Кристаллы. Удивительное рядом

Научно-практическая конференция

“Первые шаги юных исследователей в науку”

КРИСТАЛЛЫ : УДИВИТЕЛЬНОЕ РЯДОМ

Автор: Кузнецов Илья Евгеньевич,

ученик 4 Б класса МОУ «Лицея №76 » г. Новокузнецка

Руководитель: Мальцева Ольга Витальевна,

учитель начальных классов МОУ «Лицея №76»

г. Новокузнецка

г. Новокузнецк – 2012г.

Содержание

Введение  

Глава 1  Кристаллы

1.1.    Представления о кристаллах в древности

2. Строение и рост кристаллов
3. Применение  кристаллов
4. Удивительно, но факт

Глава 2  Результаты исследования

1. Способы выращивания кристаллов
2. Мои исследования
3. Результаты

Выводы

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Возможно, вы считаете, что кристалл — это редкий и красивый минерал или драгоценный камень. Отчасти вы правы. Изумруды и бриллианты являются кристаллами. Но не все кристаллы редки и красивы. Каждая отдельная частица соли или сахара — тоже кристалл! Многие из самых обычных веществ вокруг нас представляют собой кристаллы. Это очень интересно! Поэтому я решил изучать кристаллы.

Выдвинул для себя гипотезу: кристалл – это драгоценный камень. Определил задачи и

 Кристалл — это твердое состояние вещества. Удивительное сходство кристаллов льда и горного хрусталя было подмечено уже очень давно. В древности и в средние века думали, что кристаллы горного хрусталя и кристаллы льда – одно и то же, только лёд замерзает у нас на глазах, а горный хрусталь – лишь при особенно сильном морозе. Само слово «кристалл» происходит от греческого «крюсталлос», то есть лёд.

1. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О КРИСТАЛАХ В ДРЕВНОСТИ

Первые сведения о горном хрустале мы находим у римского учёного Плиния Старшего (I век н. э.). О горном хрустале Плиний утверждает, что он «образуется действием сильного холода... По крайней мере, оный только там находится, где наиболее смерзается зимних снегов. А что он есть лёд – сие достоверно».

 В древности кристаллам приписывали всякие необыкновенные свойства.

Считали, например, что кристалл аметиста предохраняет от пьянства и навевает счастливые сны, изумруд спасает мореплавателей от бурь, сапфир помогает при укусах скорпионов, алмаз бережёт от болезней, топаз приносит счастье в ноябре, а гранат – в январе и т. д. Человека, укушенного змеёй, заставляли съесть толчёный изумруд. Можно себе представить, как это помогало больному! Древние обитатели Америки – инки – поклонялись как божеству большому кристаллу зелёного изумруда.

А вот какие свойства приписывает драгоценным камням русский лечебник начала XVIII века: «Морион камень кто на шее носит, тот не будет страдать меланхолией, и если имеет падучую болезнь, то выздоровеет. Если воин на левой стороне в оружии своём носит алмаз, то не будет убит; алмаз же, носимый в перстне на руке, лихие сны отгоняет и приносит пользу беснующимся и лунатикам…»

И сейчас ещё часто люди, рассматривая чудесные, сверкающие, переливающиеся многогранники кристаллов, не хотят верить, что они созданы природой, а не человеком. Но теперь мы можем проследить образование кристаллов на опыте. Конечно, раньше, когда наука была очень мало развита, невозможно было понять, как возникли кристаллы. Считать, что кристаллы сделаны человеком, могли те, кто не видел кристаллов в природе. Но искатели камней, рудокопы, находившие кристаллы в земле, понимали, что человек тут не при чём. В то же время им трудно было поверить, что кристаллы образуются сами; это казалось слишком странным.  Так родились народные сказания о кристаллах.

 Но как же в действительности образуются кристаллы?

 Все кристаллы, окружающие нас, не образовались когда-то раз и навсегда готовыми, а выросли постепенно. В природе, в лаборатории, на заводе кристаллы растут из растворов, из расплавов, из паров, из твёрдых веществ. Посмотрим же, как растут и живут кристаллы.

2. СТРОЕНИЕ И РОСТ КРИСТАЛЛОВ

Дело в том, что кристаллы сами, без помощи человека, принимают свою форму, они вырастают многогранниками. Это основное различие между кристаллами и не кристаллами объясняется их внутренним строением, тем, как расположены в них мельчайшие частички вещества — атомы, ионы, молекулы. Все в мире сложено из этих мельчайших частиц. Везде и во всем движутся мельчайшие частички. Строй частиц в кристаллическом твердом теле похож на пчелиные соты или на строительные леса: вправо и влево, вперед и назад, вверх и вниз тянутся ровные, правильные, бесконечные ряды частиц, образую кристаллическую решетку (см. приложение 1). Выйти из строя частицы кристаллического твердого тела могут лишь при определенных условиях: если, например, нагреть кристалл так, чтобы он начал плавиться. Под теплыми лучами весеннего солнца начнет таять лед, разрушится строй частиц в кристалле льда и ослабеют силы, удерживающие частицы на их местах. Скрылось солнце, снова подморозило, закружились в воздухе снежинки: это опять частицы собрались правильным строем, ровными, симметричными, правильными рядами.

Порядок и симметрия — вот что характерно для твердого кристаллического тела. Пока есть этот порядок — существует кристалл. Нарушен порядок, рассыпался строй частиц — это значит, что кристалл расплавился, превратившись в жидкость, или испарился, перешел в пар.
Внутреннее строение кристаллов определяет их внешнюю форму. Кристалл растет так, что каждая новая частичка как бы пристраивается к строю, находит свой участок, свое положение в строгой системе. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и могут отличаться размерами.

Но кристалл не перестает быть кристаллом и тогда, когда его внешняя форма не многогранна. Почему? Потому, что, обломав кристалл снаружи, мы почти не нарушили его: внутреннее строение, кристалл не перестал быть кристаллом, он не потерял способности самоограняться.
Почему же не все кристаллы вырастают многогранными?
В глубинах Земли находится магма, т. е. сложный раствор-расплав множества различных веществ, из которого при остывании образуются разные минералы с разным кристаллическим строением. Когда в глубинах Земли магма застывает медленно, химические вещества, из которых она состоит, затвердевают не все сразу, а поочередно, потому что температура их кристаллизации различна. Сначала кристаллизуются те, у которых температура кристаллизации повыше, потом следующие, и так постепенно магма, застывая, распадается на разнородные, почти всегда кристаллические минералы.
Если этим минералам ничто не мешает при росте, то они вырастают в виде правильных многогранников. Но если много кристаллов растет вместе, то, увеличиваясь, они начинают теснить друг друга. Если кристалл столкнулся с соседним кристаллом, то дальше в эту сторону он уже расти не может. В результате кристалл вырастает в одни стороны больше, чем в другие; так получаются не многогранники, а бесформенные зерна. Интересно, что одно и то же вещество может встречаться и в кристаллическом и в некристаллическом виде.
Легко понять, почему это так происходит. В жидком расплаве частицы движутся совершенно беспорядочно. Если расплав застывает медленно, они постепенно собираются в ряды, в ровный строй: образуются кристаллы. Если же застывание происходит очень быстро, то частицы не успевают построиться правильными рядами и расплав затвердевает некристаллическим. Так, например, образуется обычное стекло.
С течением времени все некристаллические вещества перерождаются в кристаллические, частицы в них собираются в правильные ряды. Только срок для разных веществ различен: для сахара это несколько месяцев, а для камня — миллионы лет.

1.3. ПРИМЕНЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ

  Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, их стали использовать в ювелирных изделиях. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита.

Опираясь на законы оптики, ученые искали прозрачный бесцветный и бездефектный минерал, из которого можно было бы шлифованием и полированием изготавливать линзы. Нужными оптическими и механическими свойствами обладают кристаллы неокрашенного кварца, и первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Даже после появления искусственного оптического стекла потребность в кристаллах полностью не отпала; кристаллы кварца, кальцита и других прозрачных веществ, пропускающих ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов.

  Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы используются в радиоприемниках и радио- передатчиках, в компьютерах и системах связи.

Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет. 

1.4. УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ

Кристаллы могут иметь всевозможные формы (см.приложение 2). Все известные в мире кристаллы могут быть разделены на 32 вида, которые в свою очередь могут быть сгруппированы в шесть видов. Кристаллы могут иметь и разные размеры. Некоторые минералы образуют кристаллы, которые разглядеть можно только с помощью микроскопа. Другие же образуют кристаллы, вес которых составляет несколько сотен фунтов. Самые большие кристаллы природного происхождения спрятаны в глубинах двух пещер, которые расположены в Чиуауа (Мексика). Гигантские кристаллы селенита (кристаллического гипса) имеют колончатую структуру. Наибольшие кристаллы имеют длину 10-15 метров, достигают 1,2 метра в поперечнике и весят около 55 тонн. К сожалению, увидеть это чудо могут далеко не все из-за экстремальных условий в пещерах (температура достигает 65 градусов по Цельсию при абсолютной 100%-ной  влажности) (см. приложение 3).

2.1. СПОСОБЫ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ

Способ выращивание кристалла из соли

Для того чтобы вырастить кристалл из соли, сначала необходимо приготовить достаточно концентрированный соляной раствор. Соль добавляется в стакан с водой, до тех пор, пока она не перестанет растворяться во время перемешивания. Теперь следует нагреть полученную смесь, чтобы достичь полного растворения выбранной соли. Стакан с соляным раствором ставится в емкость с горячей водой. Затем полученный концентрированный раствор соли переливается в специальный химический стакан или емкость. В стакан при помощи перемычки из проволоки (ее можно сделать и из стержня обычной шариковой ручки) подвешивается на нитке кристаллическая "затравка" – кристалл поваренной соли, так, чтобы он был полностью погружен в полученный раствор и не касался стенок химического стакана. Также кристалл можно опустить на дно стакана. На данной "затравке" и предстоит расти вашему будущему кристаллу. Емкость с солевым раствором следует поставить в теплое место и оставить открытой.

Способ выращивание кристалла из медного купороса.

Емкость с водой лучше всего постепенно подогревать, для ускорения реакции и более быстрого растворения химиката. Насыпать купороса нужно по немного (по большой столовой ложке) и каждый раз тщательно перемешивать.  В процессе добавления, вода начнет менять цвет – вначале она станет голубой, но постепенно приобретет темно синий цвет. Добавляйте купорос до тех пор, пока он будет растворяться в воде. Как только купорос перестанет растворяться, снимайте емкость с огня и перелейте раствор в стеклянную банку. После этого в нее нужно опустить так называемую «затравку». «Затравка» чаще всего представляет собой обычную ниточку, на которую и будут наращиваться кристаллики.  Ниточку можно привязать к палочке (ручке, карандашу и т.д), которые вы положите на банку. После чего накройте верхнее отверстие банки, для того, чтобы в емкость не попадала пыль. И уже через пару дней вы заметите, что на ниточку наросло множество маленьких кристалликов синего цвета, а также на дне банке лежит россыпь этих кристалликов. Продолжайте выращивание до  тех пор, пока вода не станет светлого цвета, а кристаллы не перестанут расти.

2.2. МОИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Я сделал разные виды растворов: один - из поваренной соли, второй – из медного купороса, третий – из дигидрофосфата аммония (средство из набора юного химика “Вырасти свой кристалл”) следуя инструкциям и стал наблюдать.

Первый день - маленькие кристаллики покрыли нитку.               

Четвёртый день - стали образовываться  кристаллы из медного купороса.

Через неделю - выросло четыре кристалла из медного купороса длиною два сантиметра, и кристаллы соли покрыли всю нитку.

Через две недели - вырос кристалл из медного купороса  длиною пять

сантиметров и кристаллы соли плотным слоем покрыли нитку.

  Первый покупной кристалл рос в обычной воде и вырос только через три недели.

Второй покупной кристалл рос в дистиллированной воде и вырос через одну неделю.

 Я провёл опыт и узнал, что в дистиллированной воде кристаллы растут лучше, чем в обычной воде. Ещё я поставил банку с раствором на батарею и увидел, что вода испаряется быстрее, но в результате образуются не кристаллы. Во время исследования я делал фотографии, которые представлены в слайдах.

ВЫВОД: в домашних условиях можно вырастить кристаллы, но это очень длительный процесс (не один месяц).