"Выращивание кристаллов в домашних условиях"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №6»

Партизанского городского округа

Итоговый индивидуальный проект

по физике

Выращивание кристаллов в
домашних условиях

Выполнили:

Войтенков Александр Сим Виктор

ученики 9 «Б» класса

Руководитель :
Гончарова Зинаида Николаевна

учитель физики

Парти з

Партизанск, 2020 Содержание

Введение 2

Глава 1.Что такое кристаллы?

1.1. Применение кристаллов в науке и технике 3

1. 2. Роль кристаллов в живых организмах 4

Глава 2. Получение кристаллов

2.1.Выращивание кристаллов в домашних условиях 6

Глава 3. Выводы и предложения 10

Заключение 11

Список литературы 12

Введение

Нас всегда поражала красота кристаллов. Мы всегда считали, что каждый из них по-своему прекрасен. Они, подобно росе, сверкают на солнце, завораживают красотой своих граней, глубиной цвета, сказочными переливами и игрой неповторимых красок. Мы очень рады, что можем создать нечто столь прекрасное и в то же время столь полезное и незаменимое.

Большинство окружающих нас твёрдых тел представляют собой тела в кристаллическом состоянии. Кристаллы встречаются повсюду: мы ходим по кристаллам, строим из них, выращиваем их в лабораториях, создаём приборы и изделия из кристаллов, широко применяем их в науке и технике, потребляем кристаллы в пищу, используем для лечения, находим кристаллы в живых организмах (молекулы ДНК) и т. п.

Эта тема нас заинтересовала, поэтому мы решили взяться за этот проект.

Цель: Научиться выращивать кристаллы в домашних условиях

Задачи:

1.Изучить литературу о кристаллах.

2.Собрать необходимое оборудование и материалы.

3. Изучить различные методики выращивания кристаллов некоторых веществ

• Применить полученные знания о свойствах кристаллов на практике

Объект исследования: кристалл меди

Метод исследования:

Глава 1. Что такое кристаллы?

Большинство окружающих нас твёрдых тел представляют собой тела в кристаллическом состоянии. Кристаллы встречаются повсюду: мы ходим по кристаллам, строим из них, выращиваем их в лабораториях, создаём приборы и изделия из кристаллов, широко применяем их в науке и технике, потребляем кристаллы в пищу, используем для лечения, находим кристаллы в живых организмах (молекулы ДНК) и т. п.

В зависимости от температуры и давления каждое простое или сложной химическое вещество может находиться в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. Человек живет на твёрдой поверхности Земли, и мир окружающих его вещей - в основном мир твёрдых тел. На протяжении многих тысячелетий человек использовал, главным образом, одну особенность твёрдых тел - длительное время сохранять неизменными форму и размеры. Твёрдые тела чрезвычайно разнообразны как по типам своего внутреннего строения, так и по физическим свойствам. В настоящее время исключительная роль твёрдых тел в современной технике выдвигает особые задачи перед учёными-физиками, занимающимися исследованием их физических свойств.

Твёрдые тела, однородные по химическому составу и обладающие одинаковыми физическими свойствами в различных своих частях, называются минералами.

Некоторые минералы состоят из атомов одного химического элемента, например: алмаз ©, золото (Au), медь (Си). Но абсолютное большинство минералов - химические соединения нескольких элементов, например: кварц (SiO2), корунд (AI2 ОЗ).

По физическим свойствам минералы делятся на аморфные и кристаллические тела.

Аморфными называются такие твердые тела, все физические свойства которых совершенно одинаковы по всем направлениям (изотропные тела). Аморфные тела в природе встречаются редко.

Кристаллическими называются твёрдые тела, физические свойства которых не одинаковы в различных направлениях, но совпадают в параллельных направлениях. Это свойство кристаллов называется анизотропностью.

Семейство кристаллических тел состоит из двух групп - монокристаллов и поликристаллов.

Монокристаллы иногда обладают геометрически правильной внешней формой, а поликристаллы, подобно аморфным телам, не имеют присущей данному веществу определённой формы. Но в отличии от аморфных тел структура поликристаллов неоднородна, зерниста. Они представляют собой совокупность сросшихся друг с другом хаотически ориентированных маленьких кристаллов - кристаллитов.

1

По размерам кристаллы бывают различными. Многие из них можно увидеть только в микроскоп. Но встречаются и гигантские кристаллы массой в несколько тонн.

Почти все твёрдые тела состоят из кристаллов, однако обнаружить их кристаллическое строение путём внешнего осмотра удаётся далеко не всегда. Характерный признак кристалла - наличие плоских граней. Большинство природных и искусственно приготовленных твёрдых тел имеют поликристаллическое строение.

При рассматривании невооруженным глазом заметить их кристаллическое строение трудно. Но если образец со свежей поверхностью излома рассмотреть через лупу, то можно увидеть характерный для кристаллов признак - наличие плоских поверхностей у кристаллических зёрен. Поворачивая образец, можно наблюдать поблескивание таких граней.

Разнообразие кристаллов по форме очень велико. Кристаллы могут иметь от четырёх до нескольких сотен граней. Но при этом они обладают замечательным свойством: какими бы ни были размеры, форма и число граней одного и того же кристалла, все плоские грани пересекаются друг с другом под определёнными углами.

Разобраться в устройстве кристаллов, пользуясь только объемными моделями их строения, довольно трудно. В связи с этим часто применяется способ изображения кристаллов с помощью пространственной кристаллической решётки.

(с. 25. Кабардин О. Ф.)

2

1.1. Применение кристаллов в науке и технике

Применения кристаллов в науке и технике многочисленны и разнообразны.

Алмаз, например, используется и как ювелирное украшение, и как сверхтвёрдый резец. Кристаллы используются при изготовлении часов, в текстильной промышленности в качестве нитеводителей. Исключительная роль выпала на долю кристаллов в современной электронике. Большинство полупроводниковых электронных приборов изготовлено из кристаллов кремния и германия. В последние десятилетия широко стали применяться жидкие кристаллы в радиотехнике, голографии, лазерной и вычислительной технике, а также в электроизмерительных устройствах и цифровых индикаторах Области применения жидких кристаллов непрерывно расширяются. Новыми и перспективными направлениями являются медицинская диагностика и изготовление жидкокристаллических телевизоров и компьютеров.

(с. 51-52. Новикова Т. Г.)

3

 

1. 2. Роль кристаллов в живых организмах

Кристалл обычно служит символом неживой природы. Однако в клетках любого животного или растения имеется нечто постоянное, неизменное, способное управлять химическими процессами, протекающими в них. Такими носителями «программы» процессов, протекающих в живой клетке, оказались молекулы ДНК. Согласно современным данным, они представляют собой двойные спирали гигантских размеров и несут всю информацию о строении и развитии живого организма. Именно такие молекулы с точки зрения физики рассматриваются как особый вид твёрдого тела - одномерные кристаллы.

Следовательно, кристаллы - это не только символ неживой природы, но и «основа» жизни на Земле.

(с. 139. Энциклопедический словарь юного химика)





























4

Глава 2. Получение кристаллов

Кристаллы (от греч. Krystallos, первонач. - лед), твердые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку).

Проблему получения кристаллов решали уже в XIX в.

Кристаллография - наука о кристаллическом состоянии вещества зародилась в древности и развивалась в тесной связи с минералогией.

Постепенно кристаллография превратилась в науку о физических свойствах твердого вещества и о причинах этих свойств. Из узкой дисциплины наука о кристаллах выросла в самостоятельную область физического знания. Одним из основателей этой новой науки был русский кристаллограф Юрий Викторович Вульф (1863-1925). Он открыл физический закон роста кристаллов, закон отражения рентгеновских лучей (совместно с Уильямом Генри Брэггом и Уильямом Лоренсом Брэггом), ему принадлежат интересные работы по оптическим свойствам кристаллов. Ю. В. Вульф - новатор в деле преподавания кристаллографии. Большой интерес вызывает его книга «Симметрия и её проявление в природе».

Среди других знаменитых кристаллографов можно назвать имена: Алексея Васильевича Шубникова, в честь которого назван Институт кристаллографии в Москве, Николая Васильевича Белова и других.

Существует несколько способов выращивания кристаллов.

Получение кристаллов из раствора сводится к двум способам: первый состоит в медленном испарении растворителя из насыщенного раствора, а второй - в медленном понижении температуры раствора.

В качестве растворителей используют воду, спирты, кислоты, расплавленные соли и металлы.

Рост кристалла начинается тогда, когда в растворе есть центр кристаллизации, например, в виде маленького кристалла, пылинки.

(с. 237. Бордонская Л. А., с. 102. Новошинская Н. С., Новошинский И. И.)

6

2.1. Выращивание кристаллов в домашних условиях.

• Если не дожидаться у моря погоды и смены времен года, можно за две-три недели вырастить красивые кристаллы солей у себя дома. Для этого потребуется стеклянная банка, проволочка и нитка, да еще необходимый запас соли, кристаллы которой вы собираетесь выращивать. Очень эффектно выглядят "доморощенные” кристаллы медного купороса ярко-синего цвета и хромокалиевых квасцов (фиолетовые), хороши и бесцветные кубики поваренной соли.

• Медный купорос применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, в промышленности при производстве искусственных волокон, органических красителей, минеральных красок, мышьяковистых химикатов, для обогащения руды при флотации, при воронении стали, в гальванопластике и др. Его можно легко достать в любом магазине «Все для сада и огорода».

Оборудование и материалы

• порошок меди (Медный купорос, CuSO4) - 500г.

• Стеклянный химический термостойкий стакан вместимостью 200-300мл.

• Вода дистиллированная 500-700 мл.

• Пластмассовая пуговица
• Ложка из нержавеющей стали
• Канцелярская скрепка или отрезок провода с ПВХ изоляцией. Длина провода 15-20см

Сначала приготовим как можно более концентрированный раствор выбранной соли, внося соль в стакан с водой, - до тех пор, пока очередная порция соли не перестанет растворяться при перемешивании. После этого слегка подогреем смесь, чтобы добиться полного растворения соли. Для этого стакан поставим в кастрюлю с теплой водой.

Полученный концентрированный раствор перельем в банку или химический стакан; туда же с помощью проволочной перемычки (можно также сделать перемычку из стержня шариковой ручки) подвесим на нитке кристаллическую "затравку" - маленький кристаллик той же соли - так, чтобы он был погружен в раствор. На этой "затравке" и предстоит расти будущему экспонату вашей коллекции кристаллов.

7

Химический стакан с раствором медного купороса и нитка с "затравкой" для выращивания кристаллов.

Сосуд с раствором поставим в открытом виде в теплое место. Следует следить за ростом кристалла каждый день, ни в коем случае не поднимая, не поворачивая и не сотрясая стакан с раствором, иначе эта встряска породит в системе незапланированную,иногда мгновенную кристаллизацию.

Через сутки после начала опыта на нитке появились кристаллы медного купороса, похожие на драгоценные камни.

8

В общем случае форма кристаллов во время их роста зависит от температуры и внешнего давления. При одних и тех же условиях каждое вещество образует кристалл только одной и строго определён ной формы.
Медный купорос кристаллизируется в форме октаэдров.



Когда кристалл вырастет достаточно большим, вынем его из раствора, обсушим мягкой тряпочкой или бумажной салфеткой, обрежем нитку и покроем грани кристалла бесцветным лаком, чтобы предохранить от ''выветривания^'' на воздухе.




Так будет выглядеть кристалл медного купороса, выращенный из раствора.




9

Глава 3. Выводы и предложения


Выполнив работу, мы пришли к следующим выводам:

• формирование кристаллов быстрое идет при замедленной реакции и медленном понижении температуры,

• в домашних условиях можно вырастить кристаллы различных типов, отличающиеся друг от друга химическим составом, внутренней структурой, формой и окраской,

• объяснение наблюдений по выращиванию кристаллов можно использовать на уроках химии, физики.

Из полученных кристаллов можно делать декоративные украшения и сувениры, выглядящие весьма элегантно. Так же их можно использовать как наглядное пособие на уроках химии, физики, географии или как поделочный материал при составлении эксклюзивных композиций, изображающих морское дно, полезные ископаемые, пейзажи, растения и животных.

Сувениру или ожерелью из кристаллов, собственноручно выращенных вами, несомненно, будут рады ваши друзья и близкие. Такой подарок будет поднимать настроение и радовать взгляд долгие годы.

Заключение

Главный результат нашей работы - новые знания и умения, которые мы получили, и надеемся, что они нам понадобятся в дальнейшей жизни.

В результате проведенных нами опытов мы

• изучили физические свойства кристаллических модификаций некоторых веществ,

• применили полученные знания о свойствах кристаллов на практике, научились выращивать кристаллы в домашних условиях,

• в очередной раз доказав, что при выращивании большую роль играют температура и скорость реакции.

11

Литература:

1. Бордонская Л. А. — Отражение взаимосвязи науки и культуры в школьном физическом образовании и подготовке учителя: Монография/ Бордонская JL А. - Чита: Издательство ЗабГПУ, 2002 г. - 237 с.

2. Кабардин О. Ф. Факультативный курс физики. 9 класс. Пособие для учащихся. - М.: Просвещение, 1974 г.

3. Новошинский И. И., Новошинская Н. С. Химия 8 класс. - М.: «ОНИКС XXI век», «Мир и Образование»,

4. Теория и практика организации предпрофильной подготовки/ под ред. Т. Г. Новиковой. - М.: АПК и ПРО, 2003г. - 110 с.

5. 2004 г. Энциклопедический словарь юного химика. - М.: Педагогика, 1990 г.

12