"Камни-самоцветы". Интегрированный урок (география + химия) в разделе "Литосфера"

Разделы: Химия

Цель урока: объединив знания по двум предметам, дать понятие о процессе кристаллизации в земной коре и использовании его в жизни.

Задачи:

  1. Расширить знания учеников о процессах, происходящих в земной коре.
  2. Научить различать минералы и горные породы.
  3. Воспитывать чувство прекрасного при знакомстве с поделками из природных камней.

Оборудование:

  1. Карта Российской Федерации.
  2. Физическая карта мира.
  3. Коллекция поделочных и драгоценных камней.
  4. Коллекция ювелирных украшений.
  5. Раздаточный материал магматических и осадочных горных пород.
  6. Таблица "Строение земной коры".
  7. Таблица химических элементов (на каждую парту).
  8. Слайд или рисунок "Пегматитовый процесс"
  9. Определители горных пород (на каждую парту).
  10. Определитель камней – самоцветов.
  11. Раздаточный материал для построения модели молекул.
  12. Демонстрационный материал "Рост кристалла".
  13. Модели (или слайд) атомных решеток алмаза и графита.

Необходимые пояснения:

  • Коллекция ювелирных украшений создается заранее. Их приносят учителя и ученики. Мы использовали для выставки коробки из под конфет, вложив внутрь коробки темный бархат. К бархату стежками пришивали украшения. В таком виде выставку можно быстро собрать (закрыв коробки крышками) и хранить до следующего урока или перенести в другое место. У нас выставка работала 2 недели и была приурочена к изучению темы «Рельеф» в 6, 7и 8 классах. На материалы выставки происходила ссылка при изучении Урала в 8 и 9 классе и минеральных ресурсов Земли в 10 классе.
  • Ребят удобнее посадить в группы по 4-5 человек. Тогда на класс понадобится меньше раздаточного материала. У нас на уроке работали 4 группы, поэтому нам понадобилось всего 4 комплекта раздаточного материала.

План проведение урока:

  1. урок:
    • объяснение учителя географии,
    • фронтальный опрос «Деление горных пород на группы по происхождению»
    • практическая работа по определению горных пород и их расположению в земной коре.
  2. урок:
    • объяснение учителя химии,
    • практическая работа «Построение молекулы»,
    • демонстрация опыта «Рост кристалла»,
    • заключительное слово учителя географии,
    • осмотр выставки и определение камней в украшениях с помощью буклетов, ответы на вопросы, возникающие в ходе осмотра выставки.

Презентация "Камни-самоцветы"

Буклет "Красота камня"

1. Объяснение учителя географии.

(проходит с показом называемых объектов по карте)

Культура камня на Русской равнине возникла, может быть, за 200-300 тысяч лет до нашей эры. Твердого камня на равнине было очень мало. Лишь с трудом собирали и добывали кремниевые гальки и голыши в речных долинах. В то время, как на Западе уже пришел век полированного камня, в России еще применялись грубо обтесанные. Однако на Урале еще за 1500 лет создавалась культура металла и спутник медных руд - малахит был одним из первых минералов, используемых в России. В славянских курганах 6-11 веков находят мягкий сланцевый минерал розовато-фиолетового цвета.

Первая же обработка камня началась в эпоху бронзы. Обрабатывали: в Армении - обсидиан; нефрит и змеевик - в Сибири. В скандинавских легендах упоминается янтарь, у народов Карпат - горный хрусталь и опал, у скифов - изумруд, у сирийцев - гранаты. На

Обработкой камня на Руси начинают заниматься примерно с 10 века - одновременно с появлением гончарного круга. В Московии этим занимаются в основном каменотесы и работают с мягким камнем, например с известняком. Обрабатывают также кремний и кварцит. Ювелирное искусство развивается медленно. Работают русские мастера и с привозными "узорчатыми камнями". Камни привозят из Индии, Греции, Месопотамии вместе с благовониями, шелком и слоновой костью. Это были: обсидиан, оникс и бирюза ("камень с Востока"). У себя же добывали речной жемчуг, аметист и слюду (белая слюда, вывозимая из Московии, потому и получила название - "мусковит"). Яркие камни применялись для убранства церквей. Исключительно велико было влечение русского человека к яркому самоцвету. Потому-то первые приезжие с запада иностранцы неожиданно для себя увидели в Московии несметные сокровища камня, поразившие их воображение.

В 1668 году около Мурзинской слободы на Урале Михайло Тумашев открыл цветные камни. С тех пор Мурзинка завоевала славу столицы самоцветов. Я зачитаю вам отрывок из книги «Малахитовая шкатулка» Павла Петровича Бажова. Он начал свою карьеру учителем в Сибирском селе Бергуль, потом долго жил и работал на Урале, где родились его чудесные сказки о камнях – самоцветах.

Чтение отрывка из книги о мастерстве уральских рабочих по камню.

Хотя уральская Мурзинка сломала увлечение камнем с Востока, однако старый быт, когда камень был большой редкостью, старый быт с его суеверным отношением к камню из нашей души не ушел. Камням приписывали и приписывают магические свойства, благотворное, омолаживающее и оздоравливающее действие. Существует много литературы, авторы которой утверждают, что у каждого человека есть камень – покровитель и соответствует он знаку зодиака. Имеет ли основание это утверждение, советую выяснить вам самим с подсказкой учителя физики и темы «Резонансные колебания». Я же, как географ, не могу не упомянуть, что камни ценят не только за красоту, но и за твердость и что большая часть камней применяется в промышленности, а не в ювелирном деле.

Геологи еще долго ломали голову над тем, откуда появились удивительные и завораживающие камни, которые греки называли "цветами земли", а русские - "самоцветами". Сейчас науке известно, что рождение их происходит следующим образом.

В глубине Земли находится высокотемпературный расплав сложного вещества, насыщенного газами - магма. Ее температура превышает 1000 градусов. Наша планета состоит в основном из магматических образований. Сверху они холодные, застывшие. В глубине - горячие, вероятно пластичные. Правда, земная кора состоит не только из магматических пород, есть еще и осадочные - песчаники, глины, но и они первоначально возникли при разрушении застывшей магмы, а затем откладывались на суше или на дне водоемов. Породы образуются также из остатков организмов и химическим путем. Многокилометровые толщи осадков словно чехлом покрыли большую часть земного шара. Нелегко добраться сквозь эти наслоения к массивам магматического происхождения. Где же искать и как определять клады?

2. Горные породы по происхождению делятся на магматические, осадочные и метаморфические.

(Следующий материал можно не объяснять, а спросить у учеников.)

Магматическими называются породы, образовавшиеся в результате охлаждения и затвердевания магмы. Они делятся на излившиеся и глубинные.

Большинство излившихся магматических пород имеет однородную или стекловатую массу, хотя встречаются зерна различного цвета, формы и размера. Это результат быстрого охлаждения и отвердевания магмы после излияния на поверхность. У отдельных минералов просто нет времени для сбора в группы себе подобных.

Глубинные породы образуются в условиях высокого давления и температуры, охлаждаются медленно, а медленное их охлаждение способствует кристаллизации. Поскольку магма остывает не спеша, порой тысячи лет, то твердое успевает отделиться от жидкого, тяжелые химические элементы располагаются ниже легких.

Осадочные породы образуются на поверхности земли в результате разрушения магматических, в образовании некоторых принимают участие растения и животные. Делятся на 4 группы: обломочные, глинистые, химические, органические.

3. Практическая работа по определению горных пород и их расположению в земной коре.

На каждую парту раздаются "Определители горных пород" и таблицы к «Определителям».

ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ ГОРНЫХ ПОРОД

Таблица к «Определителю горных пород»

(Класс раскладывает приготовленные образцы камней из коллекции раздаточного материала «Горные породы». Каждый минерал – на свое название)

Мы получили упрощенный макет расположения минералов в земной коре. Вернемся к поставленному нами вопросу: «Где же искать клады?» Каким же образом возникают чудесные и красивые кристаллы в глубинах земной коры? Это попробовал объяснить академик Ферсман, который приехал на Южный Урал в 1912 году, увлекся добыванием камней и лишь через несколько лет, сев за стол, объяснил свойства природной шкатулки самоцветов, которую можно назвать пегматитовой, потому что "пегматос" в переводе на русский обозначает "прочную связь".

При различных тектонических процессах магма продолжает внедряться в земную кору. Она может внедряться не сразу, а как бы порциями. Состав ее меняется. Да и трещины в земной коре идут в разной последовательности и превращаются подчас в извилистую тропу с неожиданностями. В процессе охлаждения магмы наступает такой момент, когда затвердевает ее основная масса, образовав магматические породы, но осталась еще какая-то часть в расплаве. Этот остаточный расплав сохраняется в трещинах пород, в них же накапливаются газы, водяной пар. В присутствии такого набора особенно благоприятно протекает волшебный процесс, о котором мы уже в который раз упоминаем - процесс кристаллизации. В пустотах пегматитовых жил, которые называют еще "занорышами" образуются кристаллы самых разнообразных расцветок.

Прежде, чем дать слово специалисту по химии, который вместе с вами смоделирует процесс кристаллизации, хочется добавить, что он идет и в организмах. Достаточно вспомнить рост камней в печени и почках, доставляющий столько неприятности больным людям. Для нашей темы интереснее вспомнить с уроков биологии, как выращивают в морской воде свои каменные скелеты кораллы или как моллюски обволакивают слоем перламутра песчинки, превращая их в жемчужины.

(Демонстрация кораллов и жемчуга с выставки. Окончание 1 урока. Перемена.)

4. Объяснение учителя химии.

( 2 урок) 

Из курса природоведения вы помните, что наименьшей частицей любого вещества, сохраняющей все его свойства, является молекула. Молекулы в свою очередь состоят из атомов. Каждый вид атомов обозначается символом латинского алфавита. Взгляните на таблицу химических элементов. Сейчас их известно более 100, но 7 из них захватили фактически всю земную кору. Американский ученый Кларк и отечественные ученые Ферсман и Виноградов подсчитали, что почти половину твердой земной коры составляют кислород, 1/3 - кремний, 1/16 - алюминий, 1/20 - железо, 1/40 - кальций, натрий и калий. Остальные химические элементы рассеяны повсюду в ничтожных количествах. И в гранитах, и в базальтах есть ценные и нужные минералы, но они там не сконцентрированы, а рассеяны по всей породе.

Атомы химических элементов стремятся к равновесию и устойчивости. Как мы для устойчивости предпочитаем стоять на двух ногах или взяться за руки, так и атомы стремятся объединиться. У человека две руки и он одновременно может взять за руки только двоих. У разных химических элементов рук, то есть возможностей к объединению друг с другом, может быть от 1 до 8. В химии "руки" атомов называют валентностью. Возьмите на партах шарики и палочки. Пусть шарики будут атомами, а палочки - их химическими связями. Постройте придуманную вами молекулу.

5. Практическая работа "Построение молекулы".

(Работа выполняется в группах по 3 – 5 человек. Желательно хотя бы двум группам дать одинаковые наборы, чтобы продемонстрировать, что из одних и тех же исходных данных получаются разные по строению молекулы).

Посмотрим на "свои" молекулы. Они отличаются не только числом атомов, но и расположением этих атомов в пространстве. А теперь - внимание! Запомните, что любое отличие и в составе и в строении молекулы повлечет за собой отличие в свойствах вещества, которое образуется.

Если нас с вами интересуют камни-самоцветы, то мы приходим к выводу, что из одних и тех же химических элементов природа может создавать большое разнообразие камней разной расцветки и твердости.

В трещинах горных пород, в пегматитах - а вы помните, что это слово переводится как прочная связь, возникали идеальные условия для роста крупных кристаллов, состоящих из сходных по строению и составу молекул. В разных пегматитовых жилах и даже в разных частях одной жилы действовали разные условия - температура, давление, туда проникала различная по составы магма. Поэтому одну и ту же по составу горную породу можно не узнать. У нее даже названия бывают разные.

Сравните графит и алмаз. Оба состоят из атомов углерода, сравните строение их кристаллов (демонстрация кристаллических решеток). Поэтому самый твердый на Земле алмаз называют "царь камней", а мягкий графит вставляется в карандаши.

Один из самых распространенных на Земле кристаллов - кварц. Встречается среди гранитов и гнейсов, в песчаниках и жилах. Он состоит из атомов кремния и кислорода. Его разновидностями могут быть (сопровождать рассказ с демонстрацией камней из приготовленной коллекции ювелирных украшений.):

  • горный хрусталь
  • дымчатый кварц
  • морион или почти черный, малопрозрачный кварц
  • аметист - фиолетовый прозрачный горный хрусталь
  • розовый кварц
  • молочный кварц - белый, непрозрачный
  • авантюрин- красновато-коричневый кварцит с чешуйками красноватой слюды, создающей искристость
  • кошачий глаз - прозрачный зеленоватый кварц с включением волокон асбеста.
  • тигровый глаз - желто-бурый с золотистым отливом
  • соколиный глаз - синеватого цвета.

Узнав, как растут в природе кристаллы, ученые научились выращивать их сами. Первые искусственные кристаллы, выращенные филиалом Академии наук, получили свое название по их происхождению - фианиты. Некоторые кристаллы растут очень быстро. Воспользовавшись этим, посмотрим этот процесс.

6. Демонстрация опыта «Рост кристаллов».

Я наливаю в высокий сосуд – мензурку - насыщенный раствор сульфата меди. Его формула СuSO4. Мензурку помещаем в кристаллизатор. Роль кристаллизатора у нас выполнит емкость со снегом. В природе кристаллизация идет в результате действия целого ряда факторов, о которых уже говорили. Наш опыт продлится около 5 минут, поэтому у вас есть время напомнить мне эти факторы.

Закрепление материала – назвать причины и условия и место кристаллизации минералов в земной коре.

Мы в своей модели используем резкое понижение температуры. В результате в осадок выпадает кристаллогидрат соли CuSO4•7H2O. Это кристаллики темного цвета.

(Демонстрация полученных кристаллов ученикам).

7. Заключение учителя географии.

Заканчивается наш урок. Надеемся, что вы не только узнали много нового, но и сумели полюбить мир камня.

Существуют несколько классификаций ювелирных камней. Первые были предложены еще в 19 веке. По одной из классификаций камни делились на драгоценные, лечебные и применяемые для поделок. По другой – на восточные и западные. Первую научно обоснованную классификацию предложил немецкий ученый К. Клюге. Затем появилась классификация М. Бауэра. Ее дополнил А. Е. Фердсман. В современной – промышленной классификации, разработанной Научно-исследовательским институтом ювелирной промышленности, выделяются 3 типа камней (дальнейшее объяснение ведется с демонстрацией экспонатов с выставки):

  • Ювелирные
  • Ювелирно-поделочные
  • Поделочные

Все типы делятся в свою очередь на подтипы и группы.

К 1 типу – ювелирных камней относятся:

  • прозрачные камни (алмаз, гранат, турмалин, циркон, корунд, топаз, монокристаллы кварца и другие).
  • Непрозрачные, сверкающие камни (пирит, гематит)
  • Просвечивающие камни(розовый кварц, лунный камень, агат, опал, оникс и др.)
  • Непрозрачные матовые (бирюза, коралл, жемчуг и др.)

Ко 2 типу – ювелирно-поделочные камни – относятся:

  • Вязкие камни (нефрит, жадеит)
  • Средней вязкости (лазурит, родонит, яшма, авантюрин)
  • Мелкой и средней вязкости (малахит, змеевик, антрацит)

К 3 типу – поделочные камни - относятся: алебастр, гранитоиды, порфиры, лабрадориты, гнейсы, сиениты и другие.

Очарованием и красотой обладают не только дорогие камни, но и те, которые вполне доступны по цене. Нам с вами повезло – в России есть Урал и еще множество других мест, где в недрах спрятаны «пегматитовые шкатулки» с самоцветами. Нам очень интересно узнать, какие камни привлекли ваше внимание, поэтому, уходя с урока, запишите на листе ватмана название понравившегося минерала. Давайте на минутку уподобимся нашим предкам и поверим, что этот камень обязательно появится у вас в виде подарка от друзей и родных, что он принесет вам удачу. Вы же в ответ узнаете о его истории и строении и поделитесь своими открытиями.

8. Осмотр выставки.

Ребятам разрешается встать со своих мест и подойти к выставке поближе. Учителя выполняют функцию консультантов. Рядом с витринами лежат буклеты - определители для камней-самоцветов.

Рассмотрев выставку, ученики пишут на лист ватмана название любимого минерала. Если при этом они захотят подписаться, то получится «досье» для будущих подарков, которые можно посоветовать приобрести для них близким людям.

Литература:

  • Корнилов Н. И., Солодова Ю. П. «Ювелирные камни». Изд. «Недра». 1983
  • Новиков Э. А. «Клады земли». Изд. «Просвещение». М. 1971
  • Соболевский В. И. «Замечательные минералы». Изд. «Просвещение». 1983
  • Самсонов Я. П. «Самоцветы». М. «Недра» 1985
  • Энциклопедический словарь юного географа-краеведа. М. изд. «Педагогика», 1981
  • Энциклопедический словарь юного химика. М. изд. «Педагогика», 1982