Робоча навчальна програма для студентів спеціальності 040 103 геологія, спеціалізації геологія, геохімія шифр І назва спеціальності

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

1 2 3

Максимальна кількість балів – 20

Оцінка за формами контролю:

усне експрес-опитування під час лекції: 5
виконання лабораторних робіт: 8
письмова контрольна робота: 7

Термін – перша декада листопада

Змістовний модуль 2

Генезис мінералів

Максимальна кількість балів – 20

Оцінка за формами контролю:

усне експрес-опитування під час лекції: 5
виконання лабораторних робіт: 8
письмова контрольна робота: 7

Термін – перша декада грудня

Змістовний модуль 3

Систематична мінералогія

Максимальна кількість балів – 20

Оцінка за формами контролю:

усне експрес-опитування під час лекції: 5
виконання лабораторних робіт: 8
письмова контрольна робота: 7

Термін – третя декада грудня

Підсумковий контроль у формі іспиту – 40 балів.

Тематичний план лекцій і лабораторних занять

№ лекції	Назва лекції	Кількість годин
Лекції	Лабор. заняття	Самостійна робота
Змістовий модуль 1 тема 1 Кристалохімія, морфологія та властивості мінералів
1	Мінералогія як фундаментальна наука	2
2	Основні поняття мінералогії	2	2	3
3	Співвідношення мінера-логії з іншими науками. Мінералогія і науково-технічний прогрес. Струк-тура та завдання мінералогії	2		2
4	Історія мінералогії. Динаміка відкриття нових мінералів.	2
5	Кристалохімія мінералів: загальна характеристика. Хімічний зв`язок атомів у кристалах	2		4
6	Кристалічна структура мінералів: загальна характеристика	2		4
7	Поліморфізм, морфотропія та політипізм у мінералах	2		2
8	Порядок-непорядок і дефекти у мінералах	2		4
9	Хімічний склад мінералів та ізоморфізм	2		4
10	Водень і радіоактивні елементи у складі мінералів	2		2
11	Морфологія мінералів: загальна характеристика	2		4
12	Морфологія мінеральних індивідів і агрегатів	2	2	4
13	Анатомія мінералів	2		2
14	Аморфний, колоїдний, метаміктний та ультрадисперсний стан природної речовини	2		5
15	Властивості мінералів: загальна характеристика. Оптичні властивості, гус-тина мінералів, механічні, електричні та магнітні властивості мінералів	2	1	5
16	Забарвлення та люмі-несценція мінералів	2		5
Змістовний модуль 2 Тема 2 Генезис мінералів
17	Генезис мінералів: за-гальна характеристика	2		3
18	Онтогенія мінералів	2		4
19	Геологічні процеси міне-ралоутворення: загальна характеристика	2		3
20-23	Диференційована харак-теристика процесів міне- ралоутворення	8		10
Змістовний модуль 3 Тема 3 Систематична мінералогія
24-27	Вступні лекції з система-тичної мінералогії	8	31	20
	Всього за семестр	54	36	90

Загальний обсяг – 180 год., у тому числі:

лекцій – 54,

лабораторних – 36,

самостійна робота – 90.

Змістовний модуль 1

Тема 1. Кристалохімія, морфологія та властивості мінералів

Основна мета модулю – висвітлити природу та взаємозв`язок трьох надзвичайно важливих атрибутів мінералів – внутрішньої будови, зовнішньої форми та властивостей. Висвітленню цієї теми передують лекції, які традиційно називаються “Вступом до мінералогії”.

Студенти мусять знати й усвідомлювати, що вони ніколи не зрозуміють і не засвоять сучасний стан будь-якої речовинної дисципліни, не отримавши належної підготовки з кристалохімії й морфології мінералів, оскільки взаємопов`язані (хімічний склад+кристалічна структура+морфологія+фізичні властивості мінералів) є основною сутністю мінеральних індивідів – дискретних частинок неорганічної природи.

Лекція 1. Мінералогія як фундаментальна наука. 2 год.

Зміст, мета, об`єкти, структура мінералогії з плином часу змінювались. На початку своєї історії вона була всеосяжною дисципліною про неживу природу. Пройшовши декілька етапів диференціації, мінералогія трансформувалася у сучасну природничо-історичну науку про мінерали-кристали.

Мінералогічна наука – це дуже вагома в сучасному суспільстві сфера людської діяльності, в якій напрацьовуються, систематизуються і скеровуються у практичне русло знання про мінерали. Сучасна мінералогія має всі ознаки фундаментальної науки і тому є основою розвитку багатьох галузей економіки.

Мінералогія – наука про мінерали, їх хімічний склад, будову, властивості, генезис та розподіл у природі. Мінералогія покликана сприяти задоволенню потреб людства в мінеральній сировині та її раціональному використанні.

Мінералогія – давня наука (за деякими даними їй орієнтовно 2000 років), хоча сам термін “мінералогія” з`явився порівняно недавно – 1636р. і запропонований італійським натурфілософом Бернардом Цезієм. Зародилася вона у процесі й внаслідок практичної діяльності людини. Про практичне значення нашої науки свідчить, зокрема, походження терміну “мінерал” – від давнього слова “мінера”, що означає руда або камінь, з якого можна вилучити метал. Передбачається, що вживання терміну “мінерал” сягає сивої давнини (~300 р. до нашої ери) й пов`язано з рудокопною та металоплавильною діяльністю кельтських племен.

Мінералогія – природничо-історична наука, яка будується на генетичній основі. Ця дефініція мінералогії стисло окреслює притаманну їй найголовнішу специфіку, іншими словами – її індивідуальність. Статус мінералогії як самостійної науки вичерпно обгрунтовується поєднанням – об`єкти (мінерали) плюс мета (пізнання природної історії мінералів).

Мінералогія – ретроспективна наука. Це означає, що вона покликана за остаточним результатом, представленим кам`яним продуктом, з`ясовувати (відтворювати) природу процесу, що призвів до виникнення цього продукту, тобто пізнати генезис мінералів, бо саме він обумовлює всі їх якості і розподіл у надрах Землі чи інших космічних тіл.

Основна література [1, 2-4, 9].

Додаткова література [5, 6, 30, 12, 57].

Лекція 2. Основні поняття мінералогії. 2 год.

Сучасна мінералогія – розгалужена наука, тобто характеризується значним розмаїттям теоретичних і прикладних напрямків, а також відповідною системою назв – номенклатурою. За даними Є.К.Лазаренка, мінералогія нараховує біля 14000 термінів, тобто слів або словосполучень, якими позначаються наукові поняття. Серед останніх є такі, які звичайно називаються основними поняттями, бо без них втрачається сама наука.

Основні поняття мінералогії, серед яких розглянемо мінерал, мінеральний індивід, мінеральний вид, різновид мінерального виду (мінеральний різновид), з`явившись на певному її етапі, згодом уточнювались, змінювались, певним чином віддзеркалюючи ступінь пізнання природи мінералів і рівень розвитку мінералогії в цілому.

Мінерал – це поняття, як зазначалось вище, виникло у сиву давнину. На початковому етапі розвитку нашої науки воно було синонімом слова “копалина” і охоплювало власне мінерали (у сучасному розумінні), гірські породи, руди та скам`янілості. Нині мінералом називаємо природну хімічну сполуку кристалічної будови, яка утворюється внаслідок прояву геологічного процесу. На базі цього поняття формуються також поняття про мінеральний індивід, вид і різновид.

Основна література [4, 8, 9].

Додаткова література [1, 2, 3, 5].

Лабораторна робота 1. Сучасні принципи діагностики мінералів. 1 год.

Діагностика (ідентифікація) мінералів – це захоплюючий процес, результати якого приносять певне задоволення. Наголошується на основні ознаки мінералів, які використовуються при діагностиці – блиск, твердість, густина тощо. Акцентується увага на найголовнішому способі діагностики мінералів – діагностичних таблицях. Усне опитування.

Основна література [1, 2. 3, 4]

Додаткова література [7, 8, 13].

Лабораторна робота 2. Шкала Мооса. 1 год.

Шкала Мооса посідає одне з центральних місць в мінералогії, оскільки в ній акумульовано величезний обсяг знань, результативоно об`єднаних десятибальною відносною шкалою твердості.

Основна мета роботи – дати студентам тлумачення, чому мінерали мають різну твердість на засадіх їхньої контитуції й природи хімічного зв`язку атомів у кристалічній структурі. Усне опитування.

Основна література [1, 2, 3, 4]

Додаткова література [5, 6, 7].

Лекція 3. Співвідношення мінералогії з іншими науками. Мінералогія і науково-технічний прогрес. Структура та завдання мінералогії. 2 год.

Мінерал у мінералогії виступає як самостійний цілісний об`єкт. В ньому синтезувались індивідуальні якості, які не є простою сумою влативостей його складових частин – атомів, що є об`єктами геохімії. Мінерали, поєднуючись між собою, утворюють об`єкти петрографії – породи і вчення про родовища корисних копалин - руди, які теж являють собою специфічні об`єкти, відмінні від простої суми мінералів. Все разом – це Земля – об`єкт геології. Сказане ілюструє зв`язок мінералогії з зазначеними геологічними науками.

Далі висвітлюється взаємозв`язок мінералогії з фізикою, хімією, геофізикою, тектонікою, медициною, археологією, екологією тощо.

У житті окремої людини, як і людства в цілому, мінерали мають надзвичайно велике значення. Вивсвітлюються способи використання мінералів, їх значення для розвитку економіки, науки, техніки, медицини, мистецтва, вирішення проблем екології.

Завершується лекція викладом сучасних уявлень про структуру та завдання мінералогії.

Основна література [1, 2, 4, 8, 9].

Додаткова література [3, 5, 6, 57].

Самостійна робота 1 (до лекцій 1-3) (5 год.) Об`єкти мінералогії, її зміст і історія.

Контрольні питання:

Що таке мінерал?
Що являють собою обов`язкові (типові) і формально необов`язкові (не типові) об`єкти дослідження в мінералогії?
З діяльністю яких вчених більше всього пов`язане становлення мінералогії як науки?
Роль В.І.Вернадського у розвитку мінералогії.
Як виглядає сучасна структура мінералогії?

Лекція 4. Історія мінералогії. Динаміка відкриття нових мінералів. 2 год.

Основна ідея цієї лекції – опанувавши історію, можна глибше зрозуміти та оцінити сучасний стан науки. Розглядаються основні етапи розвитку мінералогії – фізичний, хімічний, кристалохімічний. Окрема частина лекції – мінералогія в особах і динаміка відкриття нових мінералів.

Основна література [3, 4, 6, 7, 9]

Додаткова література [21, 25, 57].

Лекція 5. Кристалохімія мінералів: загальна характеристика. Хімічний зв`язок атомів у кристалах. 2 год.

Пізнати природу, зрозуміти наукове чи практичне значення мінералів неможливо без знань, які дає кристалохімія мінералів – розділ мінералогії, покликаний з’ясовувати закономірні зв'язки між хімічним складом, кристалічною структурою, властивостями та умовами утворення (перетворення) мінералів.

Досягнення кристалохімії змінили зміст багатьох уявлень, народжених старою мінералогією. Насамперед спростовано молекулярну будову кристалів. Натомість прийшли уявлення про атомну (кристалічну) структуру мінералів, які докорінно трансформували найголовніше в мінералогії поняття – мінерал. З нього вилучені аморфні, рідкі та газоподібні сполуки. Тому в сучасній мінералогії мінерали – це природні кристали. Кристалохімія народила якісно нові знання про мінерали і на електронному рівні. Кристалохіміки та фізики, зокрема, обгрунтували дефектну природу структури мінералів, з’ясували закономірності розподілу електронів у міжядерному просторі і дійшли висновку, що більшість мінералів є іонно-ковалентними сполуками.

Мінералоги, кристалографи, геохіміки, частково петрографи ніколи не зрозуміють і не засвоять сучасний стан своїх наук, не отримавши належної підготовки з кристалохімії мінералів, оскільки взаємозв'язані хімічний склад і кристалічна структура є основною (конституційною) сутністю мінеральних індивідів – дискретних частинок неорганічної природи.

Стисла історія і основний закон кристалохімії мінералів. Хімічний зв`язок у мінералах: іонний зв`язок і енергія кристалічної гратки, ковалентний зв`язок, донорно-акцепторний зв`язок, металічний зв`язок, молекулярний зв`язок, водневий зв`язок, проміжні зв`язки. Залежність властивостей мінералів від типу та енергії хімічного зв`язку їх атомів; енергетика кристалфів і порслідовність кристалізації мінералів.

Радіуси іонів і атомів у кристалах: атомні радіуси, іонні радіуси, співвідношення між атомними та іонними радіусами. Іони перехідних металів у кристалічному полі. Ефективні заряди атомів у кристалах. Координаційні числа та координаційні поліедри. Щільні упаковки атомів та іонів. Все це теми, які подалі висвітлюються.

Основна література [2, 4, 10].

Додаткова література [15-18, 41, 47].

Лекція 6. Кристалічна структура мінералів: загальна характеристика. 2 год. Загальні відомості про кристалічну структуру мінералів і історичні відомості. Способи зображення структури кристалів. Структурні типи та мотиви мінералів. Стисла характеристика поширених у природі структурних типів. 14 типів граток Браве. 230 просторових (федорівських) груп симетрії. Критерії стійкості кристалічних структур мінералів.

Основна література [1,2,4,7,8,10].

Додаткова література [15-18, 36, 41].

Лекція 7. Поліморфізм, морфотропія та політипізм у мінералах. 2 год.

Всі ці явища висвітлюються у тісному зв`язку хімічного складу, кристалічної структури, умов утворення мінералів і симетрійних закономірностей фазових переходів.

Основна література [1, 2, 5, 7, 10].

Додаткова література [15-18,20, 36, 43, 44].

Лекція 8. Порядок-непорядок і дефекти у мінералах. 2 год. Висвітлюються закономірності розташування в мінералах атомів, іонів і крупніших структурних одиниць. Кристалографічні аспекти впорядкування.

Дефекти в мінералах: точкові дефекти, електронно-діркові центри, нерівноважні точкові дефекти, лінійні дефекти, плоскі дефекти.

Основна література [2, 4, 7, 10].

Додаткова література [36, 38, 44, 50, 53].

Лекція 9. Хімічний склад мінералів та ізоморфізм . 2 год.

Загальна характеристика хімічного складу мінералів. Закон Кларка-Вернадського. Хімічні елементи та числа мінеральних видів. Нестехіометрія хімічного складу мінералів.

Ізоморфізм у мінералах. Типи ізоморфізму: ізовалентний ізоморфізм, гетеровалентний ізоморфізм, аномальний ізоморфізм. Тверді розчини та подвійні солі. Чинники та правила ізоморфізму.

Розпад твердих розчинів. Кристалохімія і механізми розпаду твердих розчинів. Зародження і ріст нової фази. Гомогенне зародження. Гетерогенне зародження. Спінодальний розпад. Кінетика, ТТТ-діаграми та генетичне значення розпаду твердих розчинів.

Основна література [1, 2, 5, 8, 10, 13, 14]

Додаткова література [32, 41, 46, 49].

Лекція 10. Водень і радіоактивні елементи у складі мінералів . 2 год.

Висвітлюється наукове та практичне значення цих елементів у мінералах, ізотопи у складі мінералів. Кристалохімічні формули мінералів.

Основна література [8,12]

Додаткова література [17, 23, 32]

Самостійна робота 2 (до лекцій 5-10). (20 год.) Конституція мінералів.

Контрольні питання:

Що таке конституція мінералів?
Які найхарактерніші властивості кристалічної речовини?
Які найголовніші чинники впливають на стійкість (зміну) кристалічних структур мінералів?
Що таке тверді розчини, яким вони підпорядковуються правилам і за яких умов здійснюється їхній розпад?
Який вплив здійснює водень на мінералогію інших елементів?

Лекція 11. Морфологія мінералів: загальна характеристика. 2 год.

Наукові досягнення морфології мінералів використовуються для вирішення проблем онтогенії мінералів, технологічної й пошукової мінералогії. Крім того, форма мінералів – важлива діагностична ознака. Кристали самі по собі широко використовуються в техніці, науці, медицині, ювелірній справі (див. розділ 1). Їх значення у наш час настільки вагоме, що вчені–кристалографи назвали ХХ-е століття «століттям кристалів». В цьому столітті в СРСР створено при Академії наук спеціальний Інститут кристалографії, який носить ім`я О.В.Шубникова (1887 – 1970) – фундатора радянської науки про кристали. З дослідженням кристалів тісно пов’язана поява та розвиток не тільки кристалографії, але й фізики твердого тіла, кристалохімії, кристалофізики, радіотехніки, напівпровідникової й квантової електроніки, акустики, технічної оптики... Закони симетрії кристалів мають велике значення для розвитку природознавства в цілому та мистецтва.

В основу цього розділу покладена одна основна ідея – морфологія мінералів віддзеркалює їх внутрішню будову, хімічний склад та умови кристалізації. Ця ідея давно відома й відносно добре опрацьована для кристалів-багатогранників у рамках наукового напряму, названого академіком Є.К.Лазаренком (1912 – 1979) мінералогічною кристалографією (1951) й всебічно розвиненого кристалографічною школою професора І.І.Шафрановського. Але в природі переважають не кристали-багатогранники, а кристали-зерна – складові частини більшості гірських порід і руд – які, однак, нині ще не є повнокровними об’єктами дослідження мінералогічної кристалографії. Крім того, щоб відтворити природну історію мінералів, тобто досягти основної мети мінералогії, недостатньо інформації, яка стосується тільки зовнішньої морфології мінералів, оскільки формально вона віддзеркалює умови росту (перетворення) індивідів лише на їх завершальному етапі. Тому виникає наукова доцільність залучення у сферу мінералогічної кристалографії ще внутрішньої морфології, тобто анатомії мінералів, яку слід розглядати в динаміці й на всіх стадіях онтогенезу – від зародження до руйнації. Розмір мінеральних індивідів. Мегамінерали, макромінерали, мікромінерали, наноіндивіди.

Основна література [4. 5, 7, 11]

Додаткова література [19, 22, 24, 42, 43, 47].

Лекція 12. Морфологія мінеральних індивідів і агрегатів. 2 год. Основні чинники зміни морфології кристалів. Закон Браве. Принцип Доннея-Харкера. Концепція періодичних ланцюжків зв`язку. Принцип Кюрі. Правило динамічної поведінки структури Міхеєва-Шафрановського. Кристаломорфологічна еволюція мінералів. Принцип Гіббса-Кюрі-Вульфа.

Габітус і обрис кристалів. Рельєф на гранях кристалів: штрихуватість, віциналі, мозаїчність, фігури розчинення.

Скелетні кристали: вершинні форми, реберні форми, гранні форми.

Ниткоподібні кристали. Розщеплені кристали. Скручені кристали.

Паралельні зростки кристалів. Двійникові зростки кристалів. Закони двійникування. Походження двійників. Двійники росту. Трансформаційні двійники. Двійники сковзання. Епітаксичні зростки мінералів та їх генетичне значення.

Поверхні стискання між мінеральними індивідами. Ідіоморфна поверхня. Ксеноморфна поверхня. Індукційна поверхня. Вторинні поверхні.

Критерії відносного віку мінеральних індивідів в агрегатах.

Зернисті мінеральні агрегати.

Секреції і конкреції. Паралельно-тичкуваті агрегати першого, другого і третього типів. Сфероліти. Конкреції. Ооліти.

Основна література [2, 3, 4, 6, 7, 11]

Додаткова література [22, 24, 25, 31, 42, 43, 47].

Лабораторна робота 3. Основи морфології мінералів. 2 год.

Основна мета – закріплення основних понять морфології мінералів, отриманих при проходженні курсу кристалографії, насамперед 47 простих форм, 7 сингоній і 3 категорії симетрії, а також перехід від ідеальних форм до реальних, розвинутих на мінеральних кристалах. Перше заняття проводитсья в Геологічному музеї факультету, друге – в кабінеті мінералогії.

Усне опитування.

Основна література [4, 6, 7, 11]

Додаткова література [24, 42, 43, 54, 56].

Лекція 13. Анатомія мінералів. 2 год. Елементи анатомії кристалів і методи її вивчення. Піраміди росту граней. Поверхні росту ребер і лінії росту вершин. Зони росту. Включення в кристалах. Анатомія мінералів – генеральна фізична характристика.

Найголовніші закони анатомії кристалів: закон Бекке-Леммлейна-Григор`єва, закон Шефталя, закон Єрофеєва.

Основна література [11, 12]

Додаткова література [24, 25, 27].

Самостійна робота 3 (до лекцій 11-13) (10 год.) Морфологія та анатомія мінералів.

Контрольні питання:

Чим відрізняється габітус від обрису кристалів?
Що таке патологія кристалів?
Яка відмінність випадкових від закономірних зростків?
Яку сутність має сучасне розуміння анатомії мінералів?
Чим конкреція відрізняється від секреції?
Чому грані мають негладку поверхню?

Лекція 14. Аморфний, колоїдний, метаміктний та ультрадисперсний стан природної речовини. 2 год. Висвітлюються особливості аморфного, колоїдного та метаміктного стану речовини. Наномінералогія, мікромінералогія. Квазікристали, фуллерени.

Основна література [5, 11]

Додаткова література [58].

Самостійна робота 4. 5 год. Наномінералогія – мінералогія ХХІ ст.

Контрольні питання:

Що таке мікромінералогія і наномінералогія?
Що таке квазікристали?
Що таке фулерени?

Лекція 15. Властивості мінералів: загальна характеристика. Оптичні властивості, густина мінералів, механічні, електричні та магнітні властивості мінералів. 2 год. Їх значення у мінералогії надзвичайно велике. На відмінностях густини, магнітних і спектроскопічних властивостей мінералів напрацьовуються методи та критерії пошуку та оцінки родовищ корисних копалин. Крім того, фізичні властивості мають велике типоморфне значення, визначають галузі використання мінералів і широко застосовуються при діагностиці мінералів.

Оптичні властивості мінералів: світлозаломлення, світловідбиття, світловбирання, світлорозсіювання. Блиск мінералів. Поняття про оптичну індикатрису.

Густина (щільність) мінералів і її зв`язок з хімічним складом і структурою кристалів. Практичне значення густини мінералів.

Механічні властивості мінералів. Твердість, пружність, пластичність, крихкість, злам, спайність. Зв`язок механічних властивостей з конституцією мінералів. Генетичне і практичне значення механічних влстивостей мінералів.

Термічні властивості мінералів. Властивості поверхні мінералів. Анізотропія властивостей мінералів.

Електричні властивості мінералів. Мінерали – піро- і п`єзоелектрики. Магнітні властивості мінералів. Магнітна сприйнятливість мінералів. Мінерали діамагнетики, парамагнетики. Ферромагнетики, антиферромагнетики, феррімагнетики.

Основна література [1, 4, 6, 7, 8, 13]

Додаткова література [34, 35, 36].

Лабораторна робота 4. Загальне знайомство з фізичними властивостями мінералів, які використовуються при діагностиці мінералів. 1 год.

Мета роботи – у загальних рисах розтлумачити студентам фізичну природу властивостей – забарвлення, риси, густини, блиску, механічних і магнітних властивостей, які використовуються при макродіагностиці мінералів. Усне опитування.

Основна література [1, 2, 4, 5, 6]

Додаткова література [8, 40].

Лекція 16. Забарвлення та люмінесценція мінералів. 2 год. Забарвлення мінералів. Спектри поглинання (відбиття) і природа забарвлення мінералів. Власне (ідіохроматичне) забарвлення мінералів. Чуже (аллохроматичне) забарвлення. Псевдохроматичне забарвлення. Радіаційне забарвлення. Генетичне та прикладне значення забарвлення мінералів. Колір риски (порошку) мінералів і його діагностичне значення.

Люмінесценція мінералів. Природа і види люмінесценції. Закон (правило) Стокса. Фотолюмінесценція, термолюмінесценція, рентгенолюмінесценція мінералів. Генетичне і практичне значення люмінесценції мінералів.

Основна література [1, 2, 4, 8, 13, 14]

Додаткова література [40, 48].

Самостійна робота 5 (до лекцій 15-16) (10 год.) Фізичні властивості мінералів.

Контрольні питання:

Чому Cr⁺³ спричинює різне забарвлення у неоднакових мінералах?
Як властивості пов`язані зі складом твердих розчинів?
Чим спайність відрізняється від зламу та окремості?
Яку структуру мають магнітні мінерали?
Що таке анізотропія властивостей кристалічної речовини?

Змістовний модуль 2

Blog

Робоча навчальна програма для студентів спеціальності 040 103 геологія, спеціалізації геологія, геохімія шифр І назва спеціальності

Содержание

Максимальна кількість балів – 20

Максимальна кількість балів – 20

Максимальна кількість балів – 20

Назва лекції

Змістовий модуль 1