Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
« Руссковская средняя школа»
Индивидуальный проект по химии
на тему «Этот многоликий кальцит»
ученицы 9 класса
Скрипкиной Вероники
Руководитель проекта: учитель химии
Воробьева Елена Владимировна
с. Русское
2021
Оглавление
Введение
II.Основная часть
1. Карбонат кальция в живой природе
2.Основные минералы, содержащие карбонат кальция: кальцит и арагонит
2.Горные породы, сложенные кальцитом
3.Удивительные природные явления: карбонатные сталактиты и другие известняковые образования
4.Моделирование природных процессов в химической лаборатории.
III. Заключение.
IV. Список использованной литературы
I.Введение
Обоснование выбора: Это соединение, формула которого CaCO3, очень заинтересовало меня, потому что, оно представлено бесконечным многообразием форм как в живой, так и неживой природе. Такие разные по свойствам горные породы, как мягкий мел, которым пишут на школьной доске, и твердый мрамор, который еще с античных времен используют для изготовления великолепных скульптур и облицовки зданий, образованы этим веществом.
Актуальность темы: Карбонат кальция претерпевает в природе интересные превращения. С ним связано образование и атоллов, и карстовых пещер, и удивительных сталактитов — каменных «сосулек», причудливо свисающих с подземных сводов. Даже всем хорошо известная накипь в чайнике — карбонат кальция. Химические превращения CaCO3 лежат в основе и очень опасных, так называемых, карстово-суффозионных эффектов, которые приводят к тому, что разрушаются здания и целые улицы могут уйти под землю.
Цель работы: Выяснить, почему они проявляют такие разные (мел и мрамор) свойства.
Задачи работы:
1.Узнать почему появляются карбонат кальция в живой природе.
2.Рассмотреть удивительные природные явления: карбонатные сталоктиты и другие известняковые образования.
3.Провести мониторинг изменения свойств основных минералов, содержащих карбонат кальция: кальцит и арагонит .
4.Провести анализ структурных изменений карбоната кальция по литературным обзорным материалом
5.Путем эксперимента, выяснить, как можно провести моделирование природных процессов в химической лаборатории.
Мне захотелось узнать, какие формы карбоната кальция встречаются в природе, какие химические процессы они претерпевают. Эти вопросы и определили содержание моего исследования.
Гипотеза: предположим, что природные процессы можно провести в химической лаборатории путем моделирования.
Объект исследование: мел и мрамор
Методы исследования:
Исследовательский метод.
Практический метод.
II. Основная часть
1. Карбонат кальция в живой природе
Образование огромных пластов природного карбоната кальция, различных форм известняка, мела, мрамора, в первую очередь связано с жизнедеятельностью морских организмов: известковых водорослей, раковинных простейших, многих моллюсков, иглокожих, кораллов, корненожек. Они строят свой скелет из соединений кальция, преимущественно из СаСО3 – карбоната кальция.
За миллионы лет известковые скелеты этих живых существ сложили много- --километровые толщи природного карбоната кальция, так называемого, осадочного происхождения. На территории Казахстана есть места (Атырау, Актау), которые стоят именно на таких отложениях, они сформировались еще в каменноугольный период. Животный мир каменноугольного периода был весьма разнообразным. В морях были широко распространены -фораминеферы, различные кораллы, морские лилии, морские ежи, моллюски. Процесс отложения карбоната кальция живыми организмами продолжается и по сей день .Коралловые рифы продолжают расти, как и миллионы лет назад. У многих дома можно найти украшения и подделки из природных кораллов, в основе которых все тот-же карбонат кальция.
Несколько таких образцов, которые я нашла у себя дома, были исследованы с помощью микроскопа (перламутровая» ракушка, бусы.)
Раковины простейших и небольших моллюсков и ракообразных, скапливаясь после гибели своих хозяев на дне морей, за десятки и сотни миллионов лет образовали мощные пласты известняков. Из карбоната кальция построены раковины не только морских, но и пресноводных (перловица, беззубка), и сухопутных (виноградная улитка) моллюсков.
Интересно отметить, что драгоценный жемчуг в своей основе образован карбонатом кальция. Когда между створок раковины моллюска, который так и называется — жемчужница, попадает песчинка, она начинает обволакиваться слоями переливчатого перламутра, выделяемого мантией моллюска. Слои накладываются друг на друга, и в результате формируется жемчуг.
Из карбоната кальция образована скорлупа яиц птиц, черепах, крокодилов..
2.Основные минералы, содержащие карбонат кальция: кальцит и арагонит
Карбонат кальция (углекислый кальций) CaCO3, средняя соль угольной кислоты (H2CO3). В природе образует два минерала, различающиеся кристаллической структурой: широко распространённый кальцит и арагонит. Карбонат кальция трудно растворяется в воде (14г кальцита в 1 л при 18 °С), легко — в кислотах. Природный карбонат кальция (известняк, мрамор) применяют как строительный материал; мел как наполнитель для резиновых смесей, бумаги, линолеума. Более мягкий и тонкий продукт, полученный взаимодействием CaCl2 и Na2CO3: в производстве зубного порошка, косметических средств и т.д. При нагревании выше 900 °С карбонат кальция разлагается: Это свойство лежит в основе получения негашеной
извести Ca О.
Кальцит (известковый шпат) минерал, химического состава CaCO3. Часто содержит примеси Mg, Fe, Mn (до 8%), а также Zn, Со, Sr, Ba. Встречается в виде кристаллов разнообразного облика, а также в виде плотных, зернистых и землистых масс (мел), в натёчных формах (сталактитах) и др. Кальцит хрупок. Кристаллы кальцита обладают весьма высоким двойным лучепреломлением. Многие разновидности кальцита сильно флюоресцируют. Твёрдость по минералогической шкале 3; плотность 2720-2800 кг/м3. При нагревании разлагается при 825 °С; легко растворяется в кислотах. Кальцит — один из наиболее распространённых минералов в земной коре, встречается особенно часто среди гидротермальных образований, в вулканических породах. Выпадает из известковых горячих источников в виде туфа (травертина). Огромные массы кальцита образуются в виде осадка в морских бассейнах, частично биогенным путём. Кальцит является главной составной частью известняков, мраморов и др. осадочных и метаморфических пород, широко используемых в качестве строительных и облицовочных материалов. Чистые и прозрачные разновидности кальцита — исландский шпат — находят применение в оптической промышленности
Арагонит— минерал состава CaCO3, отличается от кальцита строением кристаллической решетки. Также от кальцита отличается большей твердостью и плотностью, его твердость составляет 3,5 – 4, а плотность — 2900-3000 кг/м3. Название получил от области в Испании Арагон. На поверхности Земли арагонит неустойчив и переходит постепенно в более устойчивую модификацию — тригональный кальцит. Образует игольчатые кристаллики, а также бочёнкообразные сростки — тройники. Цвет арагонита белый, иногда светло-зелёный и светло-фиолетовый. Блеск стеклянный, в изломе жирный. Встречается в изверженных породах и в составе отложений термальных минеральных источников. Из арагонита состоит значительная часть жемчуга и перламутрового слоя раковин многих моллюсков.
3. Горные породы, сложенные кальцитом
Минерал кальцит входит в состав многих горных пород. Так, например, мел и известняк имеют осадочное происхождение, т.е. они образовались в течение миллионов лет из известковых скелетов и раковин главным образом морских животных. Оседая на дно древних океанов и морей, год за годом раковинки мельчайших животных, состоящих из карбоната кальция, сформировали многокилометровые толщи известняка, мела, ракушечника и других осадочных пород. В результате движения пластов земной коры толща осадочных пород могла оказаться в глубинных слоях литосферы, где под влиянием высоких температур и давления происходили превращения, метаморфозы, известняка и мела. В результате образовывался мрамор — метаморфическая горная порода.
Мрамор (лат. marmor, от греч. marmaros — блестящий камень, каменная глыба) — кристаллическая метаморфическая горная порода, образовавшаяся в результате перекристаллизации известняка или доломита ( CaCO3.MgCO3). Мрамор может иметь белую, серую, зеленоватую, розовую и другие окраски, что зависит от примесей. Представляет собой высококачественный декоративный камень.Мрамор добывается в карьерах. Он применяется с античности как конструкционный и облицовочный архитектурный материал благодаря своим пластическим и декоративным достоинствам: твёрдость; мелкозернистость, податливость в обработке, способность легко полироваться, посредством чего выявляются тональное богатство и красота его однородной, пятнистой или слоистой структуры. Мрамор используется также для создания мозаичных композиций (инкрустационный стиль, флорентийская мозаика), рельефов и круглых изваяний (преимущественно однотонный, большей частью белый, реже — цветной или чёрный). Относительная прозрачность мрамора порождает на поверхности скульптуры тончайшую игру света и тени.
Известковый туф, травертин, пористая, ячеистая порода, образовавшаяся в результате осаждения карбоната кальция из горячих или холодных источников. Часто содержит отпечатки растений, а иногда раковины наземных либо пресноводных брюхоногих моллюсков. Отличается малой объёмной массой, его плотность от 1400 до 1800 кг/м3. Большие отложения известкового туфа встречаются на Кавказе. Употребляется как строительный материал, декоративный камень, химическое сырье для получения извести и углекислого газ
4/Удивительные природные явления: карбонатные сталактиты и другие известняковые образования.
В интересной и причудливой форме встречается карбонат кальция в пещерах. Это возможно благодаря деятельности подземных вод. В известняковых массивах они местами энергично растворяют СаСО3, поэтому и возможно образование пещер, сталактитов и сталагмитов.
Очень много интересной информации об удивительных природных образованиях я нашла в сети Internet.
Удивительные природные явления карбонатные сталактиты.
Сталактиты или капельник- натечное конусообразное образование спускающие наподобие ледяных сосулек с потолка некоторых пещер. Я никогда не видела сталактитов в природе но в кабинете химии, не только увидела настоящий сталактит, но и подержать их на руках, изучить его свойства карбоната кальция, из которого он состоит.
5. Моделирование природных процессов в химической лаборатории
Почему же растворяется карбонат кальция и образуются карстовые пещеры? Как растут сталактиты и сталагмиты? Конечно, в основе всех этих явлений лежат химические процессы, которые я попыталась смоделировать в химической лаборатории.
Карбонат кальция считается практически не растворимым в воде соединением, но зато он легко растворяется в кислотах. При этом бурно выделяется углекислый газ:
CaCO3+2HCl= CaCl2+H2O+ CO2↑
CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2↑
Взаимодействие карбоната кальция с кислотами, в том числе и с уксусной, которую можно найти дома, на кухне, является качественной реакцией на соли угольной кислоты — карбонаты. Так мрамор и известняки разрушаются под действием кислотных дождей.
С помощью соляной кислоты легко доказать, что известняк, входящий в состав сталактита, мел и мрамор — карбонаты. Для этого нужно капнуть соляной кислотой на кусочки данных веществ и посмотреть, что будет происходить.
| Доказать, что выделяющийся газ является углекислым, можно с помощью качественной реакции на CO2: при взаимодействии углекислого газа (оксида углерода (IV)) с известковой водой (раствором гидроксида кальция Ca(OH)2) наблюдается помутнение, вызванное образованием нерастворимого карбоната кальция: Ca(OH)2+CO2=CaCO3 ↓ +H2O Ca2++2OH-+CO2=CaCO3↓+H2O Так, при пропускании выдыхаемого воздуха, содержащего относительно много углекислого газа, через известковую воду наблюдается помутнение — образование осадка CaCO3. |
|
| Непосредственно сам карбонат кальция очень плохо растворяется в воде. Однако, углекислый газ обратимо реагирует с холодной водой, и в результате образуется слабая угольная кислота: H2O +CO2↔H2CO3 H2CO3↔H++HCO3- Угольная кислота реагирует со своей средней солью — карбонатом кальция — и переводит его в растворимую кислую соль — гидрокарбонат: CaCO3+H2O+CO2↔Ca(HCO3)2 CaCO3+H2O+CO3↔Ca2++2HCO3- Так, если пропускать избыток углекислого газа через взвесь карбоната кальция в воде, то можно увидеть, что через некоторое время осадок CaCO3 полностью растворяется. |
|
| Та же реакция лежит в основе образования русла подземных ручьев и рек, карстовых пещер. Вода, растворяя CaCO3, становится обогащенной солями кальция. Такую воду называют жесткой. При кипячении жесткой воды на стенках чайника образуется накипь, т.е. при нагревании растворимый гидрокарбонат кальция превращается в нерастворимый карбонат, который и выпадает в виде осадка: Ca(HCO3)2↔ CaCO3↓+H2O+CO2↑ Ca2++2HCO3-↔CaCO3↓+H2O+CO2↑ Так, если нагреть бесцветный прозрачный раствор гидрокарбоната кальция, то наблюдается выпадение осадка — CaCO3. Тот же химический процесс лежит в основе роста карбонатных сталактитов. Небольшое изменение температуры или концентрации углекислого газа в воздухе приводит к смещению подвижного химического равновесия, и из раствора начинает медленно выкристаллизовываться карбонат кальция. |
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Закончив свой проект, я могу сказать, что не все из того, что было задумано, получилось .Мне очень понравилось изучать свойства карбоната кальция. Я узнала много нового и интересного. К сожалению, я не смогла охватить весь материал, связанный с природным CaCO3, например, мне бы очень хотелось рассмотреть вопросы, связанные с круговоротом кальция в природе, биологической ролью кальция .
Литература
1. А. С. Антонян «Реставрация скульптуры из камня» Москва • 2006
2.Гергедава Б.А. Подземный ландшафт. - Изв. АН СССР. Сер.геогр. 1973,
3.Глазовская М.А.Педолитогенез и континентальные циклы углерода М.,2009., с. 34-42
3. Дублянский В.Н., Илюхин В.В. Крупнейшие карстовые пещеры и шахты СССР. М.: Наука,1982. 137 с.
4.Зарицкий П. В. Об изоморфизме в природных карбонатах, М.,2001
5.Перозио Г. Н., Мандрикова Н. Т. Изоморфизм в карбонатах и его значение для решения некоторых генетических вопросов, М., 1995
6.Сидоренко А. В Физические методы исследования минералов осадочных пород. Издательство — Наука, 1977.
7. Чикишев А.Г. Карстовые пещеры СССР. М.: Наука, 1973. 136 с.
8. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2030.html
9. http://ru.wikipedia.org/wiki/Карбонат
3 937
11 497 
