Страница 147 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

Как образуются минералы в природе?

Решение

Минералы — это природные химические соединения или самородные элементы, имеющие определённый химический состав и кристаллическую структуру. Они образуются в результате разнообразных геологических процессов, которые можно сгруппировать по условиям их протекания. Основные пути образования минералов следующие:

• Магматический процесс

  Минералы кристаллизуются из остывающей магмы (расплавленной горной породы под землей) или лавы (магмы, излившейся на поверхность). Скорость остывания играет ключевую роль.
  При медленном остывании магмы в глубине земной коры образуются крупные, хорошо сформированные кристаллы. Так формируются интрузивные горные породы, такие как гранит, состоящий из минералов кварца, полевого шпата и слюды.
  При быстром остывании лавы на поверхности времени для роста больших кристаллов не хватает, поэтому образуются мелкозернистые породы (например, базальт) или даже вулканическое стекло (обсидиан), которое не имеет кристаллической структуры.

• Гидротермальный процесс

  Этот процесс связан с деятельностью горячих водных растворов, циркулирующих в трещинах земной коры. Эти растворы, часто нагретые близлежащими магматическими очагами, растворяют химические элементы из окружающих пород. При изменении температуры, давления или химического состава раствора минералы выпадают в осадок, заполняя трещины и пустоты и образуя жилы. Таким способом образуются многие рудные минералы (например, галенит – свинцовая руда, сфалерит – цинковая руда), а также золото, кварц и кальцит.

• Метаморфический процесс

  Минералы образуются в результате метаморфизма – преобразования уже существующих горных пород под воздействием высоких температур и давлений в недрах Земли, но без их плавления. Исходные минералы становятся неустойчивыми и перекристаллизовываются в новые, более стабильные в данных условиях. Примеры метаморфических минералов – гранат, ставролит, кианит, которые образуются в таких породах, как кристаллические сланцы и гнейсы.

• Осадочный процесс

  Эти процессы протекают на поверхности Земли или вблизи неё, как правило, в водной среде. Можно выделить несколько разновидностей:
  Хемогенный: Минералы выпадают в осадок из водных растворов (озёр, морей) при их испарении или изменении химических условий. Так образуются залежи галита (каменной соли), гипса, ангидрита.
  Биогенный: Минералы создаются живыми организмами. Многие водные организмы строят свои раковины и скелеты из карбоната кальция (минералы кальцит и арагонит) или кремнезёма (минерал опал). После отмирания организмов их останки накапливаются на дне, образуя мощные толщи осадочных пород, таких как известняк, мел и диатомит.
  Продукты выветривания: На поверхности Земли под воздействием воды, кислорода и углекислого газа неустойчивые минералы (например, полевые шпаты) разрушаются, образуя новые, устойчивые в этих условиях минералы, в первую очередь глинистые (каолинит, монтмориллонит).

• Сублимационный (возгонный) процесс

  Некоторые минералы образуются путем сублимации – прямого перехода вещества из газообразного состояния в твёрдое, минуя жидкую фазу. Такой процесс характерен для вулканической деятельности, где из горячих газов, выходящих из трещин (фумарол), кристаллизуются самородная сера, нашатырь и другие минералы.

Таким образом, образование минералов – это непрерывный и многообразный процесс, тесно связанный с геологической историей и динамикой нашей планеты. Конкретный тип образовавшегося минерала зависит от уникального сочетания химического состава среды, температуры, давления и времени.

Ответ: Минералы в природе образуются в результате пяти основных процессов: магматического (кристаллизация из расплава), гидротермального (осаждение из горячих водных растворов), метаморфического (перекристаллизация под высоким давлением и температурой), осадочного (выпадение из раствора, деятельность организмов, выветривание) и сублимационного (конденсация из газа).

1. Назовите по одному примеру минералов — простых веществ: металлов и неметаллов.

металлов
Примером минерала, который является простым веществом-металлом, служит самородное золото. Это минерал, состоящий исключительно из атомов химического элемента золота (химическая формула $Au$). В природе оно встречается в виде самородков, зерен или прожилков в других породах, например, в кварце. Золото является благородным металлом, очень устойчивым к химическим воздействиям, что и позволяет ему существовать в земной коре в чистом виде. Другими распространенными примерами самородных металлов являются серебро ($Ag$), медь ($Cu$) и платина ($Pt$).
Ответ: самородное золото ($Au$).

неметаллов
Примером минерала, являющегося простым веществом-неметаллом, является самородная сера. Этот минерал состоит только из атомов серы (химическая формула $S$). Он обладает характерным ярко-жёлтым цветом, невысокой твёрдостью и часто образуется в районах вулканической активности или в результате деятельности бактерий, восстанавливающих сульфаты. Другими известными примерами минералов-неметаллов, являющихся простыми веществами, являются аллотропные модификации углерода ($C$) — алмаз и графит.
Ответ: самородная сера ($S$).

2. Какие вы знаете минералы, принадлежащие к классу оксидов?

Класс оксидов и гидроксидов объединяет минералы, которые являются химическими соединениями различных элементов (преимущественно металлов) с кислородом или гидроксильной группой ($OH^-$). Эти минералы широко распространены в земной коре, играют важную роль в геологических процессах и имеют огромное практическое значение. Ниже приведены некоторые из наиболее известных минералов, принадлежащих к классу оксидов.

1. Группа кварца
Кварц — диоксид кремния ($SiO_2$). Это один из самых распространенных минералов земной коры. Существует в виде множества разновидностей, многие из которых являются драгоценными или поделочными камнями:

• Горный хрусталь — прозрачные, бесцветные кристаллы.
• Аметист — фиолетовая разновидность.
• Цитрин — желтая или золотистая разновидность.
• Розовый кварц — розовый.
• Дымчатый кварц (раухтопаз) — от серого до темно-коричневого.
• Халцедон, агат, яшма — скрытокристаллические разновидности.

2. Группа гематита-корунда
Корунд — оксид алюминия ($Al_2O_3$). Чрезвычайно твердый минерал, уступающий по этому показателю только алмазу. Его драгоценные разновидности:

• Рубин — красный (окраска обусловлена примесью хрома).
• Сапфир — синий и других цветов, кроме красного (окраска обусловлена примесями железа и титана).

3. Группа шпинели
Минералы этой группы являются сложными оксидами.
Шпинель — оксид магния и алюминия ($MgAl_2O_4$). Встречается в виде красивых кристаллов разного цвета (красного, синего, черного) и используется как драгоценный камень. Красную шпинель ("лал") исторически часто путали с рубином.
Магнетит — оксид железа(II, III) ($Fe_3O_4$), или магнитный железняк. Важная руда железа. Отличается сильными магнитными свойствами.
Хромит — оксид железа и хрома ($FeCr_2O_4$). Единственный промышленно значимый минерал для получения хрома, который используется для производства нержавеющей стали и других сплавов.

4. Другие важные оксиды
Касситерит — диоксид олова ($SnO_2$). Основной рудный минерал олова.
Рутил — диоксид титана ($TiO_2$). Главный источник титана. Также используется как белый пигмент в красках и пищевой промышленности (E171).
Уранинит (урановая смолка) — диоксид урана ($UO_2$). Основная руда урана, обладает высокой радиоактивностью.
Лёд — оксид водорода ($H_2O$). По всем минералогическим признакам (природное происхождение, кристаллическая структура, определенный химический состав) вода в твердом состоянии является минералом.

Ответ: Наиболее известные минералы, принадлежащие к классу оксидов: кварц ($SiO_2$) и его разновидности (аметист, цитрин), корунд ($Al_2O_3$) и его разновидности (рубин, сапфир), гематит ($Fe_2O_3$), магнетит ($Fe_3O_4$), шпинель ($MgAl_2O_4$), хромит ($FeCr_2O_4$), касситерит ($SnO_2$), рутил ($TiO_2$), уранинит ($UO_2$) и лёд ($H_2O$).

3. Перечислите важнейшие типы горных пород. Приведите примеры.

Горные породы по своему происхождению (генезису) делятся на три важнейших типа: магматические, осадочные и метаморфические. Каждый тип включает в себя множество разновидностей, отличающихся по составу, структуре и условиям образования.

Магматические горные породы

Эти породы образуются в результате застывания и кристаллизации магмы (расплавленной массы в мантии или земной коре) или лавы (магмы, излившейся на поверхность). В зависимости от условий застывания они делятся на две большие группы. Интрузивные (глубинные) породы образуются при медленном остывании магмы на глубине, что приводит к формированию пород с крупнокристаллической структурой; примерами служат гранит, габбро, диорит. Эффузивные (излившиеся) породы образуются при быстром остывании лавы на поверхности Земли, из-за чего имеют мелкозернистую или стекловатую структуру; примеры — базальт, пемза, обсидиан (вулканическое стекло).

Ответ: примерами магматических пород являются гранит, базальт, габбро, пемза, обсидиан.

Осадочные горные породы

Эти породы формируются на поверхности Земли в результате накопления и последующего уплотнения и цементации осадков различного происхождения. Они часто залегают слоями и могут содержать окаменелости. Их можно разделить на три группы по происхождению исходного материала. Обломочные породы состоят из обломков других горных пород, перенесенных водой, ветром или льдом; примеры: песчаник, конгломерат, глина, аргиллит. Хемогенные породы образуются в результате выпадения в осадок веществ, растворенных в воде (например, в морях и озерах); примеры: каменная соль (галит), гипс. Органогенные (биогенные) породы состоят из остатков живых организмов или продуктов их жизнедеятельности; примеры: известняк-ракушечник, мел, торф, каменный уголь.

Ответ: примерами осадочных пород являются песчаник, известняк, каменный уголь, глина, гипс, каменная соль.

Метаморфические горные породы

Эти породы образуются в толще земной коры из уже существующих магматических или осадочных пород в результате метаморфизма – процесса их изменения под воздействием высоких температур, давления и химически активных веществ. При этом меняется их минеральный состав и структура. Исходная порода преобразуется в новую, например, известняк превращается в мрамор, гранит — в гнейс, песчаник — в кварцит, а глина — в глинистый сланец.

Ответ: примерами метаморфических пород являются мрамор, гнейс, кварцит, сланец.

4. Предложите способ очистки песка от содержащейся в нём примеси глины.

Для очистки песка от примеси глины можно применить физический метод разделения смесей, называемый отмучиванием. Этот метод основан на различии в плотности и размерах частиц песка и глины, что приводит к разной скорости их оседания в воде (седиментации). Частицы песка (в основном оксид кремния $SiO_2$) относительно крупные и тяжелые, поэтому они быстро оседают на дно сосуда с водой. Частицы глины, напротив, очень мелкие и легкие; при взбалтывании с водой они образуют устойчивую суспензию (мутную взвесь) и оседают очень медленно.

Порядок действий для разделения смеси следующий:
1. Смесь песка и глины помещают в емкость (например, стеклянный стакан или банку).
2. В емкость наливают воду и тщательно перемешивают содержимое стеклянной палочкой или ложкой. В результате тяжелые песчинки осядут на дно, а частицы глины останутся в воде во взвешенном состоянии, делая ее мутной.
3. Дают смеси отстояться в течение короткого времени (около минуты), чтобы все частицы песка гарантированно осели.
4. Аккуратно, не взбалтывая осадок, сливают мутную воду с частицами глины в другую емкость. Этот процесс называется декантацией.
5. Процедуру промывания (пункты 2–4) повторяют несколько раз, каждый раз добавляя новую порцию чистой воды, до тех пор, пока сливаемая вода не станет прозрачной.
6. После завершения промывки на дне емкости останется чистый песок. Его можно высушить, например, на фильтровальной бумаге.

Ответ: Предлагается использовать метод отмучивания. Смесь песка и глины нужно залить водой, перемешать и дать отстояться. Тяжелый песок быстро осядет, а легкие частицы глины останутся в воде в виде мутной взвеси. Эту мутную воду следует аккуратно слить. Процедуру необходимо повторить несколько раз с чистой водой до тех пор, пока вода над песком не станет прозрачной.

5. Как экспериментально доказать, что при действии кислот на известняк образуется углекислый газ?

Решение

Чтобы экспериментально доказать, что при действии кислоты на известняк (основной компонент которого — карбонат кальция, $CaCO_3$) образуется углекислый газ ($CO_2$), нужно провести двухэтапный эксперимент.

Сначала необходимо получить газ. Для этого в колбу или пробирку помещают кусочек известняка, мела или мрамора и приливают к нему раствор сильной кислоты, например, соляной ($HCl$). Наблюдается бурная реакция с выделением пузырьков газа — «вскипание». Это свидетельствует о протекании химической реакции с образованием газообразного продукта. Уравнение данной реакции:

$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Далее необходимо идентифицировать полученный газ, то есть доказать, что это именно углекислый газ. Для этого используется качественная реакция на $CO_2$. Выделяющийся газ из реакционной колбы по газоотводной трубке пропускают через пробирку с известковой водой (прозрачный насыщенный раствор гидроксида кальция, $Ca(OH)_2$).

Если проходящий газ является углекислым, известковая вода помутнеет. Помутнение происходит из-за образования нерастворимого в воде белого осадка — карбоната кальция ($CaCO_3$). Уравнение этой реакции:

$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

Появление белого осадка при пропускании газа через известковую воду является классическим доказательством наличия углекислого газа.

Ответ: Чтобы доказать образование углекислого газа, нужно провести реакцию известняка с кислотой и образующийся газ пропустить через известковую воду (раствор гидроксида кальция). Помутнение известковой воды будет свидетельствовать о том, что выделился именно углекислый газ.

6. В какую историческую эпоху выполнена скульптура, представленная на рисунке 114? Что она изображает?

На предоставленном изображении отсутствует рисунок 114, на котором показана скульптура. Однако, основываясь на типичных учебных материалах по истории Древнего мира, где встречается данный вопрос, можно с высокой вероятностью предположить, что речь идет о знаменитой скульптуре «Дискобол» древнегреческого скульптора Мирона. Исходя из этого предположения, дается следующий ответ.

Скульптура «Дискобол» была создана в Древней Греции, в эпоху высокой классики. Датируется она приблизительно 450 годом до н.э. Этот период (V век до н.э.) в истории Афин считается «золотым веком» и характеризуется наивысшим расцветом культуры и искусства. Для скульптуры того времени было характерно стремление к изображению идеального человека, гармонично развитого как физически, так и духовно. Мастера стремились к реализму, но при этом идеализировали образы, создавая эталоны красоты и доблести.

Скульптура изображает обнаженного атлета в кульминационный момент перед метанием диска. Фигура запечатлена в сложной, полной внутреннего движения позе: тело изогнуто, мышцы напряжены, рука с тяжелым диском отведена назад для максимального замаха. Скульптору Мирону удалось передать мгновение, полное потенциальной энергии, которое вот-вот перейдет в стремительное действие. При этом, в соответствии с канонами классического искусства, лицо атлета остается абсолютно спокойным и сосредоточенным, лишенным каких-либо эмоций. Это подчеркивает идеал самообладания и контроля, присущий герою. Таким образом, скульптура является гимном красоте, силе и гармонии человеческого тела и духа.

Ответ: Предположительно, представленная скульптура — это «Дискобол». Она была выполнена в историческую эпоху Древней Греции (период высокой классики, V век до н.э.). Скульптура изображает атлета, метателя диска, в момент замаха перед броском, прославляя идеал гармонично развитого человека, его физическую красоту и силу духа.