Страница 141 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

1. Можно ли формулу глюкозы сократить в 6 раз и записать как $CH_2O$?

Молекулярная формула глюкозы — $C_6H_{12}O_6$. Эта формула является истинной и показывает точное количество атомов каждого химического элемента в одной молекуле вещества. То есть, одна молекула глюкозы состоит из 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода.

Формула $CH_2O$ получается, если разделить все индексы в молекулярной формуле глюкозы на их наибольший общий делитель, который равен 6:

$C_{6:6}H_{12:6}O_{6:6} \rightarrow C_1H_2O_1$ или $CH_2O$.

Такая формула называется простейшей или эмпирической. Она показывает только самое простое соотношение атомов элементов в веществе, в данном случае 1:2:1, но не отражает реальное количество атомов в молекуле.

Записывать глюкозу как $CH_2O$ нельзя по нескольким причинам:

1. Эта формула не дает полного представления о составе молекулы глюкозы.
2. Формула $CH_2O$ соответствует совершенно другому веществу — формальдегиду (метаналю). Формальдегид — это бесцветный газ с резким запахом, в то время как глюкоза — твердое кристаллическое вещество.
3. Множество других углеводов и органических кислот имеют такую же простейшую формулу $CH_2O$, например, уксусная кислота ($C_2H_4O_2$), молочная кислота ($C_3H_6O_3$) или рибоза ($C_5H_{10}O_5$). Все они являются разными веществами с разными свойствами.

Таким образом, для однозначной идентификации вещества необходимо использовать его молекулярную формулу, а не простейшую.

Ответ: Нет, нельзя. Формула $C_6H_{12}O_6$ является молекулярной и показывает истинный состав молекулы глюкозы. Формула $CH_2O$ — это простейшая (эмпирическая) формула, которая показывает лишь соотношение атомов, но не их количество. Более того, $CH_2O$ — это молекулярная формула другого вещества, формальдегида.

2. Сколько весит молекула глюкозы?

Дано:

Химическая формула глюкозы: $C_6H_{12}O_6$
Относительная атомная масса углерода (C): $A_r(C) \approx 12.011$ а.е.м.
Относительная атомная масса водорода (H): $A_r(H) \approx 1.008$ а.е.м.
Относительная атомная масса кислорода (O): $A_r(O) \approx 15.999$ а.е.м.
Число Авогадро: $N_A \approx 6.022 \times 10^{23}$ моль$^{-1}$
Атомная единица массы (а.е.м.): $1 \text{ а.е.м.} \approx 1.6605 \times 10^{-27}$ кг

Для упрощения расчетов часто используют округленные значения:
$A_r(C) \approx 12$ а.е.м.
$A_r(H) \approx 1$ а.е.м.
$A_r(O) \approx 16$ а.е.м.

Найти:

Массу одной молекулы глюкозы $m_0$ в килограммах.

Решение:

Чтобы найти массу одной молекулы глюкозы, сначала нужно определить её молярную массу ($M$) или относительную молекулярную массу ($M_r$). Затем, используя число Авогадро, можно вычислить массу одной молекулы.

Способ 1: Через молярную массу.

1. Рассчитаем относительную молекулярную массу глюкозы ($M_r$) на основе её химической формулы $C_6H_{12}O_6$. Для этого сложим относительные атомные массы всех атомов, входящих в состав молекулы:
$M_r(C_6H_{12}O_6) = 6 \cdot A_r(C) + 12 \cdot A_r(H) + 6 \cdot A_r(O)$
Используем округленные значения:
$M_r(C_6H_{12}O_6) = 6 \cdot 12 + 12 \cdot 1 + 6 \cdot 16 = 72 + 12 + 96 = 180$ а.е.м.

2. Молярная масса ($M$) численно равна относительной молекулярной массе и измеряется в граммах на моль (г/моль).
$M(C_6H_{12}O_6) = 180$ г/моль.

3. Переведем молярную массу в систему СИ (кг/моль):
$M = 180 \text{ г/моль} = 0.180 \text{ кг/моль}$.

4. Масса одной молекулы ($m_0$) вычисляется путем деления молярной массы на число Авогадро ($N_A$):
$m_0 = \frac{M}{N_A}$
$m_0 = \frac{0.180 \text{ кг/моль}}{6.022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1}} \approx 0.02989 \times 10^{-23} \text{ кг}$
Представив результат в стандартном виде, получаем:
$m_0 \approx 2.99 \times 10^{-25} \text{ кг}$.

Способ 2: Через атомную единицу массы.

1. Мы уже рассчитали, что относительная молекулярная масса глюкозы $M_r(C_6H_{12}O_6) = 180$ а.е.м. Это и есть масса одной молекулы, выраженная в атомных единицах массы.

2. Чтобы получить массу в килограммах, нужно умножить это значение на массу одной атомной единицы в килограммах:
$m_0 = M_r \times 1 \text{ а.е.м.}$
$m_0 = 180 \times 1.6605 \times 10^{-27} \text{ кг} \approx 298.89 \times 10^{-27} \text{ кг}$
Приводя к стандартному виду:
$m_0 \approx 2.99 \times 10^{-25} \text{ кг}$.

Оба способа дают одинаковый результат.

Ответ: масса одной молекулы глюкозы составляет приблизительно $2.99 \times 10^{-25}$ кг.

3. Средняя суточная потребность семиклассника в энергии составляет 12 МДж. На сколько минут ему хватит энергии, полученной при полном окислении 1 г глюкозы? Сколько глюкозы надо окислить, чтобы полученной энергии хватило на один урок?

Дано:

Средняя суточная потребность в энергии $E_{сутки} = 12 \text{ МДж}$
Масса глюкозы для первого вопроса $m_1 = 1 \text{ г}$
Продолжительность урока $t_{урок} = 45 \text{ мин}$ (принимаем стандартную продолжительность)
Энергетическая ценность глюкозы $q = 17.6 \text{ кДж/г}$ (справочное значение энергии, выделяемой при полном окислении 1 г глюкозы)

Перевод в другие единицы:

$E_{сутки} = 12 \times 10^6 \text{ Дж}$
Время в сутках $T_{сутки} = 24 \text{ часа} = 24 \times 60 \text{ мин} = 1440 \text{ мин}$
$q = 17.6 \text{ кДж/г} = 17600 \text{ Дж/г}$

Найти:

$t_1$ — время, на которое хватит энергии от 1 г глюкозы.
$m_2$ — масса глюкозы, необходимая на один урок.

Решение:

На сколько минут ему хватит энергии, полученной при полном окислении 1 г глюкозы?

1. Рассчитаем количество энергии, которое выделяется при полном окислении 1 г глюкозы:
$E_1 = m_1 \times q = 1 \text{ г} \times 17600 \text{ Дж/г} = 17600 \text{ Дж}$.
2. Теперь определим, на какое время хватит этой энергии, исходя из суточной потребности. Составим пропорцию:
Суточной энергии $12 \times 10^6 \text{ Дж}$ хватает на $1440 \text{ минут}$.
Энергии $17600 \text{ Дж}$ хватит на $t_1 \text{ минут}$.
Из пропорции получаем:
$t_1 = \frac{17600 \text{ Дж} \times 1440 \text{ мин}}{12 \times 10^6 \text{ Дж}} = \frac{25344000}{12000000} \text{ мин} \approx 2.11 \text{ мин}$.

Ответ: энергии, полученной при полном окислении 1 г глюкозы, хватит примерно на 2.1 минуты.

Сколько глюкозы надо окислить, чтобы полученной энергии хватило на один урок?

1. Сначала рассчитаем, сколько энергии требуется семикласснику на один урок продолжительностью 45 минут. Снова воспользуемся пропорцией:
На $1440 \text{ минут}$ требуется $12 \times 10^6 \text{ Дж}$ энергии.
На $45 \text{ минут}$ требуется $E_{урок}$ энергии.
$E_{урок} = \frac{45 \text{ мин} \times 12 \times 10^6 \text{ Дж}}{1440 \text{ мин}} = 375000 \text{ Дж}$.
Переведем в килоджоули для удобства: $E_{урок} = 375 \text{ кДж}$.
2. Теперь найдем массу глюкозы ($m_2$), которая при окислении выделит 375 кДж энергии. Мы знаем, что 1 г глюкозы выделяет 17.6 кДж энергии.
$m_2 = \frac{E_{урок}}{q} = \frac{375 \text{ кДж}}{17.6 \text{ кДж/г}} \approx 21.3 \text{ г}$.

Ответ: чтобы полученной энергии хватило на один урок, надо окислить примерно 21.3 г глюкозы.

4. На что можно потратить $16 \text{ кДж}$ энергии? Предложите свой пример.

Энергия в 16 кДж — это значительная величина, которую можно потратить на совершение какой-либо работы или на нагревание тела. Чтобы наглядно представить это количество энергии, рассмотрим конкретный пример, связанный с совершением механической работы, а именно — подъемом груза на определенную высоту.

Дано:

Найти:

Привести пример действия, на которое можно затратить данную энергию.

Решение:

Предположим, что вся энергия тратится на совершение работы против силы тяжести, то есть на подъем некоторого груза на высоту $h$. Работа, совершаемая при этом, равна изменению потенциальной энергии груза и вычисляется по формуле:

$A = mgh$

где $m$ — масса груза, $g$ — ускорение свободного падения (примем $g \approx 9.8 \text{ м/с}^2$), $h$ — высота подъема.

Мы можем вычислить, какую массу можно поднять на заданную, интуитивно понятную высоту. Выберем высоту, сопоставимую с высотой пятиэтажного дома. Средняя высота одного этажа составляет около 3 метров, тогда высота пятиэтажного дома будет примерно:

$h = 5 \times 3 \text{ м} = 15 \text{ м}$

Теперь из формулы для работы выразим массу $m$:

$m = \frac{A}{gh}$

Подставим известные значения в формулу, чтобы найти массу груза:

$m = \frac{16000 \text{ Дж}}{9.8 \text{ м/с}^2 \times 15 \text{ м}} = \frac{16000}{147} \approx 108.8 \text{ кг}$

Таким образом, энергии в 16 кДж хватит, чтобы поднять груз массой примерно 109 кг на крышу пятиэтажного дома. Этот груз сопоставим с массой взрослого крупного мужчины или, например, со 109 литрами воды (учитывая, что плотность воды 1 кг/л).

Ответ: Энергии в 16 кДж достаточно, чтобы, например, поднять груз массой около 109 кг на высоту 15 метров (что примерно соответствует высоте пятиэтажного дома).

5. При производстве кисломолочных продуктов глюкозу превращают в молочную кислоту $C_3H_6O_3$. Других продуктов при этом не образуется. Составьте уравнение этой реакции.

Решение

В задаче описан процесс молочнокислого брожения, при котором из глюкозы образуется молочная кислота. По условию, других продуктов не образуется, значит, все атомы из молекулы глюкозы переходят в молекулы молочной кислоты.

1. Запишем химическую формулу глюкозы. Глюкоза является гексозой, её формула — $C_6H_{12}O_6$.

2. Химическая формула молочной кислоты дана в условии — $C_3H_6O_3$.

3. Составим схему реакции, где из глюкозы образуется молочная кислота:

$C_6H_{12}O_6 \rightarrow C_3H_6O_3$

4. Теперь необходимо уравнять количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения (согласно закону сохранения массы).

Посчитаем атомы в левой части (в глюкозе):

• Углерод (C): 6
• Водород (H): 12
• Кислород (O): 6

Посчитаем атомы в правой части (в молочной кислоте):

• Углерод (C): 3
• Водород (H): 6
• Кислород (O): 3

Сравнивая количество атомов, видим, что в левой части каждого элемента ровно в два раза больше, чем в правой. Это означает, что из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы молочной кислоты. Для уравнивания поставим коэффициент 2 перед формулой молочной кислоты:

$C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_3H_6O_3$

Проверим баланс атомов в итоговом уравнении:

• Слева: C - 6, H - 12, O - 6
• Справа: C - $2 \times 3 = 6$, H - $2 \times 6 = 12$, O - $2 \times 3 = 6$

Количество атомов всех элементов совпадает. Уравнение составлено верно.

Ответ: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_3H_6O_3$

6*. Плотность крови равна 1,05 г/мл. Каково нормальное содержание глюкозы в крови в процентах (по массе)?

Для ответа на данный вопрос необходимо использовать справочные данные о нормальном уровне глюкозы в крови, так как он не указан в условии задачи. Нормальный уровень глюкозы в крови натощак у здорового человека составляет от 70 до 110 мг/дл (миллиграмм на децилитр).

Дано:

Плотность крови: $ \rho = 1,05 \text{ г/мл} $

Нормальная концентрация глюкозы (справочное значение): $ C $ в диапазоне $ 70 - 110 \text{ мг/дл} $

$ \rho = 1,05 \text{ г/мл} = 1,05 \frac{10^{-3} \text{ кг}}{10^{-6} \text{ м}^3} = 1050 \text{ кг/м}^3 $
$ C_{min} = 70 \text{ мг/дл} = \frac{70 \cdot 10^{-6} \text{ кг}}{100 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3} = 0,7 \text{ кг/м}^3 $
$ C_{max} = 110 \text{ мг/дл} = \frac{110 \cdot 10^{-6} \text{ кг}}{100 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3} = 1,1 \text{ кг/м}^3 $

Найти:

Массовую долю глюкозы в крови $ \omega(\text{глюкозы}) $.

Решение:

Массовая доля вещества (в данном случае, глюкозы) в растворе (крови) определяется по формуле:

$ \omega(\text{глюкозы}) = \frac{m(\text{глюкозы})}{m(\text{крови})} \times 100\% $

где $ m(\text{глюкозы}) $ — масса глюкозы, а $ m(\text{крови}) $ — масса крови.

Массу крови и массу глюкозы можно выразить через произвольный объем крови $ V $, используя плотность $ \rho $ и концентрацию $ C $.

Масса крови: $ m(\text{крови}) = \rho \times V $.

Концентрация $ C $ — это масса растворенного вещества на единицу объема раствора: $ C = \frac{m(\text{глюкозы})}{V} $. Отсюда, масса глюкозы: $ m(\text{глюкозы}) = C \times V $.

Подставим эти выражения в формулу для массовой доли:

$ \omega(\text{глюкозы}) = \frac{C \times V}{\rho \times V} \times 100\% = \frac{C}{\rho} \times 100\% $

Чтобы выполнить вычисления, необходимо привести значения концентрации $ C $ и плотности $ \rho $ к одинаковым единицам измерения, например, к г/мл.

Плотность крови: $ \rho = 1,05 \text{ г/мл} $.

Переведем диапазон концентраций из мг/дл в г/мл:

1 дл = 100 мл.

Нижняя граница нормы: $ C_{min} = 70 \frac{\text{мг}}{\text{дл}} = \frac{70 \text{ мг}}{100 \text{ мл}} = 0,7 \frac{\text{мг}}{\text{мл}} = 0,0007 \frac{\text{г}}{\text{мл}} $.

Верхняя граница нормы: $ C_{max} = 110 \frac{\text{мг}}{\text{дл}} = \frac{110 \text{ мг}}{100 \text{ мл}} = 1,1 \frac{\text{мг}}{\text{мл}} = 0,0011 \frac{\text{г}}{\text{мл}} $.

Теперь рассчитаем диапазон для массовой доли глюкозы:

Для нижней границы концентрации:

$ \omega_{min} = \frac{C_{min}}{\rho} \times 100\% = \frac{0,0007 \text{ г/мл}}{1,05 \text{ г/мл}} \times 100\% \approx 0,000667 \times 100\% \approx 0,067\% $

Для верхней границы концентрации:

$ \omega_{max} = \frac{C_{max}}{\rho} \times 100\% = \frac{0,0011 \text{ г/мл}}{1,05 \text{ г/мл}} \times 100\% \approx 0,001048 \times 100\% \approx 0,105\% $

Таким образом, нормальное содержание глюкозы в крови по массе составляет от 0,067% до 0,105%.

Ответ: Нормальное содержание глюкозы в крови в процентах по массе находится в диапазоне примерно от 0,07% до 0,1%.

7. Чем отличаются реакция брожения и реакция горения глюкозы?

Реакция брожения и реакция горения глюкозы являются процессами окисления, однако они кардинально отличаются по условиям протекания, продуктам и энергетическому выходу.

Реакция брожения глюкозы

Брожение — это сложный биохимический процесс расщепления углеводов, протекающий в анаэробных условиях (без доступа кислорода) под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами (например, дрожжами или бактериями). Это процесс неполного окисления.

Наиболее распространенным видом является спиртовое брожение, уравнение которого выглядит следующим образом:

$C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{ферменты \ дрожжей} 2C_2H_5OH + 2CO_2 \uparrow$

В результате из одной молекулы глюкозы ($C_6H_{12}O_6$) образуются две молекулы этилового спирта ($C_2H_5OH$) и две молекулы углекислого газа ($CO_2$). Выделяется небольшое количество энергии.

Существуют и другие виды брожения, например, молочнокислое, где конечным продуктом является молочная кислота ($CH_3CH(OH)COOH$).

Ответ: Брожение глюкозы — это анаэробный ферментативный процесс неполного окисления, в результате которого образуются органические продукты (спирт, кислоты и др.) и выделяется малое количество энергии.

Реакция горения глюкозы

Горение (или полное окисление) глюкозы — это процесс, который протекает в аэробных условиях, то есть требует обязательного участия кислорода. В живых организмах этот процесс называется клеточным дыханием и является основным источником энергии. Вне организма это обычная реакция горения, протекающая при высокой температуре.

Суммарное уравнение реакции полного окисления глюкозы:

$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O$

В результате полного окисления молекула глюкозы распадается до конечных неорганических продуктов — углекислого газа ($CO_2$) и воды ($H_2O$). Этот процесс сопровождается выделением большого количества энергии (около 2800 кДж/моль).

Ответ: Горение глюкозы — это аэробный процесс полного окисления до неорганических продуктов (углекислого газа и воды), сопровождающийся выделением большого количества энергии.

Основные отличия

Сравнивая эти два процесса, можно выделить следующие ключевые различия:

• Условия: Брожение протекает без кислорода (анаэробно). Горение требует наличия кислорода (аэробно).
• Продукты: Продукты брожения — органические вещества (спирт, молочная кислота) и $CO_2$. Продукты горения — неорганические вещества ($CO_2$ и $H_2O$).
• Степень окисления: Брожение — это неполное окисление. Горение — это полное окисление.
• Энергетический выход: При брожении выделяется мало энергии. При горении выделяется много энергии.
• Механизм: Брожение — всегда ферментативный процесс. Горение может быть как высокотемпературным химическим процессом, так и многостадийным ферментативным процессом (клеточное дыхание).

Ответ: Ключевые отличия заключаются в потребности в кислороде, химической природе конечных продуктов, полноте окисления исходного вещества и количестве выделяемой энергии.

✓ Чем отличаются минералы от горных пород?

Минералы и горные породы — это фундаментальные понятия в геологии, и хотя они тесно связаны, между ними есть существенные различия. Основное отличие заключается в их составе и структуре. Проще говоря, горные породы состоят из минералов.

Это природное твёрдое тело, которое является химически однородным и имеет упорядоченную внутреннюю структуру (кристаллическую решётку). Ключевые характеристики минерала:

• Определённый химический состав: Каждый минерал имеет свою химическую формулу. Например, кварц — это диоксид кремния ($SiO_2$), а кальцит — карбонат кальция ($CaCO_3$). Состав может незначительно варьироваться, но остаётся в строго определённых рамках.
• Упорядоченная кристаллическая структура: Атомы в минерале расположены в строгом, повторяющемся порядке. Эта внутренняя структура определяет физические свойства минерала, такие как твёрдость, блеск, спайность (способность раскалываться по определённым плоскостям) и форма кристаллов.
• Однородность: Минерал гомогенен, то есть его состав и свойства одинаковы в любой его части.

Примерами минералов являются кварц, полевой шпат, слюда, пирит, алмаз, тальк.

Это природный агрегат (то есть совокупность или смесь), состоящий из одного или нескольких минералов. Иногда в состав горных пород могут входить также органические остатки (как в угле) или некристаллические вещества (как вулканическое стекло в обсидиане).

• Неопределённый химический состав: Так как горная порода является смесью, её химический состав не является постоянным и зависит от пропорций слагающих её минералов. Например, состав гранита варьируется в зависимости от того, сколько в нём кварца, полевого шпата и слюды.
• Отсутствие единой кристаллической структуры: Горная порода в целом не имеет единой кристаллической решётки. Её структура описывает размер, форму и взаимное расположение минеральных зёрен.
• Неоднородность: Большинство горных пород гетерогенны, так как состоят из зёрен разных минералов, которые можно различить визуально.

Существуют и мономинеральные горные породы, состоящие почти полностью из одного минерала. Например, известняк состоит в основном из минерала кальцита, а мрамор — это метаморфизованный известняк, также состоящий из кальцита. Кварцит состоит из минерала кварца. Но даже в этом случае они считаются горными породами, а не минералами, так как представляют собой агрегат множества отдельных кристаллов или зёрен одного минерала.

Таким образом, можно провести аналогию: минералы — это «ингредиенты» (как мука, сахар, яйца), а горные породы — это «готовое блюдо» (как торт, состоящий из этих ингредиентов).

Ответ: Минерал — это однородное по составу и структуре природное химическое соединение с определённой кристаллической решёткой. Горная порода — это природная смесь (агрегат) одного или нескольких минералов. Таким образом, минералы являются составными частями, «строительными блоками», из которых сложены горные породы.

✓ Могут ли разные минералы иметь одинаковую формулу?

Да, разные минералы могут иметь одинаковую химическую формулу. Это явление называется полиморфизмом (от греческих слов «поли» — много и «морфе» — форма).

Полиморфные минералы (или полиморфные модификации) состоят из одних и тех же химических элементов в одинаковых пропорциях, но имеют разную внутреннюю структуру, то есть их атомы по-разному упакованы в кристаллической решетке. Различие в строении кристаллической решетки возникает из-за разных термодинамических условий (температуры и давления) во время их образования.

Вследствие разной структуры полиморфные минералы обладают различными физическими свойствами (твердостью, плотностью, спайностью, цветом, блеском, оптическими свойствами и др.), что и позволяет считать их разными минеральными видами.

Вот несколько классических примеров:

• Углерод ($C$):
  • Алмаз — кристаллизуется в кубической сингонии при очень высоких давлениях и температурах. Является самым твердым из известных природных минералов.
  • Графит — кристаллизуется в гексагональной сингонии при более низких давлениях и температурах. Очень мягкий минерал.
• Карбонат кальция ($CaCO_3$):
  • Кальцит — наиболее распространенная и устойчивая форма при нормальных условиях, имеет тригональную сингонию.
  • Арагонит — образуется при более высоких давлениях, имеет ромбическую сингонию. Менее устойчив и со временем может переходить в кальцит.
• Сульфид железа ($FeS_2$):
  • Пирит — кристаллизуется в кубической сингонии, очень распространен и устойчив.
  • Марказит — кристаллизуется в ромбической сингонии, менее устойчив, чем пирит.
• Силикат алюминия ($Al_2SiO_5$):
  • Андалузит, Кианит (Дистен) и Силлиманит — эти три минерала являются важными индикаторами температуры и давления, при которых происходил метаморфизм горных пород. Кианит образуется при высоком давлении, андалузит — при низком давлении, а силлиманит — при высокой температуре.

Ответ: Да, разные минералы могут иметь одинаковую химическую формулу. Такое явление называется полиморфизмом и объясняется тем, что одно и то же химическое вещество может кристаллизоваться в разных кристаллических структурах в зависимости от условий образования (давления и температуры), что приводит к различным физическим свойствам.

✓ Глина — это горная порода или минерал?

Глина — это горная порода или минерал?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо сначала определить, что такое минерал и что такое горная порода.

• Минерал — это природное твёрдое тело, однородное по химическому составу и физическим свойствам, имеющее определённую кристаллическую структуру. Примерами минералов являются кварц, кальцит, слюда.
• Горная порода — это природный агрегат, состоящий из одного или нескольких минералов. Горные породы не имеют строго определённого химического состава. Примером может служить гранит, который состоит из нескольких минералов: кварца, полевого шпата и слюды.

Глина, в свою очередь, представляет собой не однородное вещество, а смесь. Её основу составляют очень мелкие частицы (менее 0,005 мм) так называемых глинистых минералов (например, каолинита, иллита, монтмориллонита). Кроме этих основных минералов, в состав глины почти всегда входят примеси других минералов (например, зёрна кварца, частицы карбонатов) и иногда органические вещества.

Поскольку глина является природным агрегатом (смесью) различных минералов, она классифицируется как горная порода. Если быть точнее, это мелкозернистая осадочная горная порода.

Ответ: Глина — это горная порода.

✓ К каким классам веществ обычно принадлежат минералы?

Минералы, по своему химическому составу, представляют собой в подавляющем большинстве неорганические соединения. Химическая классификация минералов основана на типе аниона (отрицательно заряженного иона) или анионной группы. Исходя из этого, выделяют следующие основные классы веществ, к которым принадлежат минералы:

• Самородные элементы
  Это минералы, состоящие из одного химического элемента, который находится в природе в свободном, несвязанном состоянии. К ним относятся как металлы, так и неметаллы.
  Примеры: золото ($Au$), серебро ($Ag$), медь ($Cu$), сера ($S$), алмаз и графит (углерод, $C$).
• Сульфиды
  Это соединения одного или нескольких металлов с серой ($S^{2-}$). В эту же группу часто включают их аналоги: арсениды (с мышьяком), селениды (с селеном) и теллуриды (с теллуром).
  Примеры: пирит ($FeS_2$), галенит ($PbS$), сфалерит ($ZnS$), халькопирит ($CuFeS_2$).
• Галогениды
  Это соединения, в которых анионами являются галогены: фтор ($F^{-}$), хлор ($Cl^{-}$), бром ($Br^{-}$) или иод ($I^{-}$).
  Примеры: галит (каменная соль, $NaCl$), флюорит ($CaF_2$), сильвин ($KCl$).
• Оксиды и гидроксиды
  Минералы этого класса представляют собой соединения металлов с кислородом ($O^{2-}$) в оксидах или гидроксильной группой ($[OH]^{-}$) в гидроксидах.
  Примеры оксидов: кварц ($SiO_2$), гематит ($Fe_2O_3$), корунд ($Al_2O_3$), магнетит ($Fe_3O_4$).
  Примеры гидроксидов: гётит ($FeO(OH)$), брусит ($Mg(OH)_2$).
• Карбонаты
  Это соли угольной кислоты, содержащие карбонат-анион $[CO_3]^{2-}$.
  Примеры: кальцит ($CaCO_3$), доломит ($CaMg(CO_3)_2$), малахит ($Cu_2(CO_3)(OH)_2$).
• Сульфаты
  Это соли серной кислоты, содержащие сульфат-анион $[SO_4]^{2-}$.
  Примеры: гипс ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$), барит ($BaSO_4$), ангидрит ($CaSO_4$).
• Фосфаты
  Это соли фосфорной кислоты, содержащие фосфат-анион $[PO_4]^{3-}$.
  Пример: апатит ($Ca_5(PO_4)_3(F,Cl,OH)$).
• Силикаты
  Самый распространенный и сложный по строению класс минералов, составляющий более 90% массы земной коры. В их основе лежит кремниево-кислородный тетраэдр $[SiO_4]^{4-}$, который может объединяться в различные структуры (цепочки, ленты, слои, каркасы).
  Примеры: полевые шпаты (ортоклаз $KAlSi_3O_8$), слюды (мусковит $KAl_2(AlSi_3O_{10})(OH)_2$), оливин ($(Mg,Fe)_2SiO_4$), гранаты. Кварц ($SiO_2$) формально является оксидом, но по кристаллохимическим особенностям его часто рассматривают вместе с каркасными силикатами.

Кроме перечисленных, существуют и более редкие классы (бораты, вольфраматы, молибдаты, нитраты и др.), но подавляющее большинство минералов относится к указанным выше группам.

Ответ: Минералы обычно принадлежат к таким классам неорганических веществ, как самородные элементы, сульфиды, галогениды, оксиды и гидроксиды, карбонаты, сульфаты, фосфаты и, самый обширный класс, силикаты.

✓ Вода – это минерал или нет?

Вода — это минерал или нет?

Ответ на этот вопрос неоднозначен, так как он напрямую зависит от агрегатного состояния воды. Чтобы разобраться, необходимо сопоставить свойства воды с научным определением минерала.

Минерал — это природное твердое кристаллическое вещество, имеющее определенный химический состав и образовавшееся в результате геологических или космохимических процессов. Ключевые критерии для классификации вещества как минерала:

• Оно должно быть твердым.
• Оно должно быть природного происхождения.
• Оно должно иметь упорядоченную внутреннюю структуру (кристаллическую решетку).
• Оно должно иметь определенный химический состав.

Теперь рассмотрим воду в ее различных состояниях:

1. Жидкая вода. Вода, которую мы обычно видим в реках, озерах и океанах, не соответствует всем критериям. Она не является твердым телом и не имеет упорядоченной кристаллической структуры. По этой причине жидкая вода не является минералом. Такие вещества иногда называют минералоидами — они похожи на минералы, но не обладают всеми их свойствами.

2. Лед (твердая вода). В отличие от жидкой формы, лед полностью подходит под определение минерала.

• Лед — это твердое тело.
• Он имеет природное происхождение (ледники, снежинки, иней).
• Он имеет определенный химический состав: $H_2O$.
• Он обладает упорядоченной кристаллической структурой (чаще всего гексагональной).

Благодаря полному соответствию этим критериям, Международная минералогическая ассоциация (IMA) официально признает лед минералом.

Ответ: Да, вода является минералом, но только в своем твердом агрегатном состоянии — в виде льда. Жидкая вода минералом не считается.

Какие минералы и горные породы вы знаете из курса географии?

Из курса географии известны различные минералы и горные породы, которые составляют земную кору. Важно различать эти понятия: минералы — это природные химические соединения с определённым составом и кристаллической структурой, а горные породы — это природные агрегаты, состоящие из одного или нескольких минералов.

Минералы

Минералы являются составными частями горных пород или встречаются в виде самостоятельных скоплений. К наиболее известным из курса географии относятся:

• Кварц — один из самых распространённых минералов, входит в состав гранита, песчаника.
• Полевые шпаты — группа самых распространённых породообразующих минералов, основа гранита.
• Слюда — минерал, легко расщепляемый на тонкие блестящие листки, также входит в состав гранита.
• Кальцит — основной компонент известняка, мрамора и мела.
• Галит, или каменная соль, используемая в пищу.
• Самородные элементы, такие как золото, сера, а также алмаз и графит (разные формы углерода с противоположными свойствами).

Горные породы

Горные породы по своему происхождению классифицируются на три основные группы:

Магматические горные породы

Образуются при остывании и кристаллизации магмы. Делятся на глубинные (интрузивные), застывшие в толще земной коры, и излившиеся (эффузивные), застывшие на поверхности. Примеры:

• Гранит — прочная глубинная порода, используемая в строительстве.
• Базальт — тёмная, тяжёлая излившаяся порода.
• Пемза — лёгкая, пористая излившаяся порода, которая не тонет в воде.
• Обсидиан (вулканическое стекло) — излившаяся порода, образующаяся при очень быстром остывании лавы.

Осадочные горные породы

Формируются на поверхности Земли путём накопления осадков. Бывают:

• Обломочные (из обломков других пород): песчаник, глина, галька, гравий.
• Органические (органогенные) (из остатков живых организмов): известняк, мел, каменный уголь, торф. К полезным ископаемым органического происхождения также относят нефть и природный газ.
• Химические (хемогенные) (из водных растворов): каменная соль, гипс.

Метаморфические горные породы

Образуются из осадочных или магматических пород в результате их изменения под действием высоких температур и давления в недрах Земли. Примеры:

• Мрамор (образуется из известняка).
• Кварцит (образуется из песчаника).
• Гнейс (образуется из гранита).
• Сланец (образуется из глины).

Ответ:

Из курса географии известны следующие минералы и горные породы:
Минералы: кварц, полевой шпат, слюда, кальцит, галит (каменная соль), золото, алмаз, графит, сера.
Горные породы:

• Магматические: гранит, базальт, пемза.
• Осадочные: песчаник, глина, известняк, мел, каменный уголь, нефть, каменная соль.
• Метаморфические: мрамор, кварцит, гнейс, сланец.