Руководство к выполнению лабораторных работ

В учебном пособии рассмотрены лабораторные работы с заданиями, по разделу "Минералы и горные породы" дисциплины, материалы вступительных бесед перед выполнением заданий, а также справочные материалы, необходимые для выполнения лабораторных работ.

Перед выполнением лабораторной работы преподавателем проводится вступительная беседа по теме предстоящего занятия.

После этого выдается задание и объясняется методика его выполнения согласно данному методическому пособию. Методическое пособие выдается преподавателем или лаборантом кабинета каждому студенту.

После выдачи наглядных пособий и принадлежностей, а также ответов на вопросы, студенты приступают к выполнению задания.

Требования, предъявляемые к студентам на лабораторных занятиях

К началу занятий каждый студент обязан приготовить: тетрадь для выполнения лабораторных работ, простые карандаши, ластик и прослушать вступительную беседу по теме преподавателя или ознакомиться по учебному пособию с заданием данной лабораторной работы и порядком ее выполнения.

Необходимые пособия и методические указания для лабораторных работ выдаются преподавателем или лаборантом кабинета перед началом занятий. По окончании занятий студент обязан убрать своё рабочее место и вернуть полученные материалы.

Требования к работе с каменным материалом

Особое внимание на лабораторных занятиях по дисциплине уделяется работе с каменным материалом. Каменный материал раздается на лотках и имеет информационный лист, поясняющий к какому типу пород относятся данные образца, либо к какой группе минералов.

Задача студента, рассмотреть образец, установить относится она к минералам или горной породе. Пользуясь справочными пособиями определить свойства минералов.

Задание выполняется в тетради для лабораторных работ.

Требования к коллоквиуму и семинарским занятиям

На коллоквиуме и семинарском занятии студенты должны показать глубокие знания изучаемого материала, свободно ориентироваться по коллекции минералов и горных пород.

Студенты, пропустившие лабораторное занятие по теме коллоквиума и семинарского занятия должны его отработать. В противном случае они не допускаются к коллоквиуму и семинарскому занятию.

Допуск к экзамену

Допуск экзамену получают студенты, полностью выполнившие учебный план лабораторных и практических занятий по дисциплине, сдавших словарь специальных геологических терминов. Для этого до начала зачетной недели каждый студент должен сдать словарь, завершенные лабораторные и практические работы и получена отметка об их выполнении.

Требования к экзамену

На экзамене студент должен показать знание основных рельефообразующих процессов и форм рельефа с ними связанных. Продемонстрировать умение проводить геологический анализ территории строить геологические разрезы колонки и профили.

Отработка занятий

Студент, пропустивший занятие, обязан его отработать. Перед отработкой со студентом проводится беседа по теоретическому материалу, вошедшему в отрабатываемое занятие. Об отработке занятий делается соответствующая запись в журнале на кафедре.

ВВЕДЕНИЕ

Минералогия – наука о минералах, их классификации, химическом составе, особенностях и закономерностях строения (структуры), происхождении, условиях нахождения в природе и практическом применении. Для более глубокого объяснения внутреннего строения минералов и их связи с историей Земли минералогия привлекает математику, физику и химию. Она в большей мере, чем другие геологические науки, использует количественные данные, так как для адекватного описания минералов необходимы тонкий химический анализ и точные физические измерения.

Подавляющее большинство минералов представляют собой кристаллические вещества и лишь немногие из них – аморфные (греч. «аморфос» - бесформенный) .

Кристаллические вещества, в отличие от аморфных, имеют строго закономерное расположение слагающих их частиц – атомов, ионов, молекул. Эта закономерность выражается геометрически в виде пространственной или кристаллической решетки, образующей структуру кристаллических веществ. Именно наличие кристаллической структуры определяет особые свойства кристаллических веществ, важнейшими из которых являются:

1). анизотропность (неравносвойственность). В кристаллической решетке расстояния между частицами и характер связей между ними в разных (непараллельных) направлениях неодинаковы, что обуславливает и различие свойств;

2). способность самоограняться и образовывать кристаллы. Кристаллами называются геометрически правильные многогранники, ограниченные плоскими гранями и прямыми ребрами. Этой специфической особенностью обладают только кристаллические вещества;

3). симметрия. Структура кристалла, т.е. расположение в нем отдельных частиц, является симметричной.

Все кристаллы являются телами симметричными.

Формы природных кристаллов разнообразны и зависят прежде всего от их внутреннего строения. О.Бравэ в 1855 г. теоретически доказал, что существует 14 типов простейших кристаллических решеток. В 1890 г. Е.С.Федоров установил, что для этих простейших решеток имеется 230 законов пространственного расположения слагающих их частиц. Множественность типов и законов предопределяет бесконечное разнообразие реальных кристаллических структур и соответственно форм кристаллов.

Все разнообразие форм кристаллов минералов подразделяется по степени сложности в шесть крупных групп, называемых сингониями (греч. «син» - сходно и «гония» - угол ). Сингонии отражают степень симметричности кристаллов. Выделяют сингонии: кубическую, гексагональную (с тригональной подсингонией) и тетрагональную, объединяющие наиболее симметричные кристаллы. Наименее симметричные кристаллы принадлежат к ромбической, моноклинной и триклинной сингониям.

Рис. 1. Морфология кристаллов

Кубическая сингония (алмаз, магнетит, гранат); тетрагональная (циркон, идокраз, рутил, алофиллит); орторомбическая (барит, церуссит, ставролит, целистин); моноклинная (тремолит, авгит, эпидот); триклинная (альбит, родонит, халькантит); гексагональная (берил, апатит, кварц).

Для формирования кристаллической структуры минералов большое значение имеют условия их образования. В различных условиях одинаковые по химическому составу вещества могут образовывать различные кристаллические структуры и создавать таким образом разные минералы. Это явление получило название полиморфизма (греч. «полиморфоз» - многоформенный, многообразный) и широко распространено в минералах.

Наиболее характерным примером полиморфизма являются минералы алмаз и графит. В химическом отношении они одинаковы и состоят из чистого углерода (С).

Рис. 2. Кристалл и элементарная решетка алмаза		Рис. 3. Кристалл и элементарная решетка графита

С точки зрения внутреннего строения они имеют различную кристаллическую структуру: в первом атомы углерода имеют плотную «упаковку» и скреплены сильными химическими связями, во втором атомы располагаются слоями, связи сложные и в целом слабые. В результате форма кристаллов и физические свойства этих двух минералов совершенно различны: алмаз кристаллизуется в кубической сингонии в виде изометричных кристаллов, является самым твердым из минералов, имеет плотность (3,5); графит кристаллизуется в гексагональной сингонии в виде шестиугольных пластинок, очень мягок, отличается небольшой плотностью (2,2).

В природе хорошо ограненные кристаллы встречаются сравнительно редко. В большинстве случаев кристаллические вещества не имеют ясно ограненной формы.

Все эти и другие резко отличные свойства есть следствие двух разных структур: чрезвычайно прочной у алмаза и менее прочной у графита.

Явлением, в известной степени противоположным полиморфизму, является изоморфизм (греч. «изос» - равный, «морфэ» - форма). Под изоморфизмом понимают свойства химических элементов замещать друг друга и образовывать смешанные минералы одинаковые по кристаллической структуре и форме кристаллов. В качестве примера можно привести минералы форстерит Mg₂[SiO₄] и фаялит Fe₂[SiO₄]. Эти минералы однотипны по кристаллической структуре и форме кристаллов. Между собой они образуют твердые растворы переменного химического состава – так называемый изоморфный ряд минералов и являются его крайними членами. Между ними находится наиболее распространенный минерал изоморфного ряда оливин – (Mg,Fe)₂ [SiO₄], представляющий собой их изоморфную смесь, где магний частично замещен железом. Это нашло отражение в его химической формуле и названии самого ряда как изоморфного ряда оливинов.

Рис. 4. Форстерит Mg2[SiO4] ( магнезиальный оливин)	Рис. 5. Оливин– (Mg,Fe)2 [SiO4],	Рис. 6. Фаялит Fe2[SiO4].

Изоморфизм, также как и полиморфизм широко распространен в природе. Многие минералы являются изоморфными смесями и образуют изоморфные ряды.

Кристаллы и кристаллическое состояние минералов являются объектом изучения кристаллографии, тесно связанной с минералогией.

Аморфные вещества, как отмечалось, не имеют закономерного внутреннего строения. Слагающие их частицы расположены беспорядочно. Поэтому свойства аморфных веществ зависят только от их химического состава. Они изотропны (равносвойственны), кристаллов не образуют и рассматриваются как специфические объекты минералогии.