Лекция № 1
В настоящее время известно более 3000 минералов. В основу современной классификации минералов положены принципы, учитывающие наиболее существенные признаки минеральных видов – химический состав и кристаллическую структуру.
За основную единицу при такой классификации принят минеральный вид, обладающий определенной кристаллической структурой и определенным стабильным химическим составом. Минеральный вид может иметь разновидности. Под разновидностью понимают минералы одного вида, отличающиеся друг от друга по какому-то физическому признаку, например по цвету минерал кварц многочисленными разновидностями (черный – морион, прозрачный – горный хрусталь, фиолетовый – аметист).
В соответствии с этим классификация может быть представлена в следующем виде:
1. Самородные
2. Сульфиды
3. Галоиды
4. Оксиды и гидрооксиды
5. Карбонаты
6. Сульфаты
7. Фосфаты
8. Силикаты
1. Самородные элементы (минералы).
К этому классу относятся минералы, состоящие их одного химического элемента и называемых по этому элементу. Например: самородное золото сера и т.д. Все они подразделяются на две группы: металлы и неметаллы. В первую группу входят самородные Au, Ag, Cu, Pt, Fe и некоторые др., во вторую – As, Bi, S и С (алмаз и графит).
Генезис (происхождение) – в основном, образуются при эндогенных процессах в интрузивных породах и кварцевых жилах, S (сера) – при вулканизме. При экзогенных процессах происходит разрушение пород, высвобождение самородных минералов (в силу их устойчивости к физическому и химическому воздействию) и их концентрация в благоприятных для этого местах. Таким образом, могут формироваться россыпи золота, платины и алмаза.
|
|
Применение в народном хозяйстве:
1- ювелирное производство и валютные запасы (Au, Pt, Ag, алмазы);
2- культовые предметы и утварь (Au, Ag),
3- радиоэлектроника (Au, Ag, Cu), атомная, химическая промышленность, медицина, режущие инструменты - алмаз;
4- сельское хозяйство- сера.
2. Сульфиды – соли сероводородной кислоты.
Подразделяются на простые с общей формулой А m X p и сульфосоли – А m B n X p, где – А- атом металлов, В- атомы металлов и металлоидов, Х- атомы серы.
Сульфиды кристаллизуются в разных сингониях – кубической, гексагональной, ромбической и т.д. По сравнению с самородными, у них более широкий состав элементо-катионов. Отсюда большее разнообразие минеральных видов и более широкий диапазон одного и того же свойства.
Общими свойствами для сульфидов являются металлический блеск, невысокая твердость (до 4), серые и темные цвета, средняя плотность.
В то же время, среди сульфидов отмечаются различия по таким свойствам как спайность, твердость, плотность.
Сульфиды являются основным источником руд цветных металлов, а за счет примесей редких и благородных металлов ценность их использования повышается.
Генезис - различные эндогенные и экзогенные процессы.
3.Галоиды. Наиболее широко распространены фториды и хлориды- соединения катионов металлов с одновалентным фтором и хлором.
Фториды - минералы светлые, средней плотности и твердости. Представитель- флюорит CaF2. Хлоридами являются минералы галит и сельвин (NaCl и KCl).
Для галоидов общими являются низкая твердость, кристаллизация в кубической сингонии, совершенная спайность, широкая цветовая гамма, прозрачность. Особыми свойствами обладают галит и сильвин- соленый и горько-соленый вкус.
|
|
По генезису фториды и хлориды отличаются. Флюорит- продукт эндогенных процессов (гидротермальный), а галит и сильвин образуются в экзогенных условиях за счет осаждения при испарении в водоемах.
В народном хозяйстве флюорит используется в оптике, металлургии, для получения плавиковой кислоты. Галит и сильвин находят применение в химической и пищевой промышленности, в медицине и сельском хозяйстве, фотоделе.
4. Оксиды и гидроксиды – представляют один из наиболее распространенных классов с более 150 минеральными видами, в которых атомы или катионы металлов образуют соединения с кислородом или гидроксильной группой (ОН). Это выражается общей формулой АХ или АВХ – где Х-атомы кислорода или гидроксильная группа. Наиболее широко представлены оксиды Si, Fe, Al, Ti, Sn. Некоторые из них образуют и гидрооксидную форму. Особенность большинства гидрооксидов – снижение значений свойств по сравнению с оксидной формой того же атома металла. Яркий пример - оксидная и гидрооксидная форма Al.
Оксиды по химическому составу и блеску можно разделить на: металлические и неметаллические. Для первой группы характерны средняя твердость, темные цвета (черный, серый, бурый), средняя плотность. Пример - минералы гематит и касситерит. Вторая группа характеризуется низкой плотностью, высокой твердостью 7-9, прозрачностью, широкой гаммой цветов, отсутствием спайности. Приме р- минералы кварц, корунд.
В народном хозяйстве наиболее широко используются оксиды и гидрооксиды для получения Fe, Mn, Al, Sn. Прозрачные, кристаллические разновидности корунда (сапфир и рубин) и кварца (аметист, горный хрусталь и др.) используются как драгоценные и полудрагоценные камни.
|
|
Генезис – при эндогенных и экзогенных процессах.
5. Карбонаты – соли угольной кислоты, общая формула АСО3 – где А- Са, Мg, Fe и др.
Общие свойства - кристаллизуются в ромбической и тригональной сингониях (хорошие кристаллические формы и спайность по ромбу); низкая твердость 3-4, преимущественно светлая окраска, реакция с кислотами (HCl и HNO3) с выделением углекислого газа.
Наиболее распространенными являются: кальцит СаСО3, магнезит Mg СО3, доломит СаМg (СО3)2, сидерит Fe СО3.
Карбонаты с гидроксильной группой (ОН): Малахит Cu2 CO3 (OH)2 – зеленый цвет и реакция с НСl, Лазурит Cu3 (CO3)2 (OH)2 – синий цвет, прозрачен в кристаллах.
Генезис карбонатов разнообразен - осадочный (химический и биогенный), гидротермальный, метаморфический.
Карбонаты одни из основных породообразующих минералы осадочных пород (известняки, доломиты и др.) и метаморфических – мрамор, скарны. Используются в строительстве, оптике, металлургии, как удобрения. Малахит используется как поделочный камень. Большие скопления магнезита и сидерита – источник получения железа и магния.
6. Сульфаты – соли серной кислоты, т.е. имеют радикал SO4. Наиболее распространенные и известные сульфаты Ca, Ba, Sr, Pb. Общими свойствами для них являютс я- кристаллизация в моноклинной и ромбической сингониях, светлая окраска, низкая твердость, стеклянный блеск, совершенная спайность.
Минералы: гипс CaSO4 •2H2O, ангидрит CaSO4, барит BaSO4 (высокая плотность), целестин SrSO4.
Образуются в экзогенных условиях, часто совместно с галоидами. Некоторые сульфаты (барит, целестин) имеют гидротермальный генезис.
Применение – строительство, сельское хозяйство, медицина, химическая промышленность.
7. Фосфаты – соли фосфорной кислоты, т.е. содержащие PO4.
Количество минеральных видов мало, мы рассмотрим минерал апатит Ca(PO4)3(F,Cl,OH). Он образует кристаллические и зернистые агрегаты, твердость 5, сингония гексагональная, спайность несовершенная, цвет зелено-голубой. Содержит примеси стронция, иттрия, редкоземельные элементы.
Генезис - магматический и осадочный, где он в смеси с глинистыми частицами образует фосфорит.
Применение - агросырье, химическое производство и в керамических изделиях.
8. Силикаты - наиболее распространенный и разнообразный класс минералов (до 800 видов). В основе систематики силикатов- кремнекислородный тетраэдр [SiO4] -4. В зависимости от структуры, которую они образуют, соединяясь друг с другом, все силикаты делятся на: островные, слоевые, ленточные, цепочечные и каркасные.
Островные силикаты - в них связь между обособленными тетраэдрами осуществляется через катионы. В эту группу входят минералы: оливин, топаз, гранаты, берилл, турмалин.
Слоевые силикаты- представляют непрерывные слои, где тетраэдры связаны ионами кислорода, а между слоями связь осуществляется через катионы. Поэтому у них общий радикал в формуле [Si4O10]4-. Эта группа объединяет минералы-слюды: биотит, тальк, мусковит, серпентин.
Цепочечные и ленточные – тетраэдры образуют цепочки одинарные или сдвоенные (ленты). Цепочечные - имеют общий радикал [Si2O6]4- и включают группу пироксенов.
Ленточные силикаты с радикалом [Si4O11]6- объединяют минералы группы амфиболов.
Каркасные силикаты - в них тетраэдры соединяются между собой всеми атомами кислорода, образуя каркас с радикалом [Si4O8]. В эту группу входят – полевые шпаты и плагиоклазы. Полевые шпаты объединяют минералы с катионами Na и K. Это минералы микроклин и ортоклаз. В плагиоклазах в качестве катионов – Са и Na, при этом соотношение между этими элементами не постоянно. Поэтому плагиоклазы представляют собой изоморфный ряд минералов: альбит —олигоклаз —андезин —лабрадор —битовнит— анортит. От альбита к анортиту увеличивается содержание Са.
В составе катионов в силикатах наиболее часто присутствуют: Mg, Fe, Mn, Al, Ti, Ca, K, Na, Be, реже Zr, Cr, B, Zn редкие и радиоактивные элементы. Необходимо отметить, что часть кремния в тетраэдрах может замещаться Al и тогда мы относим минералы к алюмосиликатам.
Сложный химический состав и разнообразие кристаллической структуры в сочетании дают большой разброс показателей физических свойств. Даже на примере шкалы Мооса видно, что твердость у силикатов от 1 до 9.
Спайность от весьма совершенной до несовершенной.
Часто силикаты группируются по окраске - темноокрашенные, светлоокрашенные. Особенно широко это применяется к силикатам - породообразующим минералам.
Силикаты образуются в основном при формировании магматических и метаморфических пород в эндогенных процессах. Большая группа глинистых минералов (каолин и др.) образуется в экзогенных условиях при выветривании силикатных горных пород.
Многие силикаты являются полезными ископаемыми и применяются в народном хозяйстве. Это строительные материалы, облицовочные, поделочные и драгоценные камни (топаз, гранаты, изумруд, турмалин и др.), руды металлов (Ве, Zr, Al) и неметаллов (В), редких элементов. Они находят применение в резиновой, бумажной промышленности, как огнеупоры и керамическое сырье.
Наряду с кристаллохимической существуют и другие классификации минералов, основанные на иных принципах. Например, генетическая классификация основана на типе генезиса минералов, в технологии переработке руд используют классификации на основе их физических (разделительных) свойств, например по магнитности, плотности, растворимости, плавкости и др. признакам.
Органические удобрения усваиваются медленно. Чтобы растение смогло получить из органики необходимые ему вещества, она должна разложиться. В этом процессе участвует микрофлора почвы, что значительно замедляет его. От момента внесения натуральных подкормок в почву и до начала использования их растениями проходят недели и даже месяцы.
Минеральные удобрения поступают в почву уже в готовом виде. Растения получают к ним доступ сразу же после внесения. Это оказывает положительное воздействие на скорость роста и позволяет собрать хороший урожай даже там, где при обычных условиях подобное невозможно. К сожалению, на этом положительные стороны использования минеральных подкормок в большинстве случаев заканчиваются.
Неправильное применение их может привести к:
· исчезновению из почвы участвующих в естественном процессе разложения бактерий;
· загрязнению грунтовых вод и атмосферы (в загрязнении участвуют отельные компоненты минеральных удобрений, вымытые из почвы до их усвоения растениями);
· изменению кислотности почв;
· накоплению в почве нетипичных для естественной среды соединений;
· вымыванию из почвы полезных катионов;
· снижению количества гумуса в почве;
· уплотнению грунта;
· эрозии.
Умеренное количество минералов в почве полезно для растений, но многие овощеводы используют больше удобрений, чем нужно. Такое нерациональное использование приводит к насыщению минералами не только корня и стебля, но и той части растения, которая предназначена для употребления в пищу.
Важно! Нетипичные для растения соединения воздействуют на здоровье, провоцируют развитие болезней.
Использование минеральных удобрений и ядохимикатов упрощает работу фермера, позволяя получить значительный объем урожая при минимальных затратах. Стоимость подкормок невелика, тогда как внесение их повышает плодородие почвы в несколько раз. Несмотря на существующий риск нанесения вреда почве и здоровью человека, использующие минеральные подкормки фермеры могут вырастить культурные растения ранее не желавшие приживаться. Минерализация почвы повышает устойчивость растений к вредителям и болезням, позволяет хранить полученный продукт дольше обычного и улучшить товарный вид. Удобрения можно легко применять даже не имея специального агротехнического образования. Использование их имеет как плюсы, так и минусы, о чем более подробно было изложено выше.
Лекция № 2
Круговорот веществ в природе.
Круговорот веществ на самом деле, по сути, является бесконечно повторяющимися циклами. Причём благодаря взаимодействию химических элементов и разнообразию химических соединений они никогда не повторяются в точности. Рассмотрим разные виды циклов, а также то, как замкнутый круговорот веществ влияет на развитие и существование нашей планеты.