Исследовательская работа Удивительный мир кристаллов - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Исследовательская работа «этот удивительный мир. Необычные цветы... 1 175.61kb.
"Удивительный мир Вселенной" 5 класс 1 93.37kb.
«окружающий мир» Исследовательская работа в рамках недели чтения... 1 41.15kb.
Исследовательская работа «Путешествие в мир фракталов» 1 118.26kb.
Исследовательская работа. «Хобби разных поколений» 1 104.44kb.
Выращивание кристаллов поваренной соли Выращивание кристаллов медного... 1 92.06kb.
Научно-исследовательская работа. Научно-исследовательская работа... 1 18.88kb.
Вторичная структура кристаллов: проблемы кристаллобразования и роста... 1 66.21kb.
Вторичная структура кристаллов: проблемы кристаллобразования и роста... 1 65.63kb.
Удивительный мир насекомых. Истории-заметки 1 139.42kb.
Инструкционная карточка «Выращивание кристаллов» 1 42.36kb.
Устный журнал «Ломоносов великий ученый» 1 92.17kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Исследовательская работа Удивительный мир кристаллов - страница №1/1

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Дороховская средняя общеобразовательная школа»

Исследовательская работа

Удивительный мир кристаллов

Выполнил: ученик 6 класса

Колышкин Егор Владимирович

МОУ «Дороховская СОШ»
Руководитель: Конькова Людмила Петровна,

учитель химии и биологии

МОУ «Дороховская СОШ

п. Дорохово

2013 год

Содержание



Краткая аннотация




Введение

4

Глава I. Теоретическая часть.

7

§1. Происхождение термина «кристалл» .

7

§ 2. Структура кристаллов.

8

§ 3. Виды кристаллов.

11

§ 4. Строение кристаллов.

12

§ 5. Применение кристаллов.

13

§ 6. Способы выращивания кристаллов.

16

Глава II. Практическая часть

21

Заключение

24

Литература

26

Приложение





Краткая аннотация
Исследовательская работа «Мир кристаллов» выполнена Колышкиным Егором – учеником 6 класса МОУ «Дороховская СОШ». Кристаллы встречаются повсюду. Они разнообразны, красивы, загадочны.
Мне захотелось побольше узнать о том, какие бывают кристаллы, как они образуются, чем отличаются, и попытаться самому вырастить это маленькое чудо; работа была очень трудоемкой, и из-за этого она становилась еще увлекательнее, потому что в конечном итоге ты сможешь оценить свой труд. Я предположил, что условия, в которых растут кристаллы, должны влиять на их рост и форму, и решил проверить это на опыте.

Найти ответы на данные вопросы и является целью проекта. В ходе исследования изучена история появления термина «кристаллы», многообразие и строение кристаллов, их применение , способы выращивания кристаллов, научился на практике выращивать кристаллы и, проведя опрос обучающихся, выявил, что эта тема является актуальной на сегодняшний день.

Считаю, что представленная информация будет интересна и полезна большому количеству слушателей, которые смогут применить полученные знания для проведения исследований.

В заключении работы сформулированы рекомендации по выращиванию кристаллов из солей.


Введение


Обоснование выбора темы проекта и ее актуальность:

"Почти весь мир кристалличен. В мире царит кристалл и его твердые, прямолинейные законы".

Академик Ферсман А.Е.

Всё началось с подарка на Новый 2012 год:  я получил научно-познавательный набор «Выращивание кристаллов». Возникло много проблемных вопросов: 

– Что такое кристаллы?

– Какие они могут быть?

– Почему они растут?

– Чем их нужно «кормить», чтобы быстрее росли?

– Возможно ли вырастить кристаллы в домашних условиях?

Из книг я узнал, что кристаллы получают в лаборатории, но бывают они и в природе. Например, снежинки, морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев. Многие кристаллы – продукты жизнедеятельности организмов. Способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр, обладают некоторые виды моллюсков. Через 5-10 лет образуется жемчуг. Кристаллами являются алмазы, рубины, сапфиры и другие драгоценные камни. За сутки в лаборатории можно вырастить кристалл соли массой около одного килограмма. Кристаллы встречаются нам повсюду. Люди ходят по кристаллам, строят из кристаллов, обрабатывают кристаллы на заводах, выращивают кристаллы в лабораториях и в заводских установках, создают приборы и изделия из кристаллов, широко применяют кристаллы в технике и в науке, едят кристаллы, лечатся кристаллами, находят кристаллы в живых организмах, проникают в тайны строения кристаллов, выходят на просторы космических дорог с помощью приборов из кристаллов и растят кристаллы в космических лабораториях. Кристаллы различны по строению, размерам, форме, качеству. Они обладают оптическими и механическими свойствами, именно поэтому первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Кристаллы до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов. Кристаллы широко применяются в науке, промышленности, оптике, электронике. Они сыграли важную роль во многих технических новинках XX века. Кроме того, кристаллы можно выращивать из раствора. Это удивительное свойство кристаллических тел!

Меня очень заинтересовала эта тема, и я решил изучить кристаллы и вырастить их из солей в домашних условиях и в условиях школьной лаборатории.

Цель исследования:

  Познакомиться с разнообразием кристаллов, вырастить кристаллы из растворов солей и сравнить их свойства, определить условия для выращивания кристаллов.

Реализацию цели я планирую через следующие задачи


  1. Изучить литературу по данной теме;

  2. Изучить способы выращивания кристаллов в лабораторных и домашних условиях;

  3. Познакомиться  и использовать необходимые меры безопасности и защиты при проведении эксперимента;

  4. Вырастить кристаллы различных веществ  из растворов;

  5. Изучить условия образования кристаллов разных веществ, их формы, цвета;

  6. Проанализировать полученные результаты;

Предмет исследования: кристаллы.

Объект исследования: условия для выращивания кристаллов.

Гипотеза исследования:

  Предположил, что кристаллы из соли могут появляться при создании определенных условий и значит, если изменять условия кристаллизации и растворять различные вещества, то можно получать кристаллы разной формы и цвета.



Методы исследования:

  1. Изучение литературы.

  2. Проведение эксперимента.

  3. Наблюдение.

  4. Анализ полученных результатов и соотнесение его с гипотезой.

  5. Анкетирование друзей.

Данная работа носит как теоретический, так и прикладной характер, так как изучались не только способы выращивания кристаллов, но и были выращены кристаллы, получены навыки проведения химических опытов, изучены правила для безопасного проведения эксперимента, оказания первой помощи в результате несчастного случая (Приложения 1,2). Выращивание кристаллов, по истине, увлекательное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и недорогое для большинства начинающих химиков, максимально безопасное с точки зрения ТБ, что немаловажно для тех, кто проводит эксперименты дома. Тщательная подготовка и выполнение оттачивают навыки в умении аккуратно обращаться с веществами и правильно организовывать план своей работы. А также неотъемлемой частью нашей жизни стали приборы на основе жидких кристаллов, поэтому эта тема актуальна для современного человека.



  1. Теоретическая часть.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КРИСТАЛЛАХ И ИХ СВОЙСТВАХ

§ 1. Происхождение слова «кристалл»

Прежде чем провести свои практические исследования, я должен был узнать, что из себя представляют кристаллы, какие у них свойства. Поэтому я обратился к теоретическим источникам в этой области. Для этого я использовал ресурсы Интернета и книги.

Интересно происхождения слова «кристалл» (оно звучит почти одинаково во всех европейских языках). Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали – «кристаллос» (то есть – лед); это слово происходит от греческого «криос» – холод, мороз. В то время учёные предположили, что лед, находясь, длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять.

Один из самых авторитетных античных философов Аристотель писал, что «кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту». Римский поэт Клавдиан в 390 году то же самое описал стихами:

Ярой альпийской зимой лед превращается в камень.

Солнце не в силах затем камень такой растопить.

Аналогичный вывод сделали в древности в Китае и Японии – лед и горный хрусталь обозначали там одним и тем же словом. И даже в 19 веке поэты нередко соединяли воедино эти образы:

Едва прозрачный лед, над озером тускнея,

Кристаллом покрывал недвижные струи.

А.С.Пушкин. К Овидию.

Представление древних людей о кристаллах было похоже на легенды. Кристаллы наделялись множеством таинственных свойств: исцелять от болезней, предохранять от яда, влиять на судьбу человека.

Многие кристаллы идеально чисты и прозрачны, как вода. Недаром существуют выражения: «прозрачный, как кристалл», «кристально чистый».

Первоначально главную особенность кристалла видели в его прозрачности,  и это слово употребляли в применении ко всем прозрачным природным твердым телам. Позднее стали изготавливать стекло, не уступавшее в блеске и прозрачности природным веществам. Предметы из такого стекла тоже называли «кристальными». Еще и сегодня стекло особой прозрачности называется хрустальным, «магический» шар гадалок – хрустальным шаром. Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани. В конце 17 века было подмечено, что имеется определенная симметрия в их расположении. Было установлено также, что некоторые непрозрачные минералы также имеют естественную правильную огранку и что форма огранки характерна для того или иного минерала. Возникла догадка, что форма может быть связана с внутренним строением. В конце концов, кристаллами стали называть все твердые вещества, имеющие природную плоскую огранку.

§ 2. Структура кристалла

Нередко на земле находят камни такой формы, как будто их кто-то нарочно вырезал, отшлифовал и отполировал. Правильная форма этих многогранников, безукоризненная плоскость их гладких, блестящих граней поражает нас. Такие камни с природной, т. е. сделанной не руками человека, многогранной формой называют кристаллами. Кристаллы льда и снега – звёздочки снежинок, а также кристаллы прозрачного кварца – горного хрусталя – еще с незапамятных времён привлекали к себе внимание людей.

Кристаллы очень разнообразны и по величине, и по форме. Одни из них – маленькие, узкие, острые, как иголки; другие - как столбы, достигают нескольких метров в длину; бывают кристаллы в виде лепестков тоньше листа бумаги и в виде пластов в метр толщиной. Существуют особые формы кристаллов: иглы, перья, ветки, цветы, деревца и т.п.

Раньше кристаллы считали редкостью, «игрой природы», и люди совсем не знали их строения. Но когда были, изобретены лупа и микроскоп, новый мир раскрылся перед людьми. Посмотрите в лупу на свежий излом гранита, мрамора, песчаника. Эти породы тоже состоят из кристаллов, только очень мелких и тесно соприкасающихся друг с другом. Все металлы сложены из кристаллов. Блестящие и ровные грани кристаллов выглядят так, как будто над ними поработал искусный шлифовальщик. Отдельные части кристалла повторяют друг друга, образуя красивую правильную форму.

Приглядевшись, например, к выращенным кристаллам соли внимательно, мы видим, что они построены из «кирпичиков», плотно приложенных друг к другу. Разбив кристалл, мы можем наблюдать, что он разлетится на кусочки разной величины. Рассмотрев их внимательно, обнаружим, что эти кусочки имеют правильную форму, вполне подобную форме большого кристалла – их родителя. Для кристаллов поваренной соли типична форма кубиков.

Кристаллы – это твердые тела, в которых мельчайшие частицы (атомы, ионы или молекулы) занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму. Например, крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие между собой прямые углы. Если рассмотреть с помощью лупы или микроскопа крупинки соли, то можно заметить, что они ограничены плоскими гранями. Наличие таких граней – признак нахождения в кристаллическом состоянии.

А как геометрически правильна форма снежинки! В ней также отражена геометрическая правильность внутреннего строения кристаллического тела – льда.

Науки, изучающие кристаллы:



  1. Кристаллография изучает идеальные кристаллы c точки зрения законов симметрии и сопоставляет их с кристаллами реальными.

  2. Структурная кристаллография занимается определением внутренней структуры кристаллов и классификацией кристаллических решеток.

  3. Кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов.

  4. Кристаллохимия изучает закономерности образования кристаллов из различных веществ и в разных средах.

Заметной вехой в истории кристаллографии явилась книга, написанная в 1784 Ренэ-Жюстом Гаюи (французский минералог, создатель научной кристаллографии). Он выдвинул предположение, что кристаллы возникают в результате правильной укладки крохотных одинаковых частиц, которые он назвал «молекулярными блоками». Гаюи показал, каким образом можно получить гладкие плоские грани кальцита, укладывая такие «кирпичики». Различия в форме разных веществ он объяснил разницей, как в форме «кирпичиков», так и в способе их укладки.

Со времен Гаюи было принято как гипотеза, что в правильной форме кристалла находит отражение упорядоченное внутреннее расположение частиц, но это было подтверждено лишь в 1912, когда Макс фон Лауэ (немецкий физик, лауреат Нобелевской премии по физике в 1914 году)  в Мюнхене установил, что рентгеновские лучи  изменяют своё направление на атомных плоскостях внутри кристалла. Падая на фотографическую пластинку, лучи создают на ней геометрический узор из темных пятен. По положению и интенсивности таких пятен можно рассчитать размеры структурной единицы и определить расположение атомов в ней.

Кристалл – однородное твердое тело, мельчайшее составляющее которое – атомы, расположенные в строгом порядке и образуют кристаллическую решетку. Большинство минералов поражают своей красотой.  Так же, как и цвет, блеск – один из параметров определения минералов. Самыми распространенными определениями блеска являются алмазный блеск, стеклянный блеск, матовый. Кристаллы, выращенные мною, так же имеют красивый  блеск.

§ 3. Виды кристаллов

Кристалл обладают особыми свойствами. Кристаллические твердые вещества встречаются в виде отдельных одиночных кристаллов - монокристаллов - и в виде поликристаллов, представляющих собой скопление беспорядочно ориентированных мелких кристалликов - кристаллитов, иначе называемых (кристаллическими) зернами.






Монокристаллы

Поликристаллы

1. Медный купорос

безымянный

друза медного купороса

2. Поваренная соль

кристалл хлорида натрия.


соль




Кристаллы бывают разной формы.

id16060_w190


21


Иногда образуются дендриты - это кристаллы, похожие на веточки дерева; очень хрупкие, но очень красивые.  

photobucket


photobucket

Многие кристаллы имеют очень интересную структуру. Существует даже специальный Минералогический музей, посвящённый дендритам и драгоценным камням.

Кристаллы бывают различными по размерам. Многие из них можно увидеть только в микроскоп. Но встречаются гигантские кристаллы массой в несколько тонн. Разнообразие кристаллов по форме очень велико. Кристаллы могут иметь от четырех до нескольких сотен граней.

Следует различать идеальный и реальный кристалл. Идеальный кристалл является, по сути, математическим объектом, имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани и так далее.

Реальный кристалл всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Реальный кристалл не обязательно обладает кристаллографическими гранями и правильной формой, но у него сохраняется главное свойство — закономерное положение атомов в кристаллической решётке.

§ 4.  Строение кристаллов

Для описания атомно-кристаллической структуры веществ используются представления о трехмерной пространственной кристаллической решетке. Следует различать понятия структура кристалла и пространственная решетка. Структура - это физическая реальность, а пространственная решетка - геометрическое построение, помогающее выявить законы симметрии структуры кристалла. Симметрия является очень важным геометрическим свойством твердых тел. По выражению известного русского кристаллографа Е. С. Фёдорова (1853-1919), «кристаллы блещут симметрией». Все кристаллы симметричны. Это значит, что в каждом кристаллическом многограннике можно найти плоскости симметрии, оси симметрии, центр симметрии или другие элементы симметрии так, чтобы совместились друг с другом одинаковые части многогранника. Все элементы симметрии повторяют одинаковые части фигуры, все придают ей симметричную  красоту и завершенность.

Кристаллическая решётка – трёхмерное расположение атомов, ионов или молекул в кристаллическом веществе. Иногда этот термин употребляется в более узком смысле для обозначения схематических рисунков, воспроизводящих взаимное расположение атомов, ионов или молекул.  В зависимости от природы частиц различают атомные, молекулярные, ионные, и металлические кристаллические решетки. Элементарная ячейка, в общем случае представляет собой косоугольный параллелепипед.  Каждый атом в кристалле связан с определённым числом соседних атомов и располагаются они опять-таки в определённом порядке. Для каждого кристалла это число и порядок всегда постоянны. Но некоторые вещества имеют не одну, а две, три или даже больше кристаллических форм, конечно тоже строго определённых. В зависимости от того, как расположены его атомы, он становится либо алмазом - красивым, прозрачным, самым твёрдым на свете камнем, либо серовато – чёрным мягким графитом, который вы видите в карандаше.

В зависимости от типа кристаллической решетки, кристаллы делятся на 4 группы: ионные, атомные, молекулярные, металлические.


§ 5. Применение кристаллов

Однажды в пустыне Сахаре нашли развалины древнего города, в котором все постройки оказались сложенным из глыб каменной соли! В этой местности ничего не было, кроме песка и соли. Из песка дом не построишь, вот и пришлось строить из кристаллов соли. У нас такой город растаял бы в первый же дождливый день. Но в Сахаре дождей почти не бывает, и поэтому соляной город простоял там несколько сот лет.

Некоторые живые организмы оказываются настоящими «фабрикатами» кристаллов: кораллы образуют целые острова, сложенные из мельчайших кристаллов солей кальция. Нет такого места на Земле, где бы не было кристаллов.

Применения кристаллов в науке и технике очень многочисленны и разнообразны. Приведу несколько примеров.

Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Применение изготовления генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи.

Алмаз. Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. В граверных инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла вставлены алмазные острия. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом. Наиболее ответственные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.

Корунды. Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. Кроваво-красный рубин и лазорево-синий сапфир - это один и тот же минерал - корунд, оксид алюминия. Разница в цвете возникла из-за очень малых примесей.

Скромный, невзрачный бурый  корунд, непрозрачный, мелкий  - наждак, которым чистят металл, из которого делают наждачную шкурку. Корунд со всеми его разновидностями - это один из самых твердых камней на Земле, самый твердый после алмаза. Корундом можно сверлить, шлифовать, полировать, точить камень и металл. Из корунда и наждака делают точильные круги и бруски, шлифовальные порошки.

Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона.

Новая жизнь рубина - это лазер или  оптический квантовый генератор (ОКГ). В 1960г. был создан первый лазер на рубине. Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц.

Мощный луч лазера громадный мощностью. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. Эти функции выполняет твердый лазер, где используется рубин, гранат с неодитом. В глазной хирургии применяется чаще всего неодиновые лазеры и лазеры на рубине.

Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов. Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую промышленность.



Кварц. Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон — все это разновидности кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца - это и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.

Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические заряды. Это - пьезоэлектрический эффект в кристаллах. Пьезоэлектрические кристаллы широко применяются для воспроизведения, записи и передачи звука.



Поляроид. В технике также нашел своё применение поликристаллический материал поляроид. Поляроид - это тонкая прозрачная пленка, сплошь заполненная крохотными прозрачными игольчатыми кристалликами вещества, двупреломляющего и поляризующего свет. Все кристаллики расположены параллельно друг другу, поэтому все они одинаково поляризуют свет, проходящий через пленку. Поляроидные пленки применяются в поляроидных очках. Поляроиды гасят блики отраженного света, пропуская весь остальной свет. Они незаменимы для полярников, которым постоянно приходится смотреть на ослепительное отражение солнечных лучей от заледеневшего снежного поля. Поляроидные стекла помогут предотвратить столкновения встречных автомобилей, которые очень часто случаются из-за того, что огни встречной машины ослепляют шофера, и он не видит этой машины. Если же ветровые стекла автомобилей и стекла автомобильных фонарей сделать из поляроида, причем повернуть оба поляроида так, чтобы их оптические оси были смещены, то ветровое стекло не пропустит света фонарей встречного автомобиля, "погасит его". Перечень  применения кристаллов  достаточно длинен и непрерывно растет.

§ 6. Способы выращивания кристаллов

Кристаллы могут расти как в природе, так и в искусственных условиях. Кристаллизацию можно вести разными способами:


  • Охлаждение насыщенного горячего раствора или расплава.горные породы

  • Постепенное удаление воды из насыщенного раствора.

  • При конденсации паров.


1 способ: Именно из-за охлаждения миллионы лет назад на Земле появились многие минералы. «Раствором» для этого «опыта» служила магма – расплавленная масса горных пород в недрах Земли. Поднимаясь к поверхности из раскалённой глубины, магма охлаждалась. И в результате этого охлаждении, которое могло длиться не одну тысячу лет, образовались те самые минералы, по которым мы ходим, на которые взбираемся. Процесс этот очень длительный.поваренная соль

2 способ: При испарении («высыхании») вода превращается в пар и улетучивается. Но растворённые в воде химические вещества не могут испариться вместе с ней и оседают в виде кристаллов. Самый простой пример – соль, которая образовывается при испарении воды из соляного раствора. И в этом случае, чем медленнее испаряется вода, тем лучше получаются кристаллы. Именно по такому способу я выращивал свой кристалл.

3 способ: Кристаллы могут также расти при конденсации паров – так получаются снежинки и узоры на холодном стекле. 563110_normal_700

При использовании всех способов наилучшие результаты получаются, если используется затравка – небольшой кристалл правильной формы, который помещают в раствор или расплав. Таким способом получают, например, кристаллы рубина. Выращивание кристаллов драгоценных камней проводят очень медленно, иногда годами. Если же ускорить кристаллизацию, то вместо одного кристалла получится масса мелких. (Так у меня и получилось).



В искусственных условиях кристаллы выращивают из раствора или из расплава и даже из газовой среды. В искусственных условиях кристаллы выращивают из раствора или из расплава.


Выращивание кристаллов из раствора

Выращивание кристаллов из расплава

медный купорос1

алмаз3

ограненный сапфир

Медный купорос

Алмаз

Сапфир

кристаллы из первого опыта (1)

берилл

кварц

крупная5

Поваренная соль

Берилл

Кварц

алюминиевые квасцы

гранат1

изумруд 1

Алюмоаммонийные квасцы

Гранат

Изумруд




рубин




Рубин

Соль - это уже кристаллическое соединение, растворимое в воде. Каждая соль имеет различную растворимость, но показатель растворимости меняется при изменении температуры.

Выращивание кристаллов в домашних условиях производят разными способами. Например, охлаждая насыщенный раствор.

С понижением температуры растворимость веществ уменьшается (в основном, это касается безводной соли), и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши, которые затем увеличиваются.

Выращивание кристаллов в домашних условиях. Что нужно знать!


Выращивание кристаллов - процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества образуют кристаллы различной формы, а некоторые их вовсе не образуют; что надо сделать, чтобы они получились большими и красивыми.
Если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой кристалл (или монокристалл, например, при выращивании искусственных камней), если быстро — то множество мелких (или поликристалл, например металлы).
Выращивание кристаллов в домашних условиях производят разными способами. Например, охлаждая насыщенный раствор. С понижением температуры растворимость веществ уменьшается (в основном, это касается безводной соли), и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей (скажем, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллики правильной формы. При быстром охлаждении возникает много мелких кристалликов, почти никакой из них не имеет правильную форму, ведь их растёт множество, и они мешают друг другу.

Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом - постепенным удалением воды из насыщенного раствора. И в этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получается результат. Оставьте открытым сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок, накрыв его листом бумаги, — вода при этом будет испаряться медленно, и пыль в раствор попадать не будет. Растущий кристаллик можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристаллик периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. Даже если исходный кристаллик имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все свои дефекты и примет форму, свойственную данному веществу, например, превратится в октаэдр, если используете соль хромокалиевых квасцов, ромб - если используете медный купорос.

Выращивание кристаллов - процесс занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей.

Но к сожалению есть некоторые особенности их хранения (конечно каждая соль и вещество имеют свои особенности). Например, если кристаллик квасцов оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нём воду, превратится в невзрачный серый порошок. Чтобы предохранить его от разрушения, можно покрыть бесцветным лаком. Медный купорос и поваренная соль - более стойки и можно смело с ними работать.

Выращивать кристаллы можно из разных веществ: например из сахара, даже каменные - искусственное выращивание камней, с соблюдением строгих правил по температуре, давлению, влажности и других факторов (искусственные рубины, аметисты, кварц, цитрины, морионы).

В домашних условиях, конечно, всего этого у нас не получится, поэтому поступим другим образом. Будем выращивать кристаллы соли. У всех у нас есть дома обычная пищевая соль (как наверное, знаете, что её химическое название хлорид натрия NaCl). Подойдёт и любая другая соль (соль - с химической точки зрения), например, можно получить красивые синие кристаллы из медного купороса или любого другого купороса (например железного). Можно использовать квасцы (двойные соли металлов серной кислоты), тиосульфата натрия (раньше использовался для изготовления фотографий). Для всех этих солей (да и вообще для соли) не требуется особых каких-то условий: сделали раствор, опустили туда "зародыш" (всё это подробно описано ниже) и растёт он себе, каждый день прибавляя в росте.

Не следует раскрашивать раствор, где растёт кристалл, например красками или чем ни будь подобным, - это лишь испортить сам раствор, а кристалл всё же не покрасит! Лучший способ получить цветные кристаллы - это подобрать нужную по цвету соль! Но будьте внимательными: например кристаллы жёлтой кровной соли имеют красно-оранжевый цвет - а раствор получается жёлтым. Вот теперь можно приступить к эксперименту!


  1. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ

Кристаллы выращивают из насыщенных (перенасыщенных) растворов веществ на «затравке». Затравкой или центром кристаллизации может являться кристаллик данного вещества или любой другой центр кристаллизации (волокно). Выращивание кристаллов – это искусство. Поэтому получается не все сразу. Немного настойчивости, упорства, аккуратности, и можно стать обладателем красивых кристаллов.



Экспериментальный опыт №1

«Нахождение оптимальной концентрации раствора для роста монокристалла и поликристалла поваренной соли».

Цель опыта: найти оптимальную концентрацию раствора поваренной соли для выращивания монокристаллов и поликристаллов.

Вывод: в ходе опыта я выяснил: для того, чтобы вырастить монокристалл поваренной соли, надо 50 мл воды и 30 г соли. Для того, чтобы вырастить красивый поликристалл, надо взять 50 мл воды и 50г соли. ( Приложение 3).
Экспериментальный опыт №2

«Нахождение оптимальной температуры окружающей среды для выращивания кристаллов поваренной соли».

Цель опыта: выяснить оптимальную температуру для выращивания кристаллов поваренной соли.

Вывод: оптимальная температура окружающей среды для выращивания кристаллов – примерно равна +23°С. (Приложение 4).
Экспериментальный опыт №3

«Сравнение кристаллов медного купороса и поваренной соли».

Цель опыта: вырастить и сравнить кристаллы медного купороса и поваренной соль по форме, размерам, цвету.

Вывод: у веществ разного химического состава кристаллы имеют разную форму и отличаются по таким свойствам, как симметрия, выращивание, к тому же углы, образованные соответственными гранями, в кристаллах разных веществ будут неравными (по закону постоянства углов), различаются по цвету. Но есть и сходства, например, оба кристалла имеют кристаллическую решётку. ( Приложение 5).

Экспериментальный опыт №4

«Сравнение кристаллов морской и поваренной солей».

Цель опыта: вырастить кристаллы из растворов морской соли и поваренной соли (крупной и мелкой) и сравнить их.

Вывод: у веществ одного и того же химического состава форма выращенных кристаллов одинакова, но скорость выращивания кристаллов этих веществ абсолютно разная. ( Приложение 6).

Экспериментальный опыт № 5

«Выращивание монокристалла зеленого цвета из алюмокалиевых квасцов».

Цель опыта: выяснить, будет ли кристалл менять цвет от присутствия пищевого красителя.

Вывод: в ходе опыта был выращен очень красивый кристалл зеленого цвета, т.к. был использован краситель зеленого цвета. ( Приложение 7).
ОПРОС ДРУЗЕЙ.

Цель анкетирования: изучение значимости исследовательской деятельности для школьников.

В ходе работы было проведено анкетирование на предмет изучения актуальности исследовательской работы. Было опрошено 20 человек школьного возраста и выявлено:

1. Все опрошенные интересуются проведением химических экспериментов и хотели бы их проводить, в том числе и дома.

2. Ни один из респондентов не знает безопасных и интересных опытов, которые можно провести даже в домашних условиях.

3. На вопрос, что вы знаете о кристаллах большинство опрошенных, а именно 72%, практически не знают ни чего; 28% - знают мало. Ни один из респондентов не ответил, что знает много.

4. Все опрошенные будут выращивать кристаллы, если узнают, как это делать.



Вывод: тема исследовательской работы является интересной и актуальной для все респондентов. ( Приложение 8).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении этой работы я выяснил, что мир кристаллов красив и разнообразен. Каждый его «представитель» уникален по своим свойствам, размерам и особенностям строения. Кроме того, что кристаллы красивы, они играют важную роль в жизни человека. Я узнал, что многие видные ученые начинали свои первые опыты именно с выращивания кристаллов.

Гипотеза исследования полностью подтвердилась: кристаллы соли можно выращивать даже в домашних условиях при создании определенных условий и, если изменять условия кристаллизации и растворять различные вещества, то можно получать кристаллы разной формы, цвета и в разные сроки.

В ходе работы я исследовал очень интересное свойство кристаллов – их рост в искусственной среде. Для быстрого выращивания нужны оптимальные условия. Например, чтобы вырастить кристалл поваренной соли (за короткий срок), нужно поставить стакан с раствором в тёплое место, но раствор приготовить оптимальной концентрации – 50 мл воды и 30-50 г соли. Если кристаллизация происходит медленно, то вырастет монокристалл, а если быстро – поликристалл. В зависимости от температуры окружающей среды кристаллы получаются разными по форме и размерам. Заметно, что при медленном охлаждении кристаллы выпали более крупные и правильной формы, чем при быстром охлаждении. Кристалл, выращенный при медленном охлаждении, имеет более крупные грани. Следовательно, при медленном охлаждении можно вырастить кристаллы более правильной формы и с крупными гранями.

Используя растворы различных солей, можно вырастить кристаллы окрашенные и бесцветные. Для получения окрашенных кристаллов можно использовать пищевые красители.

В ходе работы были изучены правила техники безопасности при проведении химических опытов.

Работа по этой теме еще незакончена, я понял, что можно исследовать и другие факторы, влияющие на рост кристаллов, например, действие магнитного поля, наличие примесей других веществ и т.д. Можно вырастить сообщество разных кристаллов в одном сосуде. Все еще впереди! Может быть, эти исследования и помогут мне выбрать в будущем профессию. Приобретенные знания, умения и навыки обязательно пригодятся в дальнейшей учебе.



Список литературы


  1. Википедия http://ru.wikipedia.org/wiki/E519

  2. Геология Земли http://www.geologiazemli.ru/articles/112

  3. Кристаллов.NET http://www.kristallov.net/mineraly.html

  4. Ольгин О., «Опыты без взрывов», М.; «Химия», 1995 г

  5. Плешаков А.А., «От земли до неба», М.; «Просвещение», 2002 г.;

  6. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю., «Книга по химии для домашнего чтения», М.; Химия, 1994 г.;

  7. Фото образцов кристаллов из коллекции В.А. Слётова, geo.web.ru/druza/a- Sletov.htm

  8. Химия и химики. http://chemistry-chemists.com/Video6.html

Шаскольская М. П., «Кристаллы», Москва, «Наука







Надежда — это чаще всего отсроченное разочарование. Уолтер Бартон Балдри
ещё >>