јссоциаци€ Ёкосистема (сайт www.есоsystеmа.ru)







√Ћј¬Ќјя >>> ѕ–»–ќƒј –ќ——»» и ———– >>> ћ»Ќ≈–јЋџ » √ќ–Ќџ≈ ѕќ–ќƒџ

ќ  онференции исследовательских и проектных работ учащихс€ "ёные географы, краеведы и путешественники", посв€щенной 175-летию основани€ –√ќ: декабрь 2020 г
 онференци€ исследовательских и проектных работ учащихс€ ёные географы, краеведы и путешественники

√лавна€
English
Ѕиологический кружок ¬ќќѕ
  √остю кружка
  ѕланы кружка
  Ёкспедиции и выезды
  »сследовательска€ работа
  ѕрограмма "Parus"
  »стори€ кружка
   онтакты кружка
ѕолевой центр
  ‘отогалере€
  Ћетопись биостанции
  —татьи о биостанции
  »сследовательские работы
”чебные программы
  ѕолевые практикумы
  ћетодические семинары
  ¬ебинары
  »сследовательска€ работа
  ѕроектна€ де€тельность
  Ёкспедиции и лагер€
  Ёкологические тропы
  Ёкологические игры
  ѕубликации (статьи)
ћетодические материалы
  Ќагл€дные определители
   арманные определители
  ќпределительные таблицы
  Ёнциклопедии природы –оссии
   омпьютерные определители
  ћобильные определители
  ”чебные фильмы
  ћетодические пособи€
  ѕолевой практикум
ѕрирода –оссии
  ћинералы и горные породы
  ѕочвы
  √рибы
  Ћишайники
  ¬одоросли
  ћохообразные
  “рав€нистые растени€
  ƒеревь€ и кустарники
  ягоды и сочные плоды
  Ќасекомые-вредители
  ¬одные беспозвоночные
  ƒневные бабочки
  –ыбы
  јмфибии
  –ептилии
  ѕтицы, гнезда и голоса
  ћлекопитающие и следы
‘ото растений и животных
  —истематический каталог
  јлфавитный каталог
  √еографический каталог
  ѕоиск по названию
  √алере€
ѕриродные ландшафты мира
  ‘изическа€ географи€ –оссии
  ‘изическа€ географи€ мира
  ≈вропа
  јзи€
  јфрика
  —еверна€ јмерика
  ёжна€ јмерика
  јвстрали€ и Ќова€ «еланди€
  јнтарктика
–ефераты о природе
  √еографи€
  √еологи€ и почвоведение
  ћикологи€
  Ѕотаника
   ультурные растени€
  «оологи€ беспозвоночных
  «оологи€ позвоночных
  ¬одна€ экологи€
  ÷итологи€, анатоми€, медицина
  ќбща€ экологи€
  ќхрана природы
  «аповедники –оссии
  Ёкологическое образование
  Ёкологический словарь
  √еографический словарь
  ’удожественна€ литература
ћеждународные программы
  ќбща€ информаци€
  ѕолевые центры (¬еликобритани€)
  ћеждународные экспедиции (—Ўј)
   урс полевого образовани€ (—Ўј)
  ћеждународные контакты
»нтернет-магазин
   арманные определители
  ÷ветные таблицы
   омпьютерные определители
  Ёнциклопедии природы
  ћетодические пособи€
  ”чебные фильмы
   омплекты материалов
 онтакты
  √остева€ книга
  —сылки
  ѕартнеры
  Ќаши баннеры
   арта сайта

Ёкологический ÷ентр Ёкосистема на Facebook Ёкологический ÷ентр Ёкосистема ¬ онтакте

ётуб канал Ёкосистема YouTube EcosystemaRu

—качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из магазина Google Play / Play Market
—качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из AppStore / iTunes
¬идео-360 по экологии на нашем Youtube канале


≈сли ¬ам понравилс€ и пригодилс€ наш сайт - кликните по иконке "своей" социальной сети:

ќбъ€влени€:

јгроЅио‘ерма Ђ¬елегожї в ѕодмосковье приглашает!
ѕринимаютс€ организованные группы школьников и родители с детьми (от 12 до 24 чел.) по учебно-познавательной программе "¬ведение в природопользование" ѕодробнее >>>

√отовый экологический урок "ћор€ –оссии: сохранение морских экосистем" в интерактивной форме познакомит школьников с мор€ми и научит мудро распор€жатьс€ дарами природы:
√отовый экологический урок проекта Ёко ласс и WWF ћор€ –оссии: сохранение морских экосистем - перейти на сайт

Ѕиологический кружок ¬ќќѕ приглашает!
—оревновани€ по полевой ботанике "¬≈—≈ЌЌяя ‘Ћќ–ј" пройдут в мае-июне 2020 года в онлайн-формате (определение растений по фотографи€м).   участию в соревновании приглашаютс€ школьники и взрослые любители природы, проживающие в средней полосе ≈вропейской части –оссии. ѕодробнее >>>


Ѕесплатные экскурсии в музей ѕи€вки!
ћеждународный ÷ентр ћедицинской ѕи€вки приглашает посетить музей и узнать о пользе и вреде пи€вок, их выращивании, гирудотерапии, лечебной косметике и многом другом... ѕодробнее >>>

јтлас-определитель 'ѕтицы –оссии' дл€ iPhone и iPad: загрузить из AppStore (iTunes) бесплатно

«десь может быть бесплатно размещено ¬аше объ€вление о проводимом ¬сероссийском конкурсе, —лЄте, ќлимпиаде, любом другом важном меропри€тии, св€занном с экологическим образованием детей или охраной и изучением природы. ѕодробнее >>>

ћы публикуем на нашем сайте авторские образовательные программы, статьи по экологическому образованию детей в природе, детские исследовательские работы (проекты), основанные на полевом изучении природы. ѕодробнее >>>



яндекс.ћетрика



[ sp ] : ml об : { lf }

ѕожалуйста, ставьте гиперссылку на сайт www.ecosystema.ru если ¬ы копируете материалы с этой страницы!
¬о избежание недоразумений ознакомьтесь с правилами использовани€ и копировани€ материалов с сайта www.есоsystеmа.ru
ѕригодилась эта страница? ѕоделитесь ею в своих социальных сет€х:

ћинералы и горные породы –оссии и ———–

<<< ћеханические свойства | —одержание | —пайность >>>

ћќ–‘ќЋќ√»„≈— »≈ ќ—ќЅ≈ЌЌќ—“» ћ»Ќ≈–јЋќ¬
ћеханические свойства

“вердость

“вердость минералов Ч типичное векторное свойство, контролируемое анизотропией кристаллического вещества. “вердость определ€етс€ как сопротивление тела механическому воздействию.

¬ минералогии прин€та так называема€ твердость царапань€, выражаема€ в баллах, согласно 10-балльной минералогической шкале твердости, или шкале ћооса, включающей 10 минералов Ч эталонов твердости (1 Ч минимальное, 10 Ч максимальное значение твердости):

1 Ч тальк, 2 Ч гипс, 3 Ч кальцит, 4 Ч флюорит, 5 Ч апатит, 6 Ч ортоклаз, 7 Ч кварц, 8 Ч топаз, 9 Ч корунд, 10 Ч алмаз.

 аждый последующий минерал царапает предыдущий; промежуточные значени€ твердости обычно оцениваютс€ с точностью до 0,5 балла, но не точнее, чем до 0,25 балла, т.е. в справочниках можно встретить указани€ на твердость минералов, равную, скажем, 3,5 или 5,75. ћинералы одинаковой твердости слабо царапают друг друга.

 роме этой качественной (но наиболее распространенной) оценки твердости примен€ютс€ количественные измерени€ так называемой абсолютной, или микротвердости, осуществл€емые в полированных шлифах под микроскопом, чаще всего методами ¬иккерса или Ѕринелл€ (вдавливанием алмазной пирамидки-индентора или шарика из закаленной стали в поверхность образца под определенной нагрузкой).

јбсолютна€ твердость измер€етс€ в кгс/мм2; методы заимствованы минералогами из металлографии, где они широко примен€ютс€. јбсолютную твердость определ€ют также специальным прибором Ч склерометром, в котором индентором служит стальна€ или алмазна€ игла, царапающа€ минерал.

Ќаконец, существует еще пон€тие твердости при шлифовке, или шлифовочной твердости, играющей важную роль не столько в минералогии, сколько при обработке драгоценных камней. Ўлифовочна€ твердость определ€етс€ методом –озивал€: из кристалла вырезаетс€ кубик, грани которого, подвергаемые шлифовке, имеют площадь 4 см2. ¬ процессе шлифовки такой грани (при посто€нных услови€х) она стираетс€, и объем кубика уменьшаетс€. ¬еличина, обратна€ уменьшению его объема, и называетс€ твердостью при шлифовке. Ўлифовочна€ твердость кварца принимаетс€ за 100, а ее значени€ дл€ других минералов даютс€ по отношению к кварцу.

ƒл€ целей диагностики минералов, впрочем, обычно вполне достаточно определ€ть относительную твердость царапаньем, руководству€сь шкалой ћооса.  оличественное исследование твердости минералов, составл€ющих эту шкалу, показало, что она дл€ большей части шкалы возрастает в геометрической прогрессии. ≈сли прин€ть твердость кварца за 100 (по ћоосу Ч 7), то знаменатель этой профессии будет близок к 2, т.е. каждый последующий минерал Ч член шкалы Ч примерно вдвое тверже предыдущего. »сключение составл€ет алмаз, превосход€щий по твердости корунд более чем в два раза. –азрыв в твердости между корундом и алмазом примерно равен диапазону твердости минералов, охватываемому первыми дев€тью членами шкалы ћооса.

ћинералогическа€ шкала твердости была предложена австрийским минералогом ‘редериком ћоосом (1772-1839) в 1820 году и с тех пор практически не претерпела изменений; хот€ и предлагались другие варианты шкалы, но они не получили широкого признани€. ¬ шкале ћооса единственный не вполне удачный эталон Ч кальцит, твердость которого в зависимости от направлени€ царапань€ мен€етс€ на 0,5 балла: от 2,5-2,7 на грани базопинакоида (0001) до 3,2-3,5 на гран€х призмы. ѕоэтому предлагалось заменить его в шкале твердости кубическим минералом галенитом, твердость которого не зависит от направлени€ царапань€; зато она может мен€тьс€ на целый балл (от 2 до 3) с изменением химического состава (вхождением Se, Ag, Bi и др.).

“вердость топаза, определенна€ на разных гран€х, также неодинакова. ќна соответствует 8 на призматических гран€х, а на грани базопинакоида понижаетс€ до 7,5. ” корунда твердость, определенна€ на грани базопинакоида, оказываетс€ немного ниже 9. ” кварца твердость на гран€х призмы несколько повышена. Ќо дл€ таких твердых минералов, как корунд, топаз и кварц, различи€ в твердости не более чем на 0.5 балла в процентном выражении не столь существенны, как дл€ кальцита.

≈ще один кажущийс€ недостаток шкалы ћооса Ч слишком большой интервал между корундом и алмазом; чтобы дифференцировать его, киевский минералог ј.—.ѕоваренных предложил дополнить шкалу твердости п€тью новыми членами, четыре из которых представл€ют собой искусственные вещества (карбиды титана и бора, кристаллы бора), а п€тый Ч разновидность алмаза карбонадо; верхнее, 15-е место в этой 15-балльной шкале отведено другой его разновидности Ч борту. ќднако ввиду почти полного отсутстви€ в земной коре минералов, имеющих промежуточную твердость между корундом и алмазом (единственное исключение Ч муассанит SiC с твердостью 9,5), замена шкалы ћооса модифицированной 15-балльной шкалой оказалась неактуальной; но последн€€ может найти применение при исследовании абразивных материалов.

ƒл€ быстрого полевого определени€ твердости, когда всего набора минералов шкалы ћооса под рукой нет, полезно знать твердость некоторых предметов, обычно имеющихс€ при себе или легко доступных.

—ам ‘.ћоос рекомендовал в качестве индикатора твердости тонкий напильник из очень твердой, хорошо закаленной стали с твердостью по его шкале около 6,5. “вердость обычной стальной иглы или лезви€ ножа Ч около 5,5; оконного стекла Ч 5,5 (нож не царапает стекло!); медной иглы или монеты Ч 3; ногт€ Ч чуть больше 2 (до 2,5).

ћинералы, имеющие твердость 1-1,5 (тальк, пирофиллит, глинистые минералы группы каолинита Ч каолинит, галлуазит и др. Ч и группы смектитов: монтмориллонит, бейделлит, нонтронит и "мыльный камень" Ч сапонит), кажутс€ на ощупь жирными.

“вердость царапаньем следует определ€ть на чистой, не выветренной и не покрытой какими-либо пленками или налетами поверхности образца; царапину наносить надо осторожно и не слишком нажимать на иглу или нож, дабы, во-первых, насколько возможно меньше повредить определ€емый минерал, а во-вторых, не разрушить хрупкий минерал чрезмерным давлением и тем самым неверно оценить его твердость.

ќт каких же причин зависит твердость минералов? ќна определ€етс€ преимущественно кристаллоструктурными факторами, химический же состав вли€ет на нее лишь опосредованно, поскольку его изменение влечет за собой изменение структурного мотива или структурного типа, а также типа кристаллоструктурных св€зей, сопр€женное с уплотнением или разуплотнением кристаллической структуры.

√лавное, что определ€ет твердость минералов (и вообще кристаллических веществ) Ч это прочность св€зей между атомами (ионами) в их структуре. ¬ свою очередь, прочность св€зей зависит от плотности упаковки частиц, т.е. от их размеров и рассто€ний между ними: чем мельче частицы (атомы, ионы и т.д.) и чем ближе друг к другу они расположены, тем прочнее св€заны между собой и тем плотнее (и прочнее) структура, а следовательно Ч выше твердость.

ѕомимо размеров ионов упрочнению структуры способствует увеличение их зар€да, что, соответственно, вли€ет и на твердость в сторону ее повышени€. ”величение координационного числа соответствует уплотнению структуры и тем самым ведет к повышению твердости.

“аким образом, можно сформулировать в общем виде следующее правило: твердость минералов в среднем тем выше, чем меньше размеры составл€ющих их ионов, чем больше зар€д (валентность) катионов и чем плотнее упаковка материальных частиц, слагающих кристалл (т.е. чем больше координационные числа атомов в кристаллической структуре).

Ќо, как уже отмечалось выше, те же структурные факторы, содействующие упрочнению структурных св€зей и уплотнению всей структуры, повышают также плотность минералов. ѕоэтому, как правило, полиморфные модификации с более высокой плотностью обладают вместе с тем и большей твердостью.

Ќаоборот, увеличение содержани€ воды в минералах или переход минералов в метамиктное состо€ние понижают одновременно и плотность, и твердость.

ћожно привести несколько нагл€дных примеров, иллюстрирующих сказанное выше. ¬ р€ду полиморфов TiO2 анатаз Ч брукит-рутил параллельно возрастают плотность (от 3,9 до 4,3) и твердость (от 5,5-6 у анатаза до 6-6,5 у рутила). ¬ р€ду оксидов и гидроксидов алюмини€ корунд-диаспор-бЄмит-гиббсит и плотность, и твердость уменьшаютс€ по мере увеличени€ содержани€ воды: плотность Ч от 4 у корунда Al2O3 до 2,4 у гиббсита Al(ќЌ)3; твердость Ч от 9 у корунда до 7 у диаспора AlO(OH) с цепной структурой, 3,5-4 у бЄмита AlO(OH) со слоистой структурой и 2,5-3 у гиббсита Al(ќЌ)3. ” двух полиморфов —а—O3 Ч кальцита ( „ —а=6) и арагонита ( „ —а=9) значительно разн€тс€ и плотность, и твердость, причем и та, и друга€ выше у арагонита с его более плотной структурой (соответственно плотность 2,72 и 2,95 г/см3; твердость 3 и 3,5-4).

 орунд Al2O3 гораздо тверже гематита Fe2O3 (имеющего твердость 5-6) при большом геометрическом сходстве структур (один структурный тип) Ч отчасти из-за того, что ион јl3+ много меньше, чем ион Fe3+, а отчасти вследствие значительной роли металлической св€зи в структуре гематита. ≈сли же вз€ть пару галогенидов галита NaCl Ч йодаргирит AgI, относ€щихс€, как было упом€нуто выше, к разным структурным типам, с  „ катионов соответственно 6 и 4, то оказываетс€, что, несмотр€ на одинаковое в обоих случа€х рассто€ние между катионом и анионом (0,281 нм), т.е., учитыва€ и одинаковые зар€ды ионов, казалось бы, равную силу межатомной св€зи, твердость йодаргирита (1,5) заметно меньше, чем галита (2,5).

ћинералы со слоистой структурой, в которой св€зи между сло€ми значительно ослаблены, как правило, имеют пониженную твердость по сравнению с минералами тех же классов, но с координационной, островной, кольцевой, цепной или каркасной структурой. ¬ частности, в классе силикатов максимальной твердостью в целом характеризуютс€ орто- и диортосиликаты Ч минералы с островным структурным мотивом (с изолированными одиночными или сдвоенными тетраэдрами [SiO4]), а также кольцевые; за ними следуют метасиликаты Ч минералы с цепочечным или ленточным структурным мотивом (пироксены, амфиболы и др.), далее Ч минералы с каркасным структурным мотивом (кварц и алюмосиликаты Ч полевые шпаты и др. Ч с  „ Al=4), а замыкают этот р€д слоистые силикаты: слюды, хлориты, глинистые минералы, тальк и т.п.

 ак типичное векторное свойство, твердость, будучи измерена на разных гран€х кристалла одного и того же минерала, зачастую оказываетс€ различной. ѕри этом в большинстве случаев твердость, определенна€ на грани базопинакоида, получаетс€ ниже измеренной на призматических гран€х. јнизотропи€ твердости четко про€вл€етс€ даже в наиболее симметричных, изометрических кристаллах кубической сингонии.

“вердость граней кристалла, как правило, тем выше, чем больше ретикул€рна€ плотность параллельных им плоских сеток кристаллической решетки. Ќапример, у алмаза самой высокой твердостью обладают грани октаэдра (111), несколько меньшей Ч грани ромбододекаэдра (110) и еще более низкой Ч грани куба (100); эта последовательность строго согласуетс€ с уменьшением ретикул€рной плотности сеток решетки алмаза, параллельных названным гран€м. ’от€ в данном конкретном случае различи€ в твердости невелики, но именно они дают возможность шлифовать алмазы алмазным же порошком.

Ќасколько же могут расходитьс€ значени€ твердости одного минерала, измеренные на разных гран€х его кристаллов и/или в разных направлени€х (допустим, вдоль и поперек кристалла)?

»з приведенных выше (при разборе шкалы ћооса) примеров видно, что это расхождение обычно не превышает 0,5-1,0 балл. ќднако в учебниках минералогии до сих пор часто указываетс€ в качестве классического примера анизотропии твердости минерал кианит (имеющий и второе название, данное ему –.-∆.√аюи, Ч дистен, что означает "две прочности", т.е. дво€кую твердость). ƒистен относитс€ к пинакоидальному классу триклинной сингонии, и твердость его измер€етс€ на пинакоидальных гран€х. ѕри этом говоритс€, что по длине кристалла он имеет твердость 4,5, а поперек Ч 7, т.е. различие достигает 2,5 балла. ¬ действительности, по современным данным, твердость кианита, измеренна€ на грани 1-го пинакоида (100) вдоль оси с, равна 5,5, а перпендикул€рно с Ч 6,5; на грани 2-го пинакоида (010) Ч соответственно 6 и 7; на грани 3-го пинакоида (001) в направлении, параллельном оси b, твердость составл€ет 5,5, а параллельно оси а Ч 6,5.

»ными словами, и в данном случае расхождение каждый раз не превышает одного балла, хот€ в целом составл€ет 1,5 балла. ќднако пример кианита (дистена) весьма показателен в том отношении, что колебани€ его твердости приход€тс€ как раз на верхнюю границу твердости стали, и если царапать минерал ножом или стальной иглой вдоль удлинени€ кристаллов, то царапина по€витс€, а если поперек Ч то нет (поскольку это направление в кристаллах кианита наиболее плотно заселено катионами Al3+).  ианит по-прежнему остаетс€ очень нагл€дным примером дл€ демонстрации анизотропии твердости минералов.

<<< ћеханические свойства | —одержание | —пайность >>>


ѕознакомитьс€ с изображени€ми и описани€ми других объектов природы –оссии и сопредельных стран - минералов и горных пород, почв, грибов, водорослей, лишайников, листостебельных мхов, деревьев, кустарников, кустарничков и лиан, трав€нистых растений (цветов), €год и других дикорастущих сочных плодов, водных беспозвоночных животных, насекомых-вредителей леса, дневных бабочек, пресноводных и проходных рыб, земноводных (амфибий), пресмыкающихс€ (рептилий), птиц, птичьих гнезд, их €иц и голосов, а также млекопитающих (зверей), - можно в разделе ѕрирода –оссии нашего сайта.

¬ разделе ѕрирода в фотографи€х размещены также тыс€чи научных фотографий грибов, лишайников, растений и животных –оссии и стран бывшего ———–, а в разделе ѕриродные ландшафты мира - фотографии природы ≈вропы, јзии, —еверной и ёжной јмерики, јфрики, јвстралии и Ќовой «еландии и јнтарктики.

¬ разделе ћетодические материалы ¬ы также можете познакомитьс€ с описани€ми разработанных экологическим центром "Ёкосистема" печатных определителей растений средней полосы, карманных определителей объектов природы средней полосы, определительных таблиц "√рибы, растени€ и животные –оссии", компьютерных (электронных) определителей природных объектов, полевых определителей дл€ смартфонов и планшетов, методических пособий по организации проектной де€тельности школьников и полевых экологических исследований (включа€ книгу дл€ педагогов " ак организовать полевой экологический практикум"), а также учебно-методических фильмов по организации проектной исследовательской де€тельности школьников в природе. ѕриобрести все эти материалы можно в нашем некоммерческом »нтернет-магазине. “ам же можно приобрести mp3-диски √олоса птиц средней полосы –оссии и √олоса птиц –оссии, ч.1: ≈вропейска€ часть, ”рал, —ибирь.

«агрузить приложени€ из магазина Google Play / Play Market

«агрузить приложени€ из AppStore / iTunes


Ёкологический ÷ентр Ёкосистема на Facebook Ёкологический ÷ентр Ёкосистема ¬ онтакте ётуб канал Ёкосистема YouTube EcosystemaRu —качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из магазина Google Play / Play Market —качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из AppStore / iTunes
ѕанорамный фильм по экологии (VR-360) на нашем Youtube канале


ѕоделитьс€/Share:
ќбращение с посетител€м сайта



: ml : [ stl ]
ѕорекомендуйте нас в "своих" социальных сет€х:
- share this page with your friends!


Ёкологический ÷ентр Ёкосистема на Facebook Ёкологический ÷ентр Ёкосистема ¬ онтакте ётуб канал Ёкосистема YouTube EcosystemaRu —качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из магазина Google Play / Play Market —качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из AppStore / iTunes
ѕанорамный фильм по экологии (VR-360) на нашем Youtube канале


© Ёкологический центр "Ёкосистема"Щ, ј.—. Ѕоголюбов / © Field Ecology Center "Ecosystem"Щ, Alexander Bogolyubov, 2001-2020