Исследовательский проект по теме "Кристаллы"

Все кристаллы, окружающие нас, не образовались когда-то раз и навсегда готовыми, а выросли постепенно. Кристаллы бывают не только природными, но так же и искусственные выращиваемые человеком. Зачем же создают еще и искусственные кристаллы, если и так почти все твёрдые тела вокруг нас имеют кристаллическое строение? При искусственном выращивании можно получить кристаллы крупнее и чище, чем в природе. Есть и такие кристаллы, которые в природе редки и ценятся дорого, а в технике очень нужны. Поэтому разработаны лабораторные и заводские методы выращивания кристаллов алмаза, кварца, сапфира и др. В лабораториях выращивают большие кристаллы, необходимые для техники и науки, драгоценные камни, кристаллические материалы для точных приборов, там создают и те кристаллы, которые изучают кристаллографы, физики, химики, металловеды, минералоги, открывая в них новые замечательные явления и свойства. В природе, в лаборатории, на заводе кристаллы растут из растворов, из расплавов, из паров, из твердых веществ. Поэтому представляется важным и интересным изучить процесс образования кристаллов, выяснить условия их образования, вырастить кристаллы без применения специальных приспособлений. Это и определило тему исследовательской работы.

Цель исследования – изучение влияния различных факторов и условий на процесс роста кристаллов из растворов и расплавов солей.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) изучить специальную литературу и ресурсы Internet, посвященные данной теме;

2) отобрать вещества, из которых возможно вырастить кристаллы;

3) проследить за ростом кристаллов с помощью микроскопа;

4) вырастить большие кристаллы медного купороса и поваренной соли способом испарения растворителя, способом постепенного снижения температуры растворов;

5) исследовать зависимость формы кристалла от условий кристаллизации.

Гипотеза:

Кристаллизация в природе – длительный процесс, чистые кристаллы, без включений – редкость; в лабораторных условиях можно вырастить кристаллы многих веществ за сравнительно короткое время.

Практическая значимость:

Результаты исследования могут быть использованы учителями для проведения уроков по теме «Кристаллы» и просто любознательными людьми для расширения кругозора.

Методы:

Химические опыты по выращиванию кристаллов в домашних условиях.

Фотографирование.

Изучение литературы.

Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?

Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.

Быстро и объективно проверять знания учащихся.

Сделать изучение нового материала максимально понятным.

Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.

Наладить дисциплину на своих уроках.

Получить возможность работать творчески.

=> ПОЛУЧИТЬ СУПЕРСПОСОБНОСТИ УЧИТЕЛЯ <=

Просмотр содержимого документа
«Исследовательский проект по теме "Кристаллы" »

Исследовательский проект по теме «Удивительный мир кристаллов»

Выполнила ученица 10 класса

Шишкина Олеся

МБОУ СОШ № 8 с. Левокумка, г. Мин-Воды

Руководитель учитель физики

Головинская Виктория Витальевна.

Удивительный мир кристаллов!

Цель проекта: изучить интересные сведенья о кристаллах, об их форме, о том как появляются кристаллы; вырастить и пронаблюдать за процессом их роста.

Задачи проекта:

Провести анализ источников по теме проекта;
Узнать о том, как появляются кристаллы;
Выяснить какие бывают кристаллы;
Вырастить кристалл в домашних условиях;

Создать презентацию по теме проекта;

Основополагающий вопрос

Можно ли вырастить кристаллы в домашних условиях.

Проблемные вопросы:

Что такое кристалл?

Какие бывают кристаллы?

Какая форма у кристаллов?

Откуда берутся кристаллы?

План работы:

Изучить различные источники информации по теме «кристаллы».
Проследить эволюцию взглядов на природу кристаллов; изучить строение и органические свойства кристаллов, благодаря которым они нашли такое широкое применение.
Вырастить кристаллы дома.
Создать презентацию по изучаемой теме.

Форма представления исследований:

Мультимедийная презентация.

Кристалл

Кристалл , греч. минералог ., однородное тело, которое ограничено плоскими поверхностями, и физические свойства которого (сила сцепления, отношение к свету, к теплоте, электричеству и пр.) в противоположность аморфным телам по различным направлениям различны, соподчинены определенным законам (симметрии); по направлениям же, параллельным между собою, все свойства одинаковы. К. в природе и искусственно в лабораториях образуются при определенных условиях: при переходе вещества из газо- и парообразного и жидкого состояния в твердое; этот процесс и назыв. кристаллизацией; так, из водяных паров образуются К. снега и инея, из раствора солей выделяются К. этих солей, из расплавленной серы при остывании образуются К. серы.— Во внешней форме К. различают следующие элементы: плоскости или грани, ребра и углы. Величина гранных углов для К. определенного вещества постоянна и служит для него одним из характерных признаков. К. по расположению своих элементов (их симметрии) соединяются в 6 групп (кристаллические системы), которые, в свою очередь, распадаются на 32 отделения или класса. Кристаллич. системы: 1) трехклиномерная (три неравные под косыми углами кристаллич. оси, например, k. медного купороса); 2) одноклиномерная (двойные оси симметрии и плоскости симметрии, например, ортоклаз), 3) ромбическая (1—3 взаимноперпендикулярные оси симметрии, например, винный камень); 4) квадратная (одна четверная ось симметрии, например, медный колчедан; 5) гексогональная (тройная ось симметрии, например, турмалин); 6) кубическая или правильная (четыре тройных оси симметрии).— Наука, занимающаяся всесторонним изучением К., назыв. кристаллологией или кристаллографией. Она делится на 3 отдела: математическую кристаллографию, кристаллофизику и кристаллохимию.

Кристаллы

поликристаллы

монокристаллы

Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и характеризующийся анизотропией свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомно-кристаллической структурой и условиями кристаллизации. Часто монокристалл приобретает хорошо выраженную естественную огранку, в неравновесных условиях кристаллизации огранка проявляется слабо. Примерами огранённых природных монокристаллов могут служить монокристаллы кварца, каменной соли, исландского шпата, алмаза, топаза.

Высококачественные бриллианты

Поликристаллы

и поликристаллические агрегаты, состоящие из множества различно ориентированных мелких монокристаллов. Большое промышленное значение имеют монокристаллы полупроводниковых и диэлектрических материалов, выращиваемые в специальных условиях. В частности, монокристаллы кремния являются основой современной твердотельной электроники.

Строение кристаллов

В зависимости от строения, кристаллы делятся на ионные, ковалентные, молекулярные и металлические. Ионные кристаллы построены из чередующихся катионов и анионов, которые удерживаются в определенном порядке силами электростатического притяжения и отталкивания. Электростатические силы ненаправленные: каждый ион может удержать вокруг себя столько ионов противоположного знака, сколько помещается. Но при этом силы притяжения и отталкивания должны быть уравновешены и должна сохраняться общая электронейтральность кристалла. Все это с учетом размеров ионов приводит к различным кристаллическим структурам. Так, при взаимодействии ионов Na + (их радиус 0,1 нм) и Cl – (радиус 0,18 нм) возникает октаэдрическая координация: каждый ион удерживает около себя шесть ионов противоположного знака, расположенных по вершинам октаэдра. При этом все катионы и анионы образуют простейшую кубическую кристаллическую решетку, в которой вершины куба попеременно заняты ионами Na + и Cl – . Аналогично устроены кристаллы KCl, BaO, CaO, ряда других веществ.

СИММЕТРИЯ КРИСТАЛЛОВ

свойство кристаллов совмещаться с собой в различных положениях путём поворотов, отражений, параллельных переносов либо части или комбинации этих операций. Симметрия внешних формы (огранки) кристалла определяется симметрией его атомного строения, которая обусловливает также и симметрию физических свойств кристалла.

Среди различных горных пород встречаются кристаллические (обычно магматические и вулканические породы) и некристаллические (обычно осадочного происхождения). Особый интерес представляют кристаллические горные породы (или природные кристаллы) . Среди выставленных в магазинах на показ драгоценных и полудрагоценных камней (представленных в виде природных кристаллов или осадочных пород) у некоторых из них имеется табличка "натуральный камень". Это означает, что такие камни найдены в природе, обработаны и выставлены на продажу. А что тогда представляют остальные камни без табличек? Это минералы и камни выращены на заводе! (или искусственные кристаллы ). Можно выращивать аметисты, цитрины, морионы, которые не будут уступать естественным минералам. Но вот себестоимость таких минералов и камней будет гораздо ниже! (конечно это относится не ко всем минералам, выращиваемым искусственным путём)

Горный хрусталь друза с кристаллами Горный хрусталь (прозрачный и бесцветный кварц) в виде вертикальной друзы на подложке из молочно-белого кварца.

Крупный искусственный алмаз

Редкая друза горного хрусталя Таблитчатые кристаллы горного хрусталя (иногда выдаваемые за редкие бериллы) и автоэпитаксия (самонарастание) очень мелких кристалликов горного хрусталя на подложке из агата и материнской породы

Кварц - окись кремния Si-O 2 .

Кварцевые кристаллы - шестигранные призмы, с одного конца (реже с обоих) увенчанные шести- или трёхгранной пирамидальной головкой, сочетающей грани двух ромбоэдров. Часто по направлению к головке кристалл постепенно сужается.

Кварц образуется при различных геологических процессах: Непосредственно кристаллизуется из магмы кислого состава. Температура его выделения может превышать 1000 °C. Кварц кристаллизуется из обогащённых флюидом пегматитовых магм.

В промышленности имеет место синтез кварца гидротермальным способом. Преимуществом синтетического кварца для промышленности является большая однородность по примесям, более высокая химическая чистота. Также преимуществом метода синтеза является то, что результатом выращивания являются монокристаллы, которые по своим свойствам более пригодны для использования в качестве пьезооптического кварца, чем широко распространённые в природе сдвойникованные кристаллы. Для ювелирной промышленности также метод синтеза является немаловажным, так как позволяет получать кварц практически любых цветов, самой разной насыщенности, при необходимости даже с переходами одной окраски в другую. Выращивают даже не существующий в природе синий кварц.

Агат - скрытокристаллическая разновидность кварца, представляет собой тонковолокнистый агрегат халцедона со слоистой текстурой и полосчатым распределением окраски. Ювелиры называют агатом также разновидности халцедона без явной слоистости, но с различными включениями, создающими конкретный рисунок: моховой агат, агат звёздчатый и другие.

Агаты медленно формируется в условиях, обеспечивающих протекание периодических химических реакций, связанных с диффузией и перенасыщением соединений кремния. Зоны агатов могут иметь толщину до 1,5 мкм. Концентрическая слоистость агатов формировалась в условиях избыточного гидростатического давления. Агаты формируются в закрытой системе — полости бывшего газового пузыря, изолированного в толще лавы. У глазковых (очковых) агатов концентрические круговые слои располагаются вокруг центральной точки (эта точка может содержать несколько кристалликов горного хрусталя), это самые ценные агаты. В некоторых агатах в зоне шириной 1 см может содержаться несколько тысяч различных слоев .

Аметист - синяя, синевато-розовая или красно-фиолетовая разновидность кварца. Встречается обычно в виде свободно сидящих в пустотах и жилах среди кристаллических горных пород кристаллов и их сростков.

Красивый фиолетовый или вишнёво-синий цвет аметиста, которым он только и отличается от простого кварца и горного хрусталя, обусловлен не следами окислов железа и марганца, как думали прежде, а примесью органического красящего вещества. Поэтому при прокаливании уже около 250° аметист теряет свою окраску, переходящую постепенно в жёлтую или зеленоватую, и становится бесцветным.

Аметист образуется в низкотемпературных гидротермальных условиях.

В природе аметист встречается в виде призматических кристаллов, увенчанных пирамидальной головкой, в виде скиптровидных кристаллов, а также щеток, друз, в сростках и параллельно-шестоватых кристаллических агрегатах.

Выращивание искусственных кристаллов

интересовало людей ещё в IX веке. И прежде всего интерес представляли драгоценные минералы: рубин и сапфир. Сейчас такие минералы производятся миллионами карат ежегодно! Искусственные кристаллы камней производят из расплавов, из растворов, из газа, но конечно, для каждого минерала существует свой способ получения, своя технологическая особенность. (С этой особенностью связано такое разнообразие минералов в природе!). Интересен вопрос о скорости роста. Здесь нет однозначного ответа. Скорость роста искусственных кристаллов зависит от условий роста, глубине залегания породы и давления, концентрации природного раствора, какие породы окружают растущий кристалл и многое другое. Если учесть то, что в самом среднем случае рост минералов может происходить годами и веками, то создавая искусственные условия выращивания кристаллов камней , получили почти "космическую" скоростью.