Домашние экспериментальные задания с кристаллами – основа творческого исследования учащихся по физике и химии

Домашние экспериментальные задания с кристаллами – основа творческого исследования учащихся по физике и химии

С кристаллами люди знакомы с древних времён. Кристаллы обожествляли, им поклонялись. Кристаллам приписывают магические и лечебные свойства. Мир кристаллов - мир не менее красивый, разнообразный, развивающийся, и не менее загадочный, чем мир живой природы.

Кристаллы дают благодатную почву для подготовки учащихся к проектной деятельности. Ведь области применения кристаллов очень разнообразны. Кристаллы применяются во многих приборах и устройствах, с которыми мы сталкиваемся каждый день: в компьютерах и мобильных телефонах, аудио- и видеотехнике, … Из нанокристаллов даже создают картины. Сейчас, пожалуй, нельзя назвать ни одну дисциплину, ни одну область науки и техники, которая бы обходилась без кристаллов. Многообразие видов кристаллов (жидкие, нанокристаллы, полупроводниковые,..) позволяют нам с уверенностью утверждать: «Вся физика - в кристалле»!

Первое знакомство с кристаллами происходит уже в самом начале изучения физики¹ в теме «Первоначальные сведения о строении вещества». В примерной программе к ФГОС второго поколения по физике для 7– 9 классов предусмотрена лабораторная работа по выращиванию кристаллов соли и сахара². Если в школе нет микроскопов для выполнения этой работы, то домашнее экспериментальное задание по выращиванию кристаллов вполне может заменить эту классную лабораторную работу.

Во время выращивания кристаллов ребята могут наблюдать за ними, вести дневник, где записывать все происходящие с кристаллами изменения. Одновременно с этим они могут знакомиться со свойствами кристаллов, используя дополнительные источники информации.

При выполнении домашних экспериментальных заданий, связанных с кристаллами, ребята отвечают на вопросы:

1. Найдите фотографии кристаллов различных веществ, рассмотрите их и определите отличия. В чём главное отличие всех этих кристаллов?

2. Найдите фотографии тех кристаллов, которые вы выращиваете. Зарисуйте эти кристаллы. Когда ваш кристалл вырастет, сравните его форму с вашими рисунками. Есть ли разница?

3. С чем связана правильная форма кристалла? Как вы понимаете слова «симметрия», «элементарная ячейка»?

4. Почему кристаллы имеют плоские ровные грани? Рассмотрите через лупу соль в солонке и сахар в сахарнице. Видны ли у них эти грани?

5. Что означает способность самоограняться у кристаллов? Почему и при каких условиях она происходит?

6. Какой кристалл растёт у вас: монокристалл или поликристалл? Как вы это определили?

7. Какое из свойств характерно для кристаллов: изотропия или анизотропия? В чём они заключаются?

8. Знаете ли вы, что в музее «Хрустальные миры» Сваровски (в Австрии) хранятся кристаллы, вошедшие в Книгу рекордов Гиннеса: самый большой диаметром 40 см и самый маленький - диаметр всего 0,8 мм. А какой кристалл вырос у вас? Определите массу и размеры вашего кристалла.

После такого знакомства с кристаллами ребятам самим хочется узнать больше о свойствах кристаллов, их применении, а также вырастить монокристалл с красивой огранкой, или не менее красивый поликристалл.

Как вырастить кристалл в домашних условиях

Существует много методик выращивания кристаллов. Одна их наиболее эффективных - способ постепенного охлаждения насыщенного раствора, так как это позволяет в более короткие сроки вырастить большие кристаллы правильной формы. Наилучший результат получается с раствором медного купороса.

Инструкция по выращиванию кристалла.

1. Для получения насыщенного раствора, к 200мл горячей воды добавьте 200 г порошка медного купороса, чтобы образовался осадок около 2-3 см.

2. Перелейте раствор в другой стакан, пропустив его через фильтровальную бумагу или вату (чтобы в него не попало ни крупинки порошка).

3. Опустите в раствор нить, и оставьте его остывать. На второй день, на нити появятся маленькие кристаллики медного купороса.

4. Выберите самый крупный кристаллик (он будет служить затравкой), а остальные удалите.

5. Повторите процедуру получения насыщенного раствора (пункты 1, 2).

6. Стакан с тёплым насыщенным раствором поставьте в такое место, чтобы он не подвергался тряске или нагреванию.

5. Нить с кристалликом опустите в раствор в середину стакана, а свободный конец нити намотайте на карандаш. Карандаш положите на края стакана.

6. Наблюдайте за кристаллом до тех пор, пока он перестанет расти. Все свои действия и изменения, происходящие в растворе, записывайте в дневник наблюдений.

7. Внимание! Чтобы вырастить монокристалл, не вынимайте кристалл из раствора, пока не закончите выращивание, не повышайте температуру раствора (стакан не должен стоять на окне или у батареи).

Домашние экспериментальные задания с использованием кристаллов могут быть даны по всем без исключения разделам.

При выполнении домашних экспериментальных заданий по измерению объёма твёрдых тел правильной и неправильной формы, их массы и плотности, выяснению условий плавания тел тем учащимся, которые выращивали кристаллы, предлагается в качестве исследуемых тел использовать и свои выращенные кристаллы.

При определении плотности жидких веществ, дополнительно предлагается определить плотность насыщенного раствора соли, который используется для выращивания кристаллов.

Можно провести наблюдение диффузии при приготовлении насыщенного раствора соли в воде, или сахара для выращивания кристаллов.

В теме «Давление» можно определить давление, которое производит кристалл на грани и давление, производимое раствором, из которого выращивается кристалл.

При выполнении классной лабораторной работы по определению архимедовой силы, аналогичное задание предлагается на дом для кристаллов.

При изучении рычагов учащиеся, вырастившие кристаллы, могут провести эксперимент по определению веса кристалла с помощью линейки-рычага.

В последующие годы работа с кристаллами может быть продолжена и на уровне проектов. Уже в 8 классе при изучении магнитного поля можно предложить детям исследовательскую проектную работу, связанную с влиянием магнитного поля на рост кристаллов и практическим применением найденной зависимости.

При изучении кристаллов в курсе химии учитель может оттолкнуться от исследований учащихся по физике и расширить полученные учащимися знания с точки зрения химии.

1 Физика. 7 кл.: учебник /А. В. Пёрышкин. – М.: Дрофа, 2018.

2 Примерная программа к стандарту II поколения 7– 9 кл. http://metod-phys-tula.nethouse.ru/static/doc/0000/0000/0146/146222.97mzdtedx3.pdf