«Моя карманная химическая лаборатория в помощь при изучении состава минералов моей станицы»

Проектная работа: «Моя карманная химическая лаборатория в помощь при изучении состава минералов моей станицы»

Автор работы: Ткаченко Александра

Место выполнения работы: 

ст. Григорополисская МОУ СОШ №2, 10 класс.

Научный руководитель: Сотникова Элеонора Сергеевна,  учитель химии, биологии  МОУ СОШ №2

Введение:

Добыча полезных ископаемых на сегодняшний день является приоритетной отраслью человеческой жизнедеятельности, поскольку  полезные ископаемые являются необходимым сырьевым материалом для обеспечения функционирования различного рода систем, которые прочно вошли в современную жизнь и являются незаменимыми. Она ведется при помощи специализированной техники и опытных квалифицированных специалистов. Наряду с геологами-разведчиками со специальным образованием с давних пор часто ищут ископаемые люди и без геологического образования, например, школьники, знающие азы химического анализа.  Они собирают минералы. Конечно, в полевых условиях полного химического анализа образца не сделаешь, но качественное опробование материала сделать можно. Теперь геологические партии снабжают полевыми химическими лабораториями (http://tatar.museum.ru/univer/col-flav.htm,  http://www.ite.antat.ru/articles/kazanskaya_himicheskaya_nauchnaya_shkola.html,  http://davnosti.ru/view/2102,  http://www.ksu.museum.ru/chmku/s5.htm,   http://www.ksu.ru/miku/ekskurs/chs/s3.php), которые позволяют делать не только качественный, но даже и полуколичественный анализ. Только при его помощи можно определить присутствие тех или иных элементов используя различные методы и способы. Каждый элемент обладает определёнными химическими свойствами при взаимодействии с другими веществами он может давать новые соединения имеющие, например определённый цвет, а по окраске полученного соединения можно узнать имеется ли в образце такой-то элемент или металл. Геологи, находясь в экспедиции, собирают большое количество различных образцов минералов. Все эти образцы нужно проверить, подвергнув химическому анализу. Для химического анализа чаще всего берут растворы, получаемые после обработки руд или минералов кислотами, и действуют на них также растворами различных реактивов. Необходимость возить с собой растворы очень осложняет работу переносных химических лабораторий. Реакции в растворах проходят легче, поэтому люди и привыкли пользоваться ими. Но обязательно ли химическое взаимодействие различных веществ должно протекать только между растворами? А нельзя ли проводить реакции не применяя растворы? Точно установлено, что твёрдые вещества могут вступать в химическое взаимодействие, если их привести в соприкосновение или растереть. Можно считать установленным, что все реакции, которые обычно проводят в растворах проходят и при взаимодействии  твёрдых веществ.  Верно, что скорость химической реакции протекающей при смешивании растворов реагирующих веществ значительно больше, чем при взаимодействиитвёрдых веществ. Важно чтобы поверхность твёрдых веществ  была активной, т.е. обладала бы способностью быстрее, чем обычно вступать в химическую реакцию. Твердые вещества могут реагировать между собой как при обыкновенной температуре, так и при нагревании.(http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3844.html,  http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_4209.html)

Актуальность работы:

Изучая качественный состав вещества, мы  пользуемся растворами веществ – реактивов и изучаемых веществ и проводим так называемые «мокрые реакции».  Я предлагаю вернуться к «сухим реакциям», методика работы с которыми  немного забыта. «Сухие реакции», прежде всего, удобны в полевых условиях,  и с помощью них намного проще изучить  химический состав минералов своего района, города, посёлка.

Цель и задачи работы:

1. Изучить литературные источники по данной теме:

1.1. Как геологи и минералоги используют химию.

1.2. Основные физические свойства минералов.

1.3. Реакции между твёрдыми веществами и их особенности.

1.4. Что такое реакции между твёрдыми веществами.

1.5. Как проводятся аналитические реакции между твёрдыми веществами и что для этого нужно.

1.6.  Качественные реакции на ионы  металлов.

1.7. Как самому сделать карманную химическую лабораторию и что для этого нужно.

1.8. Работа с карманной химической лабораторией в поле.

2. Мои исследования:

2.1 Моя карманная химическая лаборатория.

2.2.Исследование местности и выявление полезных ископаемых на территории ст. Григорополисской: по берегу реки Камышеваха, на  участке лесного массива «Белая глина», а так же на разработках гравия: карьере №1 , №2.

2.3  Химический анализ  проб  полезных ископаемых ст. Григорополисской.

3. Вывод.

МОИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1. Из полевых походных химических лабораторий наиболее удобна та которая основана на использовании аналитических реакций между твёрдыми веществами. Такая лаборатория имеет небольшие размеры малый вес и её можно носить в кармане. Весит она 850г. И имеет размеры 105X140X55мм. Такую лабораторию можно положить в карман и реакции проводить непосредственно на месте поиска. Это поможет отобрать пробу, содержащую, не пустую породу, а именно то, что нужно.

Список предметов, которые содержатся в моей карманной химической лаборатории, это:

1) коробка металлическая или сделанная из фанеры; 2) складная горелка для твёрдого горючего; 3) пинцет обычный; 4) кусок неглазурованной фарфоровой пластинки (кусок от фарфоровой куклы); 5) стеклянные палочки которыми растирают твёрдые вещества; 6) совочек; 7) пипетки глазные; 8) маленькая фарфоровая шкатулка на дно которой (вместо ступки железной) положен пласт из железа;9) пробирки для реактивов (парфюмерные пробники, заполненные  необходимыми качественными реагентами); 10) флакончики от пенициллина и пробки от них (от пробирок из-под кальцекса); 11) коробочка для таблеток уротропина или для таблеток другого твёрдого горючего; 12) чехол из плотной ткани или клеёнки; 13) фильтровальная бумага. (Приложение №7)

2. Для сбора минералогического материала были взяты пробы в четырёх местах ст. Григорополисской:

1.Белая глина,

2.По берегу реки «Камышеваха»

3.Карьер №1 (нерабочий)

4.Карьер №2 (нерабочий). (Приложение №6)

3)Химический анализ взятых проб:

Я брала на анализ минералы в виде глыб, камней. Разбивая молотком, видела, что на гладкой поверхности разлома проявляется разная окраска. Это свидетельствует о наличие различных ионов в составе веществ минералов. (Приложение №4)

1)Реакции на катион  Al3+

Помещаю раздробленный кусочек минерала, дополнительно растёртый в тигелёк. Добавляю углекислый аммоний и продолжаю хорошо растирать, затем добавляю алюминон.

При осаждении Al3+ групповым реактивом (NH4)2 CO3

2ALCl3 + 3(NH4)2 CO3=AL2 (CO3)3 + 6NH4Cl

Если на образовавшуюся соль капнуть каплю воды, то она начинает разлагаться, то есть вступает в реакцию с водой с образованием гидроксида алюминия (Al(OH)3). Гидроксид Al3+  (Al(OH)3) с алюминоном (NH4)3 C19 H11 O3(COO)3 образует осадок красного цвета. Эта реакция высокочувствительна.

2)Реакции катиона Cu2+

Эта реакция хорошо удаётся и на поверхности минерала. Выбранное место слегка зачищаю ножом и провожу исследование.

При взаимодействии Cu2+ с жёлтой кровяной солью K4 [Fe(CN)6 ] выпадает красно-бурый осадок комплексного соединения Cu2[Fe(CN)6]

2CuSO4 + K4[Fe (CN)6 ] = Cu2[Fe (CN)6 ]        + 2K2SO4

2Cu2+ + 2SO42- + 4K+ + [Fe (CN)6 ]3-=Cu2[Fe (CN)6 ]   + 4K+ + 2SO4 2-

2Cu2+ + [Fe (CN)6 ]4-= Cu2[Fe (CN)6 ]        

3) Соли железа бледно-синего цветаFeCO3. На поверхность минерала помещаю немного железистосинеродистого калия и тщательно растираю. На том месте, где производилось растирание, постепенно появляется синяя окраска берлинской лазури, яркость окраска увеличилась, когда я подышала на полученное пятно. Присутствие других ионов не мешает проведению реакции.

Реакции катиона Fe2+

Для обнаружения Fe2+ использую сернистый аммоний. В результате реакции образуется сернокислый аммоний (NH4)2и сернистое железо (FeS–сульфид) – осадок чёрного цвета.

FeSO4 + (NH4)2S= (NH4)2SO4 + FeS        

Fe2+ + SO42- +2NH4+ + S2-=FeS   +2NH4+ +SO42-

Fe2+ +S2- =FeS        

При взаимодействии Fe2+с красной кровяной солью K3[Fe (CN)6] образуется синий осадок – так называемая турнбулева синь Fe3[Fe (CN)6]2

3FeSO4 + 2K3[Fe (CN)6]=Fe3[Fe (CN)6]2   + 3K2SO4

3Fe2+ + 3SO42- +6K+ +2[Fe (CN)6]3-=Fe3[Fe (CN)6]2   +6K+ +3SO42-

3Fe2+ + 2[Fe (CN)6]3- = Fe3[Fe (CN)6]2        

Реакции катиона Fe3+

ПривзаимодействииFeCl3cроданистым калиемKCNSпоявляется интенсивное красное окрашивание роданового железа (Fe(CN3)3 –роданида железа)

FeCl3 + 3KCNS = Fe (CNS)3 + 3KCl

Fe3+ + 3Cl +3K+ +3CNS-=Fe(CNS)3+3K+ +3Cl-

Fe3+ +3CNS- = Fe(CNS)3

4) Реакции катиона Ca2+

Помещаю раздробленный кусочек минерала, дополнительно растёртый в тигелёк. Затем провожу исследования.

При осаждении Ca2+ групповым реактивом (NH4)2CO3образуется белый осадок углекислого кальция CaCO3

CaCl2+(NH4)2CO3= CaCO3   + 2NH4Cl

Ca2+ + 2Cl- +2NH4+ +CO32-=CaCo3 +2NH4+ +2Cl-

Ca2+ + CO32- = CaCO3

При осаждении Ca2+щавелевокислым аммонием (NH4)2C2O4появляется белый осадок щавелевокислого кальция CaC2O4

CaCl2 + (NH4)2C2O4 = CaC2O4    + 2NH4Cl

Ca 2+ + 2Cl- + 2NH4+ + C2O42- = CaC2O4    + 2NH 4+ +2Cl-

Ca 2+ + C2O42- = CaC2O4

5) Реакции катиона K+

Помещаю раздробленный кусочек минерала, дополнительно растёртый в тигельке. Затем провожу исследования.

В качестве реактива на K+применяется кислый виннокислый натрий NaHC4H4O6. Реакция осаждения K+ кислым виннокислым натрием протекает по следующему уравнению:

KCl + NaHC4H4O6 = KHC4H4O6   + NaCl

K+ + Cl- + Na+ + HC4H4O6- = KHC4H4O6    + Na+ + Cl-

K+ + HC4H4O6-= KHC4H4O6        

4)Вывод:

1.На белой глине были обнаружены минералы в виде крупного гравия и глинистых частиц, образующих конгламерат. Анализ показал наличие катионов Ca2+ , Al 3+ , K+.

2.По берегу реки Камышеваха были выявлены в крупных камнях катионы Al3+ ,K+, Fe2+ .

3. В карьерах были встречены минералы с содержанием катионов Al3+ ,Ca2+ , Zn2+ (малое количество).

Реакция на обнаружение катионов Cu2+ ,  Fe3+ дала отрицательный результат.

Гравийная масса должна содержать:  48% SiO2 и 52% Al2O3 . Все остальные входящие катионы снижают качество гальки, щебня, гравия. Гравий и щебень ст. Григорополисской  невысокой пробы.