Тема : Минерал. Классификация, свойства

Тема : Минерал. Классификация, свойства

Тема : Минерал. Классификация, свойства

Цель:

Содействие развитию представлений о минералогии,

минералах.

Содействие воспитания чувства гордости за свое Отечество, его минеральные богатства.

Содействие развитию планетарного мышления.

Ход занатия:

Организационная часть

1.1.Организационный момент

1.2.Инструктаж занятия.

2. Основная тема.

2.1. ИСТОРИЯ МИНЕРАЛОГИИ

Изучением минералов занимается наука минералогия. Как же она возникла?
Кремневые отщепы с острыми краями применялись первобытным человеком в качестве орудий труда уже в палеолите. Кремень (тонкозернистая разновидность кварца) долгое время оставался главным полезным ископаемым. В древности человеку были известны и другие минералы. Некоторые из них, например вишневый гематит, желто-коричневый гетит и черные оксиды марганца, применялись в качестве красок для наскальной живописи и раскрашивания тела, а другие, например янтарь, нефрит, самородное золото, - для изготовления ритуальных предметов, украшений и амулетов. В Египте знали уже много минералов. Самородная медь, золото и серебро использовались для украшений. Несколько позже из меди и ее сплава - бронзы стали изготавливать орудия труда и оружие. Многие минералы употреблялись в качестве красителей, другие - для украшений и печаток (бирюза, жад, хрусталь, халцедон, малахит, гранат, лазурит и гематит).

В первом известном трактате по минералогии О камнях ученика Аристотеля грека Теофраста (ок. 372-287 до н. э.) минералы делились на металлы, земли и камни. Примерно через 400 лет Плиний Старший (23-79 н. э.) в пяти последних книгах Естественной истории обобщил все имевшиеся на тот момент сведения по минералогии. В раннем Средневековье в странах арабского Востока, воспринявших знания античной Греции и древней Индии, происходил расцвет науки. Среднеазиатский ученый-энциклопедист Бируни (973 - ок. 1050) составил описания драгоценных камней (Минералогия) и изобрел метод точного измерения их удельных весов. Другой выдающийся ученый Ибн Сина (Авиценна) (ок. 980-1037) в трактате О камнях дал классификацию всех известных минералов, разделив их на четыре класса: камни и земли, горючие ископаемые, соли, металлы. В Средние века в Европе происходило накопление практических сведений о минералах. Горняк и старатель по необходимости становились минералогами-практиками и передавали свой опыт и знания ученикам и подмастерьям. Первым сводом фактических сведений по практической минералогии, горному делу и металлургии стал труд Г. Агриколы О металлах (De re metallica), опубликованный в 1556. Благодаря этому трактату и более раннему труду О природе ископаемых (De natura fossilium, 1546), в котором содержится классификация минералов на основе их физических свойств, Агрикола прослыл отцом минералогии. На протяжении 300 лет после выхода работ Агриколы исследования в области минералогии были посвящены изучению природных кристаллов. В 1669 датский натуралист Н. Стенон, обобщив свои наблюдения над сотнями кристаллов кварца, установил закон постоянства углов между гранями кристаллов. Столетием позже (1772) Роме де Лиль подтвердил выводы Стенона. В 1784 аббат Р. Гаюи заложил основы современных представлений о кристаллической структуре. В 1809 У. Волластон изобрел отражательный гониометр, что позволило проводить более точные измерения углов между гранями кристаллов, а в 1812 выдвинул концепцию пространственной решетки как закона внутреннего строения кристаллов.

В 1815 П. Кордье предложил изучать оптические свойства обломков раздробленных минералов под микроскопом. Дальнейшее развитие микроскопических исследований связано с изобретением в 1828 У. Николем устройства для получения поляризованного света (призмы Николя). Поляризационный микроскоп был усовершенствован в 1849 Г. Сорби, который применил его к изучению прозрачных шлифов горных пород. Появилась необходимость классификации минералов. В 1735 К. Линней опубликовал труд Система природы (Systema naturae), в котором минералы классифицировались по внешним признакам, т. е. так же, как растения и животные. Затем шведскими учеными - А. Кронстедтом в 1757 и Й. Берцелиусом в 1815 и 1824 - было предложено несколько вариантов химических классификаций минералов. Вторая классификация Берцелиуса, модифицированная К. Раммельсбергом в 1841-1847, прочно утвердилась после того, как американский минералог Дж. Дана положил ее в основу третьего издания Системы минералогии (Dana's System of Mineralogy, 1850). Большой вклад в развитие минералогии в 18 - первой половине 19 в. внесли немецкие ученые и и русские - и .

Во второй половине 19 в. усовершенствованные поляризационные микроскопы, оптические гониометры и аналитические методы позволили получить более точные данные по отдельным минеральным видам. Когда с помощью рентгеновского анализа стали изучать кристаллы, пришло более глубокое понимание строения минералов. В 1912 немецкий физик М. Лауэ экспериментально установил, что информация о внутренней структуре кристаллов может быть получена путем пропускания сквозь них рентгеновских лучей. Этот метод произвел переворот в минералогии: преимущественно описательная наука стала более точной и минералоги смогли увязать физические и химические свойства минералов с их кристаллическими структурами. В конце 19 - начале 20 в. развитию минералогии во многом способствовали работы выдающихся российских ученых , , и др. Во второй половине 20 в. минералогия взяла на вооружение новые исследовательские методы физики твердого тела, в частности, инфракрасную спектроскопию, целую серию резонансных методов (электронный парамагнитный резонанс, ядерный гамма-резонанс и др.), люминесцентную спектроскопию и т. д., а также новейшие аналитические методы, включая электронный микрозондовый анализ, электронную микроскопию в сочетании с электронографией и проч. Применение этих методов дает возможность определять химический состав минералов "в точке", т. е. по отдельным зернам минералов, изучать тонкие особенности их кристаллической структуры, содержание и распределение элементов-примесей, природу окраски и люминесценции. Внедрение точных физических методов исследования произвело в минералогии подлинную революцию. С этим этапом развития минералогии связаны имена таких российских ученых, как , , и др

2.2.Что такое минерал.

Минерал (нем. Мinеrаl или фр. minйral, от позднелат. (аеs) minerale — руда[1])

— природное тело с определённым химическим составом и упорядоченной атомной структурой (кристаллической структурой), образующееся в результате природных физико-химических процессов и обладающее определённым химическим составом и физическими свойствами.

Минерал является составной частью земной коры, горных пород, руд, метеоритов.

В настоящее время установлено около 4900 минеральных видов, более 4660 из которых было одобрено Международной минералогической ассоциацией (IMA). Однако лишь несколько десятков минералов (около 100) пользуются широким распространением. Они входят в состав горных пород и называются породообразующими.

Понятие «минерал» - подразумевает твёрдое природное неорганическое кристаллическое вещество. Но иногда его рассматривают в неоправданно расширенном контексте, относя к минералам некоторые органические, аморфные и другие природные продукты, в частности некоторые горные породы, которые в строгом смысле не могут быть отнесены к минералам.

Минералами считаются также некоторые природные вещества, представляющие собой в обычных условиях жидкости (например, самородная ртуть, которая приходит к кристаллическому состоянию при более низкой температуре). Воду, напротив, к минералам не относят, рассматривая её как жидкое состояние (расплав) минерала лёд. Некоторые органические вещества — нефть, асфальты, битумы — часто ошибочно относят к минералам, либо выделяют их в особый класс «органические минералы», целесообразность чего весьма спорна. Некоторые минералы находятся в аморфном состоянии и не имеют кристаллической структуры. Это относится главным образом к т. наз. метамиктным минералам, имеющим внешнюю форму кристаллов, но находящимся в аморфном, стеклоподобном состоянии вследствие разрушения их изначальной кристаллической решётки под действием жёсткого радиоактивного излучения входящих в их собственный состав радиоактивных элементов (U, Th, и тд.). Различают минералы явнокристаллические, аморфные — метаколлоиды (например, опал, лешательерит и др.) и метамиктные минералы, имеющие внешнюю форму кристаллов, но находящиеся в аморфном, стеклоподобном состоянии.

По определению академика (1977), «минералами называются естественные дискретные органически целостные системы взаимодействующих атомов, упорядоченных с трёхмерной неограниченной периодичностью их равновесных положений, являющиеся относительно неделимыми структурными элементами горных пород и дисперсных фазовогетерогенных образований

2.3.Классификация минералов.

Существует много вариантов классификаций минералов. Большинство из них построено по структурно-химическому принципу.

По распространённости минералы можно разделить на породообразующие — составляющие основу большинства горных пород,

акцессорные — часто присутствующие в горных породах, но редко слагающие больше 5 % породы, редкие, случаи нахождения которых единичны или немногочисленны,

и рудные, широко представленные в рудных месторождениях.

Наиболее широко используется классификация по химическому составу и кристаллической структуре. Вещества одного химического типа часто имеют близкую структуру, поэтому минералы сначала делятся на классы по химическому составу, а затем на подклассы по структурным признакам.
Общепринятая в настоящее время кристаллохимическая классификация минералов подразделяет все их на КЛАССЫ и выглядит следующим образом:

I. Раздел Самородные элементы

II. Раздел Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения

1. класс Сульфиды и им подобные соединения 2. класс Сульфосоли

III. Раздел Галоидные соединения (Галогениды)

1. класс Фториды 2. класс Хлориды, бромиды и иодиды

IV. Раздел Оксиды и гидроксиды

1. класс Оксиды 2. класс Гидроксиды

V. Раздел Кислородные соли (оксисоли)

1. класс Нитраты 2. класс Карбонаты 3. класс Сульфаты 4. класс Хроматы 5. Класс Вольфраматы и молибдаты 6. Класс Фосфаты, арсенаты и ванадаты 7. Класс Бораты 8. Класс Силикаты
А. Островные силикаты. Б. Цепочечные силикаты. В. Ленточные силикаты. Г. Слоистые силикаты. Д. Каркасные силикаты.

VI. Раздел Органические соединения

Свойства минералов

Важнейшими характеристиками минералов являются кристаллохимическая структура и состав. Все остальные свойства минералов вытекают из них или с ними взаимосвязаны. Важнейшие свойства минералов, являющиеся диагностическими признаками и позволяющие их определять, следующие:

Габитус кристаллов. Выясняется при визуальном осмотре, для рассматривания мелких образцов используется лупа. Твердость. Определяется по шкале Мооса. Блеск. Световой эффект, вызываемый отражением части светового потока, падающего на минерал. Зависит от отражательной способности минерала. Спайность — способность минерала раскалываться по определённым кристаллографическим направлениям. Излом — специфика поверхности минерала на свежем не спайном сколе. Цвет — признак, с определённостью характеризующий одни минералы (зелёный малахит, синий лазурит, красная киноварь), и очень обманчивый у ряда других минералов, окраска которых может варьировать в широком диапазоне в зависимости от наличия примесей элементов-хромофоров либо специфических дефектов в кристаллической структуре (флюориты, кварцы, турмалины). Цвет черты — цвет минерала в тонком порошке, обычно определяемый царапанием по шершавой поверхности фарфорового бисквита. Магнитность — зависит от содержания главным образом двухвалентного железа, обнаруживается при помощи обычного магнита. Побежалость — тонкая цветная или разноцветная плёнка, которая образуется на выветрелой поверхности некоторых минералов за счёт окисления. Хрупкость — прочность минеральных зёрен (кристаллов), обнаруживающаяся при механическом раскалывании. Хрупкость иногда увязывают или путают с твёрдостью, что неверно. Иные очень твёрдые минералы могут с лёгкостью раскалываться, то есть быть хрупкими (например, алмаз)

Эти свойства минералов легко определяются в полевых условиях. К другим свойствам минералов относятся, например, оптические свойства: Преломление, Дисперсия и Поляризация, которые характеризуются их оптическими константами: показатель преломления, угол между оптическими осями, оптический знак кристалла, ориентация оптической индикатрисы и др.

3.Заключительная часть

3.1.Блиц опрос по понятийному аппарату.

3.2.Подведение итогов работы занятия

Глоссарий темы.

Минерал—  это природное тело с определённым химическим составом и упорядоченной атомной структурой (кристаллической структурой), образующееся в результате природных физико-химических процессов и обладающее определённым химическим составом и физическими свойствами.

Минерал является составной частью земной коры, горных пород, руд, метеоритов.

В настоящее время установлено около 4900 минеральных видов

Они входят в состав горных пород и называются породообразующими.

Классификация минералов.

По распространённости минералы можно разделить на породообразующие — составляющие основу большинства горных пород,

акцессорные — часто присутствующие в горных породах, но редко слагающие больше 5 % породы, редкие, случаи нахождения которых единичны или немногочисленны,

и рудные, широко представленные в рудных месторождениях.

По химическому составу и кристаллической структуре.

Вещества одного химического типа часто имеют близкую структуру, поэтому минералы сначала делятся на классы по химическому составу, а затем на подклассы по структурным признакам.
Общепринятая в настоящее время кристаллохимическая классификация минералов подразделяет все их на КЛАССЫ и выглядит следующим образом:

I. Раздел Самородные элементы

II. Раздел Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения

1. класс Сульфиды и им подобные соединения 2. класс Сульфосоли

III. Раздел Галоидные соединения (Галогениды)

1. класс Фториды 2. класс Хлориды, бромиды и иодиды

IV. Раздел Оксиды и гидроксиды

1. класс Оксиды 2. класс Гидроксиды

V. Раздел Кислородные соли (оксисоли)

1. класс Нитраты 2. класс Карбонаты 3. класс Сульфаты 4. класс Хроматы 5. Класс Вольфраматы и молибдаты 6. Класс Фосфаты, арсенаты и ванадаты 7. Класс Бораты 8. Класс Силикаты
А. Островные силикаты. Б. Цепочечные силикаты. В. Ленточные силикаты. Г. Слоистые силикаты. Д. Каркасные силикаты.

VI. Раздел Органические соединения

Глоссарий темы: «Азбука минералов»

Свойства минералов

По кристаллохимической структуре и составу.

Габитус кристаллов. Выясняется при визуальном осмотре, для рассматривания мелких образцов используется лупа. Твердость. Определяется по шкале Мооса. Блеск. Световой эффект, вызываемый отражением части светового потока, падающего на минерал. Зависит от отражательной способности минерала. Спайность — способность минерала раскалываться по определённым кристаллографическим направлениям. Излом — специфика поверхности минерала на свежем не спайном сколе. Цвет — признак, с определённостью характеризующий одни минералы (зелёный малахит, синий лазурит, красная киноварь), и очень обманчивый у ряда других минералов, окраска которых может варьировать в широком диапазоне в зависимости от наличия примесей элементов-хромофоров либо специфических дефектов в кристаллической структуре (флюориты, кварцы, турмалины). Цвет черты — цвет минерала в тонком порошке, обычно определяемый царапанием по шершавой поверхности фарфорового бисквита. Магнитность — зависит от содержания главным образом двухвалентного железа, обнаруживается при помощи обычного магнита. Побежалость — тонкая цветная или разноцветная плёнка, которая образуется на выветрелой поверхности некоторых минералов за счёт окисления. Хрупкость — прочность минеральных зёрен (кристаллов), обнаруживающаяся при механическом раскалывании. Хрупкость иногда увязывают или путают с твёрдостью, что неверно. Иные очень твёрдые минералы могут с лёгкостью раскалываться, то есть быть хрупкими (например, алмаз)

По оптическим свойствам: Преломление, Дисперсия и Поляризация, которые характеризуются их оптическими константами: показатель преломления, угол между оптическими осями, оптический знак кристалла, ориентация оптической индикатрисы и др.