ZŠ Určeno pro Sekce Předmět Rozvoj vzdělávání žáků karvinských základních škol v oblasti cizích jazyků Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.07/02.0162 Téma / kapitola Dělnická 9. tř. ZŠ základní zájem Přírodopis Systém minerálů, zástupci, význam Zpracoval Mgr. Lenka Grygová (tým 3)
Obsah: 1 SYSTEMATICKÁ MINERALOGIE - ÚVOD... 4 2 PRVKY... 4 3 SLOUČENINY... 9 4 PŘEHLED LITERATURY... 25 2
S Y S T É M M I N E R Á L Ů, Z Á S T U P C I, V Ý Z N A M V této kapitole se dozvíte: Podle čeho dělíme nerosty do skupin Kteří jsou zástupci jednotlivých skupin Jak jsou některé významné nerosty využívány člověkem Budete schopni: Vysvětlit, čím se liší a co mají společného diamant a tuha Proč je třeba diamant vhodný k využití ve šperkařství Ze kterých rud vyrábíme kovy Které nerosty jsou příbuzné kuchyňské soli Klíčová slova této kapitoly: Systematická mineralogie, prvky, sloučeniny, chemické složení, zástupci nerostů, jejich využití Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: 5h (teorie) 3
1 Systematická mineralogie - úvod V dnešní době je na Zemi známo přes 4000 druhů nerostů. Asi 350 se jich vyskytuje často nebo velmi často. Nové druhy nerostů jsou stále objevovány, několik desítek ročně. Protože nerosty mají velké množství tvarů krystalů a různé fyzikální vlastnosti, pro přehlednost a jednoduchost bylo zvoleno členění nerostů do skupin podle chemického složení. Členěním nerostů do skupin se zabývá vědní obor systematická mineralogie. Základní dělení nerostů je na: prvky jejich chemické složení je jednoduše vyjádřeno chemickou značkou z periodické tabulky prvků sloučeniny složení vyjadřuje chemický vzorec. Skupinu sloučenin dělíme na tyto nejčastěji se vyskytující třídy: - sulfidy - halogenidy - oxidy a hydroxidy - uhličitany - sírany - křemičitany - minerály organického původu. Kromě těchto tříd minerálů se v přírodě vyskytují další, méně známé skupiny např. dusitany, fosforečnany, wolframany. 2 Prvky V přírodě se v ryzím stavu jako prvek vyskytuje jen málo nerostů. Z nekovových prvků to jsou uhlík (jako tuha a diamant) a síra. Z kovů pak měď, stříbro, zlato a platina, některé prvky se vyskytují společně ve slitinách (např. železo s niklem). Některé z uvedených prvků se dále nacházejí i jako sloučeniny (síra, železo, uhlík). 4
Zlato - Au Zlato se nachází většinou v křemenných zlatonosných žilách. Vzniklo krystalizací z horkých vodných roztoků, které vzniky z par a plynů unikajících z magmatu. Vyskytuje se v v podobě nepravidelných plíšků, šupinek, valounků, drátků. Vlastnosti: kujné, roztepává se do plíšků, žlutá barva i vryp, měkké, rozpustné pouze v lučavce královské (směs koncentrované kyseliny dusičné a chlorovodíkové v poměru 1:3). Využití: je podkladem měny, využívá se v mincovnictví, šperkařství, lékařství. Čistota zlata se vyjadřuje v karátech čisté zlato má 24 karátů. Těžilo se i u nás Zlaté Hory v Jeseníkách, na Slovensku Kremnica. Největším producentem zlata ve světě je JAR, Rusko, Austrálie, USA (Aljaška). Měď - Cu a stříbro Ag Oba tyto nerosty se nacházejí v ryzím stavu na hranici rudných žil spolu se sulfidy těchto prvků. Vznikly z roztoků zvětralých původních sulfidů. Měď vznikala také stejným způsobem jako zlato (krystalizací z horkých vodných roztoků). Měď se vyskytuje ve tvaru nepravidelných zrn, drátků, plíšků, keříčkovitých útvarů. Stříbro podobně, také ve tvaru vlásků. Vlastnosti: kujné, roztepává se do plíšků, měď barva měděná, stříbro stříbrná, vryp obou v téže barvě, kovový lesk, oba měkké, měď barví plamen do zelena, kujné, dobrý elektrický vodič. Využití: měď elektrický vodič, součást slitin (mosaz a bronz), slitiny se zlatem - šperkařství stříbro mincovnictví, klenotnictví, lékařství, elektrotechnika, sloučeniny k výrobě 5
fotografií. Těžilo se u nás v Kutné Hoře, Příbrami, na Slovensku v Banské Štiavnici, dnes ve světě USA, Chile, Mexico. měď stříbro Platina Pt Platina vznikla vyloučením z magmatu. Tvoří ji ocelově šedé šupinky, valounky, zrnka. Obsahuje často příměsi dalších prvků (osmium, iridium, paladium). Vlastnosti: barva stříbrná, kujná, chemicky stálá, vysoká hustota, tvrdší než zlato a stříbro. Využití: výroba chemického a elektrotechnického nádobí a nářadí, v klenotnictví a lékařství. 6
Síra - S Čistá síra se vylučovala ze sopečných plynů a horkých sirných pramenů, dále vznikala rozkladem sloučenin síry (sádrovec) nebo činností bakterií rozkladem organické hmoty. Vlastnosti: barva světle žlutá až oranžová, vryp bílý, soustava kosočtverečná, často krystaly, ale také shluky (vláknité, paprsčité), měkká, hořlavá, hoří modrým plamenem. Využití: k výrobě kyseliny sírové, zápalek, k vulkanizaci kaučuku, v kožním lékařství, k hubení škůdců. Ložiska síry v Polsku, USA, Rusku. Uhlík C diamant Diamant vznikl vyloučením z magmatu za vysokých teplot a tlaků. Tvoří pravidelné krystaly. Vlastnosti: bezbarvý, někdy zbarvený, čirý, dokonale štěpný, odolný proti chemickým vlivům, silný lesk, vysoká tvrdost, soustava krychlová. Využití: šperkařství, vrtací, brusné a řezací nástroje. Těžba diamantů JAR, Rusko. 7
Uhlík C tuha (grafit) Tuha vznikala většinou rozkladem organických látek při přeměně vlivem tlaku a teploty. Výjimečně v puklinách hornin vylučováním z magmatických plynů. Vlastnosti: černošedá barva, šupinaté až zemité shluky, matný lesk, měkká, žáruvzdorná (taví se až při teplotě 3000 0 C), vede elektrický proud, šedý kovový vryp, otírá se, píše po papíře, soustava šesterečná. Využití: tuha do tužek, tavicí kelímky, vyzdívky tavicích pecí, žáruvzdorné nátěry, výroba pneumatik, spojková a brzdová obložení, elektrody, k vymazávání slévárenských forem. Těžba tuhy u nás podhůří Jeseníků, ve světě USA, Rusko, Srí Lanka. 8
3 Sloučeniny Sulfidy Sulfidy jsou soli odvozené od sirovodíku (sulfanu) H 2 S. Některé mají složitější stavbu. V krystalové mřížce obsahují atomy různých kovů. Většinou mají kovový vzhled. Vznikly často vyloučením z horkých vodných roztoků jsou součástí rudných žil. Výjimečně vznikal sulfan v usazených horninách ze zbytků organických těl a jeho následnou reakcí se železem a ztrátou vody vznikly sulfidy. Pyrit - FeS 2 Vlastnosti: zlatá mosazná barva, kovový lesk, středně tvrdý, pravidelné krystaly, někdy shluky, černý vryp, není kujný, soustava krychlová. Využití: dříve se využíval k výrobě kyseliny sírové, nejrozšířenější sulfid, lidově zvaný kočičí zlato. Těžba pyritu u nás podhůří Jeseníků, ve světě Španělsko. Galenit - PbS Vlastnosti: šedostříbrná barva, kovový lesk, měkký, pravidelné krystaly, někdy shluky, černý vryp, křehký, po úderu se rozpadá na malé krystalky, soustava krychlová. Využití: olověná ruda, výroba olova desky k ochraně před zářením, desky do akumulátorů, broky, rybářské potřeby. Těžba galenitu dříve u nás Kutná Hora, Příbram, Stříbro, ve světě Polsko, USA, Kanada, Austrálie. 9
Sfalerit - ZnS Vlastnosti: hnědá až černá barva, polokovový lesk, pravidelné krystaly, žlutý až hnědý vryp, soustava krychlová, často doprovázen dalšími sulfidy. Využití: zinková ruda, výroba zinku pozinkování plechů, elektrody, součást slitiny mosaz, dříve výroba mincí, výroba odlitků odolných proti korozi. Těžba sfaleritu dříve u nás Kutná Hora, Příbram, ve světě Německo, Rakousko. Dalšími méně významnými sulfidy jsou markazit (podobný pyritu, FeS 2 ), chalkopyrit (CuFeS 2, měděná ruda, zlatočervená barva) a antimonit (Sb 2 S 3, modrošedá antimonová ruda). 10
Halogenidy Halogenidy jsou soli odvozené od halogenovodíků tedy chlorovodíku HCl (chloridy), jodovodíku HI (jodidy), fluorovodíku HF (fluoridy) a bromovodíku HBr (bromidy). Většinou vznikly krystalizací ze slaných vod. Fluorit vznikl z těkavých plynů z magmatu, nachází se v žílách. Halit sůl kamenná - NaCl Vlastnosti: často bezbarvá, jindy proměnlivá barva od nažloutlé, přes načervenalou, hnědou až po modrou, skelný lesk, měkká, slaná chuť, rozpustná ve vodě, krystaly i shluky, barví plamen žlutě, průhledná až průsvitná, vryp bílý, soustava krychlová. Využití: konzervační prostředek, součást potravy a krmiv, surovina pro výrobu sodíku, sody a jiných chemikálií, solné komory rehabilitace, v mydlovarnictví, sklářství, metalurgii a v papírenském průmyslu. Těžba soli ve světě Polsko, Rakousko, Slovensko. Fluorit kazivec - CaF 2 Vlastnosti: zelená, fialová, žlutá, růžová barva, skelný lesk, průhledný až průsvitný, vryp bílý, křehký, nerozpustný ve vodě, některé krystaly fosforeskují při prosvětlení barevným světlem, soustava krychlová. 11
Využití: surovina k výrobě fluorových preparátů, kyseliny fluorovodíkové, v hutnictví (snižuje teplotu tání), sklářství, při výrobě cementu, bezbarvé čiré krystaly v optice. Těžba fluoritu ve světě Německo, Anglie, Rusko, USA. Sylvín KCl Vlastnosti: bezbarvý, žlutý, oranžový, skelný lesk, průhledný až průsvitný, výjimečně krystaly, častěji shluky, hořkoslaná chuť, vryp bílý, křehký, rozpustný ve vodě, plamen barví červenofialově, soustava krychlová. Využití: surovina k výrobě hydroxidu draselného a hnojiv. Těžba sylvínu ve světě Německo, Rusko. Karnalit KCl. Mg Cl 2. 6 H 2 O Vlastnosti: bezbarvý, žlutý až červený, skelný lesk, průhledný až průsvitný, výjimečně krystaly, častěji shluky, hořkoslaná chuť, vryp bílý, křehký, rozpustný ve vodě, plamen barví červenofialově, soustava kosočtverečná. Využití: surovina k výrobě kovového draslíku a hořčíku. Těžba sylvínu ve světě Německo, Rusko. 12
Oxidy a hydroxidy Oxidy jsou sloučeniny prvků s kyslíkem. Některé mají v krystalové mřížce molekuly vody. Tyto nerosty jsou různého původu. Např. křemen je magmatického původu, krevel vznikl zvětráváním nerostů obsahujících železo, bauxit vznikl zvětráváním křemičitanů obsahujících hliník. Křemen SiO 2 Vlastnosti: bezbarvý, mléčně bílý, nažloutlý až červený, neprůhledný i průhledný, skelný lesk, dokonalé krystaly, vryp bílý, tvrdý, soustava klencová a šesterečná. Ušlechtilé odrůdy: křišťál bezbarvý ametyst fialový záhněda hnědý citrín žlutý růženín růžový další odrůdy: kočičí oko, tygří oko, železitý křemen, morion, chryzopras, chalcedon, achát, jaspis. Využití: drahé kameny šperkařství, surovina k výrobě skla, brusná surovina, elektrotechnika. Velmi rozšířený nerost. 13
křišťál, růženín, citrín, tygří oko Opál SiO 2. nh 2 O (vodnatý křemen) Vlastnosti: beztvarý, různě zbarvený, některé opalizují (typický opálový lesk a barva) lasturnatý lom, skelný lesk, vryp bílý. Ušlechtilé odrůdy: mléčný, ohnivý, modrý, černý, dřevitý opál a další. Využití: šperkařství, těžba opálu ve světě Austrálie. 14
opál drahý, ohnivý, černý, dřevitý Magnetit magnetovec Fe 3 O 4 Vlastnosti: jemnozrnný až celistvý, výjimečně krystaly, magnetický, barva černá až ocelově šedá, vryp černý, kovový lesk, soustava krychlová. Využití: železná ruda, těžba magnetitu ve světě Rusko, Švédsko. Hematit krevel Fe 2 O 3 Vlastnosti: většinou hrubozrnný nebo šupinatý, výjimečně krystaly, barva černá až ocelově šedá, kovový lesk, soustava klencová, vyskytuje se i v ušlechtilé formě. Využití: železná ruda, šperky, těžba magnetitu ve světě Rusko, Švédsko, USA. 15
Příbuzným podobného složení je vodnatý limonit hnědel Fe 2 O 3. nh 2 O. Korund Al 2 O 3 Vlastnosti: druhý nejtvrdší nerost, krystaly šedé barvy, často shluky, drobnozrnný smirek, ušlechtilé formy zbarvené příměsmi, skelný lesk, soustava šesterečná. Ušlechtilé odrůdy: modrý safír a červený rubín. Využití: šperkařství, brusná surovina, ložiska hodinek, těžba korundu ve světě Rusko, Srí Lanka, Indie. obyčejný korund, rubín, safír Uraninit smolinec UO 2 Vlastnosti: černá barva, vysoká hustota, tmavě zelený až hnědý vryp, krystaly vzácně, často shluky, obsahuje olovo, radioaktivní, soustava krychlová. Využití: uranová ruda, těžba smolince dříve u nás Příbram, Jáchymov, ve světě Rusko, Kanada, USA, JAR. Cínovec kasiterit - SnO 2 Vlastnosti: hojně krystaly, tmavě hnědá barva, průsvitný, silný lesk, lasturnatý lom, vryp světle hnědý, vede elektrický proud, soustava čtverečná. Využití: cínová ruda, dříve výroba nádobí z cínu, dnes slitina bronz a pájka, těžba cínovce ve světě Čína. 16
Pyroluzit burel - MnO 2 Vlastnosti: jehličkovité krystaly, ocelově šedá až černá barva, kovový lesk, černý vryp soustava čtverečná. Využití: manganová ruda (v metalurgii se mangan používá k odstranění síry a kyslíku z taveniny železa, jako přísada zvyšuje tvrdost oceli), do bateriových článků, chemické činidlo, těžba burelu ve světě USA, Německo, Ukrajina. Uhličitany Uhličitany jsou soli odvozené od kyseliny uhličité H 2 CO 3 nejčastěji s kovy Ca, Mg, Fe, Mn. Vznikaly reakcí nerostů s oxidem uhličitým rozpuštěným ve vodě. Takto vzniknou nejprve rozpustné hydrogenuhličitany, ty se pak přeměňují na nerozpustné uhličitany únikem CO 2. Uhličitan vápenatý je i organického původu nebo se vyloučil z horkých roztoků. Malachit a azurit vznikly zvětráváním ložisek mědi. Kalcit a aragonit CaCO 3 Dvě krystalograficky různé formy uhličitanu kalcit (klencová) a aragonit (kosočtverečná). 17
Vlastnosti: bezbarvý, bílý, zbarven příměsmi, hojně krystaly, krápníky, shluky, tvoří horniny vápenec a mramor, křehký, čiré krystaly mají dvojlom (když se díváme na nápis skrz krystal, vidíme jej 2 krát), s HCl reaguje za vzniku oxidu uhličitého, tmavě hnědá barva, průsvitný, silný lesk, lasturnatý lom, vryp světle hnědý, vede elektrický proud, soustava čtverečná. Využití: čirý kalcit výroba polarizačních hranolů, dále ve stavebnictví jako stavební kámen, k výrobě vápna a cementu, v hutnictví jako přísada do vysokých pecí, jako dekorační materiál na obklady či ozdobné předměty, ve sklářství k homogenizaci skla, aragonit sběratelský minerál, výzdoba vápencových jeskyní, těžba kalcitu ve světě Německo, Island, USA. dvojlom kalcitu kalcit a aragonit 18
Siderit ocelek FeCO 3 Vlastnosti: hrubozrnný i celistvý, krystaly výjimečně, žlutá až hnědá barva, skelný lesk, žlutý až hnědý vryp, soustava klencová. Využití: železná ruda, těžba ocelku ve světě USA, Rusko, Rakousko, dříve u nás Těšínsko (křídové vrstvy) a uhlonosné vrstvy Ostravsko a Kladno. Magnezit MnCO 3 Vlastnosti: celistvý, krystaly výjimečně, modrošedá barva, bílý vryp, soustava klencová. Využití: výroba žáruvzdorných šamotových cihel (odolává teplotě 1800 0 C), do průmyslových hnojiv, vyskytuje se hojně. Malachit CuCO 3. Cu(OH) 2 a Azurit 2 CuCO 3. Cu(OH) 2 Vlastnosti: výjimečně jehličkovité krystaly, většinou agregáty, neprůhledný, malachit zelený, azurit modrý až modrozelený, křehký, často ledvinovité útvary, vryp zelený, resp. modrý, soustava jednoklonná. Využití: dekorativní kameny, šperkařství, dříve rozemletý jako líčidlo a do malířských 19
barev, těžba azuritu ve světě Maroko, Zambie, Francie, malachitu Rusko, Kongo, USA. malachit a azurit Sírany Sírany jsou soli odvozené od kyseliny sírové H 2 SO 4. Sádrovec vznikl zvětráváním pyritu nebo markazitu. Byl rozpuštěn v mořské vodě a jeho ložiska vznikla jejím odpařením. Baryt vznikl vysrážením z plynů žulového magmatu. Sádrovec CaSO 4. 2H 2 O Vlastnosti: bezbarvý, bílý, žlutý, růžový, nahnědlý, skelný až hedvábný lesk, bílý vryp, průhledný až průsvitný, měkký, plamen barví červeně, často se vyskytují srostlá dvojčata krystalů, jemný až vláknitý se jmenuje alabastr, v pouštích písku se tvoří tzv. pouštní růže (zvláštní shluky krystalů), soustava jednoklonná. Využití: výroba sádry, jako přísada do cementu, hnojivo, alabastr ozdobné předměty, těžba sádrovce Německo, Polsko, Slovensko. dvojčata, alabastr, pouštní růže 20
Baryt těživec - BaSO 4 Vlastnosti: bezbarvý, bílý, žlutý, oranžový, skelný lesk, bílý vryp, hojné tabulkovité krystaly, také hrubozrnný až jemnozrnný, vysoká hustota, soustava kosočtverečná. Využití: výroba barya, plnidlo do papíru a plastických hmot, suspenze pro úpravu uhlí, plnění vrtů na ropu, omítka proti RTG záření, v pyrotechnice (barví plamen zeleně), těžba barytu Německo, USA, Slovensko. Křemičitany Křemičitany jsou kyslíkaté sloučeniny křemíku s jinými prvky. Jsou nejrozšířenějšími nerosty zemské kůry. Mají složitou stavbu a strukturu. Základní strukturní jednotka je čtyřstěn (SiO 4.) Do krystalové mřížky je často včleněn atom hliníku tzv. hlinitokřemičitany. Většinou vznikly utuhnutím z magmatu. Zvětráváním křemičitanů vznikly vodnaté křemičitany. Křemičitany jsou důležitou součástí hornin. Živce mají proměnlivé chemické složení, mnoho druhů Vlastnosti: dělíme je na draselné - ortoklas a mikroklin a sodnovápenaté plagioklasy. Barva bílá, žlutá, načervenalá, skelný lesk, bílý vryp, dokonale štěpné, soustava jednoklonná, trojklonná. Ortoklas KAlSi 3 O 8 Plagioklas albit NaAlSi 3 O 8 Plagioklas anortit CaAl 2 Si 2 O 8 Využití: výroba porcelánu a keramiky, glazur. Zvětráváním živců vznikají: kaolin práškovitá až jílovitá bílá hmota, vyrábí se z něj porcelán, bauxit - práškovitá až jílovitá načervenalá hmota, důležitá hliníková ruda. 21
ortoklas, plagioklas, kaolin, bauxit Slídy - složité vzorce Vlastnosti: tmavá slída biotit (zelená až černá) a světlá slída muskovit (bezbarvá až béžová), jsou dokonalé štěpné, průhledné, ohebné, vryp bílý, odlučují se na šupinky a destičky, žáruvzdorné. Využití: elektrotechnický materiál, ochranné brýle, do omítek, těžba Indie, Rusko. muskovit, biotit Mastek - talek Vlastnosti: hrubě až jemně šupinatý, nejměkčí minerál, na omak mastný, barva bílá až světle zelená, jednoklonná soustava. 22
Využití: žáruvzdorný a kyselinovzdorný materiál, plnidlo do papíru a pneumatik, klouzek do rukavic a pro sportovce, krejčovská křída, umělecké předměty v Číně, těžba Čína, USA, Rusko. Granáty - skupina nerostů, složitá stavba Vlastnosti: dokonalé krystaly, barva nejčastěji červená až hnědá, skelný lesk, vysoká tvrdost, krychlová soustava. Využití: český granát pyrop (červený) šperkařství, další ušlechtilé granáty spessartin (oranžový až červený), grosulár (žlutý, světle zelený, hnědý), almandin (hnědočervený až černý), těžba Česká republika a mnoho dalších zemí. pyrop Podobné křemičitany užívaně ve špercích jsou: olivín zelený, červenohnědý turmalín žlutý, fialový, hnědý (velmi složitá struktura s mnoha prvky) beryl různé barvy (křemičitan berylia). Jako dekorační kámen se používá hadec tmavě zelený. 23
. olivín, turmalín, beryl hadec Minerály organického původu Organogenní nerosty vznikly zkameněním (mineralizací) organické hmoty. Jantar nelze vyjádřit vzorcem Vlastnosti: nejznámější organogenní minerál, vznikl z pryskyřice třetihorních jehličnanů, beztvarý, medově žlutý, často průhledný, při tření vytváří statickou elektřinu, je hořlavý, může obsahovat kousky těl rostlin a živočichů. Využití: šperky, umělecké předměty, největší naleziště v okolí Baltského moře. 24
Shrnutí kapitoly Nerosty dělí do skupin systematická mineralogie. Dělí je na prvky a sloučeniny. Sloučeniny jsou soli jednotlivých kyselin. Nerosty vznikly různými způsoby, mají různé vlastnosti a z toho vyplývá jejich využití člověkem. 4 Přehled literatury Nakladatelství Prodos, Zapletal, Janoška, Bičíková, Tomančáková, Přírodopis 9 SPN Praha, doc. Dr. František Pauk, CSc., Mineralogie, petrologie, geologie Internetová encyklopedie Wikipedie www.google.cz www. naturfoto.cz Konec kapitoly 25