Доклад «Самые известные кристаллы Якутии»

Министерство образования РС (Я)

Муниципальное учреждение «Муниципальный орган управления

образованияСунтарского улуса (района)»

Кутанинская средняя общеобразовательная школа

им. А.А. Иванова – Кюндэ

ДОКЛАД

Самые известные кристаллы Якутии

Выполнила: Мартынова С.Г.,

учитель географии

2018

Содержание

Введение……………………………………………………………...3

1 глава. Понятие

1.1 Кристаллография…………………………………………………

1.2 Кристаллы снега……………….…………………………………

1.3 Кристаллы алмаза ………………………………………………..

2 глава. Свойства кристаллов снега и алмаза

2.1 Свойства снега…………………………………………………....

2.2 Свойства алмаза………………….................................................

Заключение……………………………………………………………

Литература…………………………………………………………….

Введение

Актуальность:При слове «кристалл» в воображении рисуется первый среди драгоценных камней – алмаз: «кристальная» чистота и прозрачность, чудесная, непередаваемая игра света, идеальная, правильная форма. Снег также состоит из кристаллов. Несмотря на свою простоту, до сих пор снег полностью далеко не изучен учеными и не разгаданы его удивительные свойства.

Во всем мире кристаллографические знания приобретают все большее значение. Практически все научные и технические достижения последнего времени (компьютерная техника, электронная микроскопия, квазикристаллы, высокотемпературные сверхпроводники и т. д.)непосредственно связаны с кристаллографией. И без знания кристаллографических законов трудно понять и оценить новейшие научные открытия. Своим зарождением кристаллография обязана наблюдению и изучению природных объектов: минералов и сложенных ими горных пород.

Предмет исследования:кристаллы алмаза и снега

Объект исследования:их строение и физические свойства

Цель исследования: изучить кристаллы снега и алмаза

Задачи:

изучить образование данных кристаллов;

выделить свойства кристаллов;

Методы исследования:

знакомство и использование подходящей научной литературы;

собрать наглядные материалы о снеге и алмазе – фотографии, схемы;

сравнение изученных учеными свойств данных минералов;

оформлениерезультатовработы по данной теме в форме доклада и презентации;

Гипотеза исследования: Если исследовать снег и собрать научные данные о нем, то можно иметь четкое представление о пользе снега в природе, хозяйстве и попытаться найти новые стороны его использования.

1 глава. Понятие о кристаллографии как о науке

1.1Кристаллография.Кристаллография — одна из главных фундаментальных наук о Земле, ее веществе. Это наука не только о кристаллах — о процессах их образования, об их внешней форме, внутреннем строении и физических свойствах,— но и о закономерностях развития Земли, ее формы, о процессах, происходящих в глубинах геосфер. Во всем мире кристаллографические знания приобретают все большее значение. Практически все научные и технические достижения последнего времени (компьютерная техника, электронная микроскопия, квазикристаллы, высокотемпературные сверхпроводники и т. д.)непосредственно связаны с кристаллографией. И без знания кристаллографических законов трудно понять и оценить новейшие научные открытия. Своим зарождением кристаллография обязана наблюдению и изучению природных объектов: минералов и сложенных ими горных пород.

1.2Кристаллы снега. Снежинка – это мельчайший ледяной кристалл. Снег образуется не на земной поверхности, он – детище высоких слоёв атмосферы. Облака состоят из мелких снежинок и переохлаждённых капель воды, поэтому даже дожди, жидкие осадки могут иметь своим прямым предшественником атмосферный снег. Снег отражает солнечные лучи не как зеркало, расположенное горизонтально, а как матовая поверхность, равномерно рассеивающая свет во все стороны. Это объясняется разнообразной ориентировкой множества поверхностных снежинок. Лишь не более 3% всех кристалликов случайно оказываются наклонёнными почти горизонтально. Только они отражают лучи зеркально, вызывая всем знакомый светискристости снега.¹

Образованиеснеганачинается с ростом кристалла – зародыша. Сначала из водяных паров формируется облако. Когда температура в нём опускается ниже -5* C, на мельчайших частицах почвы и пыли, парящих в воздухе (ядрах кристаллизации), образуются крошечные кристаллы льда,не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре. Чаще всего они имеют форму шестиугольных пластинок. Кристаллы, падая вниз, растут в результате конденсации на них влаги из воздуха и превращаются в снежинки. Они могут соединиться между собой в снежные хлопья. Опускаясь вниз, снежинки пролетают сквозь облако, состоящее из мельчайших капель воды, и примерзают к имеющимся в нём ледяным кристаллам, образуя снежную крупу. Поскольку кристаллы льда (кристаллы- зародыши) возникают на частицах почвы, минеральной пыли, дыма и т.д., снег способен удалять из атмосферы множество разнообразных веществ, т. е. очищать воздух. А когда снег тает, все содержащиеся в нём вещества попадают в почву, водоёмы и грунтовые воды.

1.3 Кристаллы алмаза. Алмазы выкристаллизовываются непосредственно из лав, богатых магнием и насыщенных диоксидом углерода, который подвергался воздействию высоких температур (1400 °С) и давления. Как правило, магма с такими свойствами поступает из мантии Земли глубиной 150 км.

Алмаз — это минерал, полностью состоящий из углерода, для которого характерна кубическая кристаллическая решетка. Теперь алмазы не только предмет роскоши. Самый твердый на Земле минерал — алмаз имеет разновидности: ювелирные кристаллы обладают плотностью 3,53 г/см3, тогда как черные алмазы (или карбонадо-угольные тонкозернистые агрегаты) имеют плотность 3,15 г/см3. Из известных науке минералов алмазы обладают самой высокой удельной теплопроводностью. Это свойство позволяет использовать алмазы в производстве режущих инструментов. Сегодня они служат для обработки наиболее твёрдых металлов и сплавов. Без них не мыслится современная металлообрабатывающая промышленность.

2 глава. Свойства кристаллов снега и алмаза

2.1Свойства снега:

Цвет - белый цвет происходит от заключённого в снежинке воздуха. Свет всевозможных частот отражается на граничных поверхностях между кристаллами и воздухом и рассеивается.

Состав - снежинки состоят на 95 % из воздуха, что обуславливает низкую плотность и сравнительно медленную скорость падения (0,9 км/ч). Неоднократно случалось выпадение цветного снега: голубого, розового, зеленого, серого... В 1955 г. в Калифорнии (возле Даны) случился зеленый снегопад фосфоресцирующего оттенка. Жители, рискнувшие попробовать на язык его хлопья, вскоре скончались, а у людей, бравших снег в руки, появились сыпь и сильный зуд. А в 1969 г. в Швеции на Рождество посыпались с неба черные снежинки

Размер и вес - обычно снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г. Самая крупная снежинка была засвидетельствована 28 января 1887 года во время снегопада в Форт-Кео, Монтана, США; она имела диаметр в 15 дюймов (около 38 см), опубликовано в MonthlyWeatherReview, 1915, 73. Немецким метеорологам удалось подсчитать, что ежегодно на Германию падает несколько септильонов (число с 24 нулями) снежинок, из которых не найти и двух одинаковых. А их общая «численность» способна влиять на скорость вращения Земли. Судите сами: даже в августе, самом «бесснежном» месяце, когда лишь 8,7% планеты покрыто холодным пуховиком, это «одеяло» весит 7400 млрд. тонн. К концу зимы территория Северного полушария укутана снежным покровом в 13500 млрд. тонн. Наиболее заметна связь размеров снежинки и температуры воздуха. Самые крупные выпадают при температуре -5-7°С. По обе стороны этого интервала снежинки чуть-чуть меньше, а при усилении морозов до -12-15°C «съеживаются» почти вдвое. При морозах около -40°C выпадают уже не снежинки, а лишь кристаллики льда.

Скрип - при сдавливании снег издаёт звук, напоминающий скрип (хруст). Этот звук возникает при ходьбе по снегу, надавливании на свежий снег полозьями саней, лыжами, при лепке снежков, и т. п. Эта снежная “песня” слышна при температуре ниже −2 ° (по другим данным, ниже −5 °). Выше этой температуры скрип не слышен. Основной причиной скрипа (хруста) снега считается ломание кристалликов, благодаря которому эти звуки и раздаются.

Оригинальность – двух одинаковых снежинок не существует. Кеннет Либрехт — автор самой большой и разнообразной коллекции снежинок — говорит: «Все снежинки разные, и их группировка (классификация) — это во многом вопрос личных предпочтений». Простые снежинки, например, призмы, образующиеся при низкой влажности, могут выглядеть одинаково, хотя на молекулярном уровне они отличаются. Сложные звёздчатые снежинки обладают уникальной, отличимой на глаз геометрической формой. И вариантов таких форм, по мнению физика Джона Нельсона из Университета Рицумэйкан (яп.) в Киото, больше, чем атомов в наблюдаемой Вселенной.

Угол падения - снежинки не падают строго вертикально. Сложная поверхность снежинки, её «изломы» не дают возможности ей просто падать. Она непрерывно меняет направление, как будто «скользит», «танцует» в воздухе. Недаром говорят:«снежинки водят хоровод».

Пластичность - снег гораздо лучше сопротивляется сжатию, чем растяжению, поэтому наилучшие архитектурные формы из снега – туннели, своды и купола, подобные иглу.

Теплоизоляционные свойства- снег - один из лучших естественных теплоизоляторов. Покрывая землю пушистым белым одеялом, он надежно защищает ее от зимних холодов. В суровые зимы именно снег спасает растения и животных от вымерзания и гибели. Конечно, теплоизоляционные свойства снега со временем снижаются. Но и обычный лежалый снег в этом отношении почти не уступает таким традиционным строительным материалам как дерево и асбест. Именно это свойство снега позволяет использовать его в строительстве. Эскимосы Аляски исстари сооружают иглу – куполообразные хижины из снежных кирпичей. В иглу можно постоянно поддерживать температуру 3-5°С, а если необходимо, то довести её до 15°С. Форма иглу не случайна.

Одно из главных свойств снега – его поразительная изменчивость. В нем постоянно и непрерывно меняется все: плотность, пористость, влажность, теплоемкость, форма снежинок, их блеск, а иногда и цвет. Снег никогда и нигде не бывает одинаковым. Снег сегодняшний не похож на вчерашний. Снег в лесу совсем другой, чем в поле или в горах. Снег может быть нежным, как пух и колючим, как металлические опилки. Может липнуть, а может сыпаться. По нему можно скользить, но можно в нем увязнуть. Он может быть благом и быть бедой.

Таяние – при температуре 0*С снег превращается в воду.

2.2Физические свойства алмаза

1. Цвет минерала-бесцветный, желтовато-коричневый переходящий в жёлтый, коричневый, чёрный, синий, зелёный или красный, розовый, коньячно-коричневый, голубой, сиреневый (очень редко)

Распределение окраски часто неравномерное, пятнистое или зональное. Под действием рентгеновских, катодных и ультрафиолетовых лучей большинство алмазов начинает светиться (люминесцировать) голубым, зелёным, розовым и др. цветами. Характеризуется исключительно высоким светопреломлением. Показатель преломления (от 2,417 до 2,421) и сильная дисперсия (0,0574 ) обуславливают яркий блеск и разноцветную "игру" огранённых ювелирных алмазов, называемых бриллиантами.

2. Цвет черты-никакой

3. Прозрачность-прозрачный, полупрозрачный, непрозрачный

4. Блеск-алмазный, жирный

5. Спайность-совершенная по октаэдру

6. Твердость (шкала Мооса)-10, а абсолютная - в 1000 раз превышает твёрдость кварца и в 150 раз - корунда. Она самая высокая как среди всех природных, так и искусственных материалов.

7. Излом-неровный

8. Прочность-хрупкий, легко раскалывается.

9. Плотность (измеренная)-3.5 - 3.53 g/cm3

10. Радиоактивность (GRapi)-0

Кристаллы алмаза всегда содержат различные дефекты кристаллической структуры (точечные, линейные дефекты, включения, границы субзерен и тп.). Такие дефекты в значительной степени определяют физические свойства кристаллов.

На воздухе алмаз сгорает при 850° С с образованием СО2; в вакууме при температуре свыше 1.500° С переходит в графит.

Морфология алмаза очень разнообразна. Он встречается как в виде монокристаллов, так и в виде поликристаллических срастаний ("борт", "баллас", "карбонадо"). Алмазы из кимберлитовых месторождений имеют только одну распространенную плоскогранную форму - октаэдр. При этом во всех месторождениях распространены алмазы с характерными кривогранными формами - ромбододекаэдроиды (кристаллы похожие на ромбододекаэдр, но с округлыми гранями), и кубоиды (кристаллы с криволинейной формой ). Как показали экспериментальные исследования и изучение природных образцов в большинстве случаев кристаллы в форме додекаэдроида возникают в результате растворения алмазов кимберлитовым расплавом. Кубоиды образуются в результате специфического волокнистого роста алмазов по нормальному механизму роста.

Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза "Куллинан", найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг). Алмазы массой более 15 карат - редкость, а массой от сотни карат - уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории. Хотя при нормальных условиях алмаз метастабилен, он в силу устойчивости своей кристаллической структуры может существовать неопределенно долго, не превращаясь в устойчивую модификацию углерода - графит. Алмазы, которые вынесены на поверхность кимберлитами или лампроитами кристаллизуется в мантии на глубине 200 км и более при давлении более 4 Гпа и температуре 1000 - 1300° С. В некоторых месторождениях встречаются и более глубинные алмазы, вынесенные из переходной зоны или из нижней мантии.

Наряду с этим, они выносятся к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз. Алмазы встречаются также в метаморфических комплексах сверхвысоких давлений. Они ассоциируют с эклогитами и глубокометаморфизованными гранатовыми гнейсами. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение. Также они образуются в крупных астроблемах - гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Алмаз редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет алмазы добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовая трубка, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях. Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде.

Хорошие кристаллы подвергаются огранке и используются в ювелирном деле. Ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, т.е. уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат в год.

Бриллиант (от франц. brillant - блестящий), - алмаз, которому посредством механической обработки (огранки) придана специальная форма, т. наз. бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая такие оптические свойства камня, как блеск и цветовая дисперсия.

Совсем мелкие алмазы и осколки, непригодные для огранки, идут в качестве абразива для изготовления алмазного инструмента, необходимого для обработки твёрдых материалов и огранки самих алмазов. Скрытокристаллическая разновидность алмаза чёрного или тёмно-серого цвета, образующая плотные или пористые агрегаты, носит название Карбонадо, обладает более высоким сопротивлением истиранию, чем у кристаллов алмаза и благодаря этому особенно ценится в промышленности.

Заключение

Изучив данную тему можно сделать такие выводы:

Алмаз и снег являются кристаллами.

Имеют кристаллическое строение.

Внешне похожи блеском. Недаром блеск снега сравнивают с блеском алмаза в поэтических строках.

Одно из главных свойств снега – его поразительная изменчивость. В нем постоянно и непрерывно меняется все: плотность, пористость, влажность, теплоемкость, форма снежинок, их блеск, а иногда и цвет. Снег никогда и нигде не бывает одинаковым. Снег сегодняшний не похож на вчерашний.

А главное свойство алмаза - его поразительная твердость.Его не царапает ни один другой минерал.

Якутию невозможно представить без снега и россыпей алмазов. Они являются символами твердости и хрупкости, а также чистоты помыслов, богатства, благодати и т.д.

Они являются антиподами по образованию: алмаз лежит глубоко в недрах земли, а снег – детище высоких слоёв атмосферы.

Литература

Л.Н. Алексеева. и др. Сборник готовых домашних заданий. С-П., 1997

М. Аксёнова, Г. Храмов и др. Энциклопедия для детей. Т. З. География. Издание третье, исправленное, М.,1999

А.Н.Стрижев. Туристу о природе. М.,1986

Интернет – материалы

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/344568-doklad-samye-izvestnye-kristally-jakutii