Что такое кристаллы, минералы и горные породы

КРИСТАЛЛЫ — вещества, в которых мельчайшие частицы (атомы, ионы или молекулы) "упакованы" в определенном порядке.  В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму. Каждый, кто побывал в музее минералогии или на выставке минералов, не мог не восхититься изяществом и красотой форм, которые принимают "неживые" вещества.

А кто не любовался снежинками, разнообразие которых поистине бесконечно! Еще в 17 в.  знаменитый астроном Иоганн Кеплер написал трактат «О шестиугольных снежинках», а спустя три столетия были изданы альбомы, в которых представлены коллекции увеличенных фотографий тысяч снежинок, причем ни одна из них не повторяет другую.

Интересно происхождения слова "кристалл" (оно звучит почти одинаково во всех европейских языках). Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали — "кристаллос", по-гречески — лед; это слово происходит от греческого "криос" — холод, мороз. Полагали, что лед, находясь длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять. Один из самых авторитетных античных философов Аристотель писал, что "кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту". Римский поэт Клавдиан в 390 то же самое описал стихами:

Ярой альпийской зимой лед превращается в камень.

Солнце не в силах затем камень такой растопить.

Аналогичный вывод сделали в древности в Китае и Японии — лед и горный хрусталь обозначали там одним и тем же словом. И даже в 19 в.  поэты нередко соединяли воедино эти образы:

Едва прозрачный лед, над озером тускнея,

Кристаллом покрывал недвижные струи.

А. С. Пушкин. К Овидию

В работе использовали минералы личной коллекции Косарева Алексея.

Кристаллы, минералы и горные породы.

По определению, кристаллы – это минералы, то есть органические соединения (обычно плотные), возникающие естественным путём. Минералы состоят либо из одного химического элемента, либо из нескольких элементов, тесно связанных между собой. В большинстве случаев минералы обладают внутренней симметрией и имеют повторяющуюся кристаллическую структуру, отражающую взаимное расположение атомов, из которых они состоят.

В повседневной же речи кристаллы часто называют горные породы, агрегаты, органические материалы и даже металлы.

Горные породы состоят из минералов, иногда органического происхождения (например, каменный уголь), сформировавшихся в земной коре. Иными словами, горная порода – это плотное соединение разнородных элементов, образованное в процессе осадконакопления или затвердевания из расплава. К примеру, гранит, мрамор и лазурит являются горными породами.

Мрамор.

Гранит.

Лазурит.

Агрегаты (сростки). Некоторые кристаллы являются агрегатными и состоят из тысяч микроскопических кристаллов. Группа халцедонов, в которую входят яшмы и агаты, представлена агрегатами кварца.

Органические материалы. Такие вещества, как жемчуг, кораллы и янтарь, имеют органическое происхождение. Некоторые всё равно называют их кристаллами, потому что они имеют много общего черт с минералами и так же ценятся за свою красоту.

Жемчуг.

Кораллы.

Янтарь.

Особое место среди кристаллов занимают драгоценные и полудрагоценные камни, которые с древнейших времён привлекают внимание человека.

Драгоценные и полудрагоценные камни. Так называют кристаллы, которые можно резать, гранить и полировать для изготовления ювелирных изделий. Хотя практически любой кристалл поддаётся огранке, далеко не все из них пригодны для ювелирных целей.

Главные критерии, в порядке убывания, - это красота, редкость и долговечность.

Традиционное деление на драгоценные и полудрагоценные камни теперь не имеет такого большого значения, как раньше. К примеру, алмаз традиционно считается драгоценным камнем, но некоторые алмазы бывают довольно дешёвыми, а некоторые полудрагоценными камни - чрезмерно дорогими.

Алмазы.

Люди научились получать искусственно очень многие драгоценные камни, Например, подшипники для часов и других точных приборов уже давно делают из искусственных рубинов. Получают искусственно и прекрасные кристаллы, которые в природе вообще не существуют. Например, фианиты - их название происходит от сокращения ФИАН – Физический институт Академии наук, где они впервые были получены. Фианиты – кристаллы кубического оксида циркония ZrO2, которые внешне очень похожи на бриллианты.

А ещё выращивают самые твердые на свете кристаллы – алмазы.

Алмаз - минерал, кристаллическая кубическая полиморфная модификация самородного углерода, по блеску, красоте и твердости превосходящий все минералы. Во все времена этот завораживающий и уникальный камень притягивал человека. «. он остаётся невредимым в самом сильном огне, это свет солнца, сгустившийся в земле и охлаждённый временем, он играет всеми цветами, но сам остаётся прозрачным, точно капля воды. » Греки называли его «адамас», что значит «неодолимый». В древней Индии считали, что алмазы образованы из пяти начал природы - земли, воды, воздуха, неба и энергии. Арабы же были убеждены, что алмазу присущи свойства чудодейственного талисмана, наделяющего могуществом, храбростью и добродетелью. Алмаз сопровождал Атиллу в набегах на Рим, а также тамплиеров в крестовых походах.

Первые упоминания об использовании человеком алмазов появились примерно за пять тысяч лет до нашей эры и до сих пор интерес к ним не ослабевает. Алмазы сверкающей нитью проходят сквозь ткань бытия, сквозь историю человечества, исчезая на время и вновь появляясь, чтобы осветить своим загадочным сиянием самые невероятные и причудливые легенды.

Алмазам давали собственные имена, их боготворили и ненавидели. Прикоснёмся (пусть мысленно!) к камням, ставшим легендой. Вот «Регент» - прошедший причудливый путь по Европе, он служил талисманом Наполеону, неоднократно закладывался и выкупался, найдя, наконец, пристанище в британской короне. Вот «Шах» - омытый реками крови, послуживший выкупом за гибель Грибоедова, ожидающий своего часа в сокровищнице российского алмазного фонда. Этот список можно продолжать и продолжать. Любой из известных алмазов со временем и сам становится легендой.

Однако попробуем взглянуть на алмаз беспристрастно. Алмаз представляет собою кристалл, по химическому составу идентичный обыкновенному графиту. Встречающиеся в природе кристаллы редко имеют форму правильных многогранников. Обычно грани их развиты неравномерно, имеют трещины, штрихи, наросты, нередки посторонние включения. Поэтому в природных алмазах нет игры света, и до изобретения способов огранки и шлифовки они не имели той цены, которую приобрели впоследствии. Редкость и ценность алмаза существенно возрастает, если он имеет так называемый «надцвет», то есть слабый оттенок другого цвета - соломенного, красноватого, чёрного, зелёного, синего. Лишь огранённый и отшлифованный камень приобретает неповторимое, волшебное сияние и по праву называется бриллиантом. Дело в том, что у ограненного алмаза отполированные грани представляют собою зеркала, полностью отражающие попавший на них свет. Всё просто, не так ли?! Немного химии, немного геометрии, и вот он, великолепный камень, уникальнейшее творение Природы.

Камни неохотно открывают человеку свои тайны. Как волшебная книга с недописанными страницами, которая никогда не будет дочитана до конца. Камень откроется тому, кто почувствует его душу. И тогда он станет ангелом-хранителем, другом, советником и защитником.

Академик Александр Евгеньевич Ферсман начал собирать свою коллекцию с детства, и это детское увлечение стало главным делом его жизни.

«Я вижу себя шестилетним мальчиком на берегу. Я перестаю бросать камешки, собираю лучшие, обточенные водой, бережно кладу их в спичечную коробку и храню, храню, как талисман, много десятков лет!»

Выращивание кристаллов.

Многие видные учёные, внесшие большой вклад в развитие химии, минералогии, других наук, начинали свои первые опыты именно с выращивания кристаллов. Помимо чисто внешних эффектов, эти опыты заставляют задумываться на тем, как устроены кристаллы и как они образуются, почему разные вещества дают кристаллы разной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллы, что надо сделать. Чтобы кристаллы получились большими и красивыми.

И мы решили выращивать кристаллы.

Эксперименты.

1). Как мы выращивали кристаллы аметиста.

У нас есть: специальная кристаллическая формула, основа для камня, контейнер для выращивания кристалла, увеличительное стекло, мерная емкость, шпатели, щипцы.

I. Отмерили 40 мл горячей воды в мерную емкость.

II. Вылили специальную кристаллическую формулу в мерную емкость.

Растворили кристаллическую формулу медленным помешиванием при помощи шпателя. Убедились, что все растворилось.

III. Вылили основу для камня в контейнер для выращивания кристалла и затем влили в него химический раствор из мерной емкости.

IV. В течение недели раствор испарялся, и мы увидели, как растут кристаллы.

V. После недели, вылили оставшийся раствор. Далее переместили основу с выросшими кристаллами при помощи пинцетов на промокательную салфетку и высушили их. Постарались, чтобы в будущем вода не попадала на кристаллы.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ВОЗМОЖНОСТЬ: использовали оставшийся раствор, чтобы вырастить дополнительные кристаллы. Вылили его в контейнер для выращивания кристаллов и дали медленно испариться раствору.

Искусственно полученные кристаллы аметиста. Природные аметисты.

Кристаллическая решетка аметиста.

Применение аметиста.

С древности считается амулетом от ядов, опьянения и всех видов невоздержанности. Его считали средством от морщин и веснушек; им гладят морщины, чтобы они не углублялись, сводят веснушки. Он хранит от опьянения. Им лечат ожоги, лечат нервные расстройства. Как лекарь камень способствует исцелению от ожогов, восстанавливает мочеполовую систему, душевную гармонию и равновесие, увеличивает активность правого полушария мозга, увеличивает и усиливает энергетику владельца и его интеллектуальные способности. Этот камень в умелых руках превращается в панацею от подагры. Вода, в которой хотя бы несколько часов лежали аметисты, является хорошим средством от простудных и инфекционных заболеваний типа гриппа и пр.

2). Выращивание кристаллов соли (поваренной и морской).

Первые опыты были неудачны – кристаллы не образовывались, а соль в виде порошка появлялась на стенках банки. Тогда мы изучили инструкцию по выращиванию кристаллов соли.

Чтобы вырастить кристаллы соли, мы сначала приготовили насыщенный раствор квасцов: в очень горячую воду, но не кипящую, воду насыпали соль до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Когда заметили, что кристаллы больше не растворяются, повесили на карандаше ниточку, ёлочку, еловую ветку, чтобы они погрузилась в раствор, но не касалась дна. Нитку, находящуюся выше груза, смазали вазелином.

Поставили раствор охлаждаться. Чем медленнее он будет остывать, тем крупнее получатся кристаллы. Поэтому мы укутали банку с раствором и поставили её в место, где нет сквозняков. Уже через 2 – 3 дня начали обрастать кристаллами предметы, погружённые в раствор соли. Далее мы следили за уровнем раствора в банке: предметы должны находиться в растворе. Кристаллы выросли за 2 – 3 недели, но их можно выращивать и дольше. Во время роста мы корректировали их рост, удаляли некрасивые наросты. Это делали ножом, лёгким движениями соскабливали лишнее. Образование граней можно прекратить, если смазать их вазелином. Когда же нужно дать рост опять, удалить вазелин ацетоном.

Рафинированная столовая соль – это на 99, 9% хлорид натрия. Тогда как в морской соли содержится огромное количество необходимых для здоровья микроэлементов: калий, натрий, кальций, магний, железо, бром, йод, хлор, марганец, цинк, железо, селен, медь, кремний и т. д.

Целебная сила моря привлекает человечество уже несколько тысячелетий. Ещё в Древней Греции говорили, что «море смывает все недуги». Считалось, что морские воды наделяют людей силой и здоровьем. И на самом деле, морская соль оказывает на человека оздоровляющее воздействие благодаря присутствию в ней большого количества минеральных веществ, макро – и микроэлементов.

Несмотря на близость химического состава: морской соли и поваренной соли. Они имеют одинаковую кристаллическую решетку.

Кристаллическая решетка соли.

3). Выращивание кристаллов медного купороса.

Мы приготовили горячий раствор, насыщенный раствор сульфата меди (медного купороса) осторожно охладили его, чтобы излишек растворенного вещества не выпал в осадок (такой раствор называется перенасыщенным), опустили в раствор ворсистую нитку. Через несколько недель на нитки начали появляться кристаллы медного купороса.

Проделав несколько опытов с медным купоросом, мы убедились, что размер кристаллов зависит от скорости охлаждения.

Чтобы приготовить крупные кристаллы меди, надо как – то замедлить реакцию, чтобы выделяющаяся в реакции медь успевала осесть на кристаллы и достраивала их.

Медленное охлаждение – возможный способ, но в том случае, когда не идёт химическая реакция.

Мы положили в раствор медного купороса шурупы. В результате проведенного эксперимента шурупы покрылись медными кристаллами купороса рыжего цвета.

Кристаллическая решётка медного купороса.

Применение медного купороса.

Медный купорос незаменим в производстве искусственных волокон, органических красителей и минеральных красок, а также различных химикатов, и в обогащении руды. Применяется в сельском хозяйстве.

4). Выращивание кристаллов марганцовки.

Марганцовка (она же перманганат калия, марганцовокислый калий или KMnO4) — это порошок из темно-фиолетовых кристаллов. Они хорошо растворяются в воде, окрашивая ее в фиолетовый (а при сильном разбавлении — в розовый) цвет.

Когда кристаллы примут вид, который нас устроит, их вынимают из раствора, дают высохнуть и покрывают бесцветным лаком. Если этого не сделать, уже через несколько дней они разрушатся.

Кристаллическая решётка марганца.

Применение марганца.

Марганец играет важную роль и находит широкое применение в металлургии как добавка к стали, улучшающая её свойства. Для отбеливания льна и шерсти, обесцвечивания технологических растворов, как окислитель органических веществ. В медицине применяют некоторые соли марганца. Например, перманганат калия применяют как антисептическое средство в виде водного раствора, для промывания ран, полоскания горла, смазывания язв и ожогов. Раствор KMnO4 применяют и внутрь при некоторых случаях отравления алкалоидами и цианидами. Марганец является одним из активнейших микроэлементов и встречается почти во всех растительных и живых организмах. Он улучшает процессы кроветворения в организмах

Кроме перечисленных веществ, кристаллы можно получить из нашатыря, кальцинированной соды, буры, сульфата магния, медного купороса, селитры – форма у них разная. Но при этом помните, что все перечисленные вещества ядовиты, работать с ними детям опасно, кроме, пожалуй, работы с хлоридом натрия, в быту именуемая поваренная соль.

1. Каждый может создать коллекцию искусственно выращенных кристаллов.

2. Выращивая кристаллы, узнаешь много нового, интересного, расширяешь свои знания в разных областях науки о Земле.

3. Своим увлечением мы поделились с одноклассниками, многих заинтересовали.

4. Возможно, у кого – то из нас, как у многих учёных, это детское увлечение станет в будущем делом всей жизни.

5. Выращивая, изучая кристаллы, познаёшь тайны природы.

6. Огромные богатства хранятся в недрах Земли, их надо беречь и разумно использовать.