Камни

Важнейшими материалами, которые когда-либо использовались человеком, являются камни. Недаром каменным веком назвали целый период человеческого развития.

90 % атомов планеты составляет набор из всего лишь пяти химических элементов. Основной частью атомов является кислород (49 %), также в состав «пятерки» входят кремний, алюминий, железо и кальций

Большая часть литосферы состоит из соединений этих элементов. Кислород, будучи очень активным элементом, встречается в земной коре по большей мере в виде своих соединений — оксидов различных элементов.

Кремний является вторым по распространенности элементом земной коры и встречается в соединении с кислородом — SiO₂ (кремнезем). Основным компонентом песка является именно этот оксид кремния.

Алюминий является третьим по распространенности элементом, его оксид Al₂O₃ образует минералы корунд и глинозем. Глинозем представляет собой основной компонент глины. Корунд как минеральный вид имеет следующие разновидности:

Рубин, «красный яхонт»
Красного цвета; драгоценный камень первой категории, цена прозрачных хорошо окрашенных экземпляров бывает больше, чем у алмазов.
Сапфир, «синий яхонт»
Синего цвета разной интенсивности. При умеренно-интенсивной васильково-синей окраске — драгоценный камень первой категории, но ценится значительно ниже рубина. Слишком темные или слишком светлые сапфиры довольно дешевые.
Звездчатый рубин
Экзотический драгоценный камень с эффектом астеризма, обрабатывается в виде кабошона.
Лейкосапфир, «восточный алмаз»
Бесцветный и совершенно прозрачный корунд; недорогой драгоценный камень.
Обыкновенный корунд
Непрозрачный, крупно- или мелкозернистый, сероватого цвета. Иногда в крупных непрозрачных кристаллах. Благодаря высокой твердости его используют как абразивный материал, из-за высокой температуры плавления используется как огнеупорный материал, а также при изготовлении эмалей.
Наждак
Сплошная зернистая корундовая порода серо-черного цвета с примесями гематита, магнетита и др.
Синтетический корунд
Производится термической обработкой различного высокоглиноземного сырья. Его сиренево-розовые разновидности называются французской розой, или розой Франции.

Железо образует множество руд (гематит, магнетит, лимонит и др.). Именно железо отвечает за окраску большинства камней. Важнейшим минералом железа является пирит (FeS₂), его еще называют «золотом дураков» из-за блеска.

Пирит является сырьем для получения серной кислоты, серы и железного купороса, но в последнее время редко используется для этих целей. На данный момент все чаще применяется в качестве корректирующей добавки при производстве цементов.

Пирит

Кальций зачастую образует осадочные породы (карбонаты, сульфаты и фосфаты). Часто залежи кальция, встречающиеся в природе, носят чисто биологическое происхождение, поскольку кальций входит в состав костных скелетов/различных «каркасов» живых организмов.

При сплавлении в магме оксидов алюминия, кремния, железа и кальция образуется алюмосиликатная порода, например гранит. Гранит состоит из кварца, плагиоклаза, калиевого полевого шпата и слюд — биотита и/или мусковита. Граниты очень широко распространены в континентальной земной коре.

К драгоценным камням по большей части относятся те же алюмосиликаты. Однако есть и исключения: алмаз, например, состоит из чистого углерода. Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Именно прочная связь атомов углерода объясняет высокую твердость алмаза.

Элементарная ячейка алмаза

Ценность камней определяется не только их красотой, но и твердостью. Твердость различных минералов сравнивается при помощи шкалы Мооса. Это десятибалльная шкала относительной твердости поверхности минералов. Если минерал царапает эталонный минерал из шкалы, его твердость по шкале выше; если он царапается эталоном — ниже.

Шкала твердости Мооса

Дополнительные материалы

Хорошая книжка про драгоценные камни
Книга «Драгоценные камни» Герберта Смита.
Опыт с карбонатными минералами
Ролик на YouTube.
Геологи знают состав Земли!
Электронное издание учебника «Общая геология».
Шкала Мооса
Корунд
Драгоценные камни

Все уроки

Вперед

Присоединяйтесь к чату химиков в Telegram!

Для школьников 5−9 классов и их родителей

Химия вокруг нас

В этом курсе автор расскажет вам о базовых принципах химии, используя вещества, с которыми мы сталкиваемся ежедневно: еду, соки, моющие средства, разные виды пластика. После каждой лекции нужно будет выполнить небольшое практическое задание, реактивы для которого вы сможете найти у себя дома или в ближайшем магазине.