Программа дисциплины «Основы минералогии и кристаллохимии» для специальности 540101. М. Химия Программу составила
| Вид материала | Программа дисциплины |
- Программа дисциплины дпп. Ф. 13 Основы минералогии и кристаллохимии цели и задачи дисциплины, 194.23kb.
- Рабочая программа по дисциплине «Спектральные методы анализа» для специальности 020101, 175.88kb.
- Программа учебной дисциплины «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии», 531.6kb.
- Программа дисциплины опд. Ф. 01 Неорганическая химия для студентов специальности 020101, 373.27kb.
- Программа дисциплины опд ф. 12. Методика преподавания химии для студентов специальности, 140.35kb.
- Программа дисциплины дс методы разделения и концентрирования Форма обучения: дневная, 179.32kb.
- Программа дисциплины опд. Ф. 07 Квантовая механика и квантовая химия для студентов, 125.2kb.
- Рабочая программа дисциплина ‹‹Неорганическая химия›› опд. Ф. 02 Специальность 020101, 343.5kb.
- Рабочая учебная программа дисциплины для специальности 1-43 01 02 "Электроэнергетические, 78.65kb.
- Программа дисциплины опд. Ф. 11 Строение вещества для студентов направления 020100, 122.63kb.
Занятие 1.
План:
1.Строение солнечной системы.
2.Химический состав Земли.
3.Строение земной коры, мантии и ядра.
4. Химический состав земной коры.
Литература: Вайткевич Г.В. Происхождение и химическая эволюция Земли- М.: Наука, 1973., Вдовыкин Г.П. Алмазы в метеоритах. - М.: Наука, 1970., Виноградов А.П. Химическая эволюция Земли. - М.: Наука, 1959.
Методические указания.
При подготовке к теоретическим вопросам следует обратить внимание на труды Вайткевич Г.В., Вдовыкин Г.П., Виноградов А.П.
При подготовке к семинару студент должен знать: планеты земной группы, внешние планеты. Малые космические тела. Содержание химических элементов в Земле и метеоритах.
Раздел 1. Минералы Земли и небесных светил.
Тема: «Решение задач».
Занятие 2.
Литература: Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. Учебное пособие для вузов/Под ред. В.А.Рабиновича и Х.М. Рубиной.- 22-е изд., испр. и доп. Л.: Химия, 1983.
Методические указания.
Студент должен научиться использовать основные законы и понятия при решении задач по теме минералы Земли и небесных светил.
Решение задач:
- Один из распространенных природных соединений серы является минерал пирит, основным компонентом которого является сульфид FeS2, а также содержится другие примеси. Определите, какой объем оксида серы (IY) (н.у.) можно получить при обжиге 600 г пирита, если массовая доля примесей в нем составляет 20%.
- Медная руда содержит минералы куприт Cu2O, тенорит CuO и пустую породу. Массовая доля пустой породы 80%. Из образца такой руды массой 20 кг выделили металлическую медь массой 3,328 кг. Вычислите массовые доли куприта и тенорита в руде.
- Минерал киноварь содержит оксид ртути (II) и примеси, массовая доля которых составляет 10%. Определите массу и количество вещества кислорода, который можно получить при разложении 43,4 г киновари.
- Медная руда содержит минерал халькопирит CuFeS2 и другие примеси, в состав которых медь не входит. Массовая доля халькопирита в руде составляет 5%. Вычислите массовую долю меди в этой руде.
- Образец природного минерала железа содержит Fe2O3 и примеси, массовая доля которых составляет 12%. Вычислите массу Fe2O3 в 250 г минерала и массу железа, которое может быть из него получено.
Раздел 1. Минералы Земли и небесных светил.
Тема: «Музеи минералов в России».
Занятие 3.
План:
1. Основные музеи России: Государственный биологический музей имени К.А.Тимирязева, центральный научно-исследовательский геологоразведочный музей имени академика Ф.Н.Чернышева (Ленинград).
2. Решение задач.
Литература: С.Ахметов. Беседы о геммологии. Москва: «Молодая гвардия»,1989; Беляк Е.Л., Чабарова Б.М., Щербакова В.А. В мире минералов. Учебно-методическое пособие для студентов. Тобольск, ТГПИ им. Д.И. Менделеева, 2006; Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. Учебное пособие для вузов/Под ред. В.А.Рабиновича и Х.М. Рубиной.- 22-е изд., испр. и доп. Л.: Химия, 1983.
Методические указания.
При подготовке к первому вопросу следует обратить внимание на труды С.Ахметова.
При подготовке к семинару студент должен знать: историю открытия музея, коллекцию античной глиптики, изделия из самоцветов.
Студент должен научиться использовать основные законы и понятия при решении задач.
Решение задач:
1.Минерал магнетит содержит 15% Fe3O4, остальное – пустая порода. Какую массу Fe можно выделить из образца магнетита массой 250 г.
2.При анализе некоторого минерала, содержащего кальций, из образца массой 18,3 г получено 6,8 г оксида кальция. Рассчитайте массовую долю кальция в исходном минерале.
3.В результате нагревания 11,1 г малахита (Cu2(OH)2CO3) в пробирке осталось 8 г CuO, при этом выделилось 2,2 г CO2. Определите массу образовавшейся воды, считая, что разложение малахита произошло полностью.
4.При взаимодействии мрамора с HCl выделилось некоторое количество газа. Определите его объем (н.у.), если известно, что мрамора прореагировало на 50 г больше, чем хлороводорода.
5.Мрамор массой 5 г обработали избытком HCl и получили при этом газ объемом 1 л. Вычислите массовую долю CaCO3 в мраморе.
Раздел 2. Камни. Технические и драгоценные камни, самоцветы. Руды.
Тема: «Руды на основе железа, меди, цинка, хрома, марганца».
Занятие 4.
План:
1.Магматические горные породы или изверженные.
2.Осадочные горные породы.
3.Метаморфические горные породы.
4.Решение задач.
Литература: Готшаяк В.И. Минералогия. СПб., 1763., Лазоренко Е.К Курс минералогии. - М.: Высшая школа, 1971.,Миловский А.В. Минералогия и петрография. - М.: Недра, 1973; Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. Учебное пособие для вузов/Под ред. В.А.Рабиновича и Х.М. Рубиной.- 22-е изд., испр. и доп. Л.: Химия, 1983; Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. Учебное пособие для вузов/Под ред. В.А.Рабиновича и Х.М. Рубиной.- 22-е изд., испр. и доп. Л.: Химия, 1983.
Методические указания.
При подготовке к первому вопросу следует обратить внимание на труды Готшаяк В.И., Лазоренко Е.К., Миловский А.В.
При подготовке к семинару студент должен знать: классификацию горных пород.
Студент должен научиться использовать основные законы и понятия при решении задач.
Решение задач:
1.При анализе некоторого минерала, содержащего Ca, из образца массой 18,3 г получено 6,8 г CaO. Рассчитайте массовую долю Ca в исходном минерале.
2.Кристаллогидрат BaC12 содержит 56,14% бария. Определите формулу кристаллогидрата.
3.Кристаллогидрат хлорида бария содержит 14,8% кристаллизованной воды. Определите формулу кристаллогидрата.
4.Минерал магнетит содержит 15% Fe3O4, остальное – пустая порода. Какую массу Fe можно выделить из образца магнетита массой 250 г.
5.В какой массе воды нужно растворить 25 г медного купороса, чтобы получить 8% раствор CuSO4.
Раздел 2. Камни. Технические и драгоценные камни, самоцветы. Руды.
Тема: «Технические и драгоценные камни. Их происхождение и
техническое использование».
Занятие 5.
План:
1.Современные методы исследования минералов и горных пород.
Литература: Готшаяк В.И. Минералогия. СПб., 1763., Лазоренко Е.К Курс минералогии. - М.: Высшая школа, 1971.,Миловский А.В. Минералогия и петрография. - М.: Недра, 1973.
При подготовке к первому вопросу следует обратить внимание на труды Готшаяк В.И., Лазоренко Е.К., Миловский А.В.
Методические указания.
При подготовке к семинару студент должен знать: основные современные методы исследования минералов и горных пород.
Раздел 3. Кристаллы и их свойства. Строение кристаллов. Методы их исследования.
Тема: «Кристаллы и их свойства».
Занятие 6.
План:
1.Общее понятие нуклеации.
Литература: Дерягин Б.В., Федосеев Д.В. Алмазы делают химики.- М.: Педагогика, 1980.-128 с., ил.
Методические указания.
При подготовке к первому вопросу следует обратить внимание на труды Дерягина Б.В., Федосеева Д.В.
При подготовке к семинару студент должен знать: что такое нуклеация, механизм роста кристаллов, свойства кристаллов.
Раздел 3. Кристаллы и их свойства. Строение кристаллов. Методы их исследования.
Тема: «Решение задач».
Занятие 7.
Литература: Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. Учебное пособие для вузов/Под ред. В.А.Рабиновича и Х.М. Рубиной.- 22-е изд., испр. и доп. Л.: Химия, 1983.
Методические указания.
Химическая задача-это модель проблемной ситуации, решение которой требует от студентов мыслительных и практические действий на основе знания законов, теорий и методов химии, направленная на закрепление, расширение знаний и развитие химического мышления.
Студент должен научиться использовать основные законы и понятия при решении задач.
Решение задач:
1.Минерал берилл содержит 31,3% - кремния, 53,6%-кислорода, алюминий и бериллий. Выведите формулу берилла.
2.Медная руда содержит минералы куприт Cu2O, тенорит CuO и пустую породу. Массовая доля пустой породы 80%. Из образца такой руды массой 20 кг выделили металлическую медь массой 3,328 кг. Вычислите массовые доли куприта и тенорита в руде.
3.Образец природного минерала железа содержит Fe2O3 и примеси, массовая доля которых составляет 12%. Вычислите массу Fe2O3 в 250 г минерала и массу железа, которое может быть из него получено.
4.При анализе некоторого минерала, содержащего Ca, из образца массой 18,3 г получено 6,8 г CaO. Рассчитайте массовую долю Ca в исходном минерале.
5.Минерал киноварь содержит оксид ртути (II) и примеси, массовая доля которых составляет 10%. Определите массу и количество вещества кислорода, который можно получить при разложении 43,4 г киновари.
- Один из распространенных природных соединений серы является минерал пирит, основным компонентом которого является сульфид FeS2, а также содержится другие примеси. Определите, какой объем оксида серы (IY) (н.у.) можно получить при обжиге 600 г пирита, если массовая доля примесей в нем составляет 20%.
Методические указания к выполнению семинарских занятий
Работа при подготовке к семинарам:
- Внимательно прочитать вопрос.
- Составить план и при необходимости конспект вопроса.
- Вспомнить основные термины, понятия, закономерности и законы по теме.
- Найти соответствующие наглядные пособия (таблицы, схемы, микро- и макропрепараты и т. д., имеющиеся в учебном кабинете.
- Подтвердить ответ схематическими рисунками и примерами.
Работа с литературными источниками:
- Ознакомиться с имеющимися в библиотеке систематическими, алфавитными, предметными каталогами.
- В первую очередь изучить педагогическую, методическую, научную, периодическую литературу содержащую теоретические основы.
Приложение 2
Содержание самостоятельной работы магистрантов и методические указания к её выполнению.
Формы самостоятельной работы магистрантов:
Подготовка к контрольной работе.
- Решение задач по темам.
- Составление конспектов тем, выносимых на самостоятельное изучение.
- Подготовка сообщений по определённым темам.
Формы контроля самостоятельной работы магистрантов:
собеседование
- контрольные работы
- коллоквиумы
План самостоятельной работы:
- уяснить сущность вопроса;
- определить главные положения;
- переработать лекционный конспект и внести в него дополнения из учебников;
- просмотреть иллюстрирующий учебный материал рисунки, схемы, графики;
- сделать краткую запись в виде плана, таблицы, схемы;
- выписать в словарь новые термины.
Форма отчетности- оформление конспекта, подготовка доклада.
Конспект- краткое изложение в письменной форме содержания научных трyдов, книг.
Цель написания – научиться самостоятельно отбирать, анализировать и обобщить материал, выявить общие закономерности химических процессов.
Для написания конспекта необходимо:
- выбрать тему;
- используя список рекомендуемой литературы;
- подобрать необходимые источники (монографии, сборники, периодику);
- составить план реферата;
- сделать литературный обзор материала и написать конспект;
- проиллюстрировать работу схемами, таблицами, графиками;
- сделать выводы, выразив свое отношение к изученной проблеме;
- оформить реферат согласно требованиям ГОСТа;
- учитывая замечания преподавателя, внести исправления;
- представить прорецензированную работу к защите и сдать преподавателю.
Работа с литературными источниками.
Ознакомиться с имеющимися в библиотеке систематическими, алфавитными, предметными каталогами.
- В первую очередь изучить педагогическую, методическую, научную, периодическую литературу содержащую теоретические основы проблемы. Затем познакомиться с литературными источниками, раскрывающими более узкие и частные вопросы.
- Детально проработать публикации (если таковые есть) преподавателей кафедры посвященной данной теме.
- Составить собственную библиографическую картотеку.
Раздел 1. Минералы Земли и небесных светил.
Тема: Минералы Земли и небесных светил.
Задание:
1. Провести химический эксперимент по физическим свойствам минералов.
Методические указания.
Определение минералов по внешним признакам (изучение физических свойств минералов)
Для диагностики минералов используются различные методы, многие из которых предусматривают применение различной аппаратуры и приборов. К их числу относят микроскопический (использование специальных поляризационных микроскопов и особых препаратов — шлифов и аншлифов), электронно-микроскопический (исследование тонкодисперсных веществ - глинистых минералов и коллоидных систем с помощью электронного микроскопа),- рентгеноструктурный анализ (исследование структуры минерала в рентгеновских лучах), термический анализ (изучение кривых нагревания минералов), спектральный (исследование с помощью спектрографа) и др.
Наиболее простым и доступным способом исследования минералов является микроскопический метод, или определение минералов по внешним признакам. Другими словами, изучают физические свойства минералов с помощью визуального осмотра и определяют их, применяя простейшие и общедоступные способы исследования.
К числу легко определяемых признаков минералов относятся морфологические особенности, твердость, удельный вес (плотность), цвет, цвет черты, блеск, спайность, излом, прозрачность, а также ряд особых свойств - двойное лучепреломление, магнитность, штриховка на гранях кристаллов, растворимость, вкус, запах и др.
Морфологические особенности минералов. Значительная часть минералов в природе встречается в виде минеральных агрегатов различного вида. Они могут быть кристаллического, скрытокристаллического и аморфного строения. При диагностике минералов их внешний облик (габитус) нередко является одним из характерных признаков.
Содержание занятия
Работа с набором природных одиночных кристаллов кварца, галита, пирита, флюорита, гипса, кальцита.
- Зарисовка минералов в тетради, их обозначение и формулы.
- Работа с набором минералов, состоящим из сросшихся агрегатов кристаллов:
кварца, кальцита, флюорита, пирита, самородной меди и других минералов. В
наборе должны быть представлены друзы, щетки, секреции, конкреции, дендриты, сталактиты, сталактиты, оолитовые образования (боксит, бурый железняк и др.).
- Зарисовка образцов и соответствующие их обозначения.
- Работа с набором различных псевдоморфоз: опала или по дереву, кремня по дереву, пирита по дереву и др.
- Зарисовка псевдоморфоз и их обозначение.
Твердость - важнейшее диагностическое свойство минералов. Твердость большинства минералов является постоянной величиной. Для определения твердости используют шкалу Мооса - набор стандартных минералов. В шкале минералы расположены в порядке возрастания твердости.
Шкала твердости
Тальк -1 Ортоклаз - 6
Гипс - 2 Кварц - 7
Кальцит - 3 Топаз - 8
Флюорит - 4 Корунд - 9
Апатит - 5 Алмаз - 10
Цифра, стоящая справа от названия минерала, обозначает относительную твердость минералов. В шкале твердости каждый последующий минерал царапает своим острым концом все предыдущие. Для примерного определения твердости минералов можно использовать следующие заменители. Твердость мягкого карандаша - 1, ногтя - 2,5, медной монеты - 3-4, стекла - 5, лезвия бритвы, ножа - 6, напильника- 7.
Содержание занятия
Работа с набором минералов: каолинит, гипс, кальцит, слюда (мусковит или биотит), ангидрит, халькопирит, пирит.
- Определение твердости минералов с помощью шкалы твердости или заменителей ее с точностью до 0,5 балла.
Удельный вес (плотность) земных минералов колеблется от значений, менее единицы (природные газы) до 23 (минералы группы осмистого иридия).
Примерное определение удельного веса минерала производят взвешиванием на ладони. Выделяют минералы легкие (уд. вес до 2,5 - сера, графит, галит), средние (уд. вес от 2,5 до 4 - сюда относится большинство минералов) и тяжелые (удельный вес более 4 - рудные и многие самородные минералы).
Содержание занятия.
Работа с набором минералов: гипс, галит, кварц, кальцит, флюорит, галенит,
пирит, киноварь, халькопирит.
- Определение, к какой группе относятся данные минералы по удельному весу, и запись в тетрадь в виде таблицы (табл. 1).
Распределение минералов по удельному весу .Таблица 1
| Группы по удельному весу | Минералы |
| Легкие (< 2,5) Средние (2,5-4) Тяжелые (> 4) | |
Цвет минералов и цвет черты. Цвет минералов является важнейшим диагностическим свойством. Названия многих минералов связаны с их цветом: хлорит — зеленый, родонит — розовый, рубин - красный, аурипигмент — золотисто-желтый, азурит и лазурит - голубые, синие, альбит - белый и т.д. Для перечисленных минералов цвет всегда постоянен. Однако есть минералы, у которых окраска непостоянна и может меняться в зависимости от условий образования, примесей и т.д. Так, кварц может быть бесцветным, прозрачным (горный хрусталь), дымчатым (дымчатый кварц, называемый раухтопазом), черным (морион) и т.д.
Ряд минералов оставляет на фарфоровой пластинке (бисквите) черту характерной окраски. Цвет черты минерала - это его цвет в тонком порошке. Например, халькопирит дает на фарфоровой пластинке черную черту с зеленоватым оттейком, хотя в куске он - латунно-желтый, аурипигмент дает желтую черту и т.д.
В некоторых случаях цвет черты минерала - четкий диагностический признак.
Например, отдельные разновидности магнетита, гематита и гидрогетита часто похожи друг на друга. Но цвет черты у них всегда различный: магнетит дает черную
черту, гематит - вишнево-красну, гидрогетит- бурую или желтую. .
Содержание занятия
Работа с набором минералов с постоянной окраской: пирит, халькопирит, азурит, малахит, киноварь - и непостоянной: кварц молочный, раухтопаз, морион, розовый кварц, горный хрусталь, флюорит (зеленый, бесцветный, фиолетовый, желтый и др.),
- Группировка минералов по их разновидностям и запись в тетрадь в виде таблицы (табл. 2).
Окраска минералов. Таблица 2
| Постоянная окраска | Непостоянная | Разновидности | Цвет |
| | окраска | минералов | |
| Азурит - голубой | | Горный хрусталь | Прозрачный |
| Малахит - зеленый | | Аметист | Фиолетовый |
| Пирит - светло-желтый | Кварц | Дымчатый кварц | Дымчатый |
| Халькопирит - латунно- | | Морион | Черный |
| желтый | | | |
| Киноварь - карминно- | Флюорит | Зеленый | Зеленый |
| красная | | Фиолетовый | Фиолетовый |
| | | Бесцветный | Бесцветный |
Определение цвета черты минерала. Таблица 3
| Цвет черты | Примеры минералов |
| Красная | Киноварь |
| Желтая | Аурипигмент, гидрогетит |
| Коричневая | Сф'алерит, гидрогетит |
| Вишнево-красная ' | Гематит |
| Черная | Магнетит, галенит |
| Голубая | Азурит |
| Белая | Гипс |
| Бесцветная | Галит, кальцит |
| Зеленовато-черная | Халькопирит • |
3. Определение цвета черты минералов на фарфоровой пластинке. В набор входят пирит, халькопирит, киноварь, аурипигмент, магнетит, гематит, гидрогетит, кальцит, гипс, галит, азурит,сфалерит, галенит.
4. Определение цвета черты минералов и запись в тетрадь в виде таблицы
(табл.3).
Блеск минералов. Интенсивность отраженного света от поверхности минера лов известна под названием блеска. Минералы подразделяют по блеску на три группы: с металлическим, полуметаллическим, и неметаллическим блеском. Среди минералов с неметаллическим блеском выделяют несколько видов б лесков: алмазный, перламутровый, стеклянный, шелковистый, жирный, восковый, матовый и др. Содержание занятия
Определение блеска минералов: пирита, галенита, графита, кварца, мусковита, опала, гипса волокнистого (или асбеста), сфалерита, серы, нефелита, каолинита.
- Определение видов блеска минералов и составление таблицы по следующей форме (табл.4).
Разновидности блеска минералов. Таблица 4
| Блеск | Примеры минералов |
| Металлический | Пирит, халькопирит, галенит |
| Полуметаллический | Графит |
| Неметаллический | |
| Алмазный | Сфалерит, сера (на гранях) |
| Перламутровый | Мусковит |
| Стеклянный | Кварц (на гранях) |
| Жирный | Кварц и сера (на изломе), нефелин |
| Шелковистый | Гипс волокнистый, асбест |
| Восковый | Опал |
| Матовый | Каолинит |
Спайность и излом. Спайность - способность минералов кристаллического строения раскалываться по определенным кристаллографическим направлениям с образованием ровных блестящих поверхностей.
Выделяют пять типов спайности по степени совершенства:
Весьма совершенная - минерал легко расщепляется на тонкие зеркальные пластинки.
- Совершенная - минерал раскалывается на равные поверхности при легком ударе.
- Несовершенная - ровные поверхности обнаруживаются с трудом.
- Весьма несовершенная - минералы при расколе образуют неровные, раковистые поверхности, плоскости спайности наблюдаются очень редко.
Излом — поверхность, получающаяся при расколе или разломе минерала. У минералов с совершенной и весьма совершенной спайностью ровный или ступенчатый излом, у волокнистых минералов - занозистый излом. У минералов с плохо выраженной спайностью и аморфных иные виды изломов: раковистый, неровный, землистый, зернистый и др.
Содержание занятия
Определение степени совершенства и количества направлений спайности минералов: слюды, гипса, полевого шпата, галенита (крупнокристаллического), кварца, галита, пирита.
- Определение видов изломов минералов, спайности и оформление данных в таблицу (табл. 5).
Определение вида спайности и излома минералов. Таблица 5
| Минералы | Спайность и количество | Излом |
| | направлений спайности | |
| Слюда | Весьма совершенная в одном направ- | Ровный |
| | лении | |
| Полевой шпат | Совершенная в двух направлениях | Ступенчатый, неровный |
| Кальцит | Совершенная в трех направлениях по ромбоэдру Несовершенная | Ступенчатый |
| Кварц | Раковистый, неровный | |
| Пирит | Весьма несовершенная | Раковистый, неровный |
Особые свойства минералов. Некоторые минералы хорошо распознаются по особым свойствам: двойному лучепреломлению (исландский шпат), магнитности (магнетит, пирротин), растворимости (галит растворяется в воде, кальцит - в разбавленной соляной кислоте), запаху (при трении кусочков фосфорита ощущается запах жженой кости, а кусочков арсенопирита - запах чеснока), упругости и гибкости (у слюды листочки гибкие, упругие, а листочки гипса ломаются) и т.д.
Содержание занятия
- Определение особых свойств минералов: исландского шпата, слюды, листового гипса, магнетита, галита, кальцита (все — по одному кусочку), арсенопирита, фосфорита (по два кусочка в наборе)..
- Запись полученных данных в тетрадь: зарисовка кристалла исландского шпата и удвоенной надписи, запись реакции взаимодействия с соляной кислотой и т.д.
Раздел 1. Минералы Земли и небесных светил.
Тема: Минералы Земли и небесных светил.
Задание: