Что такое металлический блеск

Металлы

Металлы относятся к основным природным материалам используемым человечеством.

Металлургия – одна из базовых отраслей промышленности, определяющих экономический и военный потенциал страны. Создаются новые сплавы с заданными свойствами, в качестве добавок используются различные металлы.

Около 80% всех известных химических элементов ПСЭ составляют металлы. Наиболее распространенными металлами являются: Al – 8,8%; Fe – 4,0%; Ca – 3,6%; Na – 2,64%; K – 2,6%; Mg – 2,1%; Ti – 0,64%.

Для металлов характерны свой специфические свойства, отличающие их от металлоидов: пластичность, высокая тепло — и электропроводность, твердость, для большинства металлов высокая температура плавления и кипения, металлический блеск.

Пластичностью называется способность металлов под действием внешних сил подвергаться деформации, которая остается и после прекращения этого действия. Благодаря пластичности металлы подвергаются ковке, прокатке, штамповке. Металлы имеют различную пластичность.

Металлический блеск. Гладкая поверхность металлов отражает световые лучи. Чем меньше она эти лучи поглощает, тем больше металлический блеск. По блеску металлы можно расположить в следующий ряд: Ag, Pd, Cu, Au, Al, Fe.

На этом свойстве металлов основано производство зеркал.

Металлы характеризуются также высокой тепло — и электропроводностью. По электропроводности I место занимает Ag, Cu, Al.

С повышением температуры электропроводность уменьшается, так как усиливается колебательное движение ионов в узлах кристаллической решетки, что препятствует направленному движению электронов.

С понижением температуры электропроводность увеличивается и в области близкой к абсолютному нулю у многих металлов наблюдается сверхпроводимость.

Причиной общности физических и химических свойств металлов объясняется общностью строения их атомов и природой кристаллических решеток металлов.

Атомы металлов имеют большее, по сравнению с неметаллами размеры. Внешние электроны атомов металлов значительно удалены от ядра и связаны с ним слабо, поэтому металлы имеют низкие потенциалы ионизации (являются восстановителями).

Специфические свойства металлов – пластичность, тепло — и электропроводность, блеск объясняются тем, что в металлах имеются «свободные» электроны, способные перемещаться по всему кристаллу.

Для металлов характерна металлическая связь (она объясняется на основе метода МО).

Физические свойства металлов.

Все металлы, за исключением ртути, при обыкновенной температуре являются твердыми веществами с характерным металлическим блеском.

Большинство металлов имеют цвет от темно-серого, до серебристо-белого. Золото и цезий имеют желтый цвет, совершенно чистая медь – светло-розовый, некоторые металлы обладают красноватым оттенком (висмут).

Плотность металлов может колебаться в широких пределах; например плотность Li = 0,53г/см3 (самый легкий), а Os является самым тяжелым металлом 22,48г/см3.

В пределах одной подгруппы аналогов величины плотностей, как правило, растут с возрастанием заряда ядра атома.

В технике металлы классифицируются по плотности: легкие, тяжелые, легкоплавкие и тугоплавкие.

Нахождение в природе.

В природе металлы встречаются как в самородном состоянии, так и в виде различных соединений. В самородном состоянии находятся только химически малоактивные металлы – Pt, Ag, Au. Химически активные металлы встречаются только в виде различных соединений – руд.

Руды бывают: окисные, сульфидные и соли.

Предварительно руду обогащают, то есть отделяют от пустой породы. Самый распространенный метод – флотационный, он основан на различной смачиваемости поверхности минералов водой.

Методы извлечения минералов из руд определяются их химическим составом. Все способы получения металлов сводятся к реакциям окисления – восстановления.

Карботермия. В этом методе получения металлов восстановителем служит углерод — самый дешевый и самый доступный. Углерод применяют в виде кокса, а окисленный углерод легко удаляется в виде СО2.

Углерод применяется для восстановления сравнительно малоактивных металлов: Fe, Cu, Zn, Pb.

При восстановлении углеродом смеси железной руды с оксидами Cr, Mo, W или Mn в промышленности получают сплавы, содержащие примерно 70% указанных металлов и очень небольшое количество углерода. Это ферросплавы, служат для получения специальных легированных сталей. Для восстановления углеродом пригодны только окиси.

Сульфидные руды (цинковые, свинцовые, медные) сначала подвергают окислительному прокаливанию:

2ZnS + 2O2 → 2ZnO + SO2

Li, Ca, Ba также, как и металлы III группы, не могут быть получены восстановлением углеродом, так как они сразу же после выделения в свободном состоянии с избытком углерода образуют карбиды.

Металлотермия. Основана на процессах вытеснения одного металла (менее активного) другим (более активным) из соответствующих окислов, хлоридов, сульфидов.

Очень хорошим восстановителем окислов металлов вследствие большого сродства к кислороду является алюминий. Процесс называется алюминотермия.

Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe

Алюминотермией получают и другие металлы (Mn, Cr, Ti), которые не могут быть получены в чистом виде восстановлением их окисей углем из-за образования карбидов. В алюмотермической реакции выделяется большое количество тепла за очень короткое время, вследствие чего развивается высокая температура.

Электролитическое или катодное восстановление металлов. Для трудновосстанавливаемых металлов уголь как восстановитель непригоден и в этом случае применяют катодное восстановление, то есть выделение путем электролиза. Такие металлы могут окисляться водой, поэтому их соединения подвергаются электролизу не в водных растворах, а в расплавах или растворах других растворителей.

Например, металлические Na, K, Ba, Ca, Mg, Be получают электролизом расплавов соответствующих хлоридов.

Получение металлов высокой чистоты.

В связи с бурным развитием техники потребовались металлы, обладающие очень высокой чистотой. Например, для надежной работы ядерного реактора необходимо, чтобы в расщепляющихся материалах такие примеси как бор, кадмий и др., содержались в количестве, не превышающих миллионных долей процента. Чистый цирконий – один из лучших конструкционных материалов для атомных реакторов – становится совершенно непригодным для этой цели, если в нем содержится даже ничтожная примесь гафния.

Перегонка в вакууме. Этот метод основан на различной летучести очищаемого металла и имеющихся в нем примесей. Исходный металл загружается в специальный сосуд, соединенный с вакуумным насосом и в сосуде создают вакуум, после чего нижняя часть сосуда нагревается. На холодных частях сосуда осаждаются либо примеси, либо чистый металл, в зависимости от того, что является более летучим.

1. Карбонильный процесс. Этот процесс используют в основном для получения чистого никеля и чистого железа. Металл содержащий примеси, нагревают в присутствии СО (окиси углерода) и получающийся летучий карбонил отгоняют от нелетучих примесей. Затем карбонилы разлагают при более высоких температурах с образованием высокочистых металлов.

2. Йодистый процесс дает возможность получать такие металлы, как цирконий, титан.

3. Очистка металла (обычно содержащего в качестве примесей окисел) в вакууме при нагревании его до очень высокой температуры при помощи электрической дуги.

Зонная плавка. Этот метод заключается в протягивании бруска неочищенного Германия через узкую печь; образующаяся при этом расплавленная зона, по мере продвижения бруска через нее перемещается вдоль него и уносит за собой примеси.

Многократным повторением этого процесса можно достигнуть высокой степени чистоты.

Химические свойства металлов.

У металлов отсутствует способность присоединять электроны, следовательно металлы являются восстановителями. Мерой химической активности металлов является энергия ионизации J.

Окислителями металлов могут быть: элементарные вещества, кислоты, соли менее активных металлов и т. д.

1. Взаимодействие с элементарными веществами.

2. Взаимодействие с кислотами:

а) Окислитель – ион Н+ (HCl, H2SO4 (разб.) и т. д.);

б) Окислитель анион кислоты (к таким кислотам относятся HNO3 и H2SO4 (конц.);

в) Взаимодействие с водой;

г) Взаимодействие со щелочами;

д) Взаимодействие с растворами солей.

Все атомы кислорода непосредственно связаны с атомами металла и не связаны друг с другом: Ме * О2.

Классификация оксидов металлов

Основные – оксиды наиболее активных металлов (s — элементы I и II групп) – связь ионная: Na2O, K2O, CaO, MgO и т. д.

Их свойства: а) взаимодействуют с кислотами; б) с кислотными оксидами; в) с водой.

Амфотерные оксиды (менее активных металлов и d — элементов): Al2O3, ZnO, Cr2O3 и т. д.

Их свойства: а) взаимодействие с кислотами; б) взаимодействие со щелочами.

Кислотные – оксида малоактивных металлов в высших степенях окисления (CrO3, Mn2O7 и др.). Их свойства: а) взаимодействие с водой, образуя кислоты; б) взаимодействуют с основаниями (щелочами).

Характер изменения свойств оксидов

В пределах одного периода происходит ослабление основных свойств через амфотерные и усиление кислотных слева на право.

В группе у одного и того же элемента наблюдается такое же изменение свойств.

1. Непосредственное окисление металлов – горение.

2. Окисление сульфидов.

ZnS + O2 = ZnO + SO2

3. Окисление оксидами других элементов, если теплота образования получающегося оксида больше теплоты образования исходного (металлотермия).

Al + Cr2O3 = Cr + Al2O3 + Q

4. Обезвоживание соответствующих гидроксидов.

Al(OH)3 Al2O3 + H2O

5. Термическое разложение карбонатов, нитратов, сульфатов и других солей.

СаСО3 СаО + СО2

Классификация: основные, амфотерные, кислотные (соответствуют оксидам).

Характер изменения свойств в природе – аналогично оксидам.

Блеск минералов

Как уже было отмечено, блеском называют способность минералов отражать падающий на них свет. Хоть блеск и не является специфическим свойством, по которому можно безошибочно определять минералы, для некоторых групп минералов характерны только определённые виды блеска.

От чего зависит блеск минералов? На блеск оказывают влияние два фактора: поверхность минерала и его показатель преломления. Если мы имеем дело с гладкой поверхностью, по показателю преломления выделяются следующие виды блеска:

• стеклянный, показатель преломления 1,3-1,85;
• алмазный, показатель преломления 1,85-2,6;
• полуметаллический, показатель преломления 2,6-3;
• металлический, показатель преломления >= 3.

Но если поверхность минерала неровная, например, мы работаем со сколом, каким тогда может быть блеск? Обычно в таких случаях выделяют следующие виды блеска: матовый, восковый, жирный, перламутровый и шелковистый.

Ниже мы познакомимся подробнее с блеском минералов.

Стеклянный блеск

Стеклянный блеск у минералов, как можно понять из названия, подобен блеску стекла. И минералов с таким блеском очень много: это большинство силикатов (пироксены, амфиболы, турмалины, бериллы. ), галоиды (галит, флюорит. ), некоторые оксиды (кварц, шпинель. ), карбонаты (кальцит, магнезит. ), сульфаты (гипс, халькантит. ) и др. Ниже вы можете увидеть минералы со стеклянным блеском.

Алмазный блеск

Алмазный блеск похож на стеклянный, но сильнее его. Не даром этот блеск назван алмазным: минералы, словно алмазы, начинают слепить глаза, если на них попадает лучик яркого света. Обладает алмазным блеском не только алмаз, но и некоторые силикаты (циркон, гранат демантоид. ), сульфиды (сфалерит, киноварь. ), оксиды (касситерит. ) и др.

На фотографии видны светло-коричневые кристаллы циркона в породе, один из которых ослепительно сияет.

Полуметаллический блеск

Полуметаллический блеск определяется только у непрозрачных минералов. Он ещё не такой сильный, как металлический, но уже и не похож на алмазный. Примером такого блеска служит графит – с ним мы сталкиваемся довольно часто, обратите в следующий раз внимание на его блеск. Кроме того, полуметаллический блеск характерен для некоторых оксидов (магнетит, гематит. ).

На фотографии кристалл магнетита в апатите.

Металлический блеск

Металлический блеск сложно перепутать с другими видами блеска, что не удивительно. Обладают таким блеском самородные металлы и большинство сульфидов, некоторые из них представлены на фото.

Восковый блеск

Как несложно догадаться, блеск минерала называют восковым, если он напоминает блеск воска или парафина. Такой блеск характерен для халцедонов и кремней. Связан он с характером поверхности: хоть она и не матовая, но всё равно ещё не гладкая. Если отполировать халцедон, то он будет обладать стеклянным блеском.

Перламутровый блеск

Если вы когда-нибудь видели перламутр в изделиях или внутри раковины, вы поймёте, о чём идёт речь. Некоторые минералы хоть и не переливаются разными цветами, но блестят точно, как перламутр! За это их блеск и называется перламутровым. Характерен он для слоистых минералов: некоторых силикатов, например, слюд, хлоритов, крупночешуйчатого талька и других, а так же пластинчатого гипса, аурипигмента и ещё некоторых минералов.

Шелковистый блеск

Если мы имеем дело с волокнистым агрегатом, то блеск этого минерала скорее всего будет шелковистым. И действительно, полосы света бегают по таким минералам, словно по шёлковой ткани. Из минералов с шелковистым блеском наиболее часто встречаются хризотил-асбест, гипс селенит, улексит и другие.

Металлический блеск кремния

Поглощение света при его прохождении через вещество без примесей и дефектов в основном определяется свойствами электронов в этом веществе. В частности, оно тесно связано со способностью проводить электрический ток, поэтому оптические свойства диэлектриков, полупроводников и металлов сильно различаются.

В металлах существует целое «море» («море» Ферми) свободных электронов. Под действием электромагнитной волны они немедленно приходят в движение и начинают рассеивать энергию, то есть волна поглощается.

В диэлектриках все электроны находятся в валентной зоне, то есть связаны со своими атомами и не могут свободно двигаться. Зона проводимости у диэлектриков тоже существует, но в ней нет электронов. Из-за этого эти вещества не проводят электрический ток. Однако электрон можно перевести из валентной зоны в зону проводимости, если сообщить ему достаточную энергию E_g (эта энергия называется шириной запрещенной зоны). При этом также возникает дырка — свободное место в валентной зоне. Дырка ведет себя как частица с положительным зарядом и некоторой массой m_h.

Помимо электронов в зоне проводимости, в полупроводниках есть носители тока с положительным зарядом — «дырки». Их можно представлять себе как пустоты в валентной зоне. Рисунок с сайта qsstudy.com

В полупроводниках практически все электроны тоже находятся в валентной зоне. Как правило, E_g у них значительно меньше, чем у диэлектриков (например, у кремния E_g = 1,17 эВ, а у стекла E_g = 6–9 эВ). Поэтому при температурах, близких к комнатным, в полупроводниках есть небольшое число электронов проводимости и дырок. Они дают некоторый вклад в коэффициент поглощения, а механизм этого — такой же, как в металлах. При низких температурах этим вкладом можно полностью пренебречь.

Поглощение видимого света в полупроводниках зависит от ширины запрещенной зоны. В кремнии (слева) она равна 1,18 эВ и он имеет металлический блеск, а в нитриде галлия (справа) она равна 3,4 эВ и он прозрачен. Фотографии с сайта en.wikipedia.org

Но если свободных электронов нет, то что же тогда ответственно за поглощение света? Даже при низких температурах типичные полупроводники (скажем, кремний) остаются совершенно непрозрачными и внешне скорее напоминают металл. Похоже, это какой-то другой механизм, не связанный с действием поля на свободные электроны.

Задача

1) Объясните, как различие E_g для полупроводников и диэлектриков приводит к различию коэффициента поглощения в видимом диапазоне. Как определить, какие длины волн будут поглощаться?
2) Как изменится ответ, если принять во внимание взаимодействие между электронами и дырками? Электроны и дырки можно считать частицами с зарядами −e и +e и массами m_e и m_h (кстати, m_e может отличаться от массы свободного электрона). Кроме того, следует учесть диэлектрическую проницаемость (varepsilon), которая изменяет закон Кулона:

(здесь (r_<12>) — расстояние между зарядами).

Подсказка

Под действием света могут образовываться пары «электрон—дырка». При этом должен выполняться закон сохранения энергии. Не забудьте, что световое излучение состоит из квантов, причем энергия кванта равна (hnu). Подумайте, что может происходить с такой парой после ее рождения.

Решение

Сначала попробуем разобраться в ситуации без учета кулоновского притяжения. Как было указано в подсказке, фотон приводит к рождению электрон-дырочной пары и при этом поглощается. Электрон и дырка, рождаясь, приобретают начальную скорость и разлетаются. Закон сохранения энергии имеет вид:

Энергия кванта = Энергия рождения пары + Кинетическая энергия пары.

В формулах это выглядит так:

Отсюда сразу следует, что (hnu > E_g), или (lambda E_g/h), есть узкие пики в поглощении при (nu = (E_g- E_n)/h) (рис. 3).

Рис. 3. Схематичный график коэффициента поглощения в полупроводнике в зависимости от энергии фотона (E = h
u). При (h
u > E_g) спектр поглощения — сплошной. При (h
u) немного меньше (E_g) имеются пики в спектре поглощения, соответствующие рождению экситонов

Послесловие

Фотон в полупроводнике может поглотиться и другими способами, не обязательно с образованием электрон-дырочной пары. Один из механизмов связан с колебаниями кристаллической решетки: при поглощении кванта света могут родиться фононы — кванты звука. Другой механизм обеспечивают примеси других элементов. В полупроводниках примеси могут во много раз увеличить концентрацию свободных электронов или дырок, которые ответственны за «металлический» механизм поглощения. Кроме того, у примесей есть собственный спектр поглощения, который «накладывается» на спектр вещества. Так появляется окраска у алмаза и корунда: например, красный цвет рубина обусловлен примесями хрома. Все это значит, что о цвете вещества не всегда можно судить по (E_g). Тем не менее, иногда именно (E_g) определяет внешний вид вещества. Попробуйте, например, найти, какие длины волн поглощаются в соединениях кадмия: CdSe ((E_g = 1<,>74

text<эВ>)) и CdS ((E_g = 2<,>46

Рис. 4. У сульфида кадмия (CdS) ширина запрещенной зоны — 2,46 эВ, что соответствует длине волны 500 нм. Фото с сайта emsysxcl.com

Помимо спектра поглощения, (E_g) определяет спектр люминесценции в полупроводниках. Многие вещества под действием ультрафиолетового излучения начинают светиться в видимом диапазоне — это и называется люминесценцией. Механизм этого явления в полупроводниках следующий: ультрафиолетовые кванты рождают множество электрон-дырочных пар. Электрон и дырка могут встретиться друг с другом и взаимоуничтожиться, испустив фотон (этот процесс называется рекомбинацией). Оказывается, что почти всегда перед рекомбинацией электрон и дырка образуют экситон! Значит, в основном спектр люминесценции определяется тем же условием (hnu = E_g- E_n).

Рис. 5. Люминесценция наночастиц CdSe. Спектр наночастиц большого размера определяется шириной запрещенной зоны (которая, напомним, равна 1,74 эВ). Для более маленьких наночастиц начинает играть роль их конечный размер: экситоны, локализованные в маленькой наночастице, имеют неопределенность координаты порядка размера наночастицы. Из-за соотношения неопределенностей у экситонов возникает большая неопределенность импульса, и, следовательно, возрастает энергия. Излучение, таким образом, сдвигается в синюю область спектра. Фото с сайта nanocluster.mit.edu

Уровни энергии экситона, (E_n), даются формулой, очень похожей на формулу для уровней энергии атома водорода. В атоме водорода

где (mu = m_em_h/(m_e + m_h)) — так называемая приведенная масса электрона и дырки. Обе формулы получаются с помощью правил квантования Бора — Зоммерфельда.

Как видно, энергии экситона содержат дополнительный множитель (1/varepsilon^2). Этот множитель может быть очень маленьким, если диэлектрическая проницаемость достаточно велика (например, в кремнии (varepsilon approx 10)). Поэтому в этом случае энергии (E_n) оказываются гораздо меньше, чем (E_g), а частоты экситонных резонансов — близки к (E_g/h).

Если внимательно посмотреть на рис. 3, возникает вопрос: почему экситонные линии имеют конечную ненулевую ширину? Ведь закон сохранения энергии выполняется только при одной, строго определенной частоте. А ненулевая ширина линии, на первый взгляд, противоречит закону сохранения энергии: поглощается даже фотон, энергия которого близка к энергии экситонного состояния, но не равна ей.

Противоречие разрешается, если учесть конечное время жизни экситона: электрон и дырка, некоторое время повращавшись друг вокруг друга, могут рекомбинировать в фотон или в фононы. Для состояний с конечным временем жизни в квантовой механике есть соотношение неопределенностей для энергии: (delta E delta t sim hbar). Поэтому закон сохранения энергии на самом деле выполняется: в результате поглощения фотона рождается состояние с неопределенностью в энергии (hbar/delta E).

Есть еще один тонкий момент в наших рассуждениях о поглощении. Мы писали закон сохранения энергии так, как будто поглощение света состоит из отдельных независимых актов, в каждом из которых участвует один фотон и выполнен закон сохранения энергии. А возможны ли акты поглощения, в которых сразу участвует два фотона или больше? Для двух фотонов закон сохранения энергии имеет вид

Теперь закон сохранения энергии допускает поглощение фотонов с меньшей частотой, чем (E_g/h). Как же быть? Ведь в экспериментах надежно подтверждено наличие края поглощения при (E_g/h).

На самом деле процессы поглощения нескольких фотонов сразу тоже возможны. Но для не слишком сильных полей они играют гораздо меньшую роль, чем однофотонные. Дело в том, что для одновременного поглощения k фотонов необходимо, чтобы все они оказались в одном месте одновременно. Предположим, что поток падающего излучения содержит n фотонов в кубическом сантиметре. Тогда вероятность процесса с участием k фотонов пропорциональна n k . Для не слишком больших n эта вероятность быстро убывает с ростом k, и основной вклад вносят однофотонные процессы.

Свойства минералов. Твердость, плотность, сингония, блеск.

В описании камней можно увидеть описание таких свойств как твердость, плотность, сингония и блеск. Первое время для меня эти свойства описания были бессмысленными словами, на которые совершенно не обращала внимание. Думаю, многим из Вас будет интересно узнать, что из себя представляют все перечисленные свойства минералов. Не только интересной, но и полезной информацией для правильной эксплуатации минерала.

Твердость.

Твердость камней определяют по шкале Мооса. Для этого берётся специально отобранный ряд минералов, которые расположены в порядке нарастания твёрдости: тальк, гипс, кальцит, плавиковый шпат, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, алмаз. По этой шкале камни делятся на три группы:

Ещё точнее твёрдость породы можно узнать с помощью прибора ПМТ-3, принцип работы которого заключается во вдавливании алмазной пирамиды в образец

Твердость 1,2- царапается ногтем.

Твердость 3,4, 5- царапается ножом.

Твердость 6- царапается напильником.

Твердость 7- поддается обработке.

Твердость 8,9- царапает стекло.

Твердость 10- режет стекло.

Для чего необходимо знать твердость приобретаемых минералов или изделий из них? Для элементарного правила хранения. Например, те же шарики из разных минералов необходимо с разной твердостью хранить отдельно друг от друга. Шарик из кварца легко может поцарапать поверхность шарика из кальцита. Или когда мы приобретаем два шарика для того чтобы из «перебирать» в ладони, необходимо понимать что для таких целей пригодны будут шарики высокой твердости. Т.к. шарики низкой твердости очень быстро поцарапаются и потеряют свой первоначальный внешний вид.

Плотность.

Плотность – масса вещества в единице объёма тела. Плотность природного камня напрямую зависит от состава минералов и пористости.

В общем, чем больше плотность минерала, тем он будет тяжелее по своему весу.

Сингония.

Сингонией называется группа видов симметрии, обладающих одним или несколькими одинаковыми элементами симметрии и имеющих одинаковое расположение кристаллографических осей.

Кристаллографические классы, или виды симметрии, объединяются в более крупные группировки, называемые системами или сингониями. Таких сингоний семь:

L22P; 3L2; 3L23PC

L3; L3C; L33P; L33L2; L33L23PC;

L4; L4PC; L44P; L44L2; L44L25PC; Li4; Li42L22P

Li6=L3P; Li63L23P=L33L24P; L6; L6PC; L66P; L66L2; L66L27PC

4L33L2; 4L33L23PC; 4L33L2(3Li4)6P; 3L44L36L2; 3L44L36L29PC

Высшая категория

Кубическая сингония. В этой сингонии кристаллизуются наиболее симметричные кристаллы. В кубической сингонии присутствует более одной оси симметрии выше второго порядка, т. е. L3 или L4 . Кристаллы кубической сингонии обязательно должны иметь четыре оси третьего порядка (4L3) и, кроме того, либо три взаимно перпендикулярные оси четвертого порядка (3L4), либо три оси второго порядка (3L2).
Максимальное количество элементов симметрии в кубической сингонии может быть выражено формулой 3L4 4L36L29PC. Кристаллы кубической сингонии встречаются в виде куба октаэдра, тетраэдра, ромбододекаэдра, пентагон-додекаэ дра и др.

Средняя категория.

Сингонии средней категории. Эта группа объединяет кристаллы, обладающие только одной осью симметрии порядка выше второго. К средней категории относятся гексагональная, тетрагональная и тригональная сингонии. Гексагональная сингония характеризуется наличием одной оси симметрии шестого порядка (L6). Максимальное количество элементов симметрии может быть следующим» L56L27PC. Кристаллы гексагональной сингонии образуют приз мы, пирамиды, дипирамиды и др.

Низшая категория

Если выражаться простым языком, тип сингонии отвечает за форму кристалла.

Блеск.

Блеск у минералов бывает металлический (как у большинства сульфидов и самородных металлов), полуметаллический (графит, гематит) и неметаллический. Неметаллический блеск подразделяется на:

• стеклянный (флюорит, плагиоклаз; в целом 70% всех известных минералов),
• алмазный (алмаз, берилл),
• жирный (нефелин, сера),
• перламутровый (опал, тальк),
• шелковистый (гипс, роговая обманка),
• матовый отсутствие блеска (боксит).

Блеск минерала связан прежде всего с его показателем преломления. Металлический блеск характерен для непрозрачных минералов, имеющих показатель преломления n > 3,0. Полуметаллический блеск отмечается у непрозрачных минералов с n = 2,6-3,0. Алмазный блеск встречается у минералов с n = 1,9-2,6. У минералов со стеклянным блеском n = 1,3-1,9. Прочие разновидности блеска проявляются в силу разной структуры поверхности минералов.
Необходимо отметить, что один и тот же минерал может иметь разный блеск в зависимости от формы агрегатов и от того, по какой плоскости спайности он сколот.

Скажу своим простым языком. Когда мы пытаемся что-то описать, то всегда прибегаем к аналогичным примерам. Тоже самое и с блеском камней. Если написано, что блеск восковой, то достаточно себе представить отпалированную поверхность слегка покрытую воском. Или например блес стеклянный. Представьте как блестит поверхность стекла.

Железо

Чистое железо (99,97%), очищенное методом электролиза

Железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия).

Смотрите так же:

СТРУКТУРА

Две модификации кристаллической решетки железа

Для железа установлено несколько полиморфных модификаций, из которых высокотемпературная модификация — γ-Fe(выше 906°) образует решетку гранецентрированного куба типа Сu (а₀ = 3,63), а низкотемпературная — α-Fe-решетку центрированного куба типа α-Fe (a₀ = 2,86).
В зависимости от температуры нагрева железо может находиться в трех модификациях, характеризующихся различным строением кристаллической решетки:

1. В интервале температур от самых низких до 910°С —а-феррит (альфа-феррит), имеющий строение кристаллической решетки в виде центрированного куба;
2. В интервале температур от 910 до 1390°С — аустенит, кристаллическая решетка которого имеет строение гранецентрированного куба;
3. В интервале температур от 1390 до 1535°С (температура плавления) — д-феррит (дельта-феррит). Кристаллическая решетка д-феррита такая же, как и а-феррита. Различие между ними только в иных (для д-феррита больших) расстояниях между атомами.

При охлаждении жидкого железа первичные кристаллы (центры кристаллизации) возникают одновременно во многих точках охлаждаемого объема. При последующем охлаждении вокруг каждого центра надстраиваются новые кристаллические ячейки, пока не будет исчерпан весь запас жидкого металла.
В результате получается зернистое строение металла. Каждое зерно имеет кристаллическую решетку с определенным направлением его осей.
При последующем охлаждении твердого железа при переходах д-феррита в аустенит и аустенита в а-феррит могут возникать новые центры кристаллизации с соответствующим изменением величины зерна

СВОЙСТВА

В чистом виде при нормальных условиях это твердое вещество. Оно обладает серебристо-серым цветом и ярко выраженным металлическим блеском. Механические свойства железа включают в себя уровень твердости по шкале Мооса. Она равна четырем (средняя). Железо обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью. Последнюю особенность можно ощутить, дотронувшись до железного предмета в холодном помещении. Так как этот материал быстро проводит тепло, он за короткий промежуток времени забирает большую его часть из вашей кожи, и поэтому вы ощущаете холод.
Дотронувшись, к примеру, до дерева, можно отметить, что его теплопроводность намного ниже. Физические свойства железа — это и его температуры плавления и кипения. Первая составляет 1539 градусов по шкале Цельсия, вторая — 2860 градусов по Цельсию. Можно сделать вывод, что характерные свойства железа — хорошая пластичность и легкоплавкость. Но и это еще далеко не все. Также в физические свойства железа входит и его ферромагнитность. Что это такое? Железо, магнитные свойства которого мы можем наблюдать на практических примерах каждый день, — единственный металл, обладающий такой уникальной отличительной чертой. Это объясняется тем, что данный материал способен намагничиваться под действием магнитного поля. А по прекращении действия последнего железо, магнитные свойства которого только что сформировались, еще надолго само остается магнитом. Такой феномен можно объяснить тем, что в структуре данного металла присутствует множество свободных электронов, которые способны передвигаться.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %.

В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало — в кислых и средних породах.
Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe₂O₄, Fe₃O₄; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH₂O). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe₃(PO₄)₂·8H₂O, образующий чёрные удлинённые кристаллы и радиально-лучистые агрегаты.
Содержание железа в морской воде — 1·10 −5 -1·10 −8 %
В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe₂O₃) и магнетита (FeO·Fe₂O₃).
Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс.
Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.
Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, которые содержат водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями, как сера и фосфор, которые являются обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах. Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Происхождение теллурическое (земное) железо редко встречается в базальтовыхлавах (Уифак, о. Диско, у западного берега Гренландии, вблизи г. Касселя Германия). В обоих пунктах с ним ассоциируют пирротин (Fe_1-xS) и когенит (Fe₃C), что объясняют как восстановление углеродом (в том числе и из вмещающих пород), так и распадом карбонильных комплексов типа Fe(CO)_n. В микроскопических зернах оно не раз устанавливалось в измененных (серпентинизированных) ультраосновных породах также в парагенезисе с пирротином, иногда с магнетитом, за счет которых оно и возникает при восстановительных реакциях. Очень редко встречается в зоне окисления рудных месторождений, при образовании болотных руд. Зарегистрированы находки в осадочных породах, связываемые с восстановлением соединений железа водородом и углеводородами.
Почти чистое железо найдено в лунном грунте, что связывают как с падениями метеоритов, так и с магматическими процессами. Наконец, два класса метеоритов — железокаменные и железные содержат природные сплавы железа в качестве породообразующего компонента.

ПРИМЕНЕНИЕ

Кольцо из железа

Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.
Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов.
Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.
Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.
Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих чёрно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса.
Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.
Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.
Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.
Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.
Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.