Rozvoj vzdělávání žáků karvinských základních škol v oblasti cizích jazyků Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.07/02.0162 ZŠ Určeno pro Sekce Dělnická 9 tř. ZŠ základní / zvýšený zájem Předmět Přírodopis Téma / kapitola Krystalové soustavy, fyzikální vlastnosti nerostů Zpracoval Mgr. Lenka Grygová (tým 3) Datum zpracování 11. 6., 25. 6., 26. 6. 2011
Obsah: 1 MINERALOGIE, MINERÁL... 4 2 SOUMĚRNOST KRYSTALŮ, PRVKY SOUMĚRNOSTI... 4 3 KRYSTALOVÉ SOUSTAVY... 5 4 FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI... 8 5 PŘEHLED LITERATURY... 11 2
K R Y S T A L O V É S O U S T A V Y, F Y Z I K Á L N Í V L A S T N O S T I N E R O S T Ů V této kapitole se dozvíte: Jaké typy neživých přírodnin nás obklopují Jaký je rozdíl mezi minerály a horninami Jak můžeme jednotlivé typy minerálů dělit podle jejich vlastností do skupin Které vlastnosti mohou ovlivňovat využití minerálů Budete schopni: Co je osa, rovina, střed souměrnosti Proč je třeba diamant vhodný k využití ve šperkařství Jaké vlastnosti muší splňovat minerál, abychom jej nosili ve šperku Ve které krystalové soustavě krystalizuje kuchyňská sůl Klíčová slova této kapitoly: Nerost, minerál, hornina, krystalizace, nerost krystalický, krystalizovaný, beztvarý, osa, střed a rovina souměrnosti, krystal, krystalové soustavy, fyzikální vlastnosti nerostů Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: 3h (teorie) 3
1 Mineralogie, minerál Pevný povrch naší planety tvoří neživé přírodniny. Ty základní chemické prvky nebo sloučeniny - nazýváme minerály neboli nerosty. Mezi známé nerosty patří kuchyňská sůl, síra, diamant, tuha. Jejich chemické složení lze snadno vyjádřit chemickou značkou nebo vzorcem. Je známo přes 4000 minerálů a stále jsou nové objevovány. Jejich stavbou, vlastnostmi, využitím se zabývá vědní obor mineralogie. Druhou kategorií přírodnin jsou směsi nerostů - horniny. Nelze je vyjádřit značkou nebo vzorcem, mají složité a proměnlivé složení podle toho, v jakém zastoupení jsou jednotlivé složky. Horniny studuje věda petrologie. Známými horninami jsou žula, pískovec, čedič, černé uhlí, ropa. 2 Souměrnost krystalů, prvky souměrnosti Abychom mohli rozdělit nerosty do skupin, musíme v nich pozorováním určit jejich stavební vlastnosti. Většina z nich má pravidelně uspořádány plochy na povrchu, v opačných polorovinách leží dvojice stejných tvarů. Zkoumáním jejich vnitřní struktury vědci zjistili, že pravidelné uspořádání mají také atomy, které tvoří tyto celky. Na jejich povrchu vidíme rovné plochy, ostré hrany a hroty (vrcholy). Takové objekty nazýváme krystaly. Vznikly postupným ukládáním atomů podle určitých pravidel do rovin. Tvoří pak například krychle, jehlany a podobně. Proces vzniků krystalů se jmenuje krystalizace. Pokud se krystaly vytvořily dokonale, pak je nazýváme krystalované. Jestliže krystaly neměly dostatek prostoru se vytvořit, jsou drobné, nedokonalé, plochy, hrany a vrcholy nejsou zřetelné, krystaly tvoří srostlé skupiny shluky, pak je nazýváme krystalické. Některé minerály vznikly jinou cestou. Atomy se uspořádaly nepravidelně, nahodile. 4
Mezi nimi nejsou pravidelné odstupy, někde jsou jich shluky, jinde jakoby chybí. Pak se na povrchu takových nerostů netvoří rovné plochy, jejich povrch je často zaoblen. Takové nerosty nazýváme beztvaré (amorfní). Mezi nejznámější beztvaré nerosty patří polodrahokamy opál a achát, na nichž můžeme sledovat tenké nepravidelné vrstvičky sloučeniny, jak se usazovaly. Abychom mohli krystaly porovnávat, v jejich pravidelných tvarech hledáme tzv. prvky souměrnosti. Krystaly jsou vlastně geometrická tělesa, takže mají: střed souměrnosti je to bod, ležící uprostřed tělesa, který vznikne protnutím os souměrnosti, podle středu má každá rovina, hrana nebo vrchol na opačné straně krystalu svou dvojici osa souměrnosti je přímka, procházející středem krystalu, kolem ní lze krystalem otáčet dokola do původní polohy rovina souměrnosti je rovina (řez), která rozpůlí krystal na dvě stejné zrcadlově souměrné poloviny. Podle počtu těchto prvků souměrnosti pak dělíme krystaly na jednotlivé typy krystalové soustavy. 3 Krystalové soustavy Dovnitř každého krystalu lze umístit myšlený osní kříž. Je to soustava protínajících se os, které určují 3 (výjimečně 4) směry v krystalu: směr předozadní, pravolevý a svislý. Tyto osy s mohou vzájemně lišit ve dvou údajích: úhlu, který vzájemně svírají, a délce úseku na osách. Ty jsou buď stejně dlouhé, nebo se délkou liší. Z těchto údajů pak vyplývají počty prvků souměrnosti a typ krystalové soustavy. Krychlová soustava Úseky na 3 osách v osním kříži jsou stejně dlouhé, svírají pravý úhel. Krystaly mají střed, 9 rovin a 13 os souměrnosti. Nerost diamant, kuchyňská sůl. Je to nejvíce souměrná krystalová soustava. 5
Čtverečná soustava Úseky na 3 osách v osním kříži jsou 2 stejně dlouhé a třetí jiný, svírají pravý úhel. Krystaly mají střed, 5 rovin a 5 os souměrnosti. Nerost síra. Kosočtverečná soustava Úseky na 3 osách v osním kříži jsou každý jinak dlouhý a svírají pravý úhel. Krystaly mají střed, 3 roviny a 3 osy souměrnosti. Nerost chalkopyrit. Jednoklonná soustava Úseky na 3 osách v osním kříži jsou každý jinak dlouhý, jedna osa je ukloněná z pravého úhlu, ostatní 2 svírají pravý úhel. Krystaly mají střed, 1 rovinu a 1 osu souměrnosti. Nerost mastek, sádrovec. 6
Trojklonná soustava Úseky na 3 osách v osním kříži jsou každý jinak dlouhý, všechny osy jsou ukloněné z pravého úhlu. Krystaly mají střed souměrnosti. Nerost modrá skalice (chalkantit). Je to nejméně souměrná krystalová soustava. Šesterečná soustava Osní kříž má 4 osy: tři z nich leží v jedné rovině a mají stejnou délku úseků. Svírají spolu úhel 60 stupňů. Čtvrtá je ke všem z nich kolmá, nestejně dlouhá a prochází středem krystalu. Krystaly mají střed, 7 rovin a 7 os souměrnosti. Nerost tuha, kalcit. Klencová soustava Tato soustava se podobá šesterečné, liší se úhlem, který svírají osy ležící v rovině. Osní kříž má 4 osy: tři z nich leží v jedné rovině a mají stejnou délku úseků. Svírají spolu úhel 120 stupňů. Čtvrtá je ke všem z nich kolmá, nestejně dlouhá a prochází středem krystalu. Krystaly mají střed, 3 roviny a 3 osy souměrnosti. Nerost křemen. 7
4 Fyzikální vlastnosti nerostů Pomocí fyzikálních vlastností můžeme nerosty od sebe vzájemně odlišovat a určovat. Poznáním těchto vlastností můžeme nerosty v praxi používat k různým účelům. Hustota - závisí na atomové hmotnosti prvků - určuje, jak je minerál těžký ve vztahu k objemové jednotce - udáváme v jednotkách g/ cm 3 nebo kg/m 3 - vypočteme ji pomocí hustoty a hmotnosti podle vzorce (ró se rovná hmotnost lomeno objem) Využití: při oddělování směsí, rýžování zlata, tavení hornin, vysoká hustota klesají dolů Tvrdost - schopnost nerostu odolávat mechanickému poškození - posuzujeme ji pomocí stupnice tvrdosti Mohsova stupnice tvrdosti: 1. mastek: snadno rýpat nehtem 2. sůl kamenná: obtížněji nehtem 3. kalcit: mědí 4. fluorit: snadno nožem 5. apatit: obtížněji nožem 6. živec: snadno ocelovým pilníkem 7. křemen: obtížněji ocelovým pilníkem 8. topaz: nelze rýpat ocelovým pilníkem 9. korund: nelze rýpat ocelovým pilníkem 10. diamant: lze rýpat pouze diamantem, nejtvrdší nerost tvrdost zjišťujeme pomocí předmětů o známé tvrdosti nerosty o tvrdosti 6 až 10 lze rýpat do skla Využití: tvrdé řezání, broušení, měkké součásti mazacích směsí 8
ploch Štěpnost - schopnost nerostu oddělovat se při mechanickém působení podle rovných lesklých štěpnost: 1. výborná: slída, sádrovec 2. velmi dobrá: kalcit, kamenná sůl 3. dobrá: fluorit 4. nedokonalá: křemen, granát Využití: opracování kamenů pro dekorační účely Lomnost - rozbijeme-li nerost a plochy oddělených částí jsou nerovné - např. křemen a opál mají lasturnatý lom Využití: opracování kamenů pro dekorační účely Pevnost a soudržnost - pevnost = schopnost nerostu odolávat tlaku, tahu nebo nárazu - soudržnost = schopnost částic zůstávat pohromadě Využití: tepání, válcování a jiné zpracování kovů, opracování kovů do šperků, drcení nerostů na drobnější kusy (kačírek), mincovnictví (ražba) Optické vlastnosti - pozorujeme očima a pomocí světla a) propustnost světla: 1. průhledné: lze přes ně číst text 2. průsvitné: světlo propouští, ale text přes ně číst nelze 3. neprůhledné: nepropouští žádné světlo b) vryp: barva prášku, který vzniká otíráním nerostu o porcelánovou destičku c) barva: 1. barevné: mají barvu a mají barevný i vryp (např. síra) 2. zbarvené: mají barvu, ale vryp je bílý, barva je způsobena začleněním jiných prvků do krystalové mřížky 3. bezbarvé: jsou bezbarvé a mají bílý vryp 9
d) lesk světlo, které dopadne na plošky nerostu a odráží se kovy - kovový lesk opál, slída - perleťový lesk čiré nerosty - diamantový lesk nerost se neleskne - matný Využití: drahé kameny do šperků, dekorační minerály Magnetické a elektrické vlastnosti - schopnost vychylovat střelku kompasu nebo nechat se zmagnetizovat - obsahují železo Využití: výroba magnetů - kovy vedou elektrický proud elektrické vodiče - některé nerosty naopak elektrický proud nevedou, jsou elektrickými izolanty Využití: výroba vodičů (tavením rud získáváme kovy) Žáruvzdornost - schopnost odolávat vysokým teplotám bez poškození nad 1000 st. Celsia Využití: výroba žáruvzdorných kelímků do tavicích pecí (tuha) a ochranných oděvů (azbest). Shrnutí kapitoly Pravidelně uspořádané nerosty nazýváme krystaly. Nepravidelně uspořádané nerosty jsou beztvaré. Krystaly dělíme podle středu, os a rovin souměrnosti a osního kříže do krystalových soustav. Nerosty lze chemicky vyjádřit značkou nebo vzorcem. Směsi nerostů se nazývají horniny. Vědy zabývající se neživými přírodninami jsou mineralogie a petrologie. Fyzikální vlastnosti nerostů jsou: hustota, tvrdost, štěpnost, lomnost, pevnost a soudržnost, optické vlastnosti propustnost světla, barva, vryp, lesk, magnetické a elektrické vlastnosti, žáruvzdornost. Souhrn vlastností nerostů určuje jeho použití člověkem. 10
5 Přehled literatury Nakladatelství Prodos, Zapletal, Janoška, Bičíková, Tomančáková, Přírodopis 9 Internetová encyklopedie Wikipedie www.google.cz Konec kapitoly 11