XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Удивительные свойства минералов

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Деев К.Е. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение города Новосибирска «Гимназия № 3 в Академгородке»

Ашихмина Т.Б. 1

---

1МАОУ "Гимназии № 3 в Академгородке"

Работа в формате PDF

1.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Одно из прекрасных сокровищ нашей планеты – минералы. В течение многих тысячелетий минералы волнуют умы человечества. Постоянное изучение свойств минералов раскрывает все более широкий спектр их применения.

Эта тема выбрана, потому что дома есть внушительная коллекция минералов и стало интересно узнать какими свойствами обладают те или иные минералы, как их отличить и распознать, а также интересно знать где они применяются. Практически все, что мы делаем или чем пользуемся в нашей жизни, связано с минералами, начиная от поваренной соли, применяемой в кулинарии, до рудных минералов, из которых извлекают различные металлы. Поэтому не только интересно, но и актуально знать их свойства и уметь определять разные минералы. Возможно, эта работа определит мое будущее, и я стану исследователем, ученым – геологом, как мой отец.

Начиная работать над проектом, я поставил перед собой следующую цель: научится определять минералы в домашних условиях и выделить необычные их свойства.

Для достижения поставленной цели я определил следующие задачи:

1. Найти и обобщить литературную информацию о свойствах минералов;

2. Выявить свойства конкретных образцов из домашней коллекции и определить на их основе минералы;

3. Показать, как человек использует определенные мною минералы.

СВОЙСТВАХ МИНЕРАЛОВ, КОТОРЫЕ МОЖНО ОПРЕДЕЛЯТЬ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ

Минералами называют твердые природные химические соединения, обладающие индивидуальным составом и кристаллической структурой, возникшие в результате физико-химических процессов, происходящих на Земле или на других космических телах (Деев, Кармышева, 2019). В домашних условиях можно определять целый набор их свойств, которые рассмотрены в следующих книгах (Деев, Кармышева, 2019; Кневленко и др., 1987; Этвуд, 1998).

Цвет – способность минерала изменять спектральные характеристики проходящего через него или отраженного от него света.

Цвет черты – цвет порошка минерала на белом фоне. Для определения цвета минерала в порошке проводят образцом минерала по белой шероховатой поверхности фарфоровой пластинки без глазури. Следует помнить, что если твердость минерала выше, чем твердость фарфоровой пластинки, то минерал не дает черты, а образует на фарфоре царапину. Этот метод диагностики очень важен. Например, цвет черты золотистого пирита – черный (рисунок 1), черного гематита - вишнево-красный, а черного магнетита - черный.

Рисунок 1. Золотистый пирит обладает черной чертой.

Блеск – способность минералов отражать свет. Различают металлический, полуметаллический, алмазный, стеклянный, жирный, перламутровый, шелковистый и матовый (при отсутствии) блеск.

Прозрачность – способность минералов пропускать свет. Прозрачность минералов оценивается на качественном уровне путем просмотра минерала на просвет. Выделяют прозрачные минералы, через которые можно читать или разглядывать изображения. Полупрозрачные (просвечивающие) минералы свет пропускают, но изображение за ними не различимо. Непрозрачные минералы не пропускают свет.

Двойное лучепреломление – раздвоение лучей света при прохождении через минерал. Поэтому глядя через прозрачный минерал на текст, мы наблюдаем его раздвоение (рисунок 2).

Рисунок 2. Исландский шпат (прозрачная разновидность кальцита) обладает двойным лучепреломлением.

Твердость – способность минерала противостоять царапанью или истиранию другим минералом или иным предметом. Более твердый минерал оставляет на менее твердом царапину, к менее твердый на более твердом - порошок. Для диагностики твердости используется десятибалльная шкала, предложенная немецким минералогом Фридрихом Моосом. В нее входят десять минералов, пронумерованных в порядке увеличения твердости (рисунок 3): тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, калиевый полевой шпат, кварц, топаз, корунд, алмаз. Для определения твердости минералов можно пользоваться некоторыми подручными предметами. Ноготь имеет твердость около 2-2,5, медная монета – 3, стекло – 5, стальной нож или игла – 5,5-6.

Рисунок 3. Шкала относительной твердости Мооса.

Спайность - способность минерала раскалываться по определенным кристаллографическим направлениям с образованием относительно гладких параллельных поверхностей (плоскостей спайности). Если минерал без особых усилий расщепляется руками на тонкие пластины или листочки, то спайность весьма совершенная. Если минерал при ударе легко раскалывается на толстые пластинки и бруски с ровными блестящими плоскостями, то спайность совершенная. Если минерал при ударе раскалывается на обломки по случайным неровным направлениям, то спайность отсутствует.

Вкус может помочь при диагностике солей. Например, галит, который мы постоянно употребляем в пищу, – соленый, а сильвин – горько-соленый.

Магнитность минералов определяется их воздействием на стрелку компаса или магнит. К магнитным минералам относятся, например, самородное железо и магнетит.

Реакция с соляной или уксусной кислотой. Такая реакция характерна для карбонатов. Например, кальцит бурно вскипает с выделением углекислого газа при нанесении на него капли кислоты.

Горючесть. Некоторые минералы, например, сера горят если их поджечь.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНЕРАЛОВ ИЗ ДОМАШНЕЙ КОЛЛЕКЦИИ

В этом разделе определим несколько минералов из домашней коллекции. Будем их определять, используя рассмотренные в предыдущем разделе свойства.

Образец 1

Прозрачный кристалл бледно-желтого цвета (рисунок 4). Блеск стеклянный. Длина 4,5 см, ширина 3,5 см, толщина 1,5 см. Легко царапается иглой, но не царапается ногтем. Значит его твердость между 2 и 5. На фарфоровой пластинке от минерала остался белый порошок. При попадании на кристалл соляной кислотой, он зашипел, и начал выделяться газ. Такая реакция характерна для кальцита. Если посмотреть через кристалл на текст, то текст раздваивается. Значит образец 1 – это прозрачная разновидность кальцита, которая называется исландский шпат.

Образец 2

Длина образца 5 см, ширина 4 см, толщина 2,5 см (рисунок 5). Состоит из светло-желтых непрозрачных кристалликов размером 1-2 мм. Блеск жирный. Царапается ногтем. Значит его твердость не более 2. На фарфоровой пластинке от минерала остался бледно-желтый порошок. После поджигания образца зажигалкой, он начал немного гореть. В комнате невкусно запахло горящими спичками. Цвет и горючесть минерала говорят о том, что это самородная сера.

Образец 3

Длина образца 21 см, ширина 14,5 см, толщина 7,5 см (рисунок 6). Состоит из белых непрозрачных кристалликов размером до 1 см. Блеск кристаллов жирный и стеклянный. На фарфоровой пластинке от минерала остался белый порошок. Легко царапается иглой, но не царапается ногтем. Значит его твердость между 2 и 5. Минерал соленый на вкус. Таким соленым бывает галит. Галит – это соль, которую мы употребляем в пищу.

Рисунок 6. Галит.

Образец 4

Образец 5

Золотистая непрозрачная капелька с металлическим блеском (рисунок 7). Размер 6 мм. Легко царапается иглой, но не царапается ногтем. Значит ее твердость между 2 и 5. Несмотря на свой маленький размер, достаточно тяжелая. На фарфоровой пластинке оставляет еле заметную золотистую черту. Выявленные свойства говорят о том, что это маленький самородок золота.

Образец 6

Длина 13 см, ширина 10 см, толщина 2,5 см. Минерал имеет серый цвет, жирный блеск, непрозрачный. Царапается ногтем. Значит его твердость менее 2. Оставляет черную черту не только на фарфоровой пластинке, но и на бумаге (рисунок 7). Это графит, который используется в карандашах.

Образец 7

Длина 10 см, ширина 7,5 см, толщина 5,5 см. Круглые черные непрозрачные шарики в серой цементирующей массе. Шарики обладают матовым блеском. Их размер до 1-1,5 см. Похожи на снежки. Такие агрегаты минералов называются оолитами. Шарики твердые, потому что не царапаются иголкой. На фарфоре они оставляют черную черту. Самая важная характеристика шариков – их магнитность. К ним прилипаю магнит, намагниченные шарики и металлические скрепки. Это свойство дает минералу название. Он называется магнетит.

Образец 8

Образец 9

Образец 10

Образец состоит из двух минералов (рисунок 13). Центральная его часть имеет размеры 9×8×6 см. Состоит из бледно-желтых кристаллов размерами до 3 см. Для них характерен стеклянный блеск, совершенная спайность. Кристаллы легко царапаются иглой, но не царапаются ногтем. Значит их твердость между 2 и 5. Капля соляной кислоты, нанесенная на кристаллы, начала шипеть и пузыриться (рисунок 13). Значит это кальцит.

Кроме кальцита в образце присутствуют два голубовато-зеленых кристалла в виде столбиков. Эти столбики имеет длину 6 и 8 см и толщину 3,5 и 2,5 см соответственно. Для них характерно шестиугольное сечение. Минерал не царапается иглой, не оставляет черты на фарфоровой пластинке. Кристаллы не прозрачные и обладают стеклянным блеском. Кристаллы неровно сломаны, значит они не обладают спайностью. Такие свойства характерны для минерала, который называется апатит.

Рисунок 13. Капля соляной кислоты, нанесенная на кальцит, шипит и пузырится.

Таким образом, нам удалось определить десять образцов, в которых содержится 11 минералов и их разновидностей. Каждый из минералов обладает определенными диагностическими свойствами, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1. Диагностические свойства минералов

КАК ИСПОЛЬЗУЮТСЯ МИНЕРАЛЫ

Кроме умения определять минералы по их свойствам, очень важно знать для чего они используются. В этом разделе рассмотрим для чего человек использует определенные минералы из домашней коллекции.

Золото используется как платежный инструмент. Оно является неотъемлемой частью электронной техники – транзисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов, материнских плат, микросхем и множества других деталей. Оно требуется для изготовления деталей реактивных двигателей, ядерных реакторов, ракет, тепло/светоотражающих покрытий космических аппаратов. В солнечных батареях нередко присутствуют золотые частицы, которые позволяют батареям улавливать гораздо больше солнечной энергии. Золото весьма полезный металл для диагностики и лечения ряда заболеваний: артрита, туберкулеза, рака. Оно активно используется при лечении зубов. Большое количество золота уходит на ювелирные изделия.

Минерал магнетит является главной рудой на железо. Он используется в металлургической промышленности для производства стали и других сплавов. Высокая магнитная сила делает его идеальным для создания электронных компонентов и для хранения данных. Используется в качестве радиационного экрана в медицинских и ядерных отраслях благодаря своей способности поглощать радиацию.

Пирит используется для получения серы и серной кислоты, а также в строительстве в качестве одного из компонентов цемента. В свою очередь, галенит широко применяется в изготовлении свинца, который используется в химическом производстве, технологической отрасли и оборонной промышленности.

Галит является основным источником поваренной соли, которая используется в пищу. Его используют при производстве бумаги, соды, стекла, стирального порошка, при изготовлении растворов для нефтяных скважин, а также для очистки воды в бытовых фильтрах и в котельных, в качестве реагента на дорогах.

Мусковит используется как изолятор тока при производстве электроники, энергетических установок, генераторов, изоляторов, электроприборов и электрооборудования. Также мусковит применяется в строительстве (в порошкообразном виде), химической промышленности и металлургии, судо- и автомобилестроении.

Как огнеупорный материал графит используется в металлургической промышленности для изготовления графитовых тиглей. В сталеплавильном производстве графит часто используется в качестве защитного средства для стальных слитков и в качестве обкладки металлургических печей. Он является хорошим проводником тока, поэтому используются в электротехнической промышленности для изготовления электродов, щеток, угольных стержней, угольных трубок, деталей телефонов, покрытий для телевизионных кинескопов. Он широко используется в нефтехимической промышленности, гидрометаллургии, при производстве синтетических волокон, производстве бумаги и других отраслях промышленности, что позволяет сэкономить много металлических материалов. Графит используется в атомных реакторах. Из него также изготавливают стержневые карандаши, краски, покрытия и аккумуляторные батареи. Графит можно найти во многих косметических средствах, таких как тушь для ресниц, карандаши для глаз и контурные карандаши.

Самородная сера используется для производства серной кислоты, взрывчатых веществ, пестицидов. Используется в медицине, может применяться как дезинфицирующее средство.

Апатит используют в металлургии, при производстве стекла и керамики, для производства стали и экранов плазменных телевизоров, в качестве основы для производства удобрений.

Кальцит используют в строительстве (производство цемента, извести, стекла), металлургии (в качестве флюса при выплавке железа), сельском хозяйстве. Он используется в производстве пластиковой мебели, труб, автомобилей и многих других изделий из пластика. Также он используется в медицине в пищевых добавках и в лекарственных препаратах. Исландский шпат используется при производстве оптических изделиях, например, в микроскопах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы узнал много интересного, и поставленные цели были достигнуты:

1. Изучена литература о минералах, благодаря чему появилось понимание, что такое минерал, чем они различаются и какими свойствами обладают;

2. Из образцов домашней коллекции было определено 11 минералов, выявлены их удивительные свойства;

3. Усвоено широкое применение человеком определенных мною минералов.

4. Практическим применением данной работы является создание каталога школьника по определению минералов в домашних условиях (Приложение №1).

Для определения минералов приходилось пробовать минералы на вкус, царапать, притягивать магнитом, поливать кислотой, расслаивать, измерять размеры и мерить на вес. Это было очень увлекательно и интересно.  

Практическим применением данной работы является создание каталога школьника по определению минералов в домашних условиях. В будущем планирую изучить более подробно физические и другие свойства минералов домашней коллекции и не только.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Деев Е.В., Кармышева И.В. Минералы и их свойства. Электронный курс для практических занятий по общей геологии. Новосибирск: ИПЦ НГУ, 2019. 250 с.

2. Кневленко Е.Я., Чупров В.И., Драмшева Е.Е. Декоративные коллекционные минералы. М.: Недра, 1987. 223 с.

3. Этвуд Ф.Д. Камни и минералы. Мир природы. Минск: Белфаксиздатгрупп, 1998. 72 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение №1

Каталог школьника по определению минералов в домашних условиях.