, формочки для быстрорастущих кристаллов, одноразовые стаканчики.

Самый простой способ наблюдать процесс кристаллизации - получить кристаллы пищевой соли. Я приготовил раствор в стеклянной банке, опустил в него две шерстяных ниточки (на них будут расти кристаллы), концы привязал к палочкам. Вода постепенно испарилась, и на банке остался кристалл соли.

Для более тщательного изучения я вырастил кристаллы из специальных веществ.

Этапы выращивания кристаллов:

  1. Отмерить с помощью мерного стаканчика 75 мл теплой воды;

  2. Перелить воду в стаканчик или в стеклянную баночку;

  3. Высыпать в стаканчик с водой вещество;

  4. Тщательно перемешать раствор палочкой до полного растворения;

  5. Поставить стаканчик с раствором в темное помещение на сутки (после остывания образуются маленькие кристаллики);

  6. Перелить раствор в другой стаканчик, профильтровав его;

  7. Достать кристаллики из первого стаканчика, поместить их на чашку Петри;

  8. Отрезать кусочек нити, пинцетом выбрать кристаллик и привязать его к нитке (это будет затравка);

  9. Второй конец нитки привязать к шпажке, поместить кристаллик на нити в раствор, шпажку положить на кромку стаканчика (кристаллик должен находится примерно посередине раствора, не касаясь дна);

  10. Поставить стаканчик с раствором в прохладное и темное помещение на 4-5 недель.

Выращивание я проводил в соответствии с указанными этапами.

С начала я приготовил растворы.

Через сутки образовались мелкие кристаллики.

После этого я выбрал маленькие кристаллики, привязал их к ниточкам и поместил в растворы. Каждый день я фильтровал растворы.

Весь процесс выращивания занял 5 недель. По окончании этого периода у меня появились разные по цвету и форме кристаллы.

Р езультаты моих опытов представлены на фото.

Процесс выращивания монокристаллов и поликристаллов похож, отличается только тем, что при выращивании поликристалла в емкость с раствором добавляется камешек основы роста поликристалла на нити.

Еще я вырастил фосфоресцирующие поликристаллы из раствора карбамида.

Весь процесс проходил так же, только в раствор добавил 4-5 мл поливинилового спирта и немного специального красителя, затем разлил полученный раствор в формочки и поставил в теплое место на 8 часов.

В от что из этого получилось, когда вода испарилась.

Я выращивал кристаллы в разных условиях, экспериментировал, т.е. изменял условия и наблюдал, как это отразится на полученных кристаллах.

Вот что я менял в ходе эксперимента:

  • Температура раствора. Сначала я брал теплую воду для раствора, потом делал раствор с горячей водой.

  • Концентрация раствора. Вначале концентрация раствора соответствовала рекомендуемой в описании опытов. После я увеличил концентрацию раствора путем разведения веществ в меньшем количестве горячей воды.

  • Частота очищения раствора от примесей (кусочек кристалла (затравка) находился в стаканчике). В одном случае интервал процеживания раствора составлял 3-4 дня (описание к опытам), в другом случае процеживание проводил каждый день.

В итоге, при изменении условий, кристаллик получился более ровный по цвету и форме, более насыщенный по цвету и плотный на ощупь.

Вывод: кристаллы можно выращивать даже в домашних условиях. При изменении условий можно вырастить более качественные кристаллы. Тем более возможно вырастить кристаллы с лучшими характеристиками на промышленных предприятиях, где создаются специальные условия, требуемые для выращивания искусственных кристаллов с заданными физическими и химическими свойствами. Так происходит и выращивание кристаллов флюорита в промышленности.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ПРОВЕДЕНИЕ АНКЕТИРОВАНИЯ

«МИР МИНЕРАЛОВ»

Среди своих одноклассников (27 учеников) я провел анкетирование с целью узнать, насколько тема минералов им знакома и интересна. Я подготовил анкету из 10 вопросов с вариантами ответов. Ответы по каждому вопросу представлены в виде диаграмм.

Выводы анкетирования. Правильно на все вопросы не ответил ни один ученик. Ребята знают, что такое минералы (40 %), большинство знает, где можно найти минералы (89 %) и где человек их использует (62 %), чуть больше половины (54 %) знают, что самый твердый минерал – алмаз. Кварц – самый распространенный минерал на земле, про это знают 19 % опрошенных. Про флюорит знают немногие (29 %). Мне есть, что рассказать одноклассникам про минералы.

Просмотров работы: 198