Карбонат натрия производиться в виде белого порошкообразного вещества. В простонародье это вещество называют кальцинированной содой, в международном производстве применяют название Sodium carbonate.
Соду использовали еще в древних временах, первыми ее нашли египтяне. Они использовали ее для мытья посуды и для производства стекольных изделий. Зачастую ее находили в соляных пластах, которые находились под землей. Ее месторождением также считают содовые озера. Она находится в составе некоторых минералов и водорослей. Соду можно найти в нахколитах, термонатритах и натронах.
Формула карбоната натрия Na2CO3. Также это вещество можно назвать натриевой солью угольной кислоты. Свое наименование сода получила из-за того, что в процессе ее производства гидрокарбонат натрия подвергают высокому нагреву. Современные производители изготавливают это вещество разнообразными способами. Самыми популярными считаются метод Сольве и химическая переработка минералов.
Физические свойства
Молярная масса карбоната натрия 105,9 г/моль. Данное вещество обладает небольшой плотностью - 2,54 г/см³. Кальцинированная сода быстро растворяется в водной среде, начинает кипеть при температуре 1 600°C. Этот материал имеет высокую гигроскопичность, он легко впитывает в себя запахи и влагу. Если карбонат натрия Na2CO3 хранить в открытом виде, то он начинает слеживаться.
Реакции взаимодействия карбоната натрия
Это вещество способно реагировать с большим количеством химических соединений.
Гидрокарбонат аммония и хлорид натрия в своей реакции образуют осадок в виде пищевой соды.
NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3 + NH4C
Карбонат натрия в реакции с соляной кислотой
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2
Раствор карбоната натрия и соляной кислоты в результате взаимодействия образовывают пищевую соль, воду и углекислый газ, который испаряется в воздух.
Чтобы получить кальцинированную соду, соединяют гидроксид натрия с углекислым газом. В результате этой реакции, образуется кальцинированная сода и вода.
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
Реакция взаимодействия уксусной кислоты и карбоната натрия
2СН3СООН + Na2CO3 = H2O + CO2 + 2CH3COONa
Для получения карбоната кальция, необходимо произвести реакцию, в которой будут участвовать карбонат натрия и хлорид кальция.
Na2(CO3)+CaCl2=2NaCl+CaCO3 (осадок)
Кальцинированная сода может вступать в реакцию с серной кислотой.
Na2CO3+H2SO4=NA2SO4 + H2O +CO2
Обменная реакция сульфида натрия и карбоната кальция.
Na2S + СаСО3 → Na2CO3 + CaS
Карбонат натрия быстро взаимодействует с водой. Водный раствор карбоната натрия разлагается следующим образом:
Na2(CO3)+2Н2О= 2 Na+СО3+2Н +2ОН
Взаимодействие карбоната натрия с нитратом кальция
Na2CO3 + Ca(NO3)2 → 2NaNO3 + CaCO3↓
Представленные уравнения реакций карбоната натрия показывают, что это вещество можно получить разными способами. Оно способно качественно взаимодействовать с кислотами и водой.
Применение кальцинированной соды
Сфера применения этого вещества достаточно широкая. Раствор карбоната натрия используют в пищевой промышленности. Пищевая сода добавляется в составы многих продуктов питания для урегулирования кислотности, повышения воздушности теста, для эмульгирования.
Технический карбонат натрия находит свое применение в сфере стекольного производства. Также это вещество вводиться в состав бумаги, мыла, различных чистящих и моющих средств. В тяжелой промышленности его используют в процессе изготовления чугунных изделий.
Большой спрос на этот материал замечен в:
- . в процессе производства цветных металлов,
- . нефтеперерабатывающей промышленности,
- . текстильном производстве.
В химической сфере с помощью реакций с карбонатом натрия получают другие натриевые соли.
За счет кальцинированной соды проходит очистка водных труб, а также понижается жесткость воды.
В результате переработки угольной кислоты с солями калия и натрия получают карбонат калия-натрия. Этот материал не имеет характерного цвета, он быстро растворяется в водной среде. Его используют в процессе производства цемента. Он способствует быстрому затвердеванию.
Техническая сода имеет разное предназначение, ее выпускают двух марок:
Водный карбонат натрия марки Б используют для приготовления различных моющих средств. Его также применяют для очищения нефтяных продуктов. В химической промышленности он помогает получать натриевые, фосфорные и хромовые соли.
Обе марки карбоната натрия входят в составы разного стекла. Их добавляют в составы:
- . стекол для оптических приборов,
- . стеклоблоков,
- . керамической плитки,
- . медицинского стекла,
- . пеноблоков.
Марка А применяется в процессе изготовления электровакуумного стекла. Для этой цели карбонат натрия должен иметь высший сорт.
Производители и стоимость
Соединенные Штаты Америки, Канада, Мексика и ЮАР считаются мировыми лидерами по производству этого материала. На их территории сосредоточены большие природные залежи. В Российской Федерации содовые озера находятся на территории Забайкалья и Сибири.
Основными промышленными компаниями, которые изготавливают карбонат натрия в России, считаются:
- . ООО Югреактив,
- . ООО ТранзитХим,
- . ООО АнгараРеактив,
- . группа компаний ХИМПЭК,
- . ООО НефтеГазХимКомплект.
Средняя цена карбоната натрия составляет 20-25 рублей за 1 кг. Фасуют кальцинированную соду в полиэтиленовые мешки и картонные упаковки.
Карбонаты, составляющие около 1,7 % от массы земной коры, являются осадочными или гидротермальными минералами. С химической точки зрения это соли угольной кислоты – Н2СО3, общая формула АСО 3 – где А – Са, Мg, Fe и др.
Карбонаты имеют ионные кристаллические решетки; характерны малые плотности, стеклянный блеск, светлая окраска (за исключением карбонатов меди), твердость 3-5, реакция с разбавленной НСl.
Общие свойства – кристаллизуются в ромбической и тригональной сингониях (хорошие кристаллические формы и спайность по ромбу); низкая твердость 3–4, преимущественно светлая окраска, реакция с кислотами (HCl и HNO 3 ) с выделением углекислого газа.
Наиболее распространенными являются: кальцит СаСО 3 , магнезит Mg СО 3 , доломит СаМg (СО 3) 2 , сидерит Fe СО 3 .
Карбонаты с гидроксильной группой (ОН):
Малахит Cu 2 CO 3 (OH) 2 – зеленый цвет и реакция с НС l ,
Азурит Cu 3 (CO 3) 2 (OH) 2 – синий цвет, прозрачен в кристаллах.
Генезис карбонатов разнообразен – осадочный (химический и биогенный), гидротермальный, метаморфический.
При нагревании кислые карбонаты переходят в нормальные карбонаты:
При сильном нагревании нерастворимые карбонаты разлагаются на оксиды и углекислый газ:
Карбонаты реагируют с кислотами сильнее угольной (почти все известные кислоты, включая органические) с выделением углекислого газа, эти реакции являются качественными реакциями на наличие карбонатов в растворе:
Из нормальных карбонатов в воде растворимы только соли щелочных металлов, аммония и таллия. Вследствие гидролиза растворы их показывают щелочную реакцию. Малорастворимы нормальные карбонаты кальция, бария, стронция и свинца. Все кислые карбонаты хорошо растворимы в воде; кислые карбонаты сильных щелочей также имеют слабощелочную реакцию.
Это породообразующие минералы осадочных пород (известняки, доломиты и др.) и метаморфических – мрамор, скарны.
Карбонаты широко используются в черной металлургии в качестве флюса и как сырье для производства огнеупоров и извести. Используются в строительстве, оптике, металлургии, как удобрения. Малахит используется как поделочный камень. Большие скопления магнезита и сидерита – источник получения железа и магния.
Гидрокарбонаты натрия, кальция и магния встречаются в растворённом виде в минеральных водах, а также, в небольшой концентрации, во всех природных водах, кроме атмосферных осадков и ледников. Гидрокарбонаты кальция и магния обуславливают так называемую временную жёсткость воды. При сильном нагревании воды (выше 60 °C) гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются на углекислый газ и малорастворимые карбонаты, которые выпадают в осадок на нагревательных элементах, дне и стенках посуды, внутренних поверхностях баков, бойлеров, труб, запорной арматуры и т. д., образуя накипь.
Нормальные карбонаты широко распространены в природе, например: кальцит СаСО 3 , доломит CaMg(CO 3) 2 , магнезит MgCO 3 , сидерит FeCO 3 , витерит ВаСО3, баритокальцит BaCa(CO 3) 2 и др. Существуют и минералы, представляющие собой основные карбонаты, например, малахит CuCO 3 ·Cu(ОН) 2 .
Кальцит , СаСО 3 . Название от греч. «кальк» — жженая известь. Синоним — известковый шпат. Название предложено Гайдингером в 1845 году и происходит, как и название химического элемента, от лат. calx (род.п. calcis) - известь.
Осадочный органогенный, гидротермальный. Кристаллы в форме ромбоэдров. Совершенная спайность по ромбоэдру. Вскипает под действием разбавленной НСl на холоду. Разновидности: прозрачный, бесцветный — исландский шпат, ромбический белый — арагонит. В основном из кальцита состоят толщи осадочных пород: мела, известняка, мрамора. Из кальцита состоит и известковый туф — травертин.
В чистом виде кальцит белый или бесцветный, прозрачный (исландский шпат) или просвечивающий, - в зависимости от степени совершенства кристаллической структуры. Примеси окрашивают его в разные цвета. Ni окрашивает в зелёный; кобальтовые, марганцевые кальциты - розовые. Тонкодисперсный пирит окрашивает в синеватый и зеленоватый цвет. Кальцит с примесью железа - желтоватый, буроватый, красно-коричневый; с примесью хлорита - зелёный. Углистое вещество часто придает кальциту неравномерную чёрную окраску. Известны кристаллы с многочисленными включениями битуминозного вещества, они имеют жёлтый или бурый цвет.
Черта белая, плотность 2,6-2,8, излом ступенчатый, твёрдость по шкале Мооса 3, спайность совершенная по основному ромбоэдру, блеск стеклянный до перламутрового. Вскипает при взаимодействии с разбавленной соляной кислотой (HCl). Характерно многообразие двойников срастания и прорастания по многочисленным законам, а также деформационные двойники. Прозрачные кристаллы обладают двупреломлением света, особо хорошо наблюдаемым сквозь поверхности спайности в ромбоэдрических выколках или толстых пластинах.
Черная металлургия потребляет миллионы тонн известняка в качестве флюса. Кроме того, известняк обжигают на известь в строительной промышленности. Исландский шпат используется в оптике для изготовления поляризаторов.
Магнезит , МgСО 3 . Назван в честь греческой провинции Магнезия. Синоним: магнезиальный шпат. Облик кристаллов ромбоэдрический с совершенной спайностью по ромбоэдру. В большинстве случаев встречается в виде зернистых агрегатов снежно-белого цвета с раковистым изломом («аморфный» магнезит) и в серых удлиненных зернах. Гидротермальный.
Состав близок теоретическому. Из примесей наибольшее значение имеет Fe; меньше Mn, Ca. Кристаллы редки. Обычно плотные разной зернистости агрегаты вплоть до фарфоровидных. Фарфоровидный магнезит часто содержит примеси опала и силикатов магния. Хрупок. Твердость 4-4,5 у фарфоровидного — до 7 (за счёт тонкодисперсной примеси опала). Цвет белый, серый, реже желтоватый Встречается в гидротермальных месторождениях или в качестве продукта выветривания ультраосновных горных пород.
С разбавленными кислотами магнезит реагирует без вскипания, чем отличается от похожего на него кальцита. Реакция с HCl только в порошке при нагревании.
Магнезит используют для производства огнеупоров и вяжущих материалов, в химической промышленности. Применяется для производства огнеупорного кирпича. Также является рудой магния и его солей.
Важное сырье для производства огнеупорного кирпича и заправочных порошков. Использование доломитизированного известняка улучшает качество агломерата, окатышей и снижает вязкость доменных шлаков. Месторождения: Саткинское (Россия), Вейч (Австрия), Ляо Тун и Шен-Кин (Сев. вост. Китай), Квебекское (Канада).
Малахит , CuCO 3 × Cu(OH) 2 . Название от греч. «малахэ» — мальва (имеется в виду зеленый цвет листьев мальвы).
Малахи́т(от греч. тополь и мальва) - минерал, основной карбонат меди (дигидроксокарбонат меди(II)). Состав минерала почти точно выражен формулой CuCO 3 ·Cu(ОН) 2 , но более верное современное написание кристаллохимической формулы малахита Cu 2 (CO 3)(OH) 2 . Устаревший синоним — медная зелень углекислая.
Сингония моноклинная. Двойники по (100). Твёрдость 3,5-4,0; плотность 3,7-4,1 г/см³. Цвет зелёный разных оттенков; блеск различный, смотря по сложению: стеклянный у кристаллов или шелковистый у тонковолокнистых агрегатов и кусков.
Габитус кристаллов призматический, пластинчатый, игольчатый. Кристаллы имеют тенденцию к расщеплению с образованием сферокристаллов, тонковолокнистых сферолитов, сфероидолитовых дендритов.
При нагревании в колбе выделяет воду, углекислый газ и становится чёрным:
Характерна растворимость малахита в кислотах с выделением углекислого газа, а также в аммиаке, который окрашивается при этом в красивый голубой цвет.
С глубокой древности известен способ получения из малахита свободной меди. В условиях неполного сгорания угля, при котором образуется угарный газ, происходит реакция:
Азурит , 2CuCO 3 × Cu(OH) 2 . Название от персидского «лазвард» — голубой. Минерал синего цвета со стеклянным блеском, хрупкий. Тв. 3,5-4. Цвет черты синевато-голубой, спайность совершенная, излом раковистый.
Один из наиболее распространённых вторичных минералов, содержащих медь. Индикатор и поисковый признак медных руд, азурит и сам является медной рудой, хотя и менее ценной, чем малахит.
Образуется в близповерхностных зонах окисления большинства медно-сульфидных месторождений, встречается во вторичных медных рудах вместе с малахитом. В условиях выветривания неустойчив и легко замещается малахитом. Нередко в породе встречаются полосчатые сращения азурита и малахита, которые иногда разрезают и полируют, - такая разновидность носит название азуро-малахита.
Натечные, землистые, концентрически скорлуповатые. Вскипает под действием разбавленной HCl. Используются как декоративные поделочные камни, руды на медь.
Сидерит , FeCO 3 . Название от греч. слова, обозначающего железо. Синоним — железный шпат. Минерал осадочного происхождения бурого цвета, растворяется в минеральных кислотах. При окислении переходит в бурый железняк. Важная руда для получения железа, так как в составе до 48 % железа и нет серы и фосфора. Агрегаты зернистые, землистые, плотные, иногда в шаровидных конкрециях.
Цвет черты — белый, блеск стеклянный, полупрозрачный, твёрдость 3,5 — 4,5, спайность совершенная, плотность 3,96 г/см³.
Происхождение: Гидротермальное - встречается в полиметаллических месторождениях как жильный минерал. Легко выветривается до лимонита.Обычно в зернистых желтовато-белых, буроватых массах. Реагирует с холодной НС1, капля которой окрашивается в зеленый цвет. Цвет: Желтовато-коричневый, коричневый, серый, желтовато-серый, зеленовато-серый.
Сидерит содержит до 48,3 % Fe и используется в качестве железной руды. Месторождения: Бакальское (Юж. Урал), Керченское (Украина).
Родохрозит , MnCO 3 . Название от греч. «родон» — роза и «хрос» – цвет. Синоним: марганцевый шпат. Обычно в виде зернистых агрегатов розового, малинового цвета, черта белая. Реагирует с холодной HCl.
Существуют изоморфные ряды MnCO 3 - СаCO 3 и MnCO 3 - FeCO 3 . Марганец частично замещается магнием и цинком. Железосодержащие разновидности: понит и феррородохрозит. Сингония тригональная. Кристаллы толстотаблитчатые, призматические, ромбоэдрические, скаленоэдрические. Двойники по {0112} редки. Спайность совершенная по {1011}. Агрегаты: зернистые, плотные, столбчатые, шаровидные, скорлуповатые, корки. Цвет: розовый, красный, желтовато-серый, коричневый. Блеск стеклянный. Твёрдость 3,5-4. Удельный вес 3,7.
Гидротермальный минерал средне- и низкотемпературных месторождений свинца, цинка, серебра и меди, в ассоциации с сидеритом, флюоритом, баритом, алабандином и др. Встречается в высокотемпературных месторождениях с родонитом, гранатом, брайнитом, тефроитом и в пегматитах с литиофиллитом.
В осадочных марганцевых месторождениях ассоциирует с марказитом, кальцитом, опалом и др. В этом случае имеет промышленную ценность. В коре выветривания марганцевых и железо-марганцевых месторождений. В метаморфизованных первично-осадочных марганцевых месторождениях.
Используется в качестве марганцевой руды. Месторождения: Чиатурское (Грузия), Полуночное (Сев. Урал), Оброчище (г. Варна, Болгария).
Материал для учащихся 9«Палеонтология и карбонат кальция»
Карбонат кальция
Карбонат кальция (углекислый кальций) - неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и кальция.
Химическая формула - CaCO 3 .
Карбонат кальция в природе
Карбонат кальция основа большинства природных минералов кальция (мел, мрамор, известняк, ракушечник, кальцит, исландский шпат). В чистом виде вещество белого цвета или бесцветные кристаллы. Соединения кальция - известняк, мрамор, гипс (а также известь - продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько тысячелетий назад. Вплоть до конца XVIII века химики считали известь простым веществом. В 1789 году А. Лавуазье предположил, что известь , магнезия, барит, глинозём и кремнезём - вещества сложные.
В естественной миграции кальция существенную роль играет «карбонатное равновесие», связанное с обратимой реакцией взаимодействия карбоната кальция с водой и углекислым газом с образованием растворимого гидрокарбоната:
(равновесие смещается влево или вправо в зависимости от концентрации углекислого газа).
Соединения кальция находятся практически во всех животных и растительных тканях. Значительное количество кальция входит в состав живых организмов. Из карбоната кальция CaCO 3 состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др. В живых тканях человека и животных 1,4-2 % Са (по массовой доле); в теле человека массой 70 кг содержание кальция - около 1,7 кг (в основном в составе межклеточного вещества костной ткани).
Химические свойства карбоната кальция
Карбонат кальция при нагревании разлагается на соответствующий оксид и углекислый газ.
С водой, содержащей растворенный диоксид углерода, карбонат кальция реагирует, образуя растворы гидрокарбонатов:
При нагревании и даже при попытке выделить гидрокарбонат из раствора , удаляя воду при комнатной температуре, он разлагается по обратной реакции:
Ca 2 + + 2HCO 3 - = CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
Карбонат кальция взаимодействует с кислотами с выделением углекислого газа
Карбонат кальция не растворим в воде и этаноле.
Кальцит, известковый шпат - минерал, одна из природных форм карбоната кальция. Исключительно широко распространён на поверхности Земли, породообразующий минерал. Кальцитом сложены известняки, меловые породы, мергели, карбонатиты. Кальцит - самый распространённый биоминерал: он входит в состав раковин и эндоскелета большинства беспозвоночных, а также покровных структур некоторых одноклеточных организмов.
Название предложено Гайдингером в 1845 году и происходит , как и название химического элемента, от лат. calx (род.п. calcis) - известь.
В чистом виде кальцит белый или бесцветный, прозрачный (исландский шпат) или просвечивающий, - в зависимости от степени совершенства кристаллической структуры. Примеси окрашивают его в разные цвета.
Кальцит относится к тригональной сингонии. Кристаллы очень разнообразны, но чаще ромбоэдрические (острый, основной и тупой ромбоэдры). Кальцит слагает горную породу мрамор, является главной составной частью известняков. Нередко образует псевдоморфозы по органическим остаткам, замещает раковины древних моллюсков и кораллы («окаменелости»).
Известняк
Известняк - осадочная горная порода органического происхождения, состоящая преимущественно из кристаллов кальцита различного размера и образующаяся при участии живых организмов в морских бассейнах.
Известняк, состоящий преимущественно из раковин морских животных и их обломков, называется ракушечником. При метаморфизме известняк перекристаллизуется и образует мрамор.
Название разновидности известняка отражает присутствие в нём остатков породообразующих организмов, район распространения , структуру (например, оолитовые известняки), примесей (железистые), характер залегания (плитняковые), геологический возраст (триасовые).
Из известняков сложены целые горные цепи в Альпах, широко распространён известняк и в других местах. У известняка нет блеска, он обычно светло-серого цвета, но может быть белым или тёмным, почти чёрным, голубоватым, желтоватым или розовым, в зависимости от состава примесей.
Мрамор
Мрамор (др.-греч. μάρμαρος - «белый или блестящий камень») - метаморфическая горная порода, состоящая только из кальцита , а также органических соединений. Мраморы появляются путем метаморфизма при средних температурах и давлениях из преимущественно карбонатных осадочных пород. При этих условиях очень мелкие зерна карбоната кальция и магния осадочных пород испытывают «бластез» - укрупнение кристаллов.
В мире разведано огромное количество месторождений мрамора. Самые известные - Каррарское в Италии, Паросское и Пенделиконское в Греции. В России это Кибик-Кордонское в Красноярском крае, Буровщина в Забайкалье, Уфалейское на Урале, Рускеальское и Белогорское в Карелии. Окраска мрамора также зависит от примесей.
Палеонтология
Палеонтология (от др.-греч. παλαιοντολογία) - наука об организмах, существовавших в прошлые геологические периоды и сохранившихся в виде ископаемых останков, а также следов их жизнедеятельности.
Палеонтологи исследуют не только останки собственно животных и растений, но и их окаменевшие следы, отброшенные оболочки и другие свидетельства их существования. В палеонтологии также используются методы палеоэкологии и палеоклиматологии с целью воспроизведения среды жизнедеятельности организмов , сопоставления современной среды обитания организмов, предположения местообитаний вымерших и т. д.
Ископаемые останки или окаменелости человек использовал, начиная с палеолита. Об этом свидетельствуют находки ожерелий из фрагментов вымерших кораллов и морских ежей, использовавшихся в ритуалах погребения, и другие археологические находки. Различные ископаемые упоминаются в преданиях, мифах и сказках. Так, белемниты называют «чёртовы пальцы» и в восточных сказках их рассматривают как ногти джинов, раковины фораминифер – нуммулитид в сказаниях о битвах Александра Македонского описывают как окаменевшие монетки.
Первые научные письменные документы об ископаемых организмах принадлежат древнегреческим естествоиспытателям и философам. Успехи естествознания древних греков были обобщены в трудах Аристотеля , жившего в 384–322 гг. до новой эры, – великого мыслителя своего времени, который создал основы классификации животных, зачатки сравнительной анатомии и эмбриологии. Окаменелости он считал остатками морских животных. Спустя много столетий в XV–XVI вв. такой взгляд на окаменелости поддерживал Леонардо да Винчи (1452–1519), хотя в то время существовали иные точки зрения, в частности, что окаменелости – это объекты, созданные богом после потопа.
В XVII–XVIII вв. начинаются интенсивные исследования в различных отраслях естествознания. Это привело не только к накоплению огромного фактического материала , но и к появлению различных идей, гипотез. Большое значение в развитии палеонтологии имели труды шведского учёного Карла Линнея (1707–1778 гг.) – основоположника классификации и систематики. Он разделил всю природу на три царства: минералов, растений и животных. Одновременно с Линнеем работали блестящие учёные: во Франции Жорж Бюффон (1707–1788) и в России – Михаил Ломоносов (1711–1765).
Бюффон, рассматривая происхождение и развитие жизни, историю животного и растительного мира, подчёркивал единый план строения животных, говорил о наличии промежуточных форм между разными группами животных и считал, что история развития Земли насчитывает до 75 000 лет.
М. Ломоносов в своей книге «О слоях земных» объяснял происхождение осадочных горных пород образованием их в морских бассейнах. Ископаемые моллюски , встреченные в этих породах, обязаны своим происхождением морям, существовавшим в прошедшие геологические эпохи. Ломоносов представлял себе смену различных периодов жизни на Земле как последовательное чередование наступления и отступления морей, объясняя эти явления медленными колебаниями суши. Область распространения живых существ на Земле образует особую оболочку, называемую биосферой. Биосфера возникла с появлением на Земле живых существ: она занимает всю поверхность суши, все водоёмы Земли (океаны, моря, озёра, реки), проникает в атмосферу – большинство организмов поднимается в воздух более чем на 50 – 70 м, а споры бактерий и грибов заносятся на высоту до 22 км. Жизнь проникается в литосферу, где она концентрируется в основном в поверхности слоёв на глубине до 6-8 м, но некоторые бактерии найдены в слоях на глубине до 2-3 км.
В 90-х годах XVIII века и начале XIX века геодезист и горный инженер Уильям Смит активно использовал окаменелости , чтобы установить связь между горными пластами в разных местах. Он установил принцип последовательности фаун, согласно которому каждый пласт осадочной породы содержит определенный тип окаменелостей, которые следуют друг за другом в предсказуемом порядке даже в пластах, разделенных огромным расстоянием.
Новый этап в развитии палеонтологии начинается с появлением в 1859 году наиболее завершённой на тот момент теории эволюции Чарльза Дарвина, оказавшей определяющее влияние на всё дальнейшее развитие естествознания. Современная эволюционная палеонтология была основана Владимиром Ковалевским. Именно благодаря исследованиям Ковалевского и его находкам дарвинизм приобрёл палеонтологически обоснованную базу.
Условия существования на земле очень разнообразны и определяются факторами как неорганического, так и органического порядка. К неорганическим факторам относятся: температура, влажность , солёность воды, глубина бассейна, давление. К органическим факторам относятся те взаимоотношения, в которые вступают организмы между собой. Эти взаимоотношения в первую очередь выражаются пищевыми связями. Каждый вид обладает своим ареалом, занимая различные части земной поверхности. Все организмы на земле живут сообществами, называемыми биоценозами. Организмы, входящие в состав биоценоза, по-разному реагируют на колебания того или иного фактора среды – солёности, температуры , давления. Одни могут существовать при широких колебаниях одного из факторов среды и тогда прибавляется приставка «эври»; другие не переносят даже незначительного изменения этого фактора и тогда прибавляется приставка «стено». Если это глубина – эврибатный, стенобатный; солёность – эвригалинный, стеногалинный; температура – эвритермный, стенотермный.
Аммониты – вымерший подкласс головоногих моллюсков, существовавших с девона по мел. Свое название аммониты получили в честь древнеегипетского божества Амона со спиральными рогами. Большинство аммонитов относится к экологической группе нектона , то есть свободно плавающих в толще воды организмов. Некоторые гетероморфные формы были представителями бентосного (донного) сообщества. Лучшими пловцами среди аммонитов были формы с чётко выраженным килем. Многие палеонтологи считают, что сложная лопастная линия - это приспособление к широкому распространению по вертикали в толще воды (эврибатности), так как сложная лопастная линия имеет большую площадь, лучше упрочняет раковину. Аммониты - крайне важная для стратиграфии группа морских ископаемых. Эта группа важна для определения относительного геологического возраста осадочных горных пород и для расчленения отложений юрской и меловой системы.
Наутилусы - род головоногих моллюсков. Это единственный современный род подкласса наутилоидей и единственные среди современных головоногих, имеющие наружную камерную раковину. Этот подкласс появился в кембрии, и в течение палеозоя был очень разнообразным. Спиральная раковина диаметром 15-23 см разделена на 35-39 камер, последовательно соединённых длинным сифоном. Моллюск живёт в передней, самой большой камере. Раковина используется как поплавок и балласт. Нагнетая в камеры раковины биогаз или откачивая его из них, наутилус способен всплывать к поверхности воды или погружаться в её толщу.
Белемниты - представители отряда вымерших беспозвоночных животных класса головоногих моллюсков , относятся к внутрираковинным головоногим моллюскам, так как все части их раковины располагались внутри тела. Белемниты обитали с каменноугольного по меловой период, наиболее широко распространились с триаса, вымерли в конце мезозоя. Лучше всего в ископаемом состоянии сохраняется ростр белемнита - прочное коническое образование, находившееся на заднем конце тела.
Брахиоподы - тип морских беспозвоночных животных. Известны с раннего кембрия; наибольшего расцвета достигли в девоне. На рубеже раннего и позднего палеозоя часть отрядов вымерла; в каменноугольном и пермском периодах господствовали отряды продуктид и спириферид. После пермско-триасового вымирания сохранились 4 отряда, дожившие до наших дней. Брахиоподы, благодаря богатству остатков и хорошей их сохранности , - ценные индексные ископаемые для установления геологического возраста содержащих их пластов и физико-географической обстановки, существовавших когда-то в данной местности.
Морские ежи - класс иглокожих. В ископаемом состоянии известны с ордовика. Тело морских ежей обычно почти сферическое, размером от 2-3 до 30 см; покрыто рядами известковых пластинок. Пластинки, как правило, соединены неподвижно и образуют плотный панцирь (скорлупу), не позволяющий ежу изменять форму.
Морские лилии - один из классов иглокожих. Ископаемые морские лилии известны с нижнего ордовика. Наибольшего расцвета достигали в среднем палеозое, когда их насчитывалось до 11 подклассов и свыше 5000 видов, но к концу пермского периода большая их часть вымерла. Окаменелые остатки морских лилий относятся к одним из наиболее распространённых ископаемых. Некоторые известняковые пласты, датируемые палеозоем и мезозоем, почти полностью сложены из них. Ископаемые членики стеблей криноидов , напоминающие зубчатые колёса, называются трохитами.
Двустворчатые или пластинчатожаберные моллюски – класс морских и пресноводных малоподвижных моллюсков, тело которых уплощено с боков и заключено в раковину из двух створок. Находки древнейших ископаемых двустворчатых моллюсков датируются началом кембрийского периода, их возраст составляет более 500 млн. лет. Общее число ныне живущих видов составляет приблизительно 9 200 (по другим данным, более 20 тысяч). Двустворчатые моллюски - класс беспозвоночных, исключительно водных и встречающихся в пресных и солёных водах по всему миру. Большинство являются бентосными организмами и живут, зарываясь в донные отложения или прикрепляясь к подводным предметам. Створки раковины у двустворчатых моллюсков чаще симметричны. Створки раковины соединены лигаментом - связкой, состоящей из утолщённого рогового слоя раковины. Стенка раковины состоит из трёх слоёв: наружного конхиолинового (периостракум), внутреннего известкового (остракум) и нижнего перламутрового (гипостракум). Минеральный компонент раковины может быть представлен исключительно кальцитом, как у устриц , или кальцитом и арагонитом. Иногда арагонит формирует также перламутровый слой. У остальных моллюсков слои арагонита и кальцита чередуются.
Карбонаты - многочисленная группа минералов, которые имеют широкое распространение. К минералам класса карбонатов относятся соли угольной кислоты, чаще всего это соли кальция, магния, натрия, меди. Всего в этом классе известно около 100 минералов. Некоторые из них очень широко распространены в природе, например кальцит и доломит.
В структурном отношении все карбонаты относятся к одному основному типу - анионы 2- представляют собой изолированные радикалы в форме плоских треугольников.
Большинство карбонатов безводные простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с комплексным анионом 2- . Менее распространены сложные карбонаты, содержащие добавочные анионы (OH) - , F - и Cl - . Среди наиболее распространённых безводных карбонатов различают карбонаты тригональной и ромбической сингоний. Карбонаты обычно имеют светлую окраску: белую, розовую, серую и т.д., исключение представляют карбонаты меди, имеющие зелёную или синюю окраску. Твёрдость карбонатов около 3-4.5; плотность невелика, за исключением карбонатов Zn, Pb и Ba.
Важным диагностическим признаком является действие на карбонаты кислот (HCl и HNO 3), от которых они в той или иной степени вскипают с выделением углекислого газа. По происхождению карбонаты осадочные (биохимические или химические осадки) или осадочно-метаморфические минералы; выделяются также поверхностные, характерные для зоны окисления и иногда низкотемпературные гидротермальные карбонаты.
Главные минералы-карбонаты
|
Сингония |
Твердость |
||
|
Кальцита |
Кальцит СаСОз | ||
|
Родохрозит МпСОз | |||
|
Магнезит MgCOз | |||
|
Сидерит РеСОз | |||
|
Смитсонит ZnCO3 | |||
|
Доломита |
Доломит CaMg(COз)2 | ||
|
Арагонита |
Арагонит СаСОз | ||
|
Витерит ВаСОз | |||
|
Стронцианит SrCO3 | |||
|
Церуссит PbСОз | |||
|
Малахита |
Малахит Cu2(СO3)(ОН)2 | ||
|
Азурит Cu3(CO3)2(ОН)2 | |||
|
Редкоземельных карбонатов |
Бастнезит Се(С03)Р | ||
|
Паризит Ca (Ce, La) 2 × 3 F 2 | |||
|
Натрит Na 2 CO 3 · 10H 2 O | |||
|
Нахколит NaHCO3 | |||
|
Ниеререита |
Ниеререит Na2Ca(CO3)2 |
Многие из широко распространенных карбонатов, в особенности же кальцит, магнезит, сидерит, доломит, имеют сходные черты морфологии кристаллов, близкие физические свойства, встречаются в одинаковых агрегатах и часто имеют переменный химический состав. Поэтому бывает трудно, а порой невозможно различить их по внешним признакам, твердости, спайности. Издавна используется простой прием диагностики карбонатов по характеру их реакции с соляной кислотой. Для этого наносят каплю разбавленной (1: 10) кислоты на зерно карбоната. Кальцит реагирует активно, и капля раствора вскипает от выделяющихся пузырьков СО2, доломит реагирует слабо, только в порошке, а магнезит - при нагревании.
Более надежные результаты дают следующие лабораторные исследования: точное определение их показателей преломления; проведение микрохимических реакций на отполированных пластинках пород с реактивами, красящими разные минералы в различные цвета; термический анализ (определение температуры разложения минерала, у каждого карбоната она своя); рентгеновские исследования.
Карбонатовые отложения
Самым распространённым карбонатом является кальцит. Прозрачный кальцит называют исландским шпатом, непрозрачный известковым шпатом. Кальцит формирует такие породы, как известняк и мел. Подавляющее количество кальцита сформировалось за счёт биогенного его накопления. В то же время известен и кальцит гидротермального происхождения. В почвах кальцит накапливается в результате реакции кальция, высвободившегося при выветривании, с углекислым газом почвенного воздуха; особенно часто богаты кальцитом почвы засушливых областей. Кальцит и доломит формируют мрамор. Сидерит типичный минерал болотных руд; достаточно редко отмечается его эндогенное происхождение. Малахит красивый поделочный камень; как и близкий к нему по составу и свойствам минерал азурит Сu3(СО3)2(ОН)2, он образуется на поверхности Земли в результате окисления сульфидов меди.
Применение карбонатов
Карбонаты кальция, магния, бария и др. применяют в строительном деле, в химической промышленности, оптике и др. В технике, промышленности и быту широко применяется сода (Na2CO3 и NaHCO3): при производстве стекла, мыла, бумаги, как моющее средство, при заправке огнетушителей, в кондитерском деле. Кислые карбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь буферными веществами, регулирующими постоянство реакции крови.
