Теплопроводность горных пород и минералов, их плотность и теплоемкость

Теплопроводность, теплоемкость и температуропроводность первичных осадков и пород

В таблице представлены значения коэффициента теплопроводности, удельной теплоемкости и коэффициента температуропроводности первичных осадков и горных пород при комнатной температуре.
Свойства даны для следующих осадков и пород: осадки и образовавшиеся из них осадочные, метаморфические породы и руды: брекчия, конгломерат, гравий сухой, песчаный ил, песок сухой, влажный, нефтенасыщенный, кварцит, алеврито-глинистый ил, алевролит, глинистый ил, глина сухая, влажная, аргиллит, глинистый сланец, филлит, аспидный сланец, триполит (диатомит, диатомитовый трепел), глобигериновый ил, мел, известняк, мрамор, доломит, мергель, гипс, ангидрит, каменная соль чистая, сильвинит, руда мартитовая и магнетитовая, мартитовая джеспелитовидная, роговик магнетито-мартитовый, мартитовый, торф, уголь, графит.

Магматические и образовавшиеся из них метаморфические породы и руды: дунит, перидотит, пириксинит, серпинтинит, габбро, диорит, сиенит, гранит, базальт, андезит, трахит, обсидиан, пемза, диабаз, порфирит, кварцевый порфир, пегматит, туф, лава, сланец, кристаллический сланец, гнейс, амфиболит, эклогит, роговик, скарн, чарнокит, руда: серный колчедан, медный, густой вкрапленник, пирита в кварцы, штаффелит-магнетитовая, апатит-форстерит-магнетитовая, магнетитовая.

Ультрафиолетовая камера

Здесь следует отметить, что ультрафиолетовые волны очень опасны для глаз. Часто ультрафиолетовое излучение может быть использовано для анализа драгоценностей. Традиционно используются в геммологии две длины ультрафиолетовых волн:

• короткие (UVC) с длиной волны 254 нм;
• длинные (UVL) с длиной волны 365 нм.

В зависимости от длины волны, драгоценные камни могут оставаться инертными и не вызывать никаких явлений свечения, но могут также реагировать на одно или оба излучения.

Все эти сведения вкупе со стандартными анализами драгоценных камней могут дать ценную информацию.

Теплопроводность горных пород

В таблице указаны значения теплопроводности горных пород и минералов (среднее значение, минимальное и максимальное) при комнатной температуре в размерности Вт/(м·град).

Указана теплопроводность осадочных пород: аргиллит, глинистый сланец, глина, доломит, известняк, каменная соль, мел, песчаник, торф, уголь, ил, глина, песок.

Теплопроводность магматических пород: базальт, гранит, диабаз, лава, обсидиан, туф. Теплопроводность метаморфических пород: гнейс, кварцит, мрамор, сланец.

Теплопроводность горных пород изменяется в достаточно широких пределах. По значениям в таблице видно, что ее величина составляет от 0,07 Вт/(м·град) у торфа (осадочные породы) до 7,6 Вт/(м·град) у кварцита, относящегося к метаморфическим породам.

Бинокулярный микроскоп

Необходимый в геммологической лаборатории бинокулярный микроскоп позволит увидеть тонкости внутреннего мира драгоценного камня, даст сведения о природе, происхождении, качестве огранки и т.д.

Система освещения «Darkfield» даст максимальный контраст для наблюдения за включениями, поляризационные фильтры также выделят определенные включения (эти поляризационные фильтры позволят вам превратить ваш бинокулярный микроскоп в полярископ). Например, синий цветной фильтр позволит видеть изогнутые области ярко-желтого синтетического сапфира, изготовленного по методу Вернейля, которые в противном случае было бы трудно разглядеть.

Опорный зажим драгоценного камня очень полезен для перемещения минерала непосредственно под окуляром и поддержания его в таком положении, когда вы разглядели что-то интересное.

Более того, наблюдение в погружной ячейке между перекрещивающимися поляризационными фильтрами может выявить определенные включения или дефекты текстуры, которые иногда невозможно увидеть иначе, например, определенные кривые зоны в синтетических сапфирах, изготовленных методом Вернейля.

Плотность горных пород и минералов

В таблице даны значения плотности горных пород и минералов при комнатной температуре в размерности кг/м3.

Представлены значения плотности следующих минералов и пород: агат алебастр (карбонатный и сульфатный), алмаз, альбит, андезит, анортит, асбест, асбестовый сланец, базальт, берилл, бештаунит, газовый уголь, галенит, гематит, гипс, глина, гранат, гранит, доломит, известняк, известь гашеная, кальцит, кварц (плавленый, прозрачный, непрозрачный), кокс, корунд, кремень, магнетит, малахит, мел, мергель, мрамор, наждак, опал, пемза, песчаник, пирит, полевой шпат, порфир, роговая обманка, серпантин, сланец, слюда (белая, обычная, черная), соль каменная, тальк, топаз, торф сухой, торианит, торит, трогерит, турмалин, туф лавовый, уголь (антрацит, битуминозный), уранит (кальциевый, медный), флюорит.

Плотность горных пород лежит в диапазоне от 500 до 9325 кг/м3. Следует отметить, что средняя плотность горных пород составляет величину около 3,3 кг/м3. Наиболее плотным из представленных в таблице горных пород является минерал торианит — его средняя плотность равна 9325 кг/м3. К породам с наименьшей плотностью относятся торф и пемза — их средняя плотность равна 500 кг/м3.

Примечание: Будьте внимательны! Плотность горных пород и минералов в таблице указана в степени 10-3. Не забудьте умножить на 1000. Например, плотность алмаза равна 3010-3520 кг/м3.

Метод гидростатического взвешивания

Этот метод занимает много времени и сравнительно дешевле.

Метод гидростатического взвешивания

Сначала к гидростатическим весам подвешивают камень на тоненькой проволочке и замеряют его вес на воздухе. Затем погружают камень в воду и снова замеряют его вес. После взвешивания определяют водяной объём камня вычитанием из веса камня в воздухе вес камня в воде. После определения водяного объёма камня вычисляется плотность камня по следующей формуле P=M:V

• P — это плотность камня.
• M — это масса камня.
• V — это водяной объём камня который определяется вычитанием. V= взвешенная масса на воздухе -взвешенная масса в воде.

Теплоемкость горных пород и минералов

В таблице приведены значения массовой удельной теплоемкости горных пород и минералов при температуре от 73 до 1473 К в кДж/(кг·град).

Даны значения теплоемкости следующих минералов: андалузит, апатит, асбест, аугит, берилл, боракс, базальт, гипс, гнейс, гранит, графит природный, грунт (почва, земля), грунт лунный из Моря изобилия, доломит, каолин, лава вулканическая, малахит, слюда, тальк, шпинель, шеелит.

Источники: 1. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с. 2. Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Кожевников Д.А. Петрофизика (Физика горных пород): Учеб. для вузов. 2-ое изд. перераб. и доп. под редакцией доктора физико-математических наук Д.А. Кожевникова — М.: ФГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004, 368 с., ил. ISBN 5-7246-0295-4.

Камни, сделанные руками человека

Всё написанное выше относилось к природным камням. А теперь пора поговорить и об искусственных. Они могут быть стеновыми, дорожными и бортовыми. Сюда же следует отнести бетонную кровельную черепицу и тротуарную плитку, а также всевозможные отмостки, лестничные ступени и элементы дымоходов.

При производстве практически всех перечисленных камней и в России, и за рубежом используется строгие технические стандарты. Они регламентируют все основные характеристики — качество исходных материалов, размеры и форму сечения, физико-механические показатели (в том числе плотность бетонных камней).

Зависят эти требования от предполагаемых условий эксплуатации и имеющегося в наличии материала.

Рефрактометр

Это, пожалуй, самое эффективное устройство с точки зрения выводов. Показатель преломления остается одним из самых повторяющихся и воспроизводимых измерений в геммологии.

При использовании этого устройства для контакта между призмой (или рабочим столом) и исследуемым камнем требуется жидкость.

Эта жидкость является дийодметаном, насыщенным серой и другими соединениями.

Его токсичность еще больше, чем токсичность только дийодметана. Поэтому измерение индекса преломления должны проводиться в хорошо проветриваемых помещениях.

Монохроматический источник света, соответствующий D-линии натрия (желто-оранжевая часть белого света), является лучшим освещением для данного анализа и даст более точные измерения.

Однако индекс может быть определен белым светом путем фокусировки на оранжевом цвете спектра, который будет наблюдаться на шкале.

Индекс преломления не будет единственными данными, которые даст вам рефрактометр, так как он также даст вам информацию о двулучепреломлении, оптическом характере.

Контактная жидкость для рефрактометра

Жидкость, используемая для контакта между гранями анализируемого камня и призмой рефрактометра, должна иметь наивысший возможный показатель преломления.

Насыщение дийодметана (CH2I2) природной серой (S8) приводит к появлению жидкости с индексом преломления около 1.788. Осторожно, эта жидкость токсична при контакте, вдыхании и проглатывании.

Для получения жидкости с еще более высоким показателем преломления (около 1.810) на сайте SBG был представлен рецепт:

• Дийодметан 100 г.
• Тетрайодэтилен 25 г.
• Сера 15 г.

Внимание еще раз: эта жидкость токсична при контакте, вдыхании и проглатывании. Работайте в хорошо проветриваемом помещении со всеми мерами защиты, предусмотренными в паспортах безопасности материалов этих изделий.

UVC

Большинство алмазов (часто тип I) и их имитации полностью поглощают короткое ультрафиолетовое излучение (254 нм). Однако редкие алмазы типа IIa, IIb или некоторые имитации, такие как ниобат лития, прозрачны для UVC.

Цвет коричневых алмазов типа IIa может быть заметно улучшен (т.е. камень становится бесцветным) с помощью HPHT-обработки.

Таким образом, UVC будет простым шагом, который может поднять вопрос о возможной HPHT-обработке бесцветного алмаза.

Эта камера также может быть использована для различения натуральных бесцветных сапфиров от синтетических.

Для выполнения этого теста просто расположите камень на отверстии и закрепите его пастой «Rodico», закройте стык между камнем и отверстием, а затем поместите камень на УФ-лампу.

Если камень прозрачен для UVC, основание камеры (кремниевая пластина) станет зеленым, если нет, то останется инертным. Обратите внимание, что поглощение UVC (и, следовательно, прозрачность) связано с толщиной материала, через который он проходит.

Такой камень, как CZ (кубический цирконий), в зависимости от его толщины и/или условий наблюдения (окружающего освещения, остроты зрения наблюдателя и т.д.) может быть непрозрачным или слабо прозрачным.

Фильтры:

— Челси;

— Фильтр Hanneman для синтетических изумрудов;

— Фильтр Hanneman для танзанита;

— Интерференционный.

Фильтры – это мощные союзники, способные очень быстро оценить партию камней и дать стартовую точку при обнаружении синтетического камня.

Как и в случае с остальным оборудованием для анализа, не следует делать выводы до того, как вы подтвердите свои сомнения с помощью других измерений и других методов.

Синтетические изумруды, изготовленные в безводном растворе, через фильтр Челси становятся ярко-красными, в то время как природные изумруды, как правило, темно-красные.

Но будьте осторожны, иногда некоторые природные изумруды могут выглядеть ярко-красными, а некоторые синтетические изумруды, особенно изумруды гидротермального процесса, могут выглядеть темно-красными.

Эти оттенки красного обычно связаны с количеством хрома и/или интенсивностью красной флуоресценции, которую дает камень.

Спектры, получаемые интерференционным фильтром с длиной волны 486 нм, видны через портативный дифракционный решетчатый спектроскоп (вверху) и через портативный призменный спектроскоп (внизу).

Польза для геммологии:

Иногда в литературе приводятся значения «дисперсии драгоценного камня». Оно часто дается как «B-G».

Примечание: В и G представляют собой названия конкретных линий, которые появляются в солнечном спектре (Фраунгоферовы линии). Каждая из этих линий соответствует определенной длине волны (а иногда и нескольким).

Существуют и другие линии, названные буквой в силу их большей интенсивности в солнечном спектре:

• Линия В на 686,7 нм: глубокий красный.
• Линия С на 656,3 нм: красный.
• Линия D на 589 нм: желто-оранжевый.
• Линия E на 527 нм: зеленый.
• Линия F на 486,1 нм: светло-зелёный.
• Линия G на 430,7 нм: синий.
• Линия H на 410 нм: фиолетовый.

Таким образом, «дисперсия B — G» указывает на разницу между показателями преломления материала, измеренными длинами волн, соответствующими линиям B и G.

Лупы

Лупа похожа на третий глаз у геммолога, он никогда не расстается с нею.

Первым анализом остается анализ с помощью лупы, которая дает информацию о включениях, поверхностях граней и т.д.

Контраст происходит от того, что внутренняя часть камня освещена, в то время как камень наблюдается на матовом черном фоне. В полевых условиях «лупа темного поля» с фонариком станет первоклассным инструментом для эффективной визуализации включений.

Лупы должны быть ахроматическими (не меняющими цвета) и апланатическими (не искажающими просматриваемый объект). Триплеты – лучший выбор для достижения результата.

Обычным выбором геммологов является 10-кратное увеличение.

Полярископ

Полярископ позволяет очень быстро и эффективно анализировать оптический характер драгоценного камня, независимо от того, является ли он грубым или ограненным.

Этот прибор, основанный на явлении поляризации света различными кристаллическими сетями камней, действительно позволяет определить:

— принадлежит ли камень к кубической системе или является аморфным веществом;

— принадлежит ли камень к другим кристаллическим системам;

— микрокристаллизуется ли камень (например, халцедон);

— содержит ли он внутреннее напряжение (например, гранаты, стекло и т.д.).

Твердость

Тест на твердость, обычно используемый на камнях, иногда может привести к правильным выводам. Например, если образец материала не царапается топазом, а только корундом, твердость будет порядка 8,5 (между 8 и 9). Затем мы можем поискать, какой материал имеет твердость 8,5 (например, синтетический оксид циркония).