Laboratorinis darbas

43 0

LABORATORINIS DARBAS NR. ..

MINERALŲ FIZINĖS SAVYBĖS: BRUOŽO SPALVA, KIETUMAS

Šio darbo tikslai – susipažinti su mineralų savybėmis, jas apibūdinti ir identifikuoti, daugiau dėmesio skiriant dviem fizinėmis mineralų (uolienų) savybėmis, naudojamomis jiems identifikuoti – bruožo spalva ir kietumu braižant. Tam Jums teks ištirti dėstytojo pateiktus mineralų pavyzdžius. Tyrimų rezultatus surašykite į žemiau pateiktą lentelę.

TEORIJA

Mineralai ir jų kilmė

Mineralai – uolienas sudarantys gamtiniai kūnai, nuolat besiformuojantys Žemės plutoje ir jos paviršiuje vykstančių cheminių bei fizinių procesų metu. Mineralų kilmę (genezę), struktūrą, cheminę sudėtį nagrinėja mineralogijos mokslas. Vienas nuo kiito mineralai skiriasi chemine sudėtimi, atomine struktūra, daugeliu fizikinių ir cheminių savybių, pagal kurias jie atpažįstami, taip pat susidarymo sąlygomis ir slūgsojimo vietomis (radimvietėmis).

Žinomi trys mineralų (ir iš jų sudarytų uolienų) susidarymo būdai:

– Žemės gelmėse, iš lydalo, auštant ir kristalizuojantis magmai (įkaitusią tešlą primenantis takus silikatinis lydalas). Mineralai išsikristalizuoja tam tikra tvarka – pradžioje išsiskiria sunkiau lydūs, vėliau – besilydantys žemoje temperatūroje. Šis mineralų susidarymo būdas vadinamas endogeniniu. Iš endogeninių mineralų susidariusios uolienos vadinamos magminėmis.

– Žemės plutos paviršiuje, sąveikaujant su atmosfera, hidrosfera, biosfera; mineralai suusidaro vandens telkiniuose ir sausumoje. Pastarojoje jie dūlėja, juo ardo temperatūros kaita. Pavyzdžiui, sausumoje susidaro molį sudarantys mineralai, kai kurie geležingi mineralai, vandens baseinuose susidarė ir Lietuvoje slūgsantys dolomitas, kalcitas (klinties uoliena), iš prisotintų tirpalų susidarė gipsas, kiti karbonatai. Pastarieji da

ar gali susidaryti iš žuvusių vandens gyvūnų klodų. Toks mineralų susidarymo būdas vadinamas egzogeniniu, o iš jų sudarytos uolienos vadinamos nuosėdinėmis.

– Viršutiniame Žemės plutos sluoksnyje, 5 – 10 km gylyje anksčiau susidarę endogeniniai ir egzogeniniai mineralai dėl didelio slėgio, aukštos temperatūros, karštų garų, dujų poveikyje pakinta, persikristalizuoja, gali netekti vandens, tačiau nepersilydo. Taip susidarę mineralai vadinami metamorfiniais (metamorfogeniniais). Atitinkamai ir metamorfizmo proceso metu pakitusios magminės bei nuosėdinės uolienos jau vadinamos metamorfinėmis.

Be to, į Žemę gali patekti ir kosminės kilmės (meteoritiniai) mineralai, tačiau jie yra itin reti. Žemės plutoje yra apie 7 tūkst. mineralų ir jų atmainų, bet tik keliasdešimt mineralų yra paplitę Žemės plutoje ir sudaro pagrindinę uolienų masę. Šie mineralai vadinami uolienas sudarančiais mineralais, o likusieji mineralai gali būti ir rečiau pasitaikantys.

Mineralų klasifikavimas ir sudėtis.

Pagal aggregatinį būvį dauguma mineralų yra kieti (gipsas, kalcitas, kvarcas, žėrutis, ortoklazas ir t.t.), tačiau yra ir dujiniai (iš gelmių kylančios dujos metanas, sieros vandenilis) bei skystieji (nafta, gyvsidabris). Kietieji mineralai gali būti kristaliniai (dauguma) ir amorfiniai (nekristaliniai). Mineralų kristalus sudaro griežta ir pasikartojančia tvarka erdvėje išsidėstę atomai, kurie sudaro kristalinę gardelę (. pav.). Nuo šio erdvinio atomų išsidėstymo išsidėstymo priklauso mineralo kristalinė struktūra. Amorfiniuose ar pusiau amorfiniuose mineraluose atomai išsidėstę netvarkingai arba ši tvarka pusiau atsitiktinė, tada toks mineralas vadinamas pusiau am

morfiniu. Pavyzdžiui, Lietuvos pajūrio ir Anykščių telkinio smėlyje dominuojantis kvarcas (SiO2) yra kristalinis, o pusiau amorfinė kvarco atmaina chalcedonas turi panašią cheminę sudėtį, bet joje struktūra netvarkinga. Įdomu, kad su molio priemaišomis chalcedonas sudaro Lietuvoje randamą titnagą.

Mineralą gali sudaryti tik vienas cheminis elementas, pavyzdžiui, aukso (Au) grynuoliai, deimantas (C), grafitas (C), siera (S); visgi, daugumą mineralų sudaro keli cheminiai elementai arba net junginiai (Lietuvoje aptinkami kalcitas CaCO3, dolomitas MgCa (CO3)2, halitas NaCl, kvarcas SiO2). Be to, mineralai retai kada būna gryni – juose visada būna įsiterpusių priemaišų (kitokių junginių ar atskirų atomų), o užrašomos jų cheminės formulės – tik idealizuotos. Visgi, tarus, kad mineralai yra tam tikros cheminės sudėties ir struktūros kūnai, jų sudėtį galima užrašyti chemine formule. Todėl cheminė sudėtis yra vienas iš svarbiausių mineralų klasifikavimo požymių. Kitas svarbus klasifikavimo požymis – jau minėtoji mineralo kristalinė struktūra.

Pagal cheminę sudėtį mineralai gali būti priskiriami tokioms klasėms (1 lent.):

labiausiai paplitusiai mineralų klasei – silikatams. Jų yra apie 800, sudaro daugelį uolienų;

karbonatams, apie 80 mineralų, svarbiausieji jų randami ir Lietuvos teritorijoje (kalcitas, dolomitas);

sulfatams, apie 260 mineralų, dažniausiai susidarę iš vandens tirpalų, pavyzdžiui, Lietuvoje aptinkami gipsas ir anhidritas;

fosfatai (apie 250 mineralų), pavyzdžiui, į Lietuvą importuojamos mineralinių trąšų žaliavos apatitas ir fosforitas;

oksidai ir hidroksidai (apie 200 mineralų), svarbiausieji jų randami ir Lietuvos teritorijoje (kvarcas, chalcedonas, op

palas, geležies oksidai – geležies rūdos hematitas ir magnetitas, labai kietas aliuminio oksidas korundas ir t.t.);

sulfidai – dar viena rūdinių mineralų klasė, kuriuose būtinai bus siera S. Jų yra apie 200, Lietuvoje aptinkamas betono ir skiedinio užpilduose žalingi piritas ir markazitas (vienoda cheminė formulė FeS2, bet skirtinga struktūra);

halogenidai – apie 100 mineralų klasė, pavyzdžiui, Vakarų Lietuvos gelmėse slūgsantis halitas (valgomoji druska, natrio chloridas), optiniams stiklams ir emaliui apdailinėje keramikoje gaminti naudojamas fluoritas;

grynuoliai – negausi, bet labai pageidaujama rasti grynų metalų (auksas, platina,.) ir metaloidų (grafito, siera, deimantas) klasė.

Mineralų fizinės savybės

Vienu iš paprastesnių mineralų identifikavimo ir tyrimo metodų yra vizualinis (makroskopinis), kai mineralas apžiūrimas plika akimi ar per padidinamąjį stiklą. Juo nustatomos regimosios fizinės mineralo savybės ir išorinė forma. To dažniausiai pakanka vienam mineralui atskirti nuo kitų (identifikuoti). Dažniausiai įvertinamos tokios mineralų fizinės savybės:

– kristalų forma: a) plokštelinė, kai kristalai yra išsivystę dviem kryptimis, tarsi žvyneliai, lapeliai, plokštelės (žėrutis, chloritas); b) viena kryptimi ištempti kristalai, tarsi adatėlės, prizmės, pluoštas (asbestas, gipso atmaina selenitas); c) izometrinės arba vienodai visomis trimis erdvės kryptimis išsivystę kristalai (kubo formos halito, pirito kristalai);

– skaidrumas (savybė praleisti šviesos spindulius). Pagal skaidrumo laipsnį mineralai skirstomi į skaidrius (per jį matyti visi aplinkos daiktai – halitas, kalnų kristalas), pusiau skaidrius (matyti tik daiktų kontūrai – gipsas, chalcedonas), neskaidrius (nepraeina šviesa –

visi rūdiniai mineralai). Būtina prisiminti, kad mineralų skaidrumas priklauso ir nuo jų grynumo (užterštumo).

– blizgesys, rodantis kaip nuo mineralo paviršiaus atsispindi (arba neatsispindi) šviesa: metalinio, į poliruoto metalo blizgumą panašaus blizgesio ir nemetalinio blizgesio mineralai. Metalinis blizgesys būdingas piritui, metaliniams grynuoliams. Nemetalinio blizgesio yra kelios atmainos: deimantiškas (deimantas, sfaleritas), stikliškas (kalnų kristalas), riebališkas (talkas, siera), vaškinis (chalcedonas), parlamutrinis (gipsas, žėrutis), šilkinis (asbestas, gipso atmaina selenitas) blizgesys. Būtina prisiminti, kad mineralų blizgesys nepriklauso nuo jų spalvos.

– skalumas – tik kristaliniams mineralams būdinga savybė skilti nuo smūgio į fragmentus lygiomis taisyklingomis plokštumomis, vadinamomis skalumo plokštumomis. Skalumas gali būti labai tobulas (žėrutis, chloritas), tobulas, kai susidaro lygiagretės skilimo plokštumos (kalcitas, halitas), netobulas – kai mineralas nuo smūgio skyla į gabalus, neturinčius jokių lygių plokštumų (kvarcas, piritas,.);

– su skalumu susijęs lūžis arba lūžio paviršius, susidaręs mineralus skaldant. Mineralams gali būti būdingas toks lūžio paviršius: lygus – skaliems kalcitui, halitui; kriauklėtas – opalui, kvarcui, chalcedonui; žambuotas (panašus į medienos lūžį skersai plaušo) – asbestui, selenitui. Dar gali būti žemėto (smulkaus, nelygaus), grūdėto (stambaus grublėto) ir kitokio lūžių;

– spalva, kuri daugeliui mineralų yra pastovi, tačiau kitų – priklauso nuo juose esančių priemaišų sudėties ir kiekio. Pastovi spalva yra būdinga daugeliui rūdinių ir kitų mineralų (magnetitas – juodas, piritas – gelsvas, chloritas – žalias), o skirtinga spalva gali būti būdinga pusbrangiems akmenims (kalnų kristalas gali būti violetinis, juodas, auksinis,.);

– bruožo arba mineralo miltelių spalva, dažniausiai gaunama braižant mineralo gabaliuku neglazūruotą porceliano plokštelę. Šis pėdsakas, vadinamas bruožu, gali būti tokios pačios spalvos kaip ir mineralas, bet gali ir skirtis. Pavyzdžiui, geležies rūda hematitas yra juodas, o jo bruožas – raudonas (todėl jis ir pavadintas hematitu). Ši savybė arba identifikavimo požymis geriau pritaikomas tamsių spalvų mineralams, nes šviesių mineralų bruožas dažniausiai yra bespalvis arba šviesus (baltas, pilkas);

– tankis (g/cm3, t/m3) arba, geologų terminais, nedimensinis dydis, jei natūralios būsenos mineralo tankis lyginamas su 4oC temperatūros vandens tankiu – lyginamoji masė, kuri tiksliausiai nustatomas laboratorijoje. Pagal šį požymį mineralai skirstomi į lengvuosius (iki 2,5 g/cm3), labiausiai paplitusius vidutinius (2,5 – g/cm3) ir sunkiuosius (>4 g/cm3);

– skonis, būdingas mineralams – druskoms (valgomajai druskai halitui arba natrio chloridui NaCl);

– kvapas (fosforitui),

Šiame laboratoriniame darbe susipažinsime su kietųjų mineralų vizualinio arba makroskopinio tyrimo metodo pagrindais. Vienas iš šio metodo taikymo tikslų – apibūdinti mineralų fizines savybes. Pastarosios kartu su mineralo forma priklauso nuo jo vidinės (kristalinės) sandaros bei cheminės sudėties.

Mineralų požymiai ir fizinės savybės

Daugumai mineralų yra būdingos tam tikros fizinės savybės, kurios mineralogijoje yra vienas iš mineralų identifikavimo požymių. Vizualiai (makroskopiškai) tiriant mineralus, dažniausiai fiksuojamos (aprašomos) tokios pagrindinės jų fizikinės savybės: kristališkumas, kristalų forma, spalva, skaidrumas, blizgesys, bruožo spalva, skalumas, lūžis, kietumas, gali būti nustatytas apytikris tankis. Be to, kai kuriems mineralams yra būdingos specifinės fizinės savybės: reakcija į magnetinę rodyklę (būdinga magnetitui), kvapas (fosforitas), skonis (halitas, kitaip, valgomoji druska arba natrio chloridas), identifikavimui kartais naudojamos ir lengvai patikrinamos fizikinės bei cheminės savybės – reakcija į Saulės šviesą, ultravioletinius spindulius, silpną druskos rūgšties tirpalą (su juo reaguoja kalcitas, dolomitas). Kai kurie mineralai ir uolienos pasižymi beveik idealiu skalumu (žėrutis, įvairūs skalūnai).

Bruožo spalva

Bruožo spalva – mineralo miltelių spalva, nustatoma brūžinant, braukiant mineralu neglazūruotą porceliano plokštelę. Po tokios operacijos ant plokštelės lieka bruožo pėdsakas (bruožas), kuriam yra būdinga tam tikra spalva. Aišku, kad ši savybė būdinga kietiesiams mineralams, tačiau ir tai ne visiems – daugumos šviesių mineralų bruožas yra bespalvis arba šviesus. Pasitaiko, kad mineralas ir jo bruožas būna tos pačios spalvos. Pavyzdžiui, tai būdinga magnetitui. Kiti mineralai yra vienos spalvos, o jų bruožas – kitos spalvos. Pavyzdžiui, hematitas (trivalentės geležies oksidas Fe2O3) gali būti juodas, o jo bruožas – raudonas (iš čia kilo šio mineralo pavadinimas: graikiškas žodis „haema“ reiškia kraują).

Visumoje, bruožo spalva padeda lengviau apibūdinti tamsių spalvų mineralus.

Mineralų kietumas

Mineralų kietumu įvardijamas jų paviršiaus pasipriešinimas raižymui. Todėl ši fizinė mineralų savybė vadinama kietumu raižant. Šia savybe apibūdinama galimybė, kad minkštesnis mineralas bus įbrėžtas kietesniojo. Kietumas – svarbi mineralų savybė, vienas iš svarbių jų identifikavimo požymių. Geologijos moksle, kartais ir įvairiose technologijų srityse naudojama XIX a. pradžioje vokiečių mineralogo F. Mohso (tariama „Moso skalė”) sukurta sąlyginio (santykinio) mineralų kietumo skalė. Ji taip ir vadinama: Mohso skale, tačiau gali būti panaudota ir statybinių medžiagų, pavyzdžiui, stiklo, keraminių sienų ir grindų plytelių, apdailinio akmens kietumui įvertinti (metalų kietumas dažniausiai įvertinamas kitais metodais). Ši savybė parodo kaip sparčiai kuri iš minėtųjų statybinių medžiagų dėvisi, dyla, išsitrina dėl eksploatacinių poveikių. Ji neralas

Mohso skalę sudaro pagal santykinį kietumą sunumeruotų dešimties (dėl praktinių sumetimų – devynių) mineralų rinkinys, kur kiekvienas sekantis mineralas briauna gali įrėžti visus prieš jį esančius šios skalės mineralus. Šioje Mohso kietumo skalėje naudojamiems skirtingo kietumo mineralams yra suteiktas sąlyginis skaičius, reiškiantis santykinį jo kietumą raižant. Tačiau šie numeriai – skaičiai nėra objektyvus rodiklis, o yra tik sąlyginis mineralo kietumo rodiklis. Pagal šiuos numerius gretimų mineralų kietumas, išmatuotas kitais metodais, gali skirtis dešimtis kartų. Galima sakyti, kad, vertinant objektyviai – matuojant tobulesniais šiuolaikiniais metodais, Mohso skalės mineralų kietumas keičiasi ne tiesiškai, o pagal eksponentinį dėsnį. Pagrindinės šių mineralų savybės yra nurodytos 1–oje lentelėje. XX amžiuje ši Mohso skalė buvo praplėsta, modernizuota, pritaikyta pramonės reikmėms, tačiau geologijoje, mineralų identifikavime ji tradiciškai tebenaudojama.

Mohso skalės mineralai

1. Talkas – hidratuotasis magnio silikatas (idealizuota formulė Mg3Si4O10(OH)2), hidrofobinė medžiaga, vienas minkščiausiųjų, lengvai krapštomų nagu mineralų. Jis naudojamas kosmetikos pramonėje (prisiminkite pudros miltelius), tepimo priemonių, popieriaus gamyboje.

2. Gipsas – dvivandenis kalcio sulfatas (CaSO4 . 2H2O), gamtoje aptinkama kaip minkšta monomineralinė ar priemaišomis užteršta uoliena. Gali būti r. . .

Mineralas Mineralo kietumas Bruožo

spalva

Pastabos
Su Mohso rinkiniu Su brūžiklių rinkiniu
Baltasis marmūras – smulkiakristalis. 4-5 3-4 Balta Baltas marmuras minkštesnis už pilką.
Pilkas marmūras. 4-5 4-5 Bilkšvai balta Neligiu paviršiu, todėl pieštukai galėjo neteisingai rodyti įbrėžį
Labradoritas. 6-7 6
Glazuruota keramine plytelė 5-6-7 5-6-7 nepalieka
Akmens masės plytelė. 7-8 8 nepalieka

Darbo išvados:

Labaratoriniam bandymui naudojant tris skirtingus minerlus, baltą marmūrą, pilką marmūrą ir labradoritą bei dviejų rušių pliteles, tai glazuruotą ir akmens masės, bandėme jų kietumą su Mohso skale ir brūžikliais. Mohso skales ir brūžiklių įbrėžimų domenys panšūs. Todėl galime teigti jog norint sužinoti medžiagos kietuma nebūtina tikrinti abiemis būdais. Žinoma viskas priklauso ir nuo mineralo paviršiaus į kurį brėžiama.

Klausimai savikontrolei:

Įvardykite ir paaiškinkite Jums žinomus mineralų ir uolienų susidarymo būdus.

Kaip galvojate, kokiu būdu susidariusios uolienos (mineralai) aptinkami Lietuvos teritorijoje?

Paaiškinkite, ką reiškia terminas alotropija, alotropinis?

Kokius žinote alotropinius mineralus (pateikite pavyzdžių)?

Įvardykite alotropines medžiagas (mineralus), kurias sudaro anglis (C).

Pabandykite suklasifikuoti 2–oje lentelėje įvardytas medžiagas (įvardykite mineralus / uolienas, technogenines medžiagas ir pan.).

Pagal kokius požymius gali būti klasifikuojami mineralai? Pateikite pavyzdžių su Jums žinomais mineralais.

Kaip manote, ar pagal Mohso kietumo skalę vertinamas mineralo kietumas yra objektyvus rodiklis?

Pirmas budas tai žemės gelmėse iš lydalo auštant ir kristalizuojantis magmai. Antras būdas tai kai žemės plutos paviršiuje sąveikaujant su atmosfera, hidrosfera, biosfera; mineralai susidaro vandens teliiuose ir sausumoje.(molis, dolomitas, kalės, klintis, gipsas). Trečias budas tai uolienos susidarancios viršutiniame žemės sluoknyje 5-10 km gylije, pirmame etape minetos uolienos, dėl didelio slėgio, temperatūros, garų poveikio pakinta ir vadinamos metamorfinėmis uolienomis.

Lietuvoje mano manymu daugiausia nuosiedinių uolienu, molio, gipso, klinties, zvyro.

Vieninės medžiagos, kurios sudarytos iš to paties cheminio elemento, bet skiriasi sandara ir savybėmis, vadinamos alotropinėmis atmainomis.

Pvz., deguonis (O2, O3); fosforas (baltasis fosforas; raudonasis fosforas);

anglis (deimantas, grafitas)

.

Mineralai klasifikuojami pagal agregatini būvį. Kieta, dujinė ir skysta. Kieta ( gipsas, kalcis, kvarcas) dujinės (metanas, sieros vandenilis) skytas (nafta, gyvsidabris) taip pat kietieji mineralai galio buti kristaliniai (dauguma) ir amorfiniai.

Manau kad pagal Mohso kietumo skale rusiuojam mineralai atitinka realybe.

Join the Conversation

×
×