Определение твёрдости горных пород с помощью подручных средств

МУНИЦИПАЛЬНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ
СРЕДНЯЯ ШКОЛА №18

 «Определение твёрдости горных пород с помощью подручных средств»

                                                             Авторы: Молоков Владислав, Гададов Родион, ученики 5 в класса

                                                             Руководитель: Соверткова

                                                                Юлия Владиленовна,
                                                            учитель биологии МОСШ №18

                                                             первой квалификационной

                                                             категории

Нижневартовск 2010

План исследования

Проблема

При проведении уроков природоведения для выполнения практической работы «Описание по плану и сравнение горных пород и минералов» предлагается сравнить горные породы по твёрдости. Для определения твёрдости предлагается использование ногтя (на мягких породах ноготь оставляет царапину, на твёрдых – нет) [5] Мы заинтересовались, а какие методы позволят более точно определить твёрдость горных пород и оценить удобство использования данных методов на уроках природоведения

Гипотеза: предположим, что твёрдость горных пород можно исследовать более разнообразными методами

Цель исследования: узнать и апробировать методы изучения твёрдости горных пород

Задачи:

1. Изучить с помощью литературных источников, сети  

     Интернета современное состояние вопроса.

2. Провести исследование определения твёрдости горных пород различными методами.

Методы исследования:

1. Изучение литературы, информации в сети Интернет.
2. Эксперимент.

Теоретическая часть.

        Горные породы — природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава и строения, образующие самостоятельные геологические тела.

Многие из горных пород — ценный строительный материал или руда какого-нибудь металла. Чтобы судить о ценности горной породы и пригодности ее для промышленности, необходимо прежде всего определить эту породу, т. е. по характерным особенностям узнать название, а затем ознакомиться со всеми ее свойствами.
Одним из свойств горных пород является твёрдость.

 Твердость - это сопротивление, которое оказывает минерал при внедрении иного вещества; определяется она царапанием. 
    Точно выразить твердость можно определенной физической величиной (например, числом кгс/мм2 или ГПа, воздействующих на предмет определенной твердости, который проникает в минерал), но до сего дня на практике этот способ широко не применяется. Поэтому мы определяем лишь относительную твердость - по твердости ряда минералов, образующих определенную шкалу.  Чтобы различить породу по твердости, используют шкалу Мооса [Приложение 1].

Шкала́ Мо́оса (минералогическая шкала твёрдости) — набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твёрдости. Предложена в 1811 году немецким минералогом Фридрихом Моосом.  Предназначена для грубой сравнительной оценки твёрдости материалов по системе мягче-твёрже. Испытываемый материал либо царапает эталон и его твёрдость по шкале Мооса выше, либо царапается эталоном и его твёрдость ниже эталона. Таким образом, шкала Мооса информирует только об относительной твёрдости минералов. Например, корунд (9) в 2 раза твёрже топаза (8), но при этом почти в 4 раза менее твёрдый, чем алмаз (10). Благодаря ей, можно определить твердость минерала методом царапания, так как в этой шкале каждый последующий минерал своим острым концом царапает предыдущий.

Когда определяемый минерал имеет твердость, промежуточную между твердостями двух минералов шкалы твердости, твердость минерала считается по нижней ступени с добавлением 0,5 (например, минералом можно царапать каменную соль и нельзя — кальцит, следовательно, его твердость находится между 2-й и 3-й ступенями шкалы, т. е. Т=2,5)
    Определение твердости минералов не всегда однозначно и просто, имеет ряд осложняющих эту процедур моментов и нередко приводит к ошибочным результатам. Несмотря на это следует хорошо усвоить условия правильного определения твердости, особенно их важно знать, если значению твердости отводится роль дополнительного или контрольного признака.

Иногда для определения твердости приходится пользоваться средствами, которые обычно бывают под рукой, хотя в некоторых случаях они бывают недостаточно точны (карандаш -1, соль поваренная - 2, ноготь - 2.5,медная монета - 3, железный гвоздь - 4, стеклоь - 5, стальной нож -6, напильник - 7). Нужно помнить, что при определении твердости желательно испытывать свежую поверхность минерала.

Важно помнить, что скрытокристаллические, тонкопористые и порошковатые разности минералов обладают ложными малыми твёрдостями. Например, гематит в кристаллах имеет твердость 6, а в виде красной охры меньше 4, что говорит о практически отсутствии сцепления в тонкодиспергированной массе гематита. В целом главная масса природных соединений обладает твердостью от 2 до 6. Из некоторых пород (например, песчаников) при царапании ножом могут выпадать отдельные зерна, твердость которых больше, чем твердость ножа.
Осадочные породы часто состоят из менее твердых и менее прочных минералов, чем породы магматические или метаморфические.
Горная порода состоит из минералов. Поэтому свойства минералов влияют на общую твёрдость породы.  Очень характерно для пород присутствие или отсутствие кварца или полевых шпатов. Кварц и полевые шпаты тверже ножа, и он не оставляет на них царапины, а вот на кальците царапина остается.

Наиболее твердые минералы, как правило, принадлежат к окислам и некоторым (чаще всего островным) силикатам.

Практическая часть

Эксперимент.

   Для определения твёрдости исследуемых горных пород (гранита – магматическая горная порода, каменного угля - осадочная горная порода и антрацита - метаморфическая горная порода) были использованы две методики – с помощью шкалы Мооса и с помощью подручных средств.

При использовании шкалы Мооса при определения твердости какого-либо минерала царапали им последовательно все более твердые минералы шкалы Мооса, пока определяемый минерал  не оставляет царапины на очередном минерале шкалы. Таким образом, примерно находили границы твердости определяемого минерала. При этом возможны следующие случаи:
     а) определяемый минерал не царапает минерал шкалы твердости, однако последний царапает определяемый минерал — твердость определяемого минерала, меньше твердости минерала из шкалы;
    б) определяемый минерал с большим трудом царапает минерал шкалы твердости (и наоборот) — твердость определяемого минерала такая же, как у минерала шкалы;
     в) определяемый минерал оставляет царапину на минерале шкалы твердости, но последний не царапает определяемый минерал — твердость исследуемого минерала больше, чем твердость минерала шкалы.
При использовании подручных материалов  (карандаш, соль поваренная, ноготь, медная монета, железный гвоздь, стекло, стальной нож, напильник) выбиралась ровная поверхность горной породы. На ней проводилась царапина короткими осторожными движениями, чтобы не испортить образец. Когда испытуемый образец близок по твердости к стандарту, оставленный след необходимо слегка протирался и рассматривался под лупой, чтобы убедится, что царапина действительно была сделана.

Результаты эксперимента.

Исследование твёрдости при помощи шкалы Мооса

Исследование твёрдости при помощи подручных средств

Выводы

Проведя исследование твёрдости при помощи шкалы Мооса и подручных средств мы можем сделать следующие выводы: результаты твёрдости, полученные при помощи шкалы Мооса и подручных средств имели отличия: при использовании подручных средств твёрдость горных пород определялась по всем образцам на балл выше. Использовать шкалу Мооса было неудобно, так как минералы-эталоны были исчерчены проводившимися ранее опытами и с трудом можно было различить черту. Нужно сказать, что в целом результаты различных по происхождению горных пород показали наибольшую твёрдость магматической породы, и наименьшую – осадочной.

Рекомендации

Изучив имеющуюся по данному вопросу литературу, источники сети Интернет, проведя  эксперимент мы рекомендуем:

1. Уточнить данные по использованию подручных средств для определения твёрдости (карандаш – до 1, соль поваренная – 1-2, медная монета – 2-3, железный гвоздь – 4-5).
2. При проведении уроков природоведения для определения твёрдости горных пород использовать данные подручные средства

Приложение 1  

Шкала Мооса

Библиография:

1. http://www.vseozemle.ru 
2. http://www.science.sakhalin.ru
3. Владимирский Б.С. Камни: Тайны и таинства. Харьков: ИКП «Паритет», 1995
4. Энциклопедия для детей. Геология. М.:Аванта+, 1997
5. Пакулова В.М. Иванова Н.В. Природоведение. 5 класс: учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2008