"Малахит". исследовательский проект по географии.

ГАОУ Школа "ШИК - 16"

Малахит

Автор Руководитель	Зотов Константин 4А класс Ключарева Мария Павловна

Рис. Малахит.http://www.krasfun.ru/

Москва 2018

Цель проекта: выяснить способы получения и идентификации малахита.

Задачи проекта: Используя различные источники информации:

1.     изучить генезис и квалификацию малахита;

2.     ознакомиться с археологией малахита;

3.     выяснить какое место занимает малахит в геологической летописи Земли;

4.     ознакомиться со способами получения и  идентификации малахита.

Гипотеза: Скорее всего не существует способа, способствующего получению малахита в "домашних" условиях, чтобы он полностью соответствовал оригиналу.

Содержание:

Актуальность.
1.	Малахит.		3
		1.1  Малахит - часть геологической истории Земли. Состав и свойства минерала.	3
		1.2  Малахит, как археологическая находка.	4
		1.3 Геологическое прошлое малахита.	5
		1.4 Зарождение малахитового производства в России. Слава русских мастеров - малахитчиков.	6
2.	Получение и идентификация малахита.		7
		2.1 Способы получения искусственного малахита в промышленных масштабах	8
		2.2 Малахит в домашних условиях	9
Заключение			10
Используемая литература.			11

Актуальность. Однажды, посетив геологический музей, я был впечатлен удивительной красотой представленных там экспонатов (минералов). Среди них, особенно выделялся МАЛАХИТ! Я решил изучить этого природного красавца поближе и во втором классе сделал проект "К малахитовой планете", в котором исследовал происхождение  и свойства этого минерала. Но мой интерес к этому минералу не пропал и я продолжал поиски. Сегодня я  приглашаю вас в удивительное путешествие в науки, которые расскажут нам  про прошлое, настоящее и будущее этого удивительно красивого минерала. Запасы малахита истощены, и создание синтетического аналога малахита еще может спасти истощившуюся природу.

1. Малахит.

1.1  Малахит - часть геологической истории Земли. Состав и свойства минерала.

Минералогия — наука о минералах — природных химических соединениях. Минералогия принадлежит к числу геологических наук, изучающих минералы, вопросы их квалификации и генезиса. Ге́незис (греч. Γένεσις, Γένεση) — происхождение, возникновение, рождение, зарождение [9].  Минералы появились на самой ранней стадии развития Земли. Они самые первые свидетели геологической истории Земли.

Сам термин «минерал», насколько известно, впервые употребил ученый монах XIII в. Альбертус Магнус (Альберт Великий). На средневековой латыни он означал «то, что из рудника», «ископаемое».

Малахит - один из красивейших минералов. Аналогов этому зелёному узорчатому минералу больше нет на планете. Его окраска богата оттенками - вся палитра зеленых тонов от светло-зеленого с голубизной (бирюзового) до густого темно-зеленого цвета.

 Название малахит получил за зеленую окраску, напоминающую цвет листьев мальвы (греч. malache - мальва), либо за небольшую твердость (греч. malakos - мягкий). Камень отличается хрупкостью и неустойчивостью к внешним воздействиям. Как говорят ювелиры, даже регулярное осаждение пыли приводит к потере цвета и потускнению изделий из малахита.

На Руси его называли по-другому: павлиний или кудрявый камень - за характерный рисунок, бархатная руда - ведь из него добывали медь.

Среди зелёных самоцветов есть камень, который может по праву считаться русским, так как только в нашей стране открыты те громадные месторождения, которые прославили его на весь мир. Это — малахит, камень яркой, сочной жизнерадостной и вместе с тем шелковисто- нежной зелени»- говорил академик А.Е. Ферсман [7].

         В природе малахит образуется в зоне окис­ления - в коре выветривания медных руд, залегающих в известняках или доломитовых и известковых сланцах. Химически сильные подземные воды пропитывают медный кол­чедан, разрушают его и отнимают у него медь, соединяя ее с угольной кислотой со­седних известняков. От растворенных минералов в породе остаются поры и пустоты, которые малахит не всегда заполняет полностью и создает причудливую ноздреватую почковидную по­верхность [8]

По составу малахит представляет собой водную углекислую соль меди - Cu2[CO3](OH)2. Оксида меди в малахите содержится до 72%, поэтому даже скудных знаний древних людей хватало, чтобы добывать из камня этот ценный металл. Уже после они обнаружили и рассмотрели красоту малахита и стали использовать его в декоративных целях.

Малахит непрозрачен, в мелких кристаллах просвечивает. Окраска обычно распределяется ритмично, с чередованием темных и светлых зон. Более или менее одноцветные куски встречаются редко. Благодаря небольшой твердости (твердость по шкале Мооса всего 3-4) малахит легко обрабатывается: быстро режется, хорошо шлифуется и полируется, в руках умелого мастера принимает самую высокую зеркальную полировку.

1.2 Малахит, как археологическая находка.

Археология - это наука, изучающая историю по вещественным источникам.  Малахит издавна привлекал внимание людей. С неолита (неолит - новый каменный век, эпоха позднейшего каменного века, характеризующаяся использованием исключительно кремневых, костяных и каменных орудий) вплоть до железного века, он был камнем ремесленников: краскотеров и красильщиков, стеклодувов, живописцев, плавильщиков (выплавляли медь). Иногда его использовали в качестве бесхитростных украшений и простых поделок. Самой ранней малахитовой поделке 10500 лет! Это скромная, простой овальной формы подвеска, найденная в одном из погребений неолитического могильника в долине Шанидар в Северном Ираке [4]

Применение. Руда на медь. Кроме того, как декоративный, поделочный камень, также применяется для получения зеленой краски (ее следы найдены археологами в одном из поселений Хакасии, возраст которого насчитывает почти 35 тысяч лет!) и для получения медного купороса. Наш современник ужасается: малахитом красили крыши. В те времена в нем ценилась не красота, а польза. Малахит в древние времена шел, в том числе, на изготовление очень прочной зеленой краски.

1.3 Геологическое прошлое малахита.

Геология - наука о строении и истории Земли. Основные объекты исследований - горные породы, в которых запечатлена геологическая летопись Земли.

Малахит минерал магматического происхождения. Искать малахит следует там, где медные руды выходят на поверхность. Встречается в верхней части медных месторождений; землистый малахит - в песчаниках, глинах, мергелях. Спутники малахита: азурит, кальцит, лимонит. Минералы, в результате химического изменения которых малахит образуется: медь самородная, халькопирит, халькозин, куприт [2]

         Малахит является ценной промышленной рудой. Но ее запасы весьма ограничены, так как малахитовое скопление сосредоточено в верхнем, быстро вырабатываемом слое медного месторождения. Натечный малахит с красивым рисунком представляет ценный поделочный камень, широко используемый в декоративно-художественных изделиях.

         Сегодня минерал поставляется из Заира, Африки, Казахстана, Западной Европы. В виде большой массы самоцвет встречается реже. В России первенство по добыче занимает Меднорудянский рудник, находящийся вблизи Нижнего Тагила, на втором месте – Гумешевский рудник, где была добыта большая малахитовая глыба, вес которой составил 1,5 т. Глыба находится в Горном институте [1] Существуют и другие уральские месторождения. Также малахит встречается в Казахстане и Алтае. Если раньше была основная добыча малахита на Урале, то сегодня в этой местности она прекращена, так как месторождения эти истощились. А когда-то это были очень богатые малахитовые скопления.

         Кстати, уральский малахит обнаружили еще в 1635 году, а уже в XIX в. его добывали до 80 т в год. Это были увесистые глыбы высококачественного природного минерала. Вес самой большой глыбы составил 250 т, ее нашли в 1835 г., а в 1913 г. была обнаружена глыба с массой более 100 т. [6].

         Плотный малахит в сплошных массах шел на украшения из малахита (подвески, колье, серьги, перстни, запонки), а отдельные зерна распределенного в породе минерала (землистый малахит) и небольшие скопления чистого самоцвета использовались для изготовления высококачественной зеленой краски, так называемой «малахитовой зелени».

         В Екатеринбурге до революции можно было наблюдать синевато-зеленые крыши многих особняков. Красились они малахитом, который привлекал не только ценителей всего прекрасного, но и мастеров по выплавке меди. Медь добывалась исключительно из того камня, который не представлял ценность для художников и ювелиров. Цельные куски использовались только для изготовления украшений.

         В меньшем количестве, но сегодня также добывается малахит, добыча ведется в Западной Европе: в Шесси, Рецбании, Корнуолле, на Гарце. Главные на сегодня месторождения малахита ювелирного и отделочного качества находятся в Демократической Республике Конго. Для африканского камня характерны правильные концентрические кольца небольшого размера с более контрастной сменой темных и светлых слоев. В отличие от этого минерала, уральские самоцветы имеют неправильную форму колец.

1.4 Зарождение малахитового производства в России. Слава русских мастеров - малахитчиков.

         В 1847 году Анатолий Николаевич Демидов на Васильевском острове Петербурга завел собственную фабрику малахитовых изделий, которой руководил специально приглашенный из Флоренции архитектор Леопольд Жоффрио. Все работы выполнялись мальчиками 14 - 17 лет из крестьянских семей. Демидовский малахит в изделиях западноевропейской работы сегодня можно увидеть в коллекциях  римских и флорентийских мозаик Эрмитажа, в екатерининском дворце - музее, в Елагином дворце, в Петергофе и во многих дворцах бывшей петербургской знати. Изготовленный на фабрике малахитовый кабинет на Всемирной выставке в Лондоне в 1851 году получил золотую медаль и был признан самым достопамятным и необыкновенным явлением в истории промышленности".  "Morning Post" в 1851 году писала:"Малахит приличен более других веществ для изготовления предметов, в которых роскошь должна соединяться с изяществом".

      В XVIII веке был открыт метод русской мозаики, то внимание к малахиту резко возросло. В 60-х годах на Гумешевском руднике стали различать два типа малахита: бирюзовый, который несмотря на его умеренную твердость, легко полировался, и плисовый, который выглядел гораздо богаче и был более темным и тяжелым, а на изломе похожим на атлас [1].

     Тогда же было замечено, что в скорлуповой залежи малахита часто встречается сталактическое или накипное расположение, а натечная форма и полосатый узор являются главной прелестью малахита – и в связи с этим яснополосчатый бирюзовый малахит ценился в пять раз дороже плисового, у которого подобные натечные узоры были плохо различимы.

     Такой узор малахитового надтечника позволял достаточно выявить и представить в наиболее выгодной форме в крупных ювелирных изделиях метод русской мозаики. Для более крупных изделий, например, ваз, колонн и каминов, которые предполагали отделывать малахитом, основу изготавливали из какого-нибудь мягкого камня – мрамора, стланца, имеющего точную форму изделия.

     Иногда основу изготавливали из листовой меди, как например, для колонн алтаря Исаакиевского собора, а для архитектурных деталей малахитового зала в качестве основы использовали цементную штукатурку. Немного позднее начали заготавливать тонкие малахитовые плитки, которые на поверхности изделий могут быть толщиной в 1–2 мм. или целый сантиметр.

     Прежде всего была замечена невыразимая прелесть густых зеленых тонов в разнообразном сочетании с бледно-зелеными, бирюзовыми и тончайшими просечками почти черного цвета, придающими невыразимую прелесть этому камню. Из него изготавливаются различные предметы камнерезного искусства: шкатулки для драгоценностей, коробочки, чаши, пасхальные яйца, вставки для колец и подвесок и т. д.

2. Получение и идентификация малахита.

Сегодня малахит практически не добывается. Большой спрос на украшения с малахитовыми вставками обусловил появление на рынке синтетического аналога – искусственного, синтетического малахита. Российские учёные успешно выращивают кристаллы малахита в лабораторных условиях. Мне бы тоже хотелось попробовать вырастить малахит в домашних условиях, именно этот опыт я планирую осуществить в ближайшее время.

Получение порошка «малахита» лабораторных условиях школы.
Получен « малахита» по приведенному ниже методу является наиболее простым и удобным. Преимущество заключается в том, что эксперимент не требует много времени, используются доступные реагенты. 
Для получения малахита Сu2(ОН)2СО3необходимо:
1)Реактивы:
NaHCO3 4,065 г.
CuSO4·5H2O 5,5 г.
2) Приборы:
Термический стакан – 250 мл, воронка Бюхнера – 1, колба Бунзана – 1, фильтровальная бумага, пробирка, горелка.
Ход работы.
Смешали 5,5 г тонко стёртой сухой соли CuSO4 ·5H2O с гидрокарбонатом натрия 4,065 г.
В стакане нагрели до кипения 100 мл. воды. Смесь высыпали небольшими порциями в кипящую воду, быстро перемешивая. При этом наблюдается вспенивание. Следующую порцию смеси вносили после прекращения вспенивания. Содержимое стакана кипятили 10-15 мин для удаления из раствора СО2. В результате реакции образуется гидроксокарбонат меди: 
2CuSO4 + 4NaHCO3 = Сu2(ОН)2СО3+ 2Na2SO4+3CO2↑ + H2O.
Осадку давали отстояться, затем промывали декантацией горячей водой, отмывая от иона SO42-; делали пробу на полноту промывания (4 раза) до тех пор, пока не перестанет выделяться осадок белого цвета: Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 ↓+ H2O. Основную соль сушили между листами фильтровальной бумаги. 

2.1 Способы получения искусственного малахита в промышленных масштабах     

         Одним из первых русских ученых, заинтересованных тайной рождения причудливого малахи­тового узора был ленин­градский профессор Григорьев Д.П. В лабораторных усло­виях он наблюдал процесс кристаллизации под микро­скопом, сходный с происхождением малахита. Вот с таких наблюдений и началось создание искусственного ма­лахита [8].

         Получить искусственный малахит, не уступающий природному, удалось: в городе Александров в Научно-исследовательском институте синтеза минерального сырья, в Черноголовке в Институте экспериментальной минералогии Российской Академии наук и в Петербургском государственном университете. Было разработано несколько методов синтеза малахита, позволяющих получить в искусственных условиях практически все текстурные разновидности, характерные для природного камня – полосчатые, плисовые, почковидные [11].

         Вот некоторые из них:

1.  Создание композитных материалов спеканием порошка природного минерала при высоком давлении. Один из главных процессов при этом -  уплотнение и перекристаллизация вещества. В США этот метод применяют для получения искусственной бирюзы. Таким  же способом получают и другие полудрагоценные камни. 

         В России композиты получают цементированием мелких обломков природного малахита размером от 2 до 5 мм с помощью органических отвердителей (эпоксидные смолы) с добавлением в них красителей соответствующего цвета и тонкого порошка того же минерала в качестве наполнителя. Рабочую массу подвергают сжатию при давлениях до 1 ГПа (10000 атм.) при одновременном нагревании свыше 100° С. В результате физических и химических процессов происходит прочное цементирование всех компонентов в сплошную массу, которая хорошо полируется. За один рабочий цикл получают четыре пластинки со стороной 50 мм и толщиной 7 мм. Недостаток в том, что их довольно легко отличить от природного малахита [5].

         2. Получение кристаллических неорганических соединений в условиях, моделирующих процессы образования минералов в земных недрах - гидротермальный синтез. Основан на способности воды растворять при высоких температурах (до 500° С) и давлениях до 3000 атм. вещества, которые в обычных условиях практически нерастворимы – оксиды, силикаты, сульфиды. Этот способ дает возможность получить  малахит, почти не отличающийся от природного. Кристаллизацию при этом ведут в более мягких условиях – из слабощелочных растворов при температуре около 180°С и атмосферном давлении.

         2.2 Получение малахита в домашних условиях.

         В домашних условиях одним из способов сделать изделие из малахита является использование полимерной глины. Полимерная глина — это вещество, которое представляет собой поливинилхлорид с добавлением пластификаторов. Она используется в качестве основы для изготовления поделок. Для того чтобы из полимерной глины сделать малахит, берут несколько оттенков зеленого цвета и раскатывают из них небольшие кружочки. Их кладу один на другой в случайном порядке и вытягивают из них «колбаски», которые потом растягивают, режут на куски и снова складывают. Получается рисунок, в точности имитирующий поверхность камня. Такой камень используют для кулонов и вставок в украшения.

         Малахит  можно имитировать на каких-либо поверхностях, нанося акриловые  краски. Для этого краска различных оттенков зеленого цвета наносится на подготовленную загрунтованную поверхность. Ею покрывают пятнами в случайном порядке разными оттенками зеленого. Основная задача здесь — закрасить всю поверхность. Далее для придания краске еще более случайного рисунка используется пленка или пакет из полиэтилена. После этого с помощью куска бумаги имитируется пластинчатый рисунок натурального камня. Изделие взбрызгивается водой и удаляются излишки краски с помощью бумаги. В конце можно покрыть заготовку лаком.

         Декоративная штукатура - еще один способ имитации малахита в интерьере. Для этого используется штукатурка разных оттенков. Для того чтобы сделать рисунок малахита на стене, наносится грунт, а после него базовый цвет — наиболее насыщенный из имеющихся. После высыхания этого слоя начинают имитировать рисунок камня. Поочередно с помощью шпателя наносят штукатурку разного цвета неровными линиями, на стыке перемешивая цвета. По мере высыхания с помощью небольшого тонкого пера и белой штукатурки рисуют стыки камня. После этого поверхность полируется, лакируется и покрывается специальным воском.

Малахит, произведенный в промышленных условиях, используют для ювелирных украшений и бижутерии, шкатулок, предметов интерьера, частей мебели и  отделки стен.

Заключение.

         В ходе проектной работы мы выяснили, что технически малахит считается вторичным минералом, который образовывается в результате химической реакции между уже сформированными минералами. Когда вода, содержащая углекислый газ или растворенные карбонатные минералы взаимодействует с уже существующими горными породами, содержащими медь, а также при взаимодействии жидкостей, в состав которых входят растворенные медные минералы с карбонатными горными породами, может образовываться малахит [10].

         Нам стало известно, что 10500 лет назад люди уже могли добывать и обрабатывать малахит. Малахит является ценной промышленной рудой. Но ее запасы в России (Урал, Алтай) весьма ограничены, так как малахитовое скопление сосредоточено в верхнем, быстро вырабатываемом слое медного месторождения. В Россию малахит поставляется из Заира, Казахстана и Франции.

         Появление на рынке аналога – искусственного, синтетического малахита объясняется большим спросом на украшения из малахита. Ознакомившись со способами получения и  идентификации малахита мы сделали вывод:

·        Сложность получения малахита в невозможности получения  неповторимого рисунка на поверхности отполированного образца. Для малахита главное – не химическая чистота и прозрачность, а цветовые оттенки и текстура. Так как эти свойства малахита определяются формой, размером и взаимной ориентацией отдельных кристалликов, из которых он состоит, можно более или менее создать имитацию рисунка природного камня, но в синтезе малахита чело­век далеко уступает природе в творче­ской фантазии.

·        Искусственный малахит от природного можно отличить методом  химического анализа: в искусственном малахите нет примесей цинка, железа, кальция, фосфора, характерных для природного камня. 

·        На данном этапе не существует технологии получения малахита, полностью соответствующего оригиналу,  в "домашних" условиях.

·        Однако, разработка методов получения синтетического малахита считается одним из наиболее существенных достижений в области синтеза природных аналогов драгоценных и поделочных камней. Синтетический малахит по своим свойствам способен заменить природный камень. Это позволит не истощать природу и получить выгоду с экономической точки зрения.

Используемая литература.

1.     Бублейников С. История открытия ископаемых богатств нашей страны. М.: ОГИС, 1998

2.     Годовиков А.А. «Минералогия»

3.     Здорик Т.Б., Фельдман Л.Г. «Минералы и горные породы, т. 1. М, «ABF», 1998 г.;

4.     Минералы. Детская энциклопедия., М., РОСМНЭН 2015.

5.     Семенов В.Б. «Малахит», т.1,2 Свердловск, 1987.

6.     Филатова Е.В. Минералы и горные породы. Слайд-альбом серии "Географическая картина мира". М.: Центр Планитариум, 1996.

7.     Ферсман А. Е. Очерки по истории камня: В 2 т. Т. 1. М., 2003. С. 9

8.     http://malachite-ural.ru

9.     https://ru.wikipedia.org/wiki

10.  http://www.luxemag.ru

Краткое описание документа:

Материал проекта может быть хорошим дополнением к уроку географии в 5 классе Из чего состоит земная кора.

Цель проекта: выяснить способы получения и идентификации малахита.

Задачи проекта: Используя различные источники информации:

• изучить генезис и квалификацию малахита;
• ознакомиться с археологией малахита;
• выяснить какое место занимает малахит в геологической летописи Земли;
• ознакомиться со способами получения и идентификации малахита.

Гипотеза: Скорее всего не существует способа, способствующего получению малахита в "домашних" условиях, чтобы он полностью соответствовал оригиналу.