Радуга минералов. Определение подлинности некоторых поделочных минералов.

Радуга минералов.
Определение подлинности некоторых поделочных минералов.
Автор: Патрин Владислав Дмитриевич
Россия, Челябинская область, город Миасс, МБОУ «Лицей №6», 6 класс
Научный руководитель: Константинова И.В., учитель МБОУ «Лицей №6», г. Миасс
Проблема исследования:
Когда-то в детстве мама мне читала сказы П. П. Бажова, и с тех пор мне кажется, что
камни – живые, и у каждого из них есть своя необычная история. Самые интересные
истории я нашел в литературе о драгоценных камнях. Эти истории и сами камни
напомнили мне радугу. Мне понадобилась консультация специалиста, и я встретился с
кандидатом технических наук, ведущим научным сотрудником Института минералогии
Насыровым Рудольфом Шарафовичем, который в ходе беседы затронул неожиданную для
меня проблему. Оказалось, что в настоящее время трудно купить сувенир, изготовленный
из натурального поделочного камня. Я решил подробно изучить вопрос о причинах
отсутствия натуральных минералов в продаже и найти методы определения их
подлинности.
Цель исследования:
1. Изучить основы наук минералогии и геммологии, истории некоторых
драгоценных и полудрагоценных минералов.
2. Определить подлинность некоторых популярных поделочных камней,
осуществить качественный химический состав минерала (например, малахита).
Методы и приемы исследования:
1. Изучение литературы по основам минералогии и геммологии.
2. Сбор антологии историй о самых известных и красивых драгоценных и
полудрагоценных камнях.
3. Создание коллекции минералов.
4. Консультация специалиста Института минералогии по поводу особенностей
минералогического состава горных пород Ильменского заповедника и простейших
методов определения их химического состава и подлинности.
5. Освоение
методов простейшего химического анализа и определение
подлинности некоторых популярных поделочных минералов.
6. Полный химический качественный анализ минерала (малахита).
Гипотеза:
Вследствие редкости и дороговизны природные поделочные минералы часто заменяют на
искусственные аналоги, дорогие и дешевые (в зависимости от технологии изготовления).
Эксперимент.
Прежде чем приступить к выполнению практической части, я изучил специальную
литературу и встретился с кандидатом технических наук, ведущим научным сотрудником
Института минералогии Уральского отделения РАН Насыровым Рудольфом
Шарафовичем. Из интервью с ним я узнал, что на сегодняшний день запасы природных
ресурсов, в том числе минералов, практически исчерпаны. Настоящие драгоценные,
полудрагоценные и поделочные камни имеют высокую стоимость из-за их редкости. Уже
давно человечество использует искусственные аналоги природных минералов. Наиболее
ценятся и не уступают природным аналогам по своим характеристикам искусственно
выращенные минералы, но они дороги, поэтому на рынке чаще встречаются
синтетические (пластмассы, эпоксидная смола) или искусственно окрашенные дешевые
заменители (глина, керамика, распространенные дешевые минералы).
Образцы минералов приобретены в магазине «Семья» (г. Миасс) в отделе «Изделия из
камня». Выбор был обусловлен советом продавца, по ее многолетнему опыту наибольшим
спросом пользуются янтарь, бирюза, гранат, сердолик, аквамарин, малахит.
Определение подлинности минералов.
Янтарь (С10Н16О) — ископаемая смола различных хвойных деревьев.
Критерий подлинности: горючий, при горении чувствуется запах хвои.
Ход анализа: образец анализируемого янтаря внесли в огонь.
Что наблюдали: сгорает мгновенно с большим количеством копоти, чувствуется резкий
запах синтетики.
Вывод: образец янтаря является подделкой (эпоксидная смола).
Бирюза - образует агрегаты разных оттенков голубого цвета, иногда зеленоватого.
Критерий подлинности: окраска, твердость минерала — 5—6 по шкале Мооса.
Ход анализа: раскололи образец с помощью молотка, на срезе увидели дешевую керамику
белого цвета.
Вывод: образец бирюзы является подделкой (дешевая керамика, возможно, гипс).
Гранат - огненно-красный цвет обусловлен примесями железа и хрома.
Критерий подлинности: твердость 7-7,5 по шкале Мооса, способен реагировать на
магнитное поле.
Ход анализа: 1. поцарапали образцом граната кварцевое стекло (твердость 7).
2. поместили образец граната на платформу из пенопласта, опустили в воду, чтобы
уменьшить трение, рядом расположили мощный магнит.
Что наблюдали: 1. образец граната на кварцевом стекле царапин не оставляет
2. образец граната на магнит не реагирует.
Вывод: образец граната является подделкой (окрашенное стекло).
Сердолик – ярко окрашенные оранжевые, розовые, буро- и мясо-красные разновидности
халцедона — кварца с формулой SiO2.
Критерий подлинности: плотность (2,58 – 2,64 г/см3), твердость (6,5-7).
Ход анализа: 1. взвесили образец и измерили его объем с помощью мерного цилиндра и
воды. Плотность = m/V= 3,0 г/1,5 см3 = 2,0 г/см3.
2. поцарапали кварцем (твердость 7) образец сердолика.
Что наблюдали: 1. плотность образца сердолика меньше справочной.
2. царапин нет.
Вывод: образец сердолика, возможно, является подделкой (окрашенный кварц).
Аквамарин - камень цвета морской воды, такой цвет ему придаёт очень небольшая
примесь железа в кристаллической решётке берилла — Be3Al2[Si6O18].
Критерий подлинности: плотность (2,61 – 2,67 г/см3).
Ход анализа: взвесили образец и измерили его объем с помощью мерного цилиндра и
воды. Плотность = m/V= 5,5 г/2,5 см3 = 2,2 г/см3
Что наблюдали: плотность образца аквамарина меньше справочной.
Вывод: образец аквамарина является подделкой (окрашенное стекло).
Малахит представляет собой основный карбонат меди — (CuOH)2CO3.
Критерий подлинности: наличие в составе ионов меди, разлагается при нагревании до
СиО.
Ход анализа: образец малахита внесли в пламя.
Что наблюдали: пламя не окрашивается в изумрудный цвет, малахит не рассыпается в
черный порошок.
Вывод: образец малахита – подделка (ярко окрашеннный снаружи дешевый минерал,
возможно, змеевик).
Качественный анализ минерала малахита.
Итак, настоящих минералов у меня не оказалось! Мне пришлось дополнительно
приобрести сувенир, изготовленный из заирского малахита!
Формула малахита
(CuOH)2CO3. Измельчал малахит в агатовой ступке до порошка.
Для установления качественного состава было поставлено три эксперимента:
1)
Наличие карбонат – иона. Карбонаты при нагревании разлагаются,
выделяя углекислый газ. Известковая вода, когда через нее пропускают углекислый
газ, мутнеет.
2)
Наличие групп OH. Если малахит нагревать, то будет выделяться вода.
Капельки воды можно наблюдать невооруженным глазом, но нужно доказать, что
это вода. Для этого синий медный купорос, который содержит воду, мы прокалили
и превратили в белый безводный порошок. Выделяющиеся пары воды мы
пропустили через безводный порошок медного купороса, и он снова окрасился в
синий цвет.
3)
Наличие ионов меди. Через черный порошок оксида меди, который
получили в опытах № 1 и № 2, пропустили водород,
полученный методом
замещения по реакции цинка с соляной кислотой. Оксид меди восстановился
водородом до чистой меди, мы увидели красную окраску. Мы доказали наличие
ионов меди в малахите.
Выводы.
Существуют простые и достаточно надежные способы определения состава и
подлинности минералов.
Из шести проверяемых на подлинность образцов четыре (янтарь, бирюза, гранат и
малахит) оказались дешевыми подделками, для установления подлинности сердолика и
аквамарина необходимо провести дополнительные исследования. Южноафриканский
малахит мы подвергли подробному качественному анализу.
Цели моей работы достигнуты: я ознакомился с основами минералогии и геммологии,
историями некоторых драгоценных и полудрагоценных камней, определил подлинность
некоторых популярных поделочных камней и провел качественный химический состав
малахита.
Моя гипотеза подтвердилась: вследствие редкости и дороговизны природные поделочные
минералы сегодня заменяют на искусственные аналоги, дорогие и дешевые (в
зависимости от технологии изготовления).