XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение твердости минералов моей коллекции по шкале Мооса

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Филин З.И. 1

---

1ГАОУ Школа Иннополис

Сабирова Д.М. 1

---

1Школа Иннполис

Работа в формате PDF

2.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

О минералах я узнал на экскурсии в Минералогическом музее им. А.Е. Ферсмана, в Москве.

Провел нам очень интересную экскурсию Михаил Евгеньевич Генералов, хранитель музея.

Здесь очень много минералов, они разной формы, цвета, размера.

Мне стало интересно, а все ли минералы твердые, какой из них самый твердый и где их можно найти.

Актуальность темы:

Связана с процессом изучения окружающего мира.

Знакомство с научными методами по измерению твердости на примере

моей коллекции минералов.

Объект исследования – минералы моей коллекции.

Предмет исследования– физические свойства минералов (твердость)

Цель исследовательской работы:

Узнать твердость минералов и другие физические свойства на примере моей коллекции.

Задачи исследовательской работы:

Изучить литературу о минералах.

Выяснить как определяют твердость минералов по шкале Ф. Мооса.

Узнать какие минералы считаются эталонными по шкале Мооса.

Выяснить какой минерал самый твердый и где их добывают.

Изучить другие физические свойства минералов моей коллекции.

Выяснить как используют минералы.

Провести свои исследования и эксперименты.

Обобщить результаты, сделать вывод.

Гипотеза:

Твердость минерала можно определить в домашних условиях без дополнительных приборов, используя лишь эталонные минералы.

Методы исследования:

Научно-поисковый, отбор информации по теме исследования,

эксперимент, практическая работа, наблюдение.

Практическая ценность работы:

Результаты работы могут быть использованы на уроках в школе.

Организация выставки моей коллекции в школе, разработка квеста и

вопросов для кроссворда по выставке для младших школьников.

Проведение опытов с минералами для младших школьников.

Этапы реализации исследовательской работы:

1 этап - подготовительный:

1.1 Найти источники информации о минералах.

1.2 Посетить экскурсии в геологическом музее им. Вернадского, в минералогическом музее им. Ферсмана, по выставке «Алмазный фонд» в г. Москва, в геологическом музее им. Штукенберга и музее Естественной истории РТ в г. Казань, геологическом музее г. Екатеринбург, музее-шахте в г. Березовский,Центральном научно-исследовательском геологоразведочном музее имени академика Ф.Н.Чернышева,г. Санкт-Петербург , выехать на карьеры

1.3 Пополнить мою коллекцию минералов, наборы для опытов

2 этап: исследовательский

2.1 Прочитать книги и прослушать лекции о минералах.

2.1 Изучить эталонные минералы по шкале Мооса

Определить твердость минералов моей коллекции по шкале Мооса и другие физические свойства .

2.3 Провести опыты с минералами.

3 этап: заключительный

3.1 Структурировать изученную информацию.

3.2 Написать презентацию, оформить работу.

1. Теоретическая часть:

   1. Что такое минерал?

В переводе с латинского языка minera означает руда.

Наука, изучающая минералы- минералогия.

Минерал - природное тело, которое образуется в глубинах и на поверхности Земли, в результате сложных геологических процессов входит в состав горных пород имеет постоянный химический состав и определенные физические свойства.

Всего в настоящее время известно около 5 тысяч названий минералов, а вместе с разновидностями – около 7 тысяч

К основным физическим свойствам минералов относят: цвет, блеск, цвет черты, прозрачность, твердость.

Особые физические свойства: оптические (иризация и свечение) и магнитные.

Цвет: это собственная окраска минерала

Определяется визуальным методом.

Сера

Лимонно-желтого цвета

Цвет черты: это цвет минерала в порошке

Цвет черты определяется путём оставления черты минерала о шероховатую белую поверхность фарфоровой пластинки, на которой и остаётся черта характерной окраски.

Если минерал твёрже бисквита (фарфора, у которого твёрдость 7 по шкале Мооса), то считается, что цвета черты у минерала нет.

Прозрачность минералов: это свойство минералов пропускать через себя цвет.

Определяется путем просмотра минерала на просвет:

• прозрачные;

• полупрозрачные;

• непрозрачные.

Блеск: это отражение части светового потока.

Определяется визуальным методом

Различают: стеклянный, металлический, алмазный, жирный и шелковистый блеск

Твердость: способность минерала противостоять механическому воздействию.

Определяется методом царапания острым инструментом или другим минералом по образцу.

Твердость – это важное свойство минералов.

Ее определяют по шкале твердости минералов.

1. 2. Шкала твердости минералов по Ф. Моосу

Шкалу твердости минералов предложил немецкий минералог и кристаллограф Фридрих Моос в 1811 году.

Этой шкалой пользуются до сих пор, потому что это самый легкий способ определения твёрдости.

Суть метода:

Нужно с нажимом провести по исследуемому минералу любым эталонным минералом. Если на минерале останется царапина, то он мягче эталона, если нет – то тверже.

Если минералы царапают друг друга, их твердость одинакова.

Моос выбрал 10 минералов, от самого мягкого до самого твердого.

Каждому был присвоен номер от 1 до 10, каждый следующий минерал царапает предыдущий, но не наоборот:

1 – тальк, 2 – гипс,3 – кальцит, 4 – флюорит, 5 – апатит, 6 – полевой шпат,
7 – кварц, 8 – топаз, 9 – корунд, 10 – алмаз.

2. Практическая часть:

   1. Определение твердости минералов моей коллекции

Я определял твердость минералов моей коллекции.

В моем наборе есть эталонные минералы с известной твердостью и коллекция минералов с неизвестной мне твердостью, ими я по очереди процарапывал минералы из коллекции.

Самый мягкий камень в моей коллекции – это тальк.

Этот минерал я привез с Урала, с природного парка «Бажовские места» – озера Тальков Камень. Раньше здесь добывали тальк.

Тальк имеет цвет от белого до зелёного, жирный блеск, не прозрачный, цвет черты белый. Он очень мягкий, его можно поцарапать ногтем и даже сломать. Тальк открыл учёный Майкл Фарадей. Применяется в медицине.

Серпентинит.

Этот образец я привез с Баженовского месторождения хризотил-асбеста

Цвет от зеленовато-жёлтого до тёмно-зелёного с пятнами различных цветов, жирный блеск , не прозрачный, цвет черты белый, твердость серпентинита – 3.

Применяется в качестве поделочного камня

Лабрадор .

минерал дымчато-серого, тёмно-серого цвета, стеклянный

блеск, полупрозрачный , цвет черты белый, твердость 7 – царапается кальцитом.

Камень обладает оптическим свойством – иризацией (свет внутри преломляется и образуются различные оттенки: от синих до фиолетовых). 

Применяется в качестве ценного ювелирно – поделочного камня.

Зеленый флюорит имеет твердость – 4, так как на нем оставляет царапину

эталонный минерал – флюорит.

Просвечивает Увеличение в 60 раз УФ подсветка

Минерал зеленоватого цвета, прозрачный или полупрозрачный, со

стеклянным блеском. Обладает флюоресцентными свойствами и при

нагревании светиться в темноте.

Флюорит используют в металлургии, оптике, химической промышленности, ювелирном деле.

Родонит -рубиновый шпат или орлец-цвет розовый, вишнёво-розовый или малиновый, стеклянный блеск непрозрачный, цвет черты – белый, твердость 6- на нем оставляет царапину эталонный полевой шпат

Увеличение в 60 раз

Самый большой родонит я видел в Екатеринбурге.

Декоративный и поделочный камень.

Малахит – минерал темно – зеленого цвета, стеклянный блеск , непрозрачный, цвет черты – зеленый , царапается кальцитом – значит его твердость 3

Увеличение в 60 раз

Поделочный камень. Раньше малахита было много на Урале, сейчас его там нет.

Голубой халцедон – разновидность кварца, голубого цвета, просвечивает по краям, твердость по шкале Мооса 7, цвет черты белый, восковой блеск

Просвечивает Увеличение в 60 раз

Ювелирно- поделочный камень.

Один из моих любимых минералов в коллекции – это пирит, непрозрачный, золотисто серого цвета ,твердость по шкале Мооса 6- 7, цвет черты серый , имеет металлический блеск.

Во времена золотых лихорадок из-за внешней схожести с золотом получил прозвище «золото дураков».

Магнетит – минерал серо-черного цвета, непрозрачный, царапается кварцем, значит твердость 7, имеет металлический блеск , цвет черты темно- серый.

Используется в промышленности.

Притягивается магнитом, меняет направление стрелки компаса

Берилл -минерал зелёного цвета , прозрачный, полупрозрачный \непрозрачный, стеклянный блеск , цвет черты-белый, твердость 7

В своей работе я выяснил, что минералы моей коллекции имеют твёрдость в диапазоне от 1 – 9

Самые твердые в моей коллекции: топазы и корунд.

Корунд – минерал бордового цвета, обладает стеклянным блеском, твердость 9, черты не дает.

При свечении ультрофиалетом дает красное свечение – это свойство называют люминесценция (флюоресценция).

1. 2. Самый твердый минерал

Алмаз – самый твердый минерал из природных соединений, по шкале Мооса он 10 .Его невозможно поцарапать другими минералами, кроме алмаза.

В моей коллекции его нет.

Алмазы добывают по всему миру: в Африке, Канаде, Индии, России, Австралии, Бразилии.

Самые большие алмазы, которые были найдены в России, нашли в Якутии.

Крупным алмазам дают имена.

После обработки алмаз превращается в бриллиант.

Вес камня чаще выражают в каратах (1 карат – 200 мг).

Мне посчастливилось побывать в сокровищнице России, в алмазном фонде, и увидеть красоту настоящих алмазов.

Алмазы добывают в кимберлитовых трубках.

Это огромные воронки, уходящие вглубь земли.

Их назвали по имени города Кимберли в Южной Африке.

Впервые нашли в 1867 г.

Наполнены трубки горной породой – кимберлит, в ней находят алмазы.

Природные и синтетические алмазы   используются для создания ювелирных украшений, в производстве высокоточного и медицинского оборудования, инструментов с высокой прочностью, авиационной и космической промышленности.

Заключение

В процессе проведения исследовательской работы моя гипотеза подтвердилась.

У меня получилось определить твердость минералов моей коллекции с помощью эталонных минералов в домашних условиях, не применяя дополнительных приборов.

Большая часть моей коллекции минералов имеет твердость 6-7, они царапаются полевым шпатом или кварцем (эталоны).

Я узнал много нового о минералах, их физических свойствах, особенно об алмазах, и их применении.

Алмаз самый твердый их минералов и добывают его в горной породе кимберилит.

Тальк и гипс применяются в медицине, строительстве.

Селенит, ангидрит, родонит, змеевик, бирюза, лазурит ,нефрит, авантюрин, халцедон применяются как поделочные камни и в ювелирном деле.

Флюорит используют в металлургии, оптике, химической промышленности, ювелирном деле.

Магнетит используется в промышленности, у него есть особенность, он притягивается магнитом.

Мне удалось пополнить коллекцию новыми экземплярами: малахит, родонит, магнетит, барит, апатит, сера, амазонит, галит, галенит, клинохлор, берилл, серпентинит , янтарь

Я посетил интересные музеи:

Геологический музей им. Вернадского, минералогический музей им. Ферсмана, выставку «Алмазный фонд» в г. Москва, геологический музей им. Штукенберга, музей естественной истории Татарстана в г. Казань, геологический музеи г. Екатеринбург, музей-шахту в г. Березовский, Центральный научно-исследовательский геологоразведочный музеи имени академика Ф.Н.Чернышева,г. Санкт-Петербург, а также я выезжал на карьеры.

Провел увлекательные опыты: выращивал кристаллы в жеодах, делал фигурки из гипса, освоил и применил карманный и стереоскопический микроскопы.

Оформил и представил работу.

В будущем я планирую изучить более подробно физические и другие свойства минералов моей коллекции, пополнять коллекцию новыми образцами.

Список использованной литературы и интернет-источников:

Бетехтин А.Г. Курс минералогии: учебное пособие; под науч. ред. Б.И. Пирогова и Б.Б. Шкурского. М.: КДУ, 2008, 721

Генералов М.Е. Чудесные камни .-М.:АСТ,2023.-111с

Доспехов Д.А. Минералы. Начальная школа /сост. Д.А. Доспехов.-2-е изд. -М.:ВАКО, 2021.- 64с.,(4) с. цв. ил.- ( Школьный словарик)

Думай кидс. Научно-популярный журнал. №8 август 2022, стр. 36-41

Жаданова Л.Е. Пособие по минералогии (свойства минералов), Пермь, 2010

Кантор Б.З. Беседы о минералах. М: «Астрель», дизайн-макет, 1997,

Ермичева А. Камни, минералы и металлы. Детская энциклопеция (для мл.шк.возраста)/ Александра Ермичева; тексты заданий А.Ермичевой, Е.Бахуровой;ил.Н.Токарева,А.Федоровой,Т.Сырниковой;науч.ред.А.Бондарев.-М.: Манн, Иванов и Фербер,2022.-80с.: ил. -(Серия «Детские энциклопедии с Чевостиком»).

Кертис Н. Горы и минералы / Нил Кертис; пер. с англ. Ю.Л.Амченкова. -М.: РОСМЭН,2021.-48с.: ил.-(Детская энциклопедия).

Физические свойства минералов. Минералогический музей им.А.Е.Ферсмана. Автор -Михаил Евгеньевич Генералов

https://m.vk.com/video-25394730_456239213 (дата обращения 3.03.2022)

Физические свойства минералов.

https://www.youtube.com/watch?v=kZ7d1RXpVts (дата обращения 12.12.2022)

Минералы и их свойства. Как определить?

https://www.youtube.com/watch?v=YLZmsLDGzSE (дата обращения12.12. 2022)

Приложение 1

Опыт 1: Фигурки из гипса

Я смешал гипс (в порошке) с окрашенной водой, размешал лопаточкой.

У меня получилась однородная масса без комочков.

Эту массу я залил в формы и оставил высыхать на 24 часа.

Через сутки я аккуратно достал фигурки.

Гипс быстро затвердел, но при падении фигурка сломалась.

Вывод:

Гипс не очень прочный, если смешать его с водой.

Опыт 2: Выращивание кристаллов в жеоде.

Я слепил жеоду из гипса, пока гипс не затвердел равномерно распределил квасцовые кристаллы по внутренней стенке слегка вдавил их в гипс.

Оставил на сутки – за это время гипсовая форма жеоды затвердела.

Заполнил жеоду приготовленным окрашенным раствором с квасцами. И оставил на 2 дня

Вывод: в результате своего опыта, я вырастил кристаллы в жеодах.

Жеода- геологическое образование с кристаллами внутри.

Опыт 3: Выращивание кристаллов на минералах

Я взял небольшой минерал и гипсовую фигурку и залил его, раствором с квасцами. Оставил в растворе на 2 дня.

Вывод: мне удалось вырастить кристаллы на фигурке.

Увеличение в 60 раз УФ - подсветка

Опыт 4: Реакция минералов с 3% соляной кислотой

Если капнуть каплю соляной кислоты 3- 10 % на образцы минералов и кальцита, то в результате реакции с кальцитом будет выделяться углекислый газ , в виде бурного шипения , а с остальными минералами никакой реакции не будет

Приложение 2

В погоне за минералами