Синтетические камни: классификация и химический состав и формулы

Камни издревле наделялись людьми магическими свойствами. Считалось, что поистине богат тот, у кого больше драгоценных и натуральных камней. С течением времени от этого никуда не ушли. И сегодня имеющий большое количество великолепных разноцветных сияющих камушков — богатый человек.

Однако люди нашли применение и природным, натуральным камням. В умелых руках каждое чудо горной породы приобретает поистине величественный вид. Но что же представляет собой данный предмет с научной точки зрения? Камень — это вещество или тело? Из чего состоит и какими разновидностями представлен, как используется человеком и какие названия носит? Попробуем разобраться.

Камень — это вещество или тело?

Чтобы ответить на этот вопрос, следует вообще определиться, а что такое тела и вещества? Учителя с пятого класса на уроках природоведения детям отвечают на этот вопрос.

Телами принято называть все объекты живой и неживой природы. В то время как вещества — это как раз тот материал, из которого состоят тела. Эти понятия тесно взаимосвязаны. Если выстроить логическую цепочку, то она примет примерно следующий вид: тела — вещества — молекулы — атомы — более мелкие структуры в составе ядра.

По своей природе камни — это продукты горных пород, куски и обломки от них. Поэтому при ответе на вопрос: «Камень — это вещество или тело?» — следует обратить внимание на данный факт. Также следует учесть, что химическая природа горных пород разная, вещества, из которых они складываются специфичны и неодинаковы. Отсюда вывод: камни — это и вещества, и тела с точек зрения разных наук.

Из чего состоит материал?

Для изделий натурального происхождения характерна цельная однородная структура материала. Добываются камни в карьерах разных местностей, поэтому даже один и тот же материал может отличаться по цвету, характерному рисунку, свойствам, сохраняя принадлежность к определённой группе.

Из цельных пород высекаются разного размера брикеты, которые потом подвергаются разной обработке:

• шлифовке;
• обрезанию;
• глянцеванию и т. п.

При этом сохраняется природная фактура и орнамент, характерный для конкретной породы.

Стоимость обработанного материала очень высокая, причём цена монтажа одного квадратного метра практически соизмерима с затратами на сам камень. Это связано со значительным весом элементов, что затрудняет кладку, требует особых навыков и знаний.

Внимание

Натуральные декоративные камни обладают цельной однородной структурой с минимальным количеством дефектов или посторонних включений, что обеспечивает им высокую прочность, надёжность, отражающуюся в долговечности облицовки.

Классификация камней

Этот вопрос вообще долгое время оставался открытым, так как разные ученые интерпретировали его каждый по-своему. В итоге классификация камней была дана только много позже, уже в XX веке. В каждой стране она своя. Для России принято считать приемлемой систему, предложенную В. Я. Киевленко (1973 г.).

1. Драгоценные, или ювелирные. Примеры: рубин, сапфир, изумруд, алмаз, берилл, александрит, опал, циркон, лунный камень, аквамарин, топаз, турмалин, хризолит, аметист, бирюза, хризопраз, альмандин, розолит, шпинель, цитрин, демантоид, сподунит, пироп. Все они подразделяются на камни I, II, III и IV порядка.
2. Полудрагоценные, или ювелирно-поделочные. Примеры: горный хрусталь, агат, халцедон, янтарь, гематит, кахонит, раухтопаз, амазонит, лабрадор, шпаты, кварц, родонит, опал обыкновенный, белопорит, гелиотроп, розовый кварц. Все разделяются на элементы I и II порядка.
3. Поделочные. Примеры: мрамор, флюорит, селинит, кварцит, гранит, яшма, агальматолит, ганит, оникс, джеспляит, лиственит, гагат, обсидиан, оникс.

В более широком смысле все виды камней можно свести к трем группам:

• натуральные;
• искусственные;
• синтетические.

Такая классификация более химическая, так как искусственные и синтетические образцы получают лабораторными методами.

Классы камней, которые были перечислены выше, внутри себя также имеют определенные подразделения. Например, природные имеют свою особую классификацию и названия.

Оборудование

В зависимости от типа отделочного материала и компонентов для его изготовления потребуются разные наборы инструментов и подручных средств.

Для цементных камней и гипсовых плиток:

• форма — силиконовая или полиуретановая;
• ёмкость для смешивания раствора;
• ёмкость для воды, чтобы было удобно добавлять нужное количество;
• электрический миксер или дрель с винтообразной насадкой;
• кельма или шпатель для выравнивания раствора.

Для гибкого камня:

• инструменты для работы с жидким клеем;
• ножницы по металлу или обычные (в зависимости от марки и материала тканевого основания);
• небольшая ёмкость с дозатором для посыпания каменной пылью или крошкой;
• прочная пластина с ровной твёрдой поверхностью.

Совет

Все инструменты должны быть чистыми, без дефектов, тогда изделия получатся ровными, без изъянов.

Камни с химической точки зрения

Как уже отмечалось, по своей природе рассматриваемые элементы — это горные породы. Поэтому с химической точки зрения камень — это вещество. Состав определяется обычно сочетанием различных оксидов металлов и их солей.

Например, химический состав всем известных изумруда и рубина практически един — оксид алюминия AL2O3. Цвет же различается из-за разных примесей других элементов и поглотительной световой способности.

Можно назвать несколько химических групп соединений, лежащих в основе состава всех природных, в том числе драгоценных, камней:

• самородные элементы (алмаз — С);
• галогениды;
• сульфиды;
• оксиды;
• фосфаты;
• бораты;
• сульфаты;
• полевые шпаты;
• скаполиты;
• садолиты;
• карбонаты;
• силикаты;
• гранаты.

В каждой группе свои виды камней, исчисляющиеся сотнями разновидностей. Они способны отличаться не только по составу, но и по цвету, форме, размерам, прозрачности, плотности.

Химический состав или химическая формула базальта

Существует так называемый «усредненный химический состав» базальта — та самая «средняя температура по больнице». Точнее, диапазон. Тем не менее, ее рассчитывают, чтобы был некий шаблон или эталон базальта, на который можно ориентироваться или ссылаться.

Чем «состав» отличается от «химической формулы базальта»? Ну, химические формулы, во-первых, относятся к минералам, а не к горным породам, а во-вторых, сами химические формулы бывают двух видов: эмпирические и структурные.

Базальт колотый. Фото Теплоконтакт

Немного пояснений. Почему формулы применимы к минералам, а процентное содержание химсоединений — к горным породам? Потому что минерал обладает не только кристаллической решеткой, но достаточной однородностью состава, чего не скажешь о горной породе, в которой различные минералы соседствуют друг с другом… как изюм в тесте (если структура порфировая), как изюм и др. сухофрукты с орехами разных видов (если структура полнокристаллическая), ну и плюс то же самое, но различимое только под микроскопом.

Что касается формул эмпирических и структурных, то первые только указывают соотношение между присутствующими в минерале атомами разных элементов, тогда как структурная формула хоть как-то показывает соединение этих атомов между собой.

Пример: эмпирическая формула ортоклаза — K2Al2Si6O16, структурная — K2О Al2О3 6SiO2. Замечаете разницу? Количество атомов не изменилось, но во втором случае мы видим, как они структурно соединяются между собой.

Итак, химические формулы минералов вы найдете ниже, когда мы начнем говорить о минералогическом составе базальта, а пока вот таблица, в которой даны средние цифры процентного содержания тех или иных химсоединений в его составе:

Оксид	Содержание, %
SiO2	47—52
Al2O3	14—18
CaO	6—12
FeO	6—10
MgO	5—7
Fe2O3	2—5
Na2O	1,5—3
TiO2	1—2,5
K2O	0,1—1,5
P2O5	0,2—0,5
MnO	0,1—0,2

Таблица из Петрографического кодекса России (взята в Википедии)

Из таблицы понятно, что стандартный базальт не выходит за рамки указанных процентов, но в природе нет дискретности — всегда найдутся породы переходные между разными классами — по кислотности, по щелочности, по степени метаморфизма… Будет ли это все еще базальт или уже нет?

Физические свойства

С точки зрения науки физики, камень — это тело. А значит, и свойства для него характерны, как и для остальных подобных объектов: масса, температура плавления и кипения, плотность, цвет, вкус, запах и прочее.

Однако всем известно, что значительная часть камней не имеет вкуса, запаха, не способна плавиться, а только дробиться. Цвет же их настолько разнообразен, что загнать в общие рамки этот показатель просто невозможно. Палитра сияния драгоценных и полудрагоценных камней полная: от черного и белого до ярких синих, красных, зеленых, желтых и фиолетовых оттенков.

В целом же можно выделить несколько основных групп физических характеристик камней, как природных, так и искусственных (включая драгоценные).

1. Прочность и износостойкость. По данному показателю можно выделить прочные (гранит), средней (мрамор) и низкой прочности (туфы) образцы.
2. Плотность. Соответствует предыдущему показателю. Делятся на тяжелые — более 2200 кг/м3 и легкие — меньше этого показателя.
3. Водопоглотительная способность, которая определяется пористостью структуры.
4. Кислотоустойчивость. Самые стойкие — гранит и известняк. Достаточно легко рушится мрамор, так как вступает с кислотами в химическую реакцию.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что камень — это вещество или тело природного характера, отличающееся рядом физических и химических характеристик и имеющее большое практическое значение в жизни людей.

Месторождения

Мрамор добывается в глубоких шахтах или в разработанных карьерах.

В минералогии нет единого определения этого камня. Термином «мрамор» называются все горные породы, образующиеся из известняка, изменённого вследствие воздействия природных сил. Таких пород много, они похожи между собой, поэтому их отличают лишь по происхождению.

Группы по месту добычи:

• Каррарский. Месторождение находится в Альпах. Годовая добыча — около 1 млн тонн.

Каррарский мрамор — один из ценнейших сортов. Именно его использовал Микеланджело для создания своих знаменитых скульптур.

• Юрский находят в Баварии. Этот вид более плотный, чем другие. Оттенки: красноватый, бежевый, серо-голубой. Прожилки зелёные или белые. Уникальный рисунок камня получался из-за высокого процента окаменелостей биологических организмов (водорослей, кораллов, губок).

С точки зрения петрографии, это мраморный известняк, поскольку у него мелкозернистая структура и присутствуют окаменелости органического происхождения. К этому минералу более подходит название юрский мраморизованный известняк, которое применяется в российской геологии.

• Вал-ленфельз добывается также в Баварии. Имеет полную гамму серого цвета, белые пятна, чёрные и белые прожилки.
• Графенштейн. Особенность этого красновато-серого мрамора в том, что на его поверхности после полировки появляется яркий, чёткий узор с белыми, голубыми, серыми вкраплениями и муаровым отливом. Добывают его в Германии.
• Саянский. Добыча ведётся в горном массиве Саяны. Цвет камней — кремовый, розовый, белый.
• Уфалейский — серый камень с тёмными прожилками. Рисунок в виде полосок серо-голубого цвета. Используется эта порода в качестве облицовочного материала, из неё создают декоративные предметы. Место добычи — Урал.

Месторождения качественного мрамора есть в Крыму, Закарпатье, на Донбассе. В Узбекистане встречаются образцы камня высокого качества с уникальной расцветкой.

Белый мрамор добывают в Греции, Франции, Норвегии, США, Кубе, африканских странах. В России тоже есть его залежи, но часть их ещё не освоена.

На Урале находится более двадцати крупных месторождений мрамора, но добывают его только на девяти. В залежах присутствует серый, жёлтый, чёрный, розово-красный мрамор.

В Западной Сибири и на Алтае разведано более полусотни месторождений, но разрабатываются лишь три. Там добывают белый, сиренево-розовый, серо-кремневый мрамор.

Натуральные камни

Конечно, их слишком много, чтобы можно было охватить описанием все. Но самые распространенные, те, которые используются человеком наиболее часто, постараемся рассмотреть.

Внешне очень красивый и благородный вид имеет любой природный камень. Фото Стоунхенджа это прекрасно подтверждает. Даже несмотря на то, что такие образцы не имеют яркой окраски и сияния, они поражают своей величественностью и великолепием.

Как составляющие влияют на качество?

Многие уверены, что структура и состав искусственной отделки влияют на эксплуатационные качества материала. Утверждение ошибочно, поскольку прочность зависит от выдерживания рекомендуемой технологии производства, а не от используемых компонентов. Частицы песка, вспененного стекла, шарики керамзита, мраморная крошка и другие добавки в соотношении, которое не превышает норму, не делают материал менее прочным.

Аналогично не влияет тип поверхности – гладкая или рельефная. При этом стоит обработать её для повышения срока эксплуатации гидрофобизаторами. Тогда этот материал не будет бояться влаги, других неблагоприятных атмосферных влияний. Качество декоративного камня определяет его стойкость к излому. Если плитка легко крошится, то материал низкого качества, а лакокрасочные покрытия или другие способы влияния на долговечность отделки результата не принесут.

Для облицовки часто применяется декоративный камень, который бывает натурального или искусственного происхождения. Это прочный материал, который обеспечивает надёжную защиту несущим конструкциям. У искусственного камня меньше прочность, долговечность, чем у натурального, но при этом имеет массу других преимуществ — разнообразие цветов, форм и видов отделочных элементов, простота монтажа.

Разновидности

Можно выделить несколько популярных примеров природных камней, которые используются людьми в ландшафтном дизайне и строительном деле благодаря своей прочности, красоте и экологической чистоте.

1. Мрамор, который может быть разного оттенка и рисунка (слоистый или пятнистый). Издревле используется как камень для архитектурных сооружений. С химической точки зрения представляет собой карбонат кальция CaCO3.
2. Гранит. Является материалом для отделки пола, стен, облицовки зданий, создания невероятных произведений искусства (памятников, монументов и прочее). С химической точки зрения представляет собой сочетание полевых шпатов, кварца и темноцветных минералов.
3. Песчаник. Используется людьми для мощения тротуаров, строительства лестниц, закладки фундаментов. Используется еще с древности. Химический состав: кварц и полевые шпаты.
4. Травертин. Чрезвычайно плотный и крепкий камень, превосходящий мрамор по твердости. Также обладает хорошей морозостойкостью. Используется в строительстве наравне с гранитом и мрамором. Состоит из минералов карбоната кальция.
5. Туф. Красивый пористый камень, достаточно рыхлый. Используется для дизайнерского оформления садовых участков, облицовки зданий. Химическая природа — карбонат кальция, соединения кремния, вулканический пепел и слежавшаяся лава.
6. Яшма — красивый цветной камень, используемый для декоративных отделок и ювелирных изделий. Представляет собой смесь соединений кремния и оксидов железа.

Есть еще такие распространенные камни, как сланец, базальт, доломит, известняк и другие, которые находят широкое применение в строительном деле и вообще используются человеком. Природный камень, фото которого можно видеть в статье, один из самых популярных сегодня материалов для внутренней отделки помещений.

ПРИМЕНЕНИЕ

Серпентиновая шкатулка, украшенная золотом. Россия 10 x 8 x 6,5 см

Благодаря небольшой твёрдости и хорошей декоративности, на протяжении столетий змеевики использовали как поделочный и декоративно-облицовочный камень, в редких случаях — для резьбы по камню и изготовления камей. В Европе серпентиниты известны в качестве поделочного камня более 400 лет и использовались для изготовления столешниц и аптекарских сосудов.

В России змеевик издавна применялся для облицовки интерьеров в дворцах, в сочетании с другими видами цветных камней или металлом — для изготовления камнерезных изделий, а также флорентийской мозаики. В царских пригородных дворцах России — Гатчинском и Павловском — были сервизы художественной работы, вырезанные из змеевика, использовавшиеся в дворцовом обиходе.

Хризотил-асбест применяется как огнеупор, теплоизолятор, стойкий к щелочам материал. Наиболее ценнен асбест с длиной волокон >8мм, однако применяется и при длине

Змеевик — Серпентин (Serpentine) — X

2-3Si2O5(OH)4, где
X
= Mg, Fe2+, Fe3+, Ni, Al, Zn, Mn

Молекулярный вес
Происхождение названия	Серпентин был назван 1564 году Джоржем Бауэром от латинского слова «serpens» — «змеи» из-за окраски схожей со змеинной кожей
IMA класс	Силикаты

Искусственные камни: классификация

Такие структуры можно разделить на четыре основные группы:

• акриловые;
• полиэфирные;
• кварцевые агломераты;
• литьевой мрамор.

Главная особенность каждого из них — это то, что они созданы искусственно, человеком, а потому не встречаются в свободном виде в природе. Свойства их не уступают, а иногда и превосходят, таковык натуральных образцов.

Основные области использования — изготовление столешниц, моек, выкладка стен, пола, подоконников и прочих поверхностей.

Классификация гранитоидов по структуре зерна

Размер и строение зерен у разных видов камня отличается друг от друга.

На основании этого гранит бывает следующих видов:

• если размер зерна не превышает 2 мм — мелкозернистый;
• размер зерен до 5 мм — среднезернистый;
• крупнозернистый вид — больше 5 мм.

Камень мелкозернистой разновидности будет иметь самый высокий уровень противостояния механическим повреждениям. Для него характерно более равномерное истирание со временем, устойчивость к ветрам и высоким температурам. Мелкозернистая фракция — всегда самая дорогостоящая. Она практически не вбирает в себя воду и при этом отличается высокой устойчивостью к пожарам.

При строительстве домов нередко используется крупнозернистый вид гранита. Он более дешевый, поэтому после пожаров часто можно увидеть лестницы из гранита, которые растрескались и больше непригодны к использованию.

Камни в воде — виды и свойства

Морские камни — важный элемент декора для аквариумов, ванных комнат, оформления помещений в соответствующем стиле. Они очень красивы, разнообразны по форме, размерам и окраске, всегда привлекают внимание.

Какие виды подобных структур существуют?

1. Ракушечник. Природный камень, сформировавшийся в течении столетий из известковых отложений и ракушечных обломков водных обитателей океанов и морей. Имеет красивый молочный оттенок, подходящие для использования в строительстве характеристики. Широко используется в дизайнерской отделке помещений.
2. Жемчуг. Относится к натуральным морским камням за то, что является продуктом жизнедеятельности ракушечных моллюсков. Используется в ювелирном деле, очень высоко ценится за прочность, красоту и долговечность.
3. Кораллы. Также можно назвать их морскими камнями, ведь они со временем превращаются в очень прочные конструкции, сформированные известковыми минералами, кварцем и продуктами жизнедеятельности океанских обитателей — полипов. Очень разнообразны по окраске, являются самыми эффектными элементами в декорировании аквариумов. Используются в ювелирном деле.

То есть морские камни — это продукты животного происхождения, сформированные под влиянием соленой морской воды и живых организмов.

Явные достоинства акрилового камня для столешниц

Наибольшее распространение получает листовой акриловый камень. Он представляет собой массу, абсолютно лишенную пор и углублений. Идеально ровная и гладкая поверхность отличает искусственный камень от природного. Именно поры считают главным местом скопления загрязнений и распространения бактерий. Их отсутствие способствует значительному повышению гигиеничности полотна и его долговечности. Материал становится максимально удобным в обслуживании, поскольку любые загрязнения моментально можно удалить с поверхности, не прилагая каких-либо усилий. При обработке искусственного камня используют привычные нам средства бытовой химии. Обработка поверхности не влечет за собой образование разводов и пятен. Это означает, что акриловый камень — не лучшая среда для размножения микробов.

Такие качества позволяют использовать полотна при оформлении медицинских учреждений и детских комнат, где гигиеничность и простота очистки поверхности превращаются в наиболее важные характеристики материала.

Современные технологии позволяют выпускать искусственный камень в богатой цветовой палитре и придавать поверхности необходимую фактуру. Наибольшим спросом пользуются полотна, имитирующие натуральные материалы. Внимание дизайнеров, в свою очередь, приковано к фантазийным расцветкам акрилового камня. Такие листы позволяют воплощать в реальность наиболее смелые и неординарные задумки.

Стоимость акрилового камня оказывается на порядок ниже по сравнению с натуральными полотнами. Это легко объяснить несколькими причинами. Искусственный камень, в отличие от природного, выпускают в неограниченном количестве. Он не нуждается в трудоемких и затратных изысканиях, позволяющих доставать из недр планеты лишь небольшие пласты материала. Изготовление акрилового камня происходит на специальном оборудовании. Производитель самостоятельно задает размеры полотна его цветовую расцветку и декоративное решение. Продукт получает идеальные очертания и полностью готов для дальнейшего использования. Он не нуждается в сложной дополнительной обработке. Чтобы придать поверхности привлекательность и практичность, искусственный камень подвергают обычной шлифовке с последующим полированием. В интерьерах такие полотна выглядят стильно и дорого. Визуально их невозможно отличить от натурального покрытия.

Акриловый камень не является токсичным. Он абсолютно безопасен для человека и окружающей среды. Не меньшее значение обретает его гипоаллергенность и экологичность. При создании полотен производители используют лишь экологически чистое сырье.

Декоративные элементы и архитектурные формы, изготовленные из высококачественного акрилового камня, сегодня можно увидеть в большинстве ночных клубов, медицинских учреждений, торговых и офисных зданий. Искусственный камень прочно входит в нашу жизнь и превращается в основное украшение интерьера жилого пространства. Изготовленные из него изделия, обладают статусностью и функциональностью, передавая эти качества самому заведению. Это заставляет каждого человека задуматься над приобретением листов акрилового камня для оформления собственного дома.

Процесс добывания

Добывают природный камень повсюду и на всех материках. Обычно транспортировка обходится недешево (на стоимость оказывает влияние не только качество породы, но и метод добычи и затрат на перевозку: добывая камни Земли очень важно сохранить вид горной породы).

Поскольку натуральные камни обладают разной прочностью и твёрдостью, для их добычи используют разные методы и оборудование.

Для этого месторождение вскрывают, создавая вертикальную шахту, ведущую внутрь карьера. Многие страны используют буровзрывной способ и метод воздушной подушки: при помощи буров делают отверстие, закладывают заряд или закачивают воздух.

В результате порода распадается на куски (хоть эти способы дешёвые, ценные свойства породы теряются, потому как она сильно дробится, что ведёт к значительным потерям сырья). Более дорогим, хоть и эффективным методом является камнерезный: он позволяет добывать природный камень без особых потерь.

Размеры

Натуральные камни бывают разных размеров: самый большой камень – это скала (образуется после того, как разрушается гора, имеющая большое число трещин), за ним идут глыбы, блоки, монолиты и более мелкие камешки. Те, которые используют в строительстве, могут иметь как малые размеры, так и являться настоящими гигантами: большой камень нередко имеет размеры, превышающие 10 кубических метров (эти монолиты особенно ценны из-за сложности добычи и транспортировки). Большие камни, которые не имеют трещин, делят на:

• Блоки – большие камни прямоугольной формы, размер которых превышает десять кубометров, их используют при закладывании фундаментов, циклопической кладки, в монументальных памятниках;
• Монументальный – от 5 до 10 м3, из него изготавливают памятники, скульптуры, перекрытия;
• Уникальный – размер 2х1х1,5 м, из него создают памятники, скульптуры, колонны;
• Штучный – размер превышает 1 м3, изготавливают квадрыги, скульптуры, вазы, чаши, а также блоки, булыжники, бордюрный натуральный камень.

На этом классификация по размерам не заканчивается, например, высота валунов составляет от 20 см до 10 м, щебень имеет от 5 до 15 см, галька – от 1 до 10 см, а самыми маленькими считаются тонкие пластины (их используют для облицовки, в мозаиках и витражах) – от 1 до 10 мм.

Твёрдость породы

Ещё одной важной характеристикой каменных природных материалов являются такие свойства, как их прочность и долговечность, то есть способность сохранять свои качества вне зависимости от внешнего воздействия. По этому показателю натуральные камни делят на:

• Высокодолговечные – начинают разрушаться через шестьсот лет, к ним относят кварциты и мелкозернистые граниты;
• Долговечные – начинают крошиться через два столетия (крупнозернистые граниты);
• Относительно долговечные – разрушение начинается через сто лет (белый мрамор, плотный известняк, доломиты);
• Недолговечные – рассыпаться начинают уже через четверть века (цветной мрамор, пористый известняк, гипс).

Давая характеристику породе, учитывают также её структуру: размеры и форму минеральных зерен, степень кристаллизации, зернистость (насколько равномерно распределены минеральные зёрна и есть ли пустоты). Например, дабы узнать, какой камень долговечнее, достаточно посмотреть на его составные: мелкозернистая структура прочнее породы с крупными зёрнами или неравномерной структурой.

Большой камень, зернистая структура которого неравномерна, плохо устойчив к влияниям окружающей среды: различной величины зёрна минералов при смене температурного режима расширяются по-разному, из-за чего большие камни трескаются, а если в трещины попадает вода, натуральные камни продолжают разрушаться.