0:00
Всем добрый день меня зовут Екатерина ахимса Я куратор преподавателя открытой йоги этот курс лекции прочитан в рамках
0:08
it university.com
0:17
там И сегодня у нас вторая лекция на тему минералогия алмазы это такой Общий
0:24
курс вводный по он сюда включает несколько дисциплин которые Я в своё
0:30
время читала в университете в геологоразведочном в Московском вот здесь ну такая ознакомительная вообще
0:36
было больше Рассчитано на детей но взрослые это ещё лучше потому что вы же всё ещё лучше понимаете всё знаете а им
0:43
мне приходилось совсем объяснять на пальцах вот вчера мы прошли ядерное
0:49
строение строение вообще атома углерода Но поскольку сегодня все новые люди мы
0:54
обязательно повторим Тем более что повторение – это основа всего Итак напом
1:00
значит почему углерода Да потому что Алмаз – это самородный самородный минерал одного
1:08
вещества углерода мы вчера начали с того что
1:15
вспоминали Что означает порядковый номер в периодической системе элементов
1:21
который у нас называется менделева кто-нибудь помнит
1:26
что а нет нет валентность это если помните
1:32
такие группы были сверху и Обычно они определяют Да валентность Вообще первый
1:38
номер помним кто водород водород количество электронов которые вокруг ядра Абсолютно
1:44
верно электронов А значит и протонов и протонов да то есть
1:50
электроны отрицательно заряженные частицы протоны положительно заряженные частицы На что мы вчера обратили своё
1:58
внимание на то что
2:04
А количество Давайте разберём из чего вообще из чего у нас
2:11
Э что у нас находится в ядре Вот кто помнит протоны протоны и нейтроны и
2:19
нейтроны Да и мы вчера начали с того что у нас был мы рассмотрели что такое водород Да водород у него в
2:28
ядре один один протон Да один положительно заряженный Протон и на
2:35
орбите рядышком болтается один отрицательно заряженный
2:41
Электрон это у нас первый номер да водород ему ставят один а следующий
2:49
элемент какой знаете аот нет под номером д кто идт уро и не
2:57
углерод всего заб как же ВОМ его нашли подскажу на солнце
3:05
первый раз водород вот он водород водород уже здесь гелий конечно гелий и
3:12
вот интересно да а что в гелии внутри в ядре Как вы
3:18
думаете Ну по аналогии Да протоны нейтроны Да протоны и нейтроны А
3:26
сколько то есть смотрите пронов То есть у нас да номер два что он
3:32
означает он означает количество положительно заряженных протонов в ядре
3:38
то есть два Обязательно должно быть е у нас вещество под номером два вот
3:43
оно у него два плюси но два Нейтрона ещё есть то есть заметьте Почему я обращаю
3:50
на это внимание это интересно что иногда нам может показаться что что такое синтез Да новых ядер новых элементов Это
3:58
не просто два соединили ничего подобного чтобы получить это надо четыре Да ну как
4:05
бы так чтобы вы улавливать что протоны положительные и нейтроны они почти одинаковые между ними разница вот это
4:12
маленькая маленький заряд который получается ну бета излучением То есть
4:17
если Нейтрон испускает бета Луч то получается положительно заряженный Ну
4:23
такой то есть это очень тонко А по массе Да вот масса вот этого
4:30
элемент Да элемента Гелия получается в четыре раза больше
4:36
чем водорода из-за того что у него такое ядро чтобы мы просто понимали что это некая стабильность и она не такая
4:43
очевидная она не 1 п о в природе Да на внешнем уровне электронов сколько
4:53
у него отрицательных два два а при этом два и причём вот мы обратили внимание ещ
4:58
вчера на тако особенность то есть дальше мы стали говорить про электронные
5:05
оболочки мы значит сейчас пропустим Да это один был это
5:10
два 3 4 5 и сть по-моему что я не помню просто там есть Я помню что пять – это
5:17
Бор видимо Азот И ещё кто-то кто-то ещё должен быть в общем а литий третий литий
5:24
Азот И Бор мы сейчас опустим а перейдём сразу к номеру поскольку это углерод и
5:32
посмотрим А что у него внутри Вот у него внутри углерод он
5:37
шестой значит что у него должно быть протонов шесть протонов Абсолютно
5:46
верно шесть протонов А сколько
5:53
нейтронов Да значит у него самая стабильная будет форма самая стабильна у
6:00
которой сть нейтронов она называется
6:05
c12 вообще это сейчас мы рисуем с который под номером ше я напомню что с –
6:12
это углерод Да его ещё карбоном называют когда у него сть нейтронов это
6:19
самая стабильная форма с12 их порядка по-моему 98
6:25
8% То есть это прямо вот очень много таких
6:30
если есть ещ один протон получается с13 Ой не Протон Простите нейрончик Нейтрон
6:39
как только мы меняем протоны У нас меняется вещество мы меняем можем может меняться только количество
6:46
нейтронов с13 – это такая разновидность которая встречается примерно
6:52
1% И по ней определяют щего иноземное проде
6:59
считается что этот углерод образовался где-то в космосе Когда в общем находят что-то с таким содержанием то таким
7:06
образом могут определить что это вот другое происхождение этого минерала
7:11
какого-то есть ещё одна форм вообще их больше но мы сейчас разберём только три
7:19
С14 в которой целых два дополнительных
7:25
Нейтрона она самая ну такая из этих трх
7:30
у неё период полураспада где-то 5 с поно по-моему Ну около 5.000 лет скажем так
7:38
приблизительно 5.000 лет И когда вы слышите такую фразу что методом радио
7:45
электро углеродного анализа определили такое-то число лет допустим такой-то
7:51
такой-то реликвии вот говорят об этом вот в нём было 14 внутри и один Нейтрон убежал то ужа
8:01
они посчитали сколько стало и смогли определить сколько лет то есть такой интересны очень углерод по этом
8:11
плане А теперь Смотрим А что у него должно быть на внешнем
8:18
уровня электронов Абсолютно
8:23
верно электро обладают такой особенно сидят на одном уровне у
8:31
них появляются орбиты их несколько
8:38
у углерода Мы сейчас рассматриваем их получается как бы
8:45
две первая S орбиталь Как у всех вот у этих которые мы тут рассматривали на нём
8:52
влезают только два электрона только два вот мы их два
8:58
рисуем а на внешней соответственно сколько остаётся четыре Но вот она хитрая она
9:06
уже выглядит не так как просто и на самом деле дальше все орбиты которые
9:14
есть они все сначала повторяют первые То
9:19
есть у нас на первой орбите я е так вот
9:25
нарисую на ней как бы скажем вот такой есть домик в которой сидят два
9:32
электрона другим цветом к в одну и в другую сторону
9:39
направлены это первое на второй
9:44
орбите два домика один такой же он повторяет а
9:50
второй состоит из трёх
9:58
домиков что первый уровень Мы заполняем полностью а во втором у нас вот два
10:08
электронка Что означают электроны свободные что это такое вообще вообще о
10:14
чём это говорит нуда видимо могут ещё два ещё четыре электрона добавиться Да и
10:22
причём смотрите Да вот это То есть когда у нас не заняты Этот уровень он такой вакант некий А это значит то что наши
10:29
элементы могут взаимодействовать с другу с друг другом могут электронные оболочки между собой пересекаться и заполняться
10:37
то есть элементам важно быть полным им не интересно быть Вот такими Да они
10:42
почему вот например газы Да чаще всего там кисло кислород О2 мы пишем Почему
10:47
Потому что у них там вакансии А когда они два сразу слепили у них нет этой вакансии они им не нужно они не активны
10:54
в этот момент И здесь тоже самое если мы посмотрим на углерод то мы увидим такую
11:00
особенность что у него на внешнем уровне Вот в такой конфигурации два свободных
11:07
электрона Что это значит что если другое какое-то вещество Да увидит что у него
11:13
здесь два свободных электрона и четыре дырки получается да тут у нас ещё
11:19
дырочки остаются считайте это в окати тут дырочка раз тут два Тут что ему проще к себе позвать и
11:27
отдать свои Как вы думаете отдать отдать Да потому что их
11:33
всего два раз и ушли и вот получается валентность два та самая валентность То
11:40
есть он может с другим с кем-то соединиться кому нужно два вот он их и отдал но если мы посмотрим внимательно
11:47
то на самом деле вот тут может быть и другой вариант другой вариант он может
11:53
выглядеть вот так у нас опять те же самые домики
12:01
только в каждом сидит по одному
12:08
электронку и здесь у нас что получается валентность уже четыре и здесь он уже
12:15
зовёт или отдаёт зовёт зовёт Да это получается такая у него у этого есть
12:23
название с С3 гибридизация когда м с уровня вот этот
12:30
уровень называется S Вот это уровень P вот следующие уровни орбиталей будет называться FD и
12:39
дальше они будут вот походить и усложняться вот когда с более низшего
12:45
уровня переходит на следующий и рассеянной такой вот такое положение называется sp3
12:51
гибридизация как это выглядит Ну абстрактно физически Да если вот я
12:56
сейчас попытаюсь это нарисовать что это нам
13:04
даёт Я вчера предупреждала но на всякий случай сегодня ещё раз повторюсь что
13:10
рисунки здесь ну такие это да Для того чтобы мы
13:15
представляли То есть например кристаллическую решётку там или формы мы будем сегодня обсуждать физически этого
13:22
нету да то есть надо понимать что даже наличие электрона как только мы начинаем
13:28
пытаемся конкретное место где вот он в данный момент находится именно в этот
13:33
момент мы как бы нарушаем его конкретное место а
13:39
попадаем только вероятность того что он здесь находится Итак значит что это означает
13:46
это означает что у нас электроны
13:52
выстраиваются то есть да не такая образная картинка как вот сейчас были вот эти все кружки Да и элекро там такие
13:59
болтаются надо понимать что это конечно не так на самом деле Вот они выстраиваются в такую
14:10
тетраэдрический
14:17
я рисую Да на плоскости здесь объём непонятен между ними всеми абсолютно
14:26
между всеми одинаковый угол 109° и сколько-то там минуток вот между ними
14:33
всеми если мы начнём попробуем представить себе это да в каком-то таком
14:40
виде то это будет будет выглядеть так что электронки располагаются вот
14:47
таким образом вот а теперь мы а углерода
14:56
углерода или просто сем то про углерод про углерод и про
15:02
конкретную вот эту версию когда четыре внешних электрона четыре сразу активных
15:09
каждый в своём возвращаемся к нашим к нашей теме к
15:17
углероду И сейчас мы немножко поговорим про решётку То есть как же выглядит тогда решётка
15:27
алмаза так Ну вообще её рисует вот таким
15:33
образом рисует
15:46
куб куб углерод располагается в каждой
15:57
вершине это
16:02
первое дальше в центре каждой грани тоже есть по атому
16:33
в центре Да вот каждой грани Е одре А да вот она которая Да
16:39
наша ещё на самом деле есть два не два даже
16:49
четыре я разделила этот кубик получилось на во кубиков да 1 2 3 4 и снизу также
16:59
И вот я беру один допустим верхний
17:05
кубик и в его центре ставлю ещё один по
17:14
диагонали такой же и снизу противоположные тоже
17:27
диагональные называется гране центрированный куб такая решётка Я понимаю что это
17:34
очень абстрактно да и трудно понять и запомнить Но к чему я
17:39
веду если мы себе м возьмём да вот один такой
17:46
кусочек то у нас как раз получится вот этот вот
17:52
Райдер даже не такой это Райдер Да немножечко он Ну ладно не будем не будем
17:58
путаться О чём это всё говорит это говорит нам о очень большой во-первых
18:05
плотности элементов Да и второй момент а большой уря упорядоченно вости вообще м
18:14
для чего вообще чем отличаются кристаллы от не кристаллов и какие Кто знает
18:19
кристаллы А кто знает не кристаллы чем вообще Они между собой отличается Ну Алмаз это кристалл они
18:27
плотность вот это риста то что у этих кристаллов она есть а у не кристаллов
18:33
оно как-то вот всё аморфном не кристаллы – Это что такое
18:38
Это стёкла причём стёкла бывают Как вот те которые у нас дома в окнах стоят А
18:44
бывают стёкла например которые образуются при извержении вулканов там
18:51
тоже такие обсидиан всякие вот это тоже стёкла у них абсолютно аморфные у них нету кристаллической решётки То есть у
18:57
кристаллов обязательно атомы стоят в порядке причём в определённом и вот эта
19:03
внутренняя структура на самом деле очень сильно проявляется во
19:10
внешних во внешнем габитус кристалла конечно идеальные кристаллы вот как
19:16
например вот у меня здесь вот такой вот я сделала макет октаедра это называется
19:21
Окта Потому что если мы посмотрим точе сверху снизу равносторонних
19:29
треугольника соответственно все углы тоже одинаковые это называется октаедр это
19:35
вот наиболее характерная форма роста Алмаза то есть чаще всего они
19:40
кристаллизуются именно вот такой форме Почему Потому что это является неким
19:47
отображением их внутренней структуры а внутренняя структура выглядит вот так то
19:52
есть в ней большой-большой порядок и когда минералоги
19:58
лись Да использовать это знание о внутренней
20:05
структуре чтобы однозначно определять камни была Вот такая Да выведена наука
20:11
кристаллография Когда мы можем по внешности того что мы нашли можем
20:17
определить какой какой кристаллографические
20:28
этого да у нас просто дано что во-первых мы используем куб куб – Это что значит это значит То что у него все углы 90°
20:36
правильно все углы то есть и этот и этот и этот все
20:43
три Альфа 1 равен Альфа 2 и равен Альфа 3 и все они равны
20:49
90° и ещё один момент я сказала что это куб и значит у него все стороны равны
20:56
тоже между собой тоже ра вот не 90 а то что Они между собой Все равны то есть а
21:02
равна B и равна C Вот такая формула относится к
21:08
кубической сингонии Ну понятно Да у нас одинаковые углы 90° у нас одинаковые
21:13
стороны относятся к кубической но далеко не все кристаллы такие то есть на самом деле довольно большое количество
21:20
кристаллов у которых вот эти параметры совершенно разные есть те у которых
21:26
может быть вообще ни один угол 90 но например две стороны могут между собой
21:31
быть равны есть такие у которых один угол 90° Ну при этом да углы и стороны
21:38
разные можете себе представить что это такое Да вот получается 20.000 комбинацию Нет ты знаешь получается
21:44
всего 32 формулы симметрии всего 32 именно вот в кристаллографии не очень
21:50
много То есть например да вот если у нас возьмём да тут неравные стороны
21:58
неравные углы Ну как Они между собой это вот эти параллельные
22:03
будут углы неравные А вот тут допустим по 90 это
22:10
всё у Алмаза Да нет это я сейчас общую канву даю у Алмаза только такой вариант
22:16
только такой и только такой это я просто рассказываю что есть вообще а то я сейчас вам скажу и вы решите что все
22:21
камни как алмазы ничего подобного то есть есть вот такие есть Ну обычно
22:26
Просто если решётку начина выглядит Да как какие-нибудь кривые параллелепипеды Да ну просто да мы
22:34
привыкли Так рисовать могут быть какие-то кривые параллелепипеды разные в
22:40
зависимости от этого у нас и кристаллы появляются разные То есть например кристаллы Кварц Они совсем не похожи на
22:46
Алмаза как бы потому что алмазы ещё раз они чем прилет всех Ну как ты видишь
22:52
такой красивый камень и на самом деле они на самом деле такие То есть у меня как бы был опыт поть разных
22:58
месторождений из из африканских из всех наших российских Они реально вот вот так вот выглядят идеальные камни что ещё
23:06
хотела сказать о решётке да что решётка ещё определяет такое свойство как
23:13
твёрдость Почему Да Алмаз такой твёрдый потому что очень-очень всё плотно Да и очень всё рядом но на самом деле тут
23:22
конечно идеально нарисовать не получается
23:29
Но на самом деле у него есть такие знаете как бы линии не знаю сейчас попробую
23:37
Попробую их обозначить а линии а ядерных таких
23:43
атомных концентратов то есть такая одна линия вот тут Вторая
23:49
линия То есть у меня знаете Я к чему хочу подвести Да если Алмаз такой твёрдый он самый твёрдый то как его
23:56
тогда обрабатывать Как вы думаете Алмазом Алмазом Да но всё правильно
24:03
алмазы нят алмазами но Каким образом если вот например а трёшь одинаковые
24:10
камни да то они как бы стираются А у Алмаза есть такое свойство анизотропия
24:15
твёрдости это значит То что он по разным направлениям у него твёрдость
24:20
различается в 10 раз то есть вот эти направления где очень много атомов они
24:26
будут очень твёрдые дере Да да да А есть такие срединные Да где атомов мало И
24:34
можно по ними аккуратненько да то есть по форме мы можем эти направления легко
24:40
найти То есть те кто огранки они отлично знают и мы можем по ним аккуратненько
24:48
скалывается всё знают и это всё вырастает из кристаллической рештки есть ещ ещ немножко время хоте
24:57
Значит сегодня ещё рассказать про элементы симметрии какие есть какие используются
25:04
в
25:11
кристаллографии первый элемент симметрии – это центр центр – это точка То есть если у
25:17
нас есть какой-то объект например такой скажем треугольник
25:23
и есть точка то как он через эту точку А вот мы строим
25:32
геометрические линии они по идее должны быть равные
25:38
между собой у нас получается вот такой вот
25:46
такой А нет не такой вот такой да то есть если тут была короткая сторона то она должна уйти на
25:53
другую сторону это называется центр симметрии
25:59
обозначается центр Как можно его Посмотреть например
26:07
вот на этой фигуре есть центр или нет Как вы думаете то есть вот я беру ставлю
26:13
вот треугольником вниз и смотрю что у меня сверху треугольник вверх
26:22
Видите вот тут треугольник вниз тут треугольник вверх значит у этой фигуры
26:27
есть центр симметрии если мы возьмём
26:32
тетрадерм влю его треугольничков вниз что мы видим сверху вершину вершину
26:40
треугольника нету значит центра нету возьму Ром
26:48
войде ставлю его вот ромбиком вниз Ну просто ромбиком ромбик сверху
26:54
появился появился значит у этого есть центр симметрии так это первый
27:01
элемент второй элемент – это
27:09
плоскость если у нас
27:14
есть допустим треугольник и есть у него между Ну тут в
27:22
общем такая стоит плоскость
27:28
нам надо чтобы он отразился через неё на эту
27:33
сторону какой он будет он будет Вот так пройдёт Вот
27:39
так и вот так
27:45
Да так или не так по-моему так Ну как отражение да то есть да у нас как бы две
27:52
стороны должно быть одинаковое абсолютно вот плоскость Да прошла соответственно обе стороны должны быть абсолютно
27:58
одинаковые это называется ф как
28:03
плоскость плоскость Давайте посмотрим возьмём
28:09
простое кубик есть у него плоскость как почитать
28:16
здесь стороны как бы а можно ещё да э чтобы формулу записать нам надо посчитать ещё И сколько
28:23
их сколько тут может быть плоскостей Как вы думаете и как они кстати
28:32
проходят нет нет ещё варианты Ну смотрите вот так
28:39
может вот так может проходить А вот так
28:44
может А вот так может Вот так да поделить тоже может да Интересно как то
28:52
есть у куба девять плоскостей И вот так может да у куба девять плоскостей есть это
29:00
очень симметричный То есть это самый высокий порядок вот как бы симметрии в
29:05
кристаллах конечно же там в мире я не знаю там ещё в чём-то Да может быть более
29:10
что-то может быть и что-то сложнее но мы говорим только про кристаллов А если вот мы
29:16
возьмём райдер в нём есть
29:22
плоскость можно Да вот так можно спокойно разделить Правильно же на
29:27
каждую такую сторону мы можем
29:34
разделить Вот а если мы возьмём
29:41
Райдер у него есть плоскости и у него есть да то есть у
29:48
каждой фигуры можно посчитать так это плоскость есть ещ одно
29:55
это такое у меня же доста ничего не
30:02
видному такая кристаллическая шка да то есть она самая Ну что
30:10
что да в ней очень большое плотность между собой они связаны очень хорошо вот
30:16
это вот Т другом больше такого нет Нет конечно есть есть похожие но ещё знаете
30:23
вот видимо здесь сам углерод даёт такой эффект то что именно углерод это же углерод То есть если например другое
30:30
что-то например да похожее кристаллическое Ну не совсем такая
30:35
допустим кубическая тоже решётка есть у гранатов у шпинели это тоже очень
30:42
твёрдый минералы то есть они прямо сразу знаете выделяются такие вот похоже если нарисовать вот также также похоже будет
30:49
похоже но они не самородные то есть они будут состоять не из одного вещества А например да из чего
30:56
Что такое шпинель это по-моему оксид марганца то есть марганца или магния магния оксид
31:03
магния то есть там будет два разных вещества Да и соответственно связь уже
31:10
будет другая а тут именно из-за того что это вот оно одно одно в себе оно начинает да такие как бы быть очень
31:17
равномерным вот у нас осталась
31:23
последняя элемент симметрии это плоскость не плоскость Извините
31:28
пожалуйста это ось ось симметрии вот у нас есть какой-нибудь
31:38
объект Ну давайте Вот такой у нас будет треугольник и теперь
31:44
А мы рассмотрим ось симметрии равная м двум два раза – Это значит что этот
31:52
треугольник при повороте должен совмести с собой два раза то есть мы поворачиваем
31:59
на 120° 120 и он с ним вместе
32:07
поворачивается в случае именно L2 очень похоже на предыдущий вариант на
32:14
плоскость Почему я сделала 120 не 120 Да
32:20
180 то есть ось второго порядка два раза по
32:26
180 180 градусо поворот ось третьего
32:32
порядка 120 ось четвёртого
32:38
порядка 360 на 4 90 и есть ещё ось
32:43
шестого порядка по 60градусов
32:50
вот можно сечас кого-нибудь посмотреть вот например Здесь
32:56
представте сейчас вот сюда провожу ось вот так вот и начинаю вращать вот у
33:03
меня одна грань была да Я поворачиваю на 120 вот опять она же да ещё раз на 120
33:10
вот опять она же и ещё раз на 120 совмещается с первой соответственно в
33:16
центре треугольника проходит ось третьего
33:22
порядка сколько таких осей здесь
33:27
четыре четыре Да столько сколько треугольников те люди которые постоянно этим занимаются описанием Да им уже как
33:34
бы формы сами подсказывают то есть видим треугольник Всё значит это должно быть ось третьего порядка Да и потом просто
33:42
Проверяем так Смотрим следующую фигуру Ну тут уже Конечно все такие
33:49
сложнее Ну ладно например Рамбо
33:55
эдер тоже если мы вот в острую вершинку посмотрим то тоже Увидим что из неё
34:02
выходят три ребра и считаем Вот у нас одна допустим грань Да повернули на 120
34:09
Опять она ещё раз на 120 Опять она ось третьего порядка и есть а теперь
34:17
посмотрим кубик Как вы думаете в нём какие есть
34:23
оси Ну форма нам Да подсказывает о ЧМ четв что обязательно из четвёртого
34:30
порядка она будет в центре проходить И если мы мы убедимся что четыре грани
34:35
правильно одинаковых причём таких осей будет 1Д Т три оси шесть граней По две три оси
34:46
получается Если мы теперь возьмёмся за вершину Какая ось через вершину проходит
34:54
одинаковые же грани посмотрите одинаковые значит какая
35:01
ось какого порядка третьего соответственно через каждые две вершины
35:07
будет проходить одна ось вершин у нас восем значит будет четыре осей третьего
35:13
порядка А если я возьмусь за ребро ребро такая тема да смотрите у
35:19
него по два раза Всё повторяется две вершино рядом И вот я начинаю
35:25
поворачивать раз вот вторая такая же грань ось
35:31
второго порядка вот так соответственно тоже можно посчитать их пытаться представить
35:38
А можно просто посчитать Сколько рёбер в кубе Сколько рёбер в
35:46
кубе 12 делим пополам на каждые два ребра одна ось получается шесть осей второго
35:54
порядка всё вот такое вот сегодня у нас введение было в кристаллографии Мы
36:00
немножко попре Деля элементы симметрии А завтра продолжим
36:07
всем петрография Петр – это камень наука о
36:14
камнях Ну о
36:19
[смех] минералах знаете ЕС пря сравнивать сами
36:24
дисциплины я пом что всегда смотрели шляхи то есть вот мелкие такие вот
36:29
совсем срезы А минералогия – это всё-таки Вот такие булыжники мы смотрели немножечко рядом это всё рядом да то
36:37
есть профессия одна минералка петрограф вот может быть какие-то ещё
36:44
вопросы по теме это мы сегодня ещё не коснулись
36:52
рештки графита она в общем В чём отличие да от Алмаза вроде всё рядом но немножко
36:59
между собой отличается Ладно всё заканчиваем Да
37:05
спасибо
