Главная / Методические материалы / Преподавание географии
Материальное и методическое оснащение геохимических исследований на примере Архангельской области
Автор(ы): Мельник Анатолий Алексеевич, методист учебного центра
Notice: Undefined variable: content in /home/area7ru/area7.ru/docs/metodic-material.php on line 278
Исследование минеральных ресурсов района, края, области имеет большое познавательное значение, способствует повышению интереса школьников к углублённому изучению химии и других предметов естественного цикла. Учащиеся под руководством педагога овладевают приёмами практического применения знаний, полученных на уроках химии.
Работа по изучению натуральных объектов, представляющих собой минералы и руды, может быть организована учителем химии в три этапа.
1. Подготовительный этап. Учащиеся (члены кружка) под руководством учителя химии, геолога, студента вуза овладевают методикой определения катионов и анионов, приобретают необходимые знания для работы с оборудованием и реактивами при геолого-химическом анализе.
2. Полевая практика. Организуется в тёплое время года в местах разработок полезных ископаемых, районы естественных обнажений горных пород (овраги, речные долины и т.д.). Здесь производится отбор проб и их экспресс-анализ с целью установления пригодности для последующего изучения.
3. Обработка полученного материала. Проводится в осенне-зимний период. К этой работе могут быть привлечены не только члены кружка, но и все учащиеся.
Далее пойдёт речь об организации полевой практики.
Для определения (диагностики) минералов существует комплекс различных методов, начиная от самых простых, поверхностных, и кончая детальными исследованиями с применением особых приборов. В практике наиболее простым является определение минералов по внешней форме – морфологическим особенностям кристаллов и их агрегатов. Но это возможно лишь в тех редких случаях, когда форма минерала типична и он представлен достаточно крупными кристаллами или однородными мономинеральными агрегатами. Для определения минерала одних морфологических особенностей недостаточно, необходимо применять более сложные методики, например изучения комплекса его физических свойств. Простейшие химические реакции помогают установить наличие или отсутствие в минерале отдельных химических элементов.
В полевых условиях можно сделать предварительный качественный анализ. Для химического анализа часто берут растворы, получаемые после обработки руд и минералов кислотами, и действуют на них также растворами реактивов. Но в полевых условиях дистиллированную воду, необходимую для приготовления растворов, достать невозможно. К тому же опыт показывает, что химические реакции можно проводить и между твёрдыми веществами, если их растереть (метод растирания – один из сухих методов качественного анализа). Ещё в 19 веке профессор Казанского университета Флавицкий Ф.М. очень убедительно доказал, что все реакции, которые до этого проводились в растворах, удаются и при проведении их между твёрдыми веществами. Флавицкий даже изобрёл карманную химическую лабораторию, которой можно было пользоваться при проведении химических реакций. В ней использовались чистые соли. Но выделить из руды или минерала соль какого-либо металла в чистом виде, чтобы провести реакцию между твёрдыми веществами, крайне трудно. А что если проводить реакцию прямо с минералом? Практика подтвердила, что в большинстве случаев это можно делать. Но иногда реакция может и не произойти. Как быть тогда?
Как говорилось выше, для получения растворов на руды и минералы действуют кислотами. А есть ли возможность разложить их без кислот? Оказывается, можно. Как известно, соли аммония при нагревании разлагаются. Например, сульфат аммония разлагается на аммиак, оксид серы (VI) и воду. Хлорид аммония разлагается на аммиак и хлороводород. Благодаря этой особенности солей аммония, их используют для разложения минералов. При нагревании минералов с сульфатом аммония образуются сульфаты тех металлов, которые входили в состав руды. После разложения масса имеет светло-серый цвет. Слишком перегревать массу нельзя, т.к. некоторые сульфаты при сильном нагревании разлагаются до оксидов. При разложении минерала хлоридом аммония образуются хлориды металлов. Но нужно учесть, что некоторые хлориды при сильном нагревании улетучиваются. Это хлорид железа (III), хлорид алюминия, хлорид титана (IV), хлорид сурьмы (V) и некоторые другие. Таким образом, нужно уметь правильно подобрать аммонийную соль, которая была бы пригодна для разложения руд и минералов.
Аналитические реакции можно проводить на поверхности минералов. Для этого отбивают геологическим молотком кусок минерала и проводят реакцию на месте свежего излома. Можно также выбранное место на минерале вначале осторожно зачистить стальным ножом, чтобы снять поверхностный слой, и проводить реакцию на обнажённой поверхности. На зачищенное место или свежий излом помещают немного нужного реактива и растирают его на возможно малой площадке стеклянной палочкой. Важно, чтобы конец стеклянной палочки был не закруглённым, а плоским, но без острых краёв. Если реакция на поверхности не дала ожидаемого результата, то это не значит, что определяемый элемент отсутствует. Тогда проводят реакцию с измельчённым минералом. Небольшую порцию минерала помещают в ступку и растирают пестиком как можно тщательнее. Затем порошок переносят в фарфоровый тигель, добавляют требуемый реактив и смесь осторожно и очень тщательно растирают. Иногда массу нужно увлажнить дыханием. Для этого на тигелёк дышат и отводят его ото рта во время вдоха, чтобы порошкообразные реактивы не попали в дыхательные пути. Увлажнение полезно делать и добавлением в тигель капли дистиллированной воды. Если же реакция с измельчённым минералом не даёт положительного результата, измельчённый образец разлагают нагреванием с сульфатом аммония. Если разложение с первого раза не закончится, то добавляют новую порцию сульфата аммония и нагревание продолжают. Нагревание продолжать до прекращения выделения белого дыма – оксида серы (VI).
Исходя из списка минеральных ресурсов, встречающихся на территории Архангельской области (таблица 1), рекомендован следующий состав полевой геохимической лаборатории:
1. Основные реактивы (твёрдые)
1.1. Ализарин или алюминон – для определения алюминия
1.2. Диметилглиоксим – для определения никеля
2. Основные реактивы (растворы)
2.1. Соляная кислота – для открытия карбонат-иона
2.2. Магнезон (щелочной раствор) – для открытия магния
3. Вспомогательные реактивы
3.1. Щавелевая кислота (лимонная кислота, винная кислота) - для маскировки мешающих ионов
3.2. Сульфат аммония – для разложения минералов
4. Оборудование
4.1. Фарфоровые ступки
4.2. Фарфоровые пестики
4.3. Фарфоровые тигли
4.4. Тигельные щипцы
4.5. Стеклянные палочки
4.6. Шпатель
4.7. Нож
4.8. Скальпель
4.9. Лупа
4.10. Пинцет
4.11. Ложечка
4.12. Пипетки-капельницы
4.13. Молоток
4.14. Неглазурованная фарфоровая пластинка
4.15. Сухое горючее и спички
Для исследования мы рекомендуем 13 минералов, встречающихся на территории Архангельской области. Из них 7 минералов образуют месторождения, пригодные для разработки в промышленных масштабах, а 6 минералов образуют рудопроявления, не пригодные для промышленной разработки.
Химический состав минералов можно исследовать сухими и мокрыми методами. Из 13 минералов 1 исследуется только сухим методом; 8 минералов – только мокрым методом; 4 минерала – и сухим, и мокрым.
Таблица 1.
Качественный анализ минералов и горных пород Архангельской области
| Минералы
| Химическаяформула
| Компоненты,которые обнаруживаются
| сухим методом
| мокрымметодом
| 1
| Ангидрит
| CaSO4
|
| Ca2+, SO42-
| 2
| Антимонит
| Sb2S3
| Sb3+
| Sb3+, S2-
| 3
| Боксит
| Al2O3 H2O
| Al3+
|
| 4
| Галенит
| PbS
| Pb2+
| Pb2+, S2-
| 5
| Гипс
| CaSO4 2H2O
|
| Ca2+, SO42-
| 6
| Доломит
| CaMg(CO3)2
|
| Ca2+, Mg2+, СO32-
| 7
| Известняк
| CaCO3
|
| Ca2+, CO32-
| 8
| Куприт
| Cu2O
|
| Cu в виде Cu2+
| 9
| Малахит
| (CuOH)2CO3
| Cu2+, OH-, CO32-
| Cu2+
| 10
| Медно-никелеваяруда
| (Fe,Ni)9S8;FeS; CuFeS2
| Ni2+, Fe2+,Fe3+
| S2-, Ni2+, Fe2+, Fe3+,Cu2+
| 11
| Селенит
| CaSO4
|
| Ca2+, SO42-
| 12
| Флюорит
| CaF2
|
| Ca2+, F-
| 13
| Целестин
| SrSO4
|
| Sr2+, SO42-
| Физические свойства минералов приведены в приложении 1.
Далее в качестве примера приведен алгоритм проведения сухого химического анализа минерала примере боксита.
Боксит – гидратированный оксид алюминия Al2O3 nH2O. Минерал содержит значительные примеси гидратированного оксида железа (III) Fe2O3 nH2O. Для обнаружения алюминия используется реакция с алюминоном, аналитический эффект – коричнево-красное окрашивание.
Методика выполнения анализа.
Измельченную пробу минерала смешать в тигле с 5-6-кратным количеством сульфата аммония и массу нагревать до прекращения выделения паров оксида серы(VI). После разложения масса должна иметь белый или серый цвет. Немного разложенной массы поместить в чистый тигель, добавить немного порошка винной или лимонной кислоты (для устранения влияния железа), несколько кристалликов алюминона и растереть стеклянной палочкой.
Аналитический эффект усиливается при добавлении капли дистиллированной воды.
Комментарии к методике.
(NH4)2SO4 NH3 + SO3 + H2O – разложение сульфата аммония при нагревании.
Al2O3 + 3 SO3 Al2(SO4)3
Fe2O3 + 3 SO3 Fe2(SO4)3 – взаимодействие компонентов боксита с оксидом серы (VI). Окраска меняется с коричневой на светло-серую.
Fe2(SO4)3 + лимонная кислота комплексное соединение – устранение влияния железа.
Al2(SO4)3 + алюминон в порошке окрашивание – обнаружение алюминия.
Подробная методика исследования химического состава минералов и горных пород Архангельской области приведена в приложении 2.
Рекомендуемые маршруты геолого-химических экспедиций по территории Архангельской области приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Маршруты геолого-химических экспедиций по территории Архангельской обл
Район
| Населённыйпункт
| Минералы игорные породы
| Названияместорождений
| Плесецкий
| станция Емца
| известняк и доломит
| Емецкое
| Плесецкий
| станция Обозерская
| известнняк
| Обозерское, Швакинское
| Плесецкий
| п. Североонежск
| боксит
| Иксинское
| Плесецкий
| п. Сеза
| рудопроявления никеля
| Сезское
| Холмогорский
| д. Орлецы
| известняк
| Орлецкое
| Холмогорский
| д. Звоз
| гипс и ангидрит
| Звозское
| Данные экспедиции можно использовать самостоятельно или в составе комплексной экспедиции.
Если у кого-либо возникнет желание организовать подобную экспедицию в другом регионе, мы приведём советы по комплектованию своей геохимической лаборатории и работы с ней.
Для изготовления лаборатории нужно, прежде всего, составить список предметов, которые должны содержаться в лаборатории:
1) коробка металлическая или сделанная из фанеры;
2) горелка для горючего;
3) пинцет;
4) кусок неглазурованной фарфоро...
ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами методического материала урезан на треть (33%)!
Чтобы просматривать этот и другие тексты полностью, авторизуйтесь на сайте:
|
|
Добавлено: 2012.06.23 | Просмотров: 1302
При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательна!
|
