VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Минералы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Мне всегда нравились камни. Летом я набирал их полные карманы и носил домой. Я складывал их в коробочки, подолгу рассматривал, играл с ними. В песке, у реки или на дороге, я все время искал красивые и необычные камни. Мне было очень интересно, почему все камни разные, не похожи друг на друга? Откуда вообще берутся камни? Где найти настоящий минерал, можно ли найти его под ногами? А бывают ли съедобные минералы? А можно ли вырастить минерал самому?
Поэтому тема моей исследовательской работы – «Минералы».
Актуальность
Минеральное сырье играет важную роль в жизни каждого человека: начиная от поваренной соли, применяемой в кулинарии, рудных минералов, из которых извлекают различные металлы, заканчивая минералами, необходимыми для производства разнообразных украшений.
ГИПОТЕЗА моей работы: Я предполагаю, что образование минералов в природе сложный процесс, но если иметь определенные условия и сырье, то можно и самим получить некоторые минералы.
ЦЕЛЬ моего исследования:
Вырастить минерал в домашних условиях.
ЗАДАЧИ работы:
собрать и изучить информацию о минералах;
выяснить, как образуются минералы;
установить, где можно найти минералы для коллекции;
посетить Уральский геологический музей г. Екатеринбурга;
провести практическую работу.
МЕТОДЫ исследования:
анализ литературы;
наблюдение;
эксперимент;
использование Интернета;
Глава 1
Что такое минералы?
Если внимательно рассмотреть камешек, то можно заметить, что часто он бывает разных цветов и формы. Это происходит потому, что камешек состоит из разных минералов.
Минерал — природное твёрдое неорганическое тело с определённым химическим составом и кристаллической структурой. Они образуются в результате физических и химических процессов, протекающих в недрах Земли и на ее поверхности. Минералы являются составной частью горных пород (породообразующие минералы), руд, метеоритов. Минералы относят к неживому миру.
Минералогия – наука об изучении минералов.
1.2 Происхождение минералов
В природе минералы встречаются в чистом виде, но гораздо чаще они образуют соединения с другими минералами. Такие природные соединения минералов называют горными породами. На нашей планете насчитывается несколько тысяч горных пород.
Главный источник образования минералов скрыт от наших наблюдений,так как происходит глубоко в недрах Земли. Здесь, в результате процессов, связанных с внутренним жаром Земли и громадным давлением, образуется основная масса минералов.
Существует три процесса образования минералов:
- магматические,
- осадочные,
- метаморфические.
Наша планета Земля разделена на несколько слоёв:
земная кора (≈ 40 км),
мантия (2900 км),
ядро (6900 км) –Температура ядра - 5000°С.
Породы на глубине плавятся, образуя магму. Магма постепенно поднимается вверх там, где давление поменьше, медленно остывает и затвердевает, образуя разные минералы.
Иногда расплавленные породы изливаются на поверхность Земли в виде лавы (при извержениях вулканов) и также застывают.
При извержении из недр Земли расплавленных горных пород образуются магматические породы. Это — гранит, андезит, базальт, габбро, перидотит, полевой шпат, кварц и пириты.
Из обломков древних пород, разрушаемых ветром и резкими перепадами температур, возникают осадочные породы. Такие обломки и песчинки часто вместе с остатками растений и животных накапливаются на дне океанов и морей. Это процесс очень длительный и непрерывный, поэтому на уже осевшие обломки и частицы постепенно наносятся следующие слои, под тяжестью которых нижние слои уплотняются. 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.
Способы добычи минералов:
Открытым способом в карьерах (песок, глина, известняк…)
Сооружение шахт (каменный уголь, металлические руды…)
Разнообразие минералов
Науке известно около 3900 видов минералов, но большинство из них встречается очень редко. Лишь 300—350 минералов широко распространены и составляют почти все окружающие нас камни или горные породы.
Два элемента, кислород и кремний, составляют 74% массы земной коры.
Алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний - 24,27%.
Все вместе они формируют 99% земной коры.
В природе существует так много минералов, что минералогам пришлось выработать целую систему их определения, основанную на физических и химических свойствах.
Иногда распознать минерал помогают очень простые свойства, например, цвет или твердость, а порой для этого требуются сложные тесты в лабораторных условиях с применением реагентов.
Минералы вокруг нас
Минералы находят широкое применение в повседневной жизни человека.
из рудных минералов, как источник сырья, извлекают различные металлы,
каменную соль используют в пищу,
минералы как предмет искусства и роскоши,
минералы как компоненты высоких технологий, необходимыми для производства разнообразной техники, электроники.
Глава 2
Проектная часть
2.1 Уральский геологический музей г. Екатеринбург
В выходные я посетил музей, где собраны минералы со всего Уральского региона. Очень много красивых камней, минералов и поделок из них. Многие представленные в коллекции минералы впервые были открыты на Урале и получили название по месту нахождения — ильменит, ильменорутил, сысертскит, невьянскит, вишневит и др.
Прямо на входе огромный кристалл кварца «Малютка» весом около 784кг и высотой 170см.
Средний Урал месторождение самых востребованных драгоценных камней Самоцветная полоса Урала – это условное название территории, узкой лентой протянувшейся с юга на север более чем на сто километров вдоль восточного склона Среднего Урала в верховьях рек Нейва, Реж и Адуй.
Здесь расположены богатые месторождения минералов ювелирного качества: топазов, турмалинов, изумрудов, аметистов, александрита, горного хрусталя, демантоида.
Мы видели в музее известного геолога-минеролога Урала Емлина Э.Ф. - открыл Исетское месторождение аметистов.Специалист в области генетической минералогии, прикладной геохимии и геотехнических систем, являетсядоктором геолого-минералогических наук (1988), и профессором (1989). (Приложение 1)
Малахит — известный и любимый многими самоцвет, о котором сложено множество легенд и сказок. Это прекрасный поделочный камень, который невозможно спутать с другими минералами. Образует зелёные узорчаты массы разнообразной формы. Раньше малахит высокого качества добывали на Урале, а сейчас его осталось мало. Наибольшие современные месторождения находятся в Африке.
Каменная соль – минерал который мы употребляем в пищу, геологи называют галит. Соль не только растворена в морской воде. Она встречается и в горах в виде кристаллов. Это единственный минерал, который можно употреблять в пищу. По цвету он преимущественно белый, бывает бесцветным. Иногда из-за примесей других минералов приобретает интенсивно синий или красный цвет.
Синтетические кристаллы – это кристаллы выращенные искусственно в лабораториях или на заводах. Искусственно удается выращивать только некоторые виды кристаллов. Процесс сложный и технически трудный, необходимо соблюдение режима выращивания монокристаллов.
Искусственный кварц - очень востребованный в технике минерал. Кварца массой до 15 кг выращивают в автоклавах в течение многих месяцев, а особо чистые кристаллы (оптический кварц) растут несколько лет.
Так же выращивают искусственные кристаллы алмаза, рубина, аквамарина, сапфира, изумруда и некоторых других минералов - всего около 30 видов.
2.2.Эксперименты в домашних условиях
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Я предположил, что кристаллы соли могут появиться при создании
определенных условий, которые влияют на их рост и форму, и решил
проверить это на опыте.
В домашних условиях я попытался вырастить искусственные кристаллы
каменной соли, медного купороса и дигидрофосфата аммония.
Для проведения опытов потребовалось:
1. Стеклянная банка;
2. Деревянные палочки, нитки;
3. Соль (поваренная соль, медный купорос, дигидрофосфата аммония), кристаллы которой я собрался выращивать;
4. Фильтровальная бумага (салфетка).
Этапы выращивания кристаллов солей: (поваренной соли, медного купороса и дигидрофосфата аммония):
Этап 1: Растворил соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде.
Подогреть необходимо для того, чтобы соли растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре. Для этого стакан поставил в кастрюлю с теплой водой.
Растворял соль до тех пор, пока соль уже больше не растворялась.
Получен насыщенный раствор соли. Оставил его остывать.
Этап 2: Насыщенный раствор профильтровал и перелил в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (избавившись при этом от излишней соли на дне).
Этап 3: Выбрал более крупный кристаллик соли, привязал за нитку подвесил и опустил в насыщенный раствор, чтобы он не касался стенок стакана, (ёмкости), где находится насыщенный раствор.
Этап 4: Половину растворов я оставил дома, а другую - выставил на балкон.
Этап 5: Накрыл сверху ёмкость с кристалликом бумагой от попадания
пыли и мусора.
Оставил раствор на несколько дней.
Важно помнить:
1. Кристаллик нельзя при росте без особой причины вынимать из
раствора.
2. Не допускать попадание мусора в насыщенный раствор.
3. Периодически (раз в неделю) менять или обновлять насыщенный
раствор.
Мои наблюдения за ростом кристаллов.
Каждый день я наблюдал за ростом кристаллов, не поднимая, не поворачивая и не сотрясая банки (чтобы предотвратить мгновенную кристаллизацию).
Кристалл поваренной соли рос очень медленно около 12-14 дней, а затем на него стали нарастать мелкие кристаллы.
Крупные кристаллы медного купороса и дигидрофосфата меди выросли быстрее за 8-10 дней.
Как росли кристаллы, изменяли форму и цвет, смотрите фото 1,2,3,4.
В растворах на балконе, где была низкая температура, росли другие кристаллы фото 5.
Из поваренной соли ничего не выросло, был только осадок.
Из медного купороса выросла вот такая елочка. Она состоит из мелких слоистых кристалликов.
Из дигидрофосфата аммония в первом случае, когда температура была до 0, -1С°, за несколько дней вырос один монокристалл.
При второй попытке температура на балконе была около -10 С° -15С° и выросло несколько слоистых кристаллов.
Заключение
Гипотеза моего исследования подтвердилась.
Действительно, создавая определенные условия можно вырастить минерал в домашних условиях. Конечно, самые красивые и лучшие минералы создает природа.
Выполнив данную работу, я узнал, что мир минералов, разнообразен и очень интересен.
Минералы важны для человека в различных отраслях его деятельности.
Минералы не только добывают, а и выращивают.
В Свердловской области очень много ценных минералов.
Вполне возможно найти красивые камни для коллекции прямо под ногами, только нужно знать, где искать.
Свойства минералов зависят от их химического состава и условий формирования.
Настоящие минералы можно вырастить и в домашних условиях. Для этого нужно обладать знаниями и строго соблюдать методику.
Бывают и съедобные минералы! Например – это обычная соль. А вода – это жидкое состояние минерала Лед!
Список литературы
https://ru.wikipedia.org минералы
http://www.catalogmineralov.ru/
https://geographyofrussia.com/mineraly/
https://zorca.ru/минералы.html
https://www.youtube.com/ - выращивание кристаллов
Приложение 1
1.Выращивание кристаллов поваренной соли
2.Выращивание кристаллов медного купороса
3. Выращивание кристаллов дигидрофосфата аммония
4. Вот такие у меня получились кристаллы.
5 . В растворах на балконе.
Приложение 2
САМОЦВЕТЫ НА ОКРАИНЕ
На Урале найдено месторождение аметистов.
Первые посетители открывшейся в Уральском геологическом музее выставки нового Исетского месторождения аметистов подолгу задерживаются у двух больших фиолетовых кристаллов весом 25 и 8 килограммов, которые выделяются среди десятков образцов особой красотой.
Необычны подробности открытия этого месторождения. Нынешней осенью, прогуливаясь с собакой по окрестностям города, свердловский учёный -геохимик Эдуард Фёдорович Емлин заметил в траве невзрачный с виду камень. Заинтересовался. Под рукой ничего, кроме палки не оказалось. Принялся копать ею. Хозяину помогал пёс. И вскоре из земли явился крупный кристалл аметиста.
На месте счастливой находки, где прежде никогда не предполагали залежей, обнаружилась целая россыпь самоцветов, а под ними - коренное гнездо и жила. Прибывший поисковый отряд объединения "Уралкварцсамоцветы" в первый же день получил здесь сотни килограммов кристаллов.
Для освоения Исетского месторождения аметистов учёный - первооткрыватель предлагает совместить производственные и научные интересы, создав для этого научно - практический отряд с участием свердловских студентов - будущих геологов.
Д. МАЛЬЦЕВА
Свердловск
(Газета "Советская Россия" от 10 января 1988 г.)