Второй межрайонный гуманитарный форум
«ИЖОРСКИЕ БЕРЕГА»
Конкурс «Первые открытия»
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
НА ТЕМУ «ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ
В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ»
Работу выполнила
Морозова Арина,
ученица 2 «В» класса,
ГБОУ гимназии № 402.
Классный руководитель:
Половникова Алена Геннадьевна
г. Санкт - Петербург
2014г.
Содержание.
Введение. 3
1.Кристаллы вокруг нас. 4
2. Использование кристаллов. 5
3. Выращивание кристаллов. 5
4. Опытно – экспериментальная работа. 7
5. Выводы. 9
Список литературы и интернет-ресурсов. 10
Введение
Однажды мы с папой и мамой пришли в магазин детских игрушек, и там я увидела набор для выращивания кристаллов. Я задумалась: а смогу ли я, используя только воду и соль, вырастить кристалл в домашних условиях?
Цель моего исследования: научиться выращивать кристаллы в домашних условиях из растворов соли, сахара, медного купороса.
В ходе моего исследования передо мной были поставлены такие задачи:
Узнать природу кристаллов.
Познакомиться со способами выращивания кристаллов.
Провести опыты по выращиванию кристаллов и понаблюдать за скоростью их роста, цветом и формой.
Сделать выводы по проведенным опытам.
1. Кристаллы вокруг нас
Кристаллом (от греч. krystallos – «прозрачный лед») вначале называли прозрачный кварц (горный хрусталь), встречавшийся в Альпах. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавился.
Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых 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.
Тот, кто побывал в музее минералогии или на выставке минералов не мог не восхититься изяществом и красотой форм, которые создала «неживая» природа. А кто из нас не любовался снежинками: их разнообразие поистине бесконечно!
Особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни, которые с древнейших времен привлекают внимание человека. Невозможно оторвать взгляд от сверкающих всеми цветами радуги алмазов, рубинов, изумрудов, сапфиров, аметистов…
А живые организмы, кораллы, например, образуют целые острова, сложенные из мельчайших кристаллов кальция.
Нет такого места на Земле, где бы не было кристаллов. И не только на Земле! Из межпланетного пространства иногда прилетают к нам осколки небесных тел - метеоритов. Оказалось, что их строение ничем не отличается от строения наших земных минералов и горных пород: они тоже состоят из кристаллов.
Лёд и снег, глина и песок, мрамор и гранит, сапфир и бриллиант, соль и сахар, и сотни других веществ – всё это кристаллы. И даже в живом организме они существуют. На их основе образовались молекулы, давшие начало жизни на планете.
2. Использование кристаллов.
В настоящее время во всем мире искусственно производят большое количество минералов. Их применение очень широко: например, с помощью рубинового лазера можно с большой точностью измерить расстояние от Земли до Луны; твердый алмаз широко применяется для изготовления режущих инструментов; из рубина изготавливают шлифовальные круги, порошки, пасты. Качество ручных и карманных часов зависит от того, сколько шестеренок вращается на рубиновых подшипниках.
3. Выращивание кристаллов.
Чтобы вырастить кристалл, полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества дают кристаллы различной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов; что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми.
Форма кристалла зависит от формы и размера частиц данного вещества (атомов, ионов или молекул), а также от того, как они друг с другом взаимодействуют. Представьте себе, что вы укладываете паркет, а товарищ подает вам плитки. Легче всего работать с плитками квадратной формы – такую как не поверни, она все равно подойдет к своему месту. Труднее выложить паркет из прямоугольных дощечек и особенно сложно, если у них имеются пазы и выступы, - тогда каждую можно уложить на место лишь единственным способом. А теперь вообразите, что ваш помощник очень торопиться и подает плитки быстрее, чем вы успеваете укладывать. Тут уж правильного узора не получится: где-то плитку перекосит, и дальше все пойдет криво, где-то появятся пустоты. Ничего хорошего не выйдет и в том случае, когда паркет начнут укладывать сразу десяток мастеров, каждый со своего места. Даже если они будут работать не спеша, крайне сомнительно, что соседние участки окажутся хорошо состыкованными. Скорее всего в разных местах плитки расположатся в разном направлении, а между отдельными участками ровного паркета будут зиять дырки.
Примерно то же происходит и при росте кристаллов, только здесь все еще сложнее: частицы должны выстраиваться не в плоскости, а в объеме. Но ведь никакого «пакетчика» тут нет – кто же укладывает частицы вещества на свои места? Оказывается, они делают это сами, непрерывно двигаясь и выбирая место, где им будет наиболее удобно. Если кристаллизация идет очень медленно, получается один большой кристалл, если быстро – множество кристаллов. Вещества, состоящие из одного кристалла, называют монокристаллическими (пример – алмаз), а из множества мелких – поликристаллическими (металлы).
Выращивают кристаллы разными способами. Например, охлаждая насыщенный раствор. С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, 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 твердых примесей (например, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении центров кристаллизации возникает много, сам процесс идет активнее. Правильных кристаллов при этом не получится, ведь множество быстро растущих кристаллов так же мешают друг другу, как несколько паркетчиков, работающих в одной комнате.
Другой метод выращивания кристаллов – постепенное удаление воды из насыщенного раствора. И в этом случае чем медленнее удаляется вода, тем лучше получаются кристаллы. Можно оставить открытый сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок – вода при этом будет испаряться медленно (особенно если сверху положить лист бумаги, который заодно защитит раствор от пыли).
Растущий кристалл можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристалл периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. Даже если исходный кристалл имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все дефекты и примет форму, свойственную данному веществу. Время от времени кристаллизатор необходимо чистить: сливать раствор и удалять мелкие кристаллики, наросшие на основном, а также на стенках и дне сосуда. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить таким способом, неограничен.
4.Опытно – экспериментальная работа.
Для проведения опытов по выращиванию кристаллов в домашних условиях я взяла: соль, сахар и медный купорос. В стеклянные банки налила воду и поставила на «водяную баню», чтобы вода подогревалась. Постепенно в каждую из банок насыпала соль, сахар и медный купорос, постоянно помешивая, до тех пор, пока вещество не перестало растворяться.
Далее раствор процедила, чтобы не было на дне осадка, к нитке привязала пуговицу и опустила в банку. Пуговица на нитке служила «затравкой», т.е. к ней должны были прикрепляться кристаллы. Сверху банки закрыла салфетками, чтобы в раствор не попадала пыль.
19.02.2014г. – начало опыта.
22.02.2014г. я решила сделать еще два соляных раствора: в один добавила акварельную краску, в другой – марганцовку. Моей задачей было выяснить: будет ли кристалл цветным, или останется прозрачным.
23.02.2014г. в растворе медного купороса на нитке образовались мелкие кристаллы. Выбрав самый крупный, я привязала его нитке и снова опустила в раствор. В остальных растворах на дне образовался осадок, который я слила и процедила. Кристаллов пока не было.
25.02.2014г. в сахаре и соли на нитках образовались мелкие кристаллы.
28.02.2014г. в марганцовке и акварели образовались кристаллы: в марганцовке – с бордовым оттенком, в акварели - с зеленым.
03.03.2014г. я сделала вывод, что в сахаре вырастить кристалл не получится, скорее всего недостаточно насыщенный был раствор. Опыт с сахаром завершился неудачно.
12.03.2014г. в растворе медного купороса образовался достаточно крупный кристалл неправильной формы и ярко голубого цвета, в растворе соли – кристалл мелкий, прозрачный и также неровный.
5. Выводы.
Из литературы я узнала:
что такое кристалл, где они встречаются в природе;
какими способами можно выращивать кристаллы и где их применяют;
В ходе проведенных мною опытов:
я научилась выращивать кристаллы из растворов соли, медного купороса и сахара;
научилась соблюдать меры предосторожности при работе с опасными химическими веществами (медный купорос);
выяснила, что кристалл из медного купороса растет быстрее кристалла из соли или сахара; грани кристалла из медного купороса крупнее, чем у кристалла из соли;
выяснила, что кристаллы могут приобретать разные формы;
выяснила, что при добавлении в соляной раствор красителя (акварель или марганцовка) кристалл становится цветным;
выясняла, что выращивание кристаллов – очень интересный и увлекательный процесс, но результат не всегда удачный. Опыт с сахаром я хочу еще повторить, использую те знания, которые получила в ходе исследования.
Список литературы и интернет-ресурсов:
Энциклопедия для детей. Том 17. Химия./ Глав.ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000.
Ленсон И.А. Занимательная химия/ Оформл. серии А.Ефремова; Художн. М.Хавторин. – Переизд. – М.:РОСМЭН, 2000. – 104 с.- (Школьнику для развития интеллекта).
Шаскольская М.Л. Кристаллы, М.: Наука, 1985 г.
Банн Ч. Кристаллы Их роль в природе и науке.-М.,1970г.
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2202.html
http://biofile.ru/geo/3298.html
|
