Презентация к исследовательскому проекту "Этот многоликий кальцит"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение « Руссковская средняя школа»

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 CaCO 3 , 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 CaCO 3 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.

Характеристики минерала кальцит

Известняк

Мрамор

Пещеры

Шиханы

Исландский шпат

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..

Карбонат кальция СаCO 3 – одно из самых распространенных на Земле соединений. Минералы на основе СаCO 3 покрывают около 40 млн км2 земной поверхности. Мел, мрамор, известняки, ракушечники – все это СаCO 3 с незначительными примесями, а кальцит – чистый СаCO 3 .

1.Основные минералы, содержащие карбонат кальция: кальцит и арагонит

• Карбонат кальция (углекислый кальций) CaCO 3 , средняя соль угольной кислоты (H 2 CO 3 ). 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 CaCl 2 и Na 2 CO 3 : 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 CaCO 3 . 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/м 3 . 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 CaCO 3 , 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/м 3 . 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

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/м 3 . Большие отложения известкового туфа встречаются на Кавказе. Употребляется как строительный материал, декоративный камень, химическое сырье для получения извести и углекислого газ

• Мрамор – плотная кристаллическая порода. Есть цветной – белый, но чаще всего различные примеси окрашивают его в различные цвета. Чистый белый мрамор встречается редко и в основном идет на работу скульпторам. В строительстве цветной мрамор используют как облицовочный материал (Московское метро) или даже в качестве основного строительного материала дворцов

3.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 СаСО 3 , 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.

4. 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:

CaCO 3 +2 HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2↑

CaCO 3 +2H + =Ca 2+ +H 2 O+CO 2 ↑

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 CO 2 : 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 +CO 2 =CaCO 3 ↓ +H 2 O

Ca 2+ +2OH - +CO 2 =CaCO 3 ↓+H 2 O

Так, при пропускании выдыхаемого воздуха, содержащего относительно много углекислого газа, через известковую воду наблюдается помутнение — образование осадка CaCO 3 .

Непосредственно сам карбонат кальция очень плохо растворяется в воде. Однако, углекислый газ обратимо реагирует с холодной водой, и в результате образуется слабая угольная кислота:

• H 2 O +CO 2 ↔H 2 CO 3
• H 2 CO3↔H++HCO 3

Угольная кислота реагирует со своей средней солью — карбонатом кальция — и переводит его в растворимую кислую соль — гидрокарбонат:

CaCO 3 +H 2 O+CO2↔Ca(HCO 3 ) 2

CaCO 3 +H 2 O+CO 3 ↔Ca 2+ +2HCO 3-

Так, если пропускать избыток углекислого газа через взвесь карбоната кальция в воде, то можно увидеть, что через некоторое время осадок CaCO 3 полностью растворяется.

Та же реакция лежит в основе образования русла подземных ручьев и рек, карстовых пещер. Вода, растворяя CaCO 3 , 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(HCO 3 ) 2 ↔ CaCO 3 ↓+H 2 O+CO 2 ↑

Ca 2+ +2HCO 3 -↔CaCO 3 ↓+H 2 O+CO 2 ↑

Так, если нагреть бесцветный прозрачный раствор гидрокарбоната кальция, то наблюдается выпадение осадка — CaCO 3 . 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.

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 CaCO 3 , 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

4. Дублянский В.Н., Илюхин В.В. Крупнейшие карстовые пещеры и шахты СССР. М.: Наука,1982. 137 с.

5.Зарицкий П. В. Об изоморфизме в природных карбонатах, М.,2001

6.Перозио Г. Н., Мандрикова Н. Т. Изоморфизм в карбонатах и его значение для решения некоторых генетических вопросов, М., 1995

7.Сидоренко А. В Физические методы исследования минералов осадочных пород. Издательство — Наука, 1977.

8. Чикишев А.Г. Карстовые пещеры СССР. М.: Наука, 1973. 136 с.

9. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2030.html

10. http://ru.wikipedia.org/wiki/Карбонат