Главная / Физика / Учебно-исследовательская работа на тему "Выращивание кристаллов" (6-7 класс)

Учебно-исследовательская работа на тему "Выращивание кристаллов" (6-7 класс)



Областной открытый конкурс учебно исследовательских работ

юных геологов «Земля – наш дом»




Тема:

«Выращивание кристаллов»




Авторы: Безклепная Вероника 6 класс, Безклепный Николай 7 класс,

МКОУ Шибаевская ООШ,

Руководители:

Рудниченко Мария Ильинична

учитель краеведения,

Рудниченко Сергей Владимирович

учитель физики,

МКОУ Шибаевская ООШ,

Еткульский район






2014 год



Содержание


Введение…………………………………………………………………3

1.Основныесведения о кристаллах и их свойствах

1.1.Мир кристаллов……………………………………………………...4

1.2.Структуры кристаллов и их отличительные особенности………..6

1.3.Основные свойства кристаллов……………………………………..8


2.Практическая часть. Выращивание кристаллов из растворов.

2.1.Экспериментальный опыт №1………………………………………12

2.2. Экспериментальный опыт №2……………………………………...15

2.3. Экспериментальный опыт №3……………………………………...16

Заключение……………………………………………………………….17

Список используемой литературы……………………………………...20

Приложение………………………………………………………………21















Введение

Данная работа обладает определенным аспектом новизны, поскольку нам никогда не приходилось делать своими руками что-то оригинальное и необыкновенное. В нашем представлении « кристалл» - это чудо природы. Получить кристалл – это сотворить чудо. Для нас это новое и необычное дело, даже таинственное.

Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека. 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 сыграли важную роль во многих технических новинках XX века.

Цель работы: вырастить и исследовать кристаллы разнообразных веществ из растворов и сравнить их свойства, определить оптимальные условия для выращивания кристаллов.

Для реализации поставленной цели мы поставили перед собой следующие задачи:

  1. Изучить свойства кристаллов.

  2. Определить роль кристаллов в современном мире.

  3. Вырастить кристаллы из разнообразных веществ, при различных условиях и сравнить их свойства.

Предмет исследования: кристаллы.

Объект исследования: выращивание кристаллов из растворов.

Гипотеза работы: можно найти применение кристаллам выращенных в домашних условиях.






1.ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КРИСТАЛЛАХ И ИХ СВОЙСТВАХ.

1.1.МИР КРИСТАЛЛОВ.

Кристаллы – это красиво, можно сказать чудо какое-то, они притягивают к себе. И если говорить о кристаллах с философским настроем, то можно сказать, что это материал, который является промежуточным звеном между живой и неживой материей. Кристаллы могут зарождаться, стареть, разрушаться.

Кристаллы наделялись множеством таинственных свойств: исцелять от болезней, предохранять от яда, влиять на судьбу человека.

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.

Существуют особые формы кристаллов: иглы, перья, ветки, цветы, деревца и т.п. Примерами таких причудливых кристаллов служат всем известные ледяные узоры на окнах. (Аликберова Л.Ю. 1994г.)

Мир кристаллов – удивительный мир многогранников, привлекающих совершенством и красотой своей формы. Это кристаллы обычной поваренной соли и драгоценные камни, кварц, кристаллы многих других пород.

Все кристаллы, окружающие нас, не образовались когда-то раз и навсегда готовыми, а выросли постепенно.

В древности кристаллам приписывали всякие необыкновенные свойства. Считали, что кристалл аметист предохраняет от пьянства и навевает счастливые сны, изумруд спасает мореплавателей от бурь, сапфир помогает при укусах скорпионов, алмаз бережет от болезней, топаз приносит счастье в ноябре, а гранат - в январе, и т.д. Человека, украшенного змеей, заставляли есть толченый изумруд. Древние обитатели Америки - инки - поклонялись как божеству большому кристаллу зеленого изумруда. Драгоценные камни служили мерой богатства князей и императоров. Но тяжелой ценой доставались эти сокровища. Сотни и тысячи нищих, полуголодных тружеников погибали, добывая самоцветы. (Кантор Б. З. 1985г.)

Кристаллы - одни из самых красивых творений природы.

Кристаллы встречаются нам повсюду: мы ходим по кристаллам, строим из них, выращиваем их в лабораториях и в заводских установках, создаем приборы и изделия из кристаллов, широко применяем их в технике и в науке, едим кристаллы (вспомните поваренную соль), лечимся ими, находим кристаллы в живых организмах, выходим на просторы космических дорог, используя приборы из кристаллов.

В космических лабораториях на советской станции «Салют-4», на американской «Скайлэб» во время совместного полета «Союз-Апполон» ставились опыты по выращиванию кристаллов в условиях невесомости, недостижимой на Земле чистоты и глубокого вакуума. В космосе были выращены полупроводниковые монокристаллы селенида германия и теллурида германия, в 10 раз большие, чем удалось вырастить в земных условиях, и значительно более однородные. В невесомости получены монокристаллы в форме сплошных и полых сфер, пригодные, например, для шарикоподшипников, нитевидные кристаллы сапфира, отличающиеся большой прочностью, выдерживающие давления, в десятки раз превышающие «земные».

Природные кристаллы не всегда достаточно крупны, часто они неоднородны, в них имеются нежелательные примеси.

В музеях московского Кремля можно любоваться богатой коллекцией камней, некогда принадлежавших царской семье и небольшой кучке богачей.

Урал, Алтай, Сибирь и другие области необъятной нашей страны таят в своих недрах прекрасные алмазы, темно-синие сапфиры, нежно-голубые аквамарины, зеленые изумруды, золотистые, голубые и фиолетово красные топазы, лиловые аметисты, переливчатые жемчуга… нет возможности даже перечислить их. Непревзойденный знаток драгоценного и цветного камня академик А. Е. Ферсман писал в одной из своих последних книг хотел бы, чтобы камень в руках человека был не забавой и роскошью, а прекрасным материалом, которому человек сумеет вернуть его место, материалом, среди которого прекраснее и веселее жить… В нем человек будет видеть поглощение непревзойденных красок и нетленности самой природы, к которым может прикоснуться только горящий огнем вдохновения художник.

1.2.СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ И ИХ ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Мир кристаллов – удивительный мир многогранников, привлекающих совершенством и красотой геометрических форм. Это – кристаллы обычной поваренной соли и драгоценные камни, кварц, слюда, кристаллы многих горных пород. Но красота и правильность внешней огранки не обязательное свойство кристаллов.

Главное, что их внутреннее строение подчиняется строгим законам симметрии. Так, любой кусок металла состоит из маленьких кристалликов, и в каждом атомы расположены в пространстве строго периодически.

Принцип построения кристаллической решетки можно представить следующим образом. Отдельные атомы группируются в идентичные элементарные блоки по принципу плотной упаковки или минимума энергии. Получившиеся блоки объединяются, образуя общую геометрическую конструкцию - кристаллическую решетку.

Существует всего семь основных блоков, которыми можно заполнить трехмерное пространство (без пропусков) и из которых могут быть сконструированы все кристаллы .

Простейший строительный блок (куб) допускает три способа размещения атомов: по углам (простая кубическая решетка), в центре куба (кубически центрированная решетка) и в центре граней (гранецентрированная решетка). Простая кубическая решетка характерна для соли NaCI . Электронные оболочки атомов, образующих такую решетку, касаются друг друга, заполняя лишь 52 процента пространства. Кубическая центрированная решетка, характерная для железа и натрия, заполняет 68 процентов пространства .

Наиболее плотная упаковка достигается при гранецентрированной решетке, которая характерна для серебра, золота, никеля, меди, алюминия . Такое же наиболее плотное заполнение возможно при гексагональной решетке, характерной для цинка и инертных газов. Некоторые вещества, имеющие одинаковы химический состав, отличаются по физическим свойствам из-за различия структуры их кристаллических решеток. Полиморфизм – существование различных кристаллических структур у одного и ого же вещества. Алмаз, графит и фуллерен – три разновидности углерода, имеющие разную кристаллическую структуру. Кристаллические тела могу быть монокристаллическими и поликристаллическими. Монокристалл - твердое тело, частицы которого образуют единую кристаллическую решетку. Определенный порядок в расположении частиц распределяется на весь объем монокристалла. Его внешняя форма является правильной, углы между внешними гранями оказываются постоянными. К монокристаллам относятся природные кристаллы (кварц, алмаз, турмалин), крупинки соли, сахара, соды. Поликристалл – твердое тело, состоящее из беспорядочно ориентированных монокристаллов. Примерами поликристаллов являются сахар-рафинад, а так же такие металлические изделия как вилки, ложки. .

Итак, кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани.

Не все кристаллы одинаковы. Существуют монокристаллы и поликристаллы. Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называются монокристаллами. (Приложение №1. Таблица №1. Кристаллы.) Порядок, закономерность, периодичность, симметрия расположения атомов - вот что характерно для кристаллов. Во всех кристаллах, во все твердых веществах частицы расположены правильным, четким строем, выстроены симметричным, правильным повторяющимся узором. Пока есть этот порядок существует твердое тело, кристалл.

Одинаков ли порядок, строй атомов, в различных кристаллах? Конечно, нет. Природа бесконечно разнообразна и не любит повторений: строй атомов железа совсем не похож на постройку атомов кристалла льда. В каждом веществе есть именно свой характерный узор и порядок расположения атомов, и от того, каков этот порядок, зависят свойства вещества. Одни и те же атомы, частицы одного сорта, располагаясь по-разному, образуют вещества с совсем разными свойствами. Посмотрим например на атомы углерода: сажа или копоть - мягкий черный порошок; уголь - более твердый камень; графит - мягкий стерженек, оставляющий след на бумаге; алмаз - кристалл, твердостью которого восхищаются люди, крохотный кристаллик алмаза, вставленный в металлическую оправу, легко режет стекло. Все эти вещи состоят из атомов углерода, а разнообразие их свойств зависит от разнообразия кристаллической структуры.

Кристаллы растут с ограниченной скоростью, так как частицы вещества отлагаются, образуя грани.

1.3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ.

Температура плавления

Плавление – это переход вещества из твёрдого состояния в жидкое.

Процесс плавления любого кристалла происходит при постоянной температуре, называемой температурой плавления. Например, если взять кристалл льда и положить его в тёплое место, то он растает – расплавится. В процессе плавления температура не повысилась. То же самое можно было бы установить и для любого другого кристалла.

Симметрия

Идеальные формы кристаллов симметричны.

В кристаллах можно найти различные элементы симметрии: ось симметрии, плоскость симметрии, центр симметрии.

Например, кристаллы в форме куба (Хлорид калия, поваренная соль и др.) имеют девять плоскостей симметрии, три из которых проходят параллельно граням куба, а шесть – по диагоналям. Еще куб имеет центр симметрии. Всего в кубе 23 элемента симметрии.

Кристаллы алмаза, калиевых квасцов имеют форму октаэдров. Октаэдры обладают такими же элементами симметрии, что и кубы. На рисунке показаны оси вращения октаэдра.

У кристаллов магния, имеющих форму гексагональной призмы (т.е. призмы, опирающейся на правильный шестиугольник), 6 плоскостей симметрии и одна ось симметрии 6-го порядка.

Из этого небольшого обзора симметрий различных кристаллов можно сделать вывод, что различные кристаллы обладают разной симметрией.

Закон постоянства углов

В кристаллах одного вещества углы между соответственными гранями всегда одинаковы – так звучит закон постоянства углов, который является основным законом кристаллографии.

Что же понимают под соответственными гранями?

В кристаллографии равенство граней означает совершенно иное, чем в геометрии. В геометрии грани (плоские многоугольники) считаются равными, если они при наложении совпадают всеми своими точками. Грани могут отличаться межу собой по форме и всё-таки считаться равными, если они обладают одинаковыми физическими и химическими свойствами. Установить равенство граней в кристаллографическом смысле удаётся иногда путём внешнего их осмотра. В сомнительных случаях производят травление поверхности кристалла кислотой. На равных гранях рисунок, полученный при травлении, будет одинаковым.

На рисунке одинаковой штриховкой показаны равные (одинаковые) грани. Полиморфизм – свойство вещества иметь две (или несколько) различные кристаллические структуры. Ярким примером такого вещества является углерод.

Вот вещества, которые представляют собой углерод в чистом виде:

  • Сажа, или копоть, - мягкий чёрный порошок, собирающийся в печной трубе.

  • Уголь древесный или каменный – является одним из основных видов топлива.

  • Графит – мягкий стерженёк карандаша, оставляющий след на бумаге.

  • Алмаз – самый дорогой и самый красивый из драгоценных камней. Граненый алмаз называют бриллиантом.

Рост кристаллов. Кристаллы могут расти как в природе, так и в искусственных условиях. ( Приложение №2. Таблица №2. Рост кристаллов.)

Вhello_html_7f91ac4e.jpgыращивание кристаллов из расплава.Из расплава кристаллы выращивают таким образом. В установке расплав находится в неподвижном тигле, куда опущена затравка с растущим на ней кристаллом. Затравка укреплена на стержне, который непрерывно охлаждают. По мере того, как кристалл вырастает, его всё время поднимают, вытягивая стержень с затравкой из расплава, так что с расплавом соприкасается не весь кристалл, а только небольшой его слой, именно тот самый, который сейчас растёт. Кристаллы во время роста ещё обычно вращают, чтобы тепло от него отводилось равномерно. В домашних условиях вырастить кристалл из расплава невозможно.

Вырастить кристаллы в домашних условиях можно только из раствора.








2. ПРАКТИЧЕСКАЯЧАСТЬ.

(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.

В своем экспериментальном задании я попытаюсь выявить наиболее благоприятные условия для роста кристаллов.

Наш мир состоит из кристаллов: мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, обрабатываем кристаллы на заводах, выращиваем их в лабораториях, широко применяем в технике и науке, едим кристаллы, лечимся ими. Изучением многообразия кристаллов занимается наука кристаллография.

Кристаллография — наука о кристаллах, их структуре, возникновении и свойствах. Она тесно связана с минералогией, физикой твёрдых тел и химией. Истоки кристаллографии можно усмотреть ещё в античности, когда греки предприняли первые попытки описания кристаллов. При этом большое значение придавалось их форме.

Наблюдение и измерение огранения кристаллов, установление законов огранения — предмет геометрической кристаллографии. Геометрическая кристаллография изучает основные метрические характеристики кристаллической решетки, периоды повторяемости и углы элементарной ячейки, разрабатывает методы их описания и устанавливает закономерности их огранения.

Результаты, полученные при структурных исследованиях кристаллов, легли в основу структурной кристаллографии. Структурная кристаллография исследует атомно-молекулярное строение кристаллов методами рентгеноструктурного анализа, электронографии, нейтронографии, электронной микроскопии.

Симметрийные и структурные закономерности, изучаемые кристаллографией, находят применение в рассмотрении общих закономерностей строения и свойств конденсированного состояния вещества: аморфных тел и жидкостей, полимеров, биологических макромолекул, надмолекулярных структур и т. п. Этим занимается обобщенная кристаллография.

Основной задачей кристаллографии является установление взаимной связи между структурой кристаллов и их химическим составом, а также различными физическими, физико-химическими и геометрическими свойствами.

Способы выращивания кристаллов:

  1. Охлаждение насыщенного горячего раствора;

  2. Постепенное удаление воды из насыщенного раствора;

  3. Выращивание кристаллов из расплавленных веществ при медленном охлаждении жидкости;

  4. Конденсация паров.

2.1.Экспериментальный опыт №1

«Определение зависимости скорости роста кристаллов от температуры раствора и его концентрации»

Цель: выяснить, как растет кристалл в зависимости от концентрации и температуры раствора CuSO4.

Для проведения эксперимента мы взяли 3 чистых сосуда, сделали раствор: 60 грамм медного купороса и 70 миллилитров нагретой до 40 градусов воды, и раствор того же вещества с меньшей концентрацией: 40 грамм соли на 70 миллилитров нагретой воды. Профильтровав раствор через фильтровальную бумагу, получили раствор, в котором количество вещества как раз соответствует растворимости при данной температуре; раствор «насытился» и больше он не может поглотить ни крупинки вещества, такой раствор называется насыщенным. Дав раствору остыть, опустили в него «затравки» (кристаллики, полученные из медного купороса заранее) на нити не большой длины. В течение 6 дней мы наблюдали за ростом кристаллов.

Полученные нами данные занесли в таблицу 2 и таблицу 3. После этого мы проанализировали результаты.


Таблица 2. Зависимость роста кристаллов от концентрации и температуры окружающей среды.

Раствор CuSO4. Концентрация – 70 мл воды на 60 г CuSO4 (насыщенный раствор)

5 дней

10 градусов

21 градус

30 градусов

Кристалл увеличился примерно в 12раз по сравнению с размером «затравки», за один день. Еще два дня он увеличивался немного в размерах, после чего, рост его прекратился. Кристалл имеет неправильную форму с острыми гранями. Друзы нет.

Кристалл рос не торопливо, на поверхности жидкости и на стенках сосуда образовалась друза. Постепенно раствор испарялся. За 6 дней затравка превратилась в кристалл

Размером меньше, чем первый. Он имеет неправильную форму с острыми гранями .

Постепенно затравка росла, превращаясь в кристалл. Раствор, из-за высокой температуры, быстро испарялся. В итоге, на 6 день образовался кристалл размером больше чем второй, и друза, наросшая по всей колбе. Кристалл имеет неопределенно форму с нечеткими гранями.



Таблица 3. Зависимость роста кристаллов от концентрации и температуры окружающей среды.Раствор CuSO4. Концентрация: 40гр. соли на 70 мл. воды (насыщенный раствор)




10 градусов

21 градус

30 градусов

5 дней

За первые три дня кристалл вырос и превратился в монокристалл. Но еще через 2 дня он перестал расти.

Кристалл увеличивался в размерах с небольшой скоростью. Форма не определенная – монокристалл с острыми гранями.

Кристалл рос быстро. В итоге кристалл вырос не очень большой и на нити над ним образовалась очень симпатичная друза. Размер кристалла чуть больше второго и он не имеет определенной формы – монокристалл с острыми гранями.

Вывод: Наличие «затравки» в полученных растворах позволила вырастить кристаллы достаточно быстро. Растворы различались между собой концентрацией растворенного в них вещества. И так как все сосуды были открыты, то насыщенный раствор CuSO4 испарялся, но из него испарялась только вода, а растворенные вещества оставались. А так как испарение зависит от температуры, то быстрее всего испарение происходило в 3 сосуде (температура 30 градусов). В результате испарения в растворе оказывалось лишнее вещество. Он превращался в перенасыщенный, и из него образовывались кристаллы. Первое время эти кристаллы оседали на затравке, а затем на дне и стенках сосуда, и даже на поверхности воды. Теоретически можно предположить, что самый большой кристалл должен был вырасти при температуре 30 градусов и повышенной концентрации, но так как рост кристаллов явление, зависящее от многих факторов (тряски, толчков, чистоты сосудов, в котором находится, колебаний температур окружающей среды, от примесей в растворе, от скорости кристаллизации, от степени переохлаждения или перенасыщения и даже от положения «затравки» в процессе роста кристалла и многих других причин), по нашим экспериментальным данным наиболее благоприятные условия для роста кристалла были для раствора меньшей концентрации, находящейся при температуре 10 градусов.

2.2.Экспериментальный опыт №2

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

Общие сведения наблюдений


Температура окружающей среды, в которой находится раствор

Объём воды и масса соли в растворе

Получившийся кристалл

1 стакан

Температура окружающей среды одинакова, она равна 23 °С

V вода = 50 мл

m соль = 70 г

В этом стакане кристалл вырос быстрее всех; по виду – поликристалл.

2 стакан

V вода = 50 мл

m соль = 50 г

Вырос поликристалл средней формы и размеров.

3 стакан


V вода = 50 мл

m соль = 30 г

Вырос монокристалл, хоть и маленький, но симметричный и правильной формы; он рос медленнее всех.

(Приложение №4. Дневник наблюдений)

Вывод: в ходе опыта мы выяснили: для того, чтобы вырастить монокристалл поваренной соли, надо 50 мл воды и 30 г соли. Для того, чтобы вырастить красивый поликристалл, надо 50 мл воды и 50г соли.




2.3.Экспериментальный опыт №3

«Определение зависимости оптимального вещества для роста монокристалла и поликристалла».

Раствор поваренной соли. 1 раствор: 70 мл воды, температура которой 40 градусов, на 40 г соли.

2 раствор: CuSO4 40 г на 70 мл воды, при температуре 40 градусов.

В полученные растворы опустили «затравку» из поваренной соли и CuSO4 соответственно. Они находились при температуре 10 градусов. Наблюдение за ростом кристаллов продолжалось в течение 5 дней.

Таблица 4. Зависимость роста и размера кристаллов от вида соли.

5 дней

CuSO4

Поваренная соль

За 5 дней образовался симметричный монокристалл синего цвета. Его размер намного больше, чем размер кристалла поваренной соли.

Образовался маленький монокристалл, не симметричный, но форма, которого напоминала куб. На нити над кристаллом образовался поликристалл.


Вывод: Общее всех кристаллических тел и наших в том числе – наличие кристаллической решетки. Почти все физические свойства – анизотропны – это приводит к зависимости физических свойств монокристаллов от направления в них. Анизотропна и скорость роста кристалла, поэтому они вырастают в форме многогранников. Если бы скорость роста кристаллов не зависела от направления, была бы во всех направлениях одинаковой, то кристалл рос бы во все стороны одинаково и мог бы иметь только форму шара. Именно потому, что растет он в разные стороны с разными скоростями, и вырастает он многогранником.

Таким образом, можно сделать вывод, что скорость роста кристаллов медного купороса больше, чем скорость роста кристаллов поваренной соли. Анизотропия кристаллического вещества – следствие его правильного внутреннего строения. А внешняя симметричная, многогранная форма образуется из-за анизотропии скоростей роста.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении этой работы мы выяснили, что мир кристаллов красив и разнообразен. Каждый его «представитель» уникален по своим свойствам, размерам и особенностям строения. Кристаллы красивы, они играют важную роль в жизни человека.

В ходе работы мы исследовали очень интересное свойство кристаллов – их рост в искусственной среде. Оказывается, кристаллы можно вырастить дома, без каких- либо усилий. 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.При изучении кристаллов мы убедились: свойства их настолько разнообразны, что мы смогли исследовать лишь некоторые из них.

В обычной школьной лаборатории невозможно вырастить большие однородные кристаллы, ведь в комнате температура никогда не остается постоянной, в течение дня она неизбежно колеблется, по крайней мере, на 3 – 4 градуса, а то и больше. А при изменении температуры меняется растворимость вещества и растворы оказываются то недосыщенными то пересыщенными, кристаллы в них-то растут, то растворяются. Поэтому большие однородные кристаллы необходимо растить в термостатах, то есть, в установках, в которых, автоматически поддерживается заданная температура. Проведя исследование, мы убедились, что из растворов можно вырастить кристаллы всех тех веществ, которые легко растворяются в воде. Таковы квасцы, медный купорос, поваренная соль. Мы узнали, что особенно важны в промышленности растворимые в воде кристаллы, широко применяемые в радиотехники и промышленности. Дигидрофосфат калия, дигидрофосфат аммония, сегнетова соль и многие родственные им кристаллы – так называемые водорастворимые сегнетоэлектрические кристаллы.

Итак, по данным моих экспериментов, наиболее простым для выращивания в домашних условиях является сульфат меди. Почему не поваренная соль? а потому, что кристаллы поваренной соли, не так красивы и очаровательны как медный купорос. К тому же сульфат меди можно купить в любой аптеке, в то время как никель двухлористый придется поискать. Так же важен и тот факт, что при виде синего кристалла размером хотя бы с ноготь, дети начинают с любопытством его рассматривать. Становится ясно, что чем необычнее форма и цвет кристалла, тем больше внимания он притягивает. И я убедилась в этом после того как показала полученные мною кристаллы ученикам младших классов. Они были настолько удивлены и зачарованы увиденным, что почти все через неделю принесли по одному маленькому кристаллику соли. Это усилило мое ощущение того, что я не зря проделала свою работу.

Изучив литературу, посвященную кристаллам, и проведя эксперимент по выращиванию кристаллов, мы пришли к следующим выводам:

  • кристаллы окружают нас повсюду, «почти весь мир кристалличен»;

  • кристаллы различных веществ отличаются друг от друга по всей форме;

  • кристаллы окружающие нас, не образовались когда-то раз и навсегда готовыми, а выросли постепенно: в природе, в лаборатории, на заводе. И мы убедились в этом, вырастив кристаллы, применяя раствор медного купороса, нитрата калия, хлорида кобальта, хлорида аммония и др.

  • процесс кристаллизации в растворах и расплавах веществ протекает сходным образом;

  • вырастили кристаллы медного купороса методом охлаждения, используя различные виды затравки.

Когда мы познакомилась с миром кристаллов, то мы поняли, что эта область науки очень интересна и занимательна. Мы раньше и не догадывалась о том, что человек может выращивать кристаллы сам. И нас удивило то, что искусственные кристаллы так похожи на настоящие: цветом, формой, свойствами. Также интересно то, что у искусственных кристаллов даже есть преимущества над природными. Хотя раньше нам казалось, что богатства созданные природой самые красивые и неповторимые. И тот факт, что человек может творить на уровне с природой, говорит о развитие нашего общества.

Ведь, например, в 8 веке и думать не могли, чтобы повторить природное творение.

А сейчас человек является творцом. Но, мы думаем, всё-таки природа иногда творит неповторимое. К, примеру, пещера гигантских кристаллов – это необыкновенно красивое создание природы, которое навряд ли дано кому-нибудь повторить.

Также мы и не догадывались, что кристаллы имеют такое колоссальное значение в жизни человека. (Приложение №5. Применение кристаллов)

В первой части работы мы познакомилась с самыми интересными страницами мира кристаллов. Узнали об истории их открытия и получения, об удивительном создании природы – пещере гигантских кристаллов, о значении кристаллов в жизни человека

и об их применении.

А заключительную часть работы мы посвятили собственному эксперименту: выращиванию кристаллов поваренной соли, медного купороса.

Изначально мы делали этот опыт, потому что не могли поверить, что за такой короткий срок маленькие крупинки соли превратятся в красивые кристаллы. Два месяца, которые мы посвятили этому эксперименту, был насыщен яркими наблюдениями. Каждый день мы удивлялись тому, что наши кристаллы растут. И самое удивительно то, что самый большой кристалл достиг 1,5 см, чего мы себе раньше и представить не могли.

Также можем сказать о том, что выращивание кристаллов не сложная работа, но очень интересная. И любой человек у себя дома, сам может вырастить кристаллы соли, медного купороса. Ведь для этого эксперимента не нужно никаких специальных лабораторий, принадлежностей и великолепных знаний. Для того, чтобы вырастить кристалл соли нужны – стакан, вода и соль, а для ускорения процесса используя паровую баню. И вы сами сможете вырастить кристалл необычайной красоты. Мы можем сделать вывод, что мир кристаллов не только очень удивительный, но и важный для всего человечества в целом.


СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

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

2. Ананьев. В.П., Потапов А.Д. «Основы геологии, минералогии и петрографии», М. 2005г.

3.Кантор Б. З. «Минерал рассказывает о себе», М.: Недра, 1985 г.;

4. Крицман В.А., Станцо В.В. «Энциклопедический словарь юного химика», М. 1982.

5. Ольгин О. «Опыты без взрывов», М.; “Химия”, 1995 г.

6. Журнал «Физика в школе» №6 – М.,2001.

7. Журнал «Физика в школе» №2 – М, 2003

8. Журнал «Квант» № 5 – М, 1998


Материалы интернет – сайтов:

1. otherreferats.allbest.ru/.

2. forum.kristallov.net

3. pandia.ru/text/77/408/73237.php

4. http://potomy.ru/world/1059.html

5. http://bookz.ru/authors/aleksandr-kitaigorodskii/kristall_962/1- kristall_962.html









Приложение №1. Таблица №1. Кристаллы.


Монокристаллы

Поликристаллы

1. Медный купорос

hello_html_m58b225f6.jpg

hello_html_m602d7401.jpg

2. Поваренная соль

hello_html_m13c9ad2c.jpg

hello_html_2c17cf2d.jpg


Монокристалл – это

тело, состоящее из одиночного кристалла

Поликристалл – это

тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов

hello_html_m5682810b.jpg

Медный купорос

hello_html_593ea3ab.jpg

Медный купорос

hello_html_46ce58c.jpg

сахар

hello_html_m4c0bfe1e.jpg

сахар



Приложение №2. Таблица №2. Рост кристаллов.


Рост кристаллов в природе

Рост кристаллов в искусственных

условиях

В соляных озёрах, на мелководье вода, нагреваясь, испаряется. Соль выпадает в осадок, наращиваясь на дне. Так образуются солончаки, представляющие дно высохших озёр.

Искусственным путем кристаллы выращиваются в лабораториях или в домашних условиях. В лаборатории кристаллы выращивают из раствора или из расплава. В домашних условиях, вырастить кристалл, можно только из раствора.

hello_html_61216b2b.jpg

hello_html_6b3aef83.jpg

hello_html_m6cb1e15c.jpg

из раствора

из расплава

Медный купорос

hello_html_49d84c88.jpg

Красная кровяная соль

hello_html_m13a7edc8.jpg

Поваренная соль

hello_html_604defa4.jpg

Искусственный алмаз

hello_html_m119362b2.jpg

Искусственный рубин

hello_html_m4c337413.jpg

Искусственный изумруд

hello_html_md95d299.jpg


Приложение №3. Таблица №3. Классификация кристаллов.

Выращивание кристаллов из раствора

Выращивание кристаллов из расплава

hello_html_41d0e1f0.jpg

Медный купорос



hello_html_m56e0447c.jpghello_html_mcef8323.jpg

Поваренная соль



hello_html_ae2d4bc.jpg

Алюмоаммонийные квасцы

hello_html_m119362b2.jpghello_html_m3133d5e5.jpg

Алмаз Сапфир


hello_html_m33d3ba61.jpghello_html_30bcf446.jpg

Берилл Кварц


hello_html_m4c337413.jpghello_html_m69a25de7.jpg

Гранат Изумруд


hello_html_m79841048.jpg

Рубин


Приложение №4 Дневник наблюдений

День

Совершаемое действие

1 стакан

2 стакан

3 стакан

1 день

Приготовление раствора

Приготовили раствор, насыпав в него 70 г вещ.

Приготовили раствор, насыпав в него 50 г вещ.

Приготовили раствор, насыпав в него 30 г вещ.

2 день

Оценка изменений, происходящих в растворе

Образовался осадок на стенках сосуда

Тоже самое произошло и в этом стакане

Около воды небольшой осадок на стенке сосуда

3 день

Приготовление затравки для раствора

Приготовили кристаллики на нитях, опустили в каждый стакан



4 день

Появление кристаллов

Тут же образовалась друза

Образовывается друза, но меньше, чем в 1 стакане

Образовывается монокристалл

5 день

Сравнение кристаллов

Самый большой кристалл

Чуть меньше, чем в первом стакане

Совсем маленький кристаллик

6 день

Оценка кристаллов

Большой сросток кристаллов – друза, имеет форму куба

Сросток чуть меньше, чем в первом стакане

Совсем мелкий монокристалл в форме куба

7 день

Сравнение и оценка кристаллов (итог)

В итоге образовалась друза большого размера

Образовалась друза среднего размера, по форме куба

Образовался монокристалл в форме куба


Приложение №5 ПРИМЕНЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ. С кристаллами приходится иметь дело практически во всех сферах человеческой деятельности, то развитие почти каждой отрасли народного хозяйства выдвигает целый ряд важных кристаллографических задач. Сюда относится, прежде всего, задача получения высококачественных кристаллических материалов, необходимых для удовлетворения потребностей новой и новейшей техники. Искусственные алмазы, кварц, рубин, многочисленные полупроводники, люминесцентные кристаллы и др. уже широко используются в обрабатывающей и оптической промышленности, в радиоэлектронике и компьютерах, в космических исследованиях и ультразвуковой технике. Даже после появления искусственного оптического стекла потребность в кристаллах полностью не отпала; кристаллы кварца, кальцита и других прозрачных веществ, пропускающих ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации.

Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный.

Кристаллы используются также в некоторых лазерах для усиления волн СВЧ-диапазона и в лазерах для усиления световых волн. Кристаллы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, применяются в радиоприемниках и радиопередатчиках, в головках звукоснимателей и в гидролокаторах. Некоторые кристаллы модулируют световые пучки, а другие генерируют свет под действием приложенного напряжения. Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет. Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках XX века.

hello_html_1258ff22.png

25


Учебно-исследовательская работа на тему "Выращивание кристаллов" (6-7 класс)
  • Физика
Описание:

Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека. Они до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов. Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках XX века. 

Когда мы познакомилась с миром кристаллов, то мы поняли,  что эта область науки очень интересна и занимательна. Мы раньше и не догадывалась о том, что человек может выращивать кристаллы сам. И нас удивило то, что искусственные кристаллы так похожи на настоящие: цветом, формой, свойствами.

Мы вырастили и исследовали кристаллы разнообразных веществ из растворов и сравнили их свойства, определили оптимальные условия для выращивания кристаллов.    

 

Автор Рудниченко Мария Ильинична
Дата добавления 21.12.2014
Раздел Физика
Подраздел
Просмотров 1692
Номер материала 9127
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓