Научно-практическая работа "Мир кристаллов".

                                                     Авторы работы:                                                                                                        

                                                    Болотова Евгения Петровна

                                                    Клишина Юлия Сергеевна                                                                              

                                                    Комов Дмитрий Анатольевич

(секция химии)

                                                                                          Руководитель:

                                                      учитель  химии  

                                                      высшей категории

                                                      МБОУ «СОШ №19»

                                                      И. В. Ходунова

Россия, Ставропольский край,

г.Изобильный  МБОУ «СОШ №19»

11 класс

Содержание

                                                                                                                                      Стр.

1. Введение …………………………………………….………........……......3-5
2. Основная часть ………………………………………….............................6-10

2.1 Кристаллы в природе ………………………………………………………...7-10

2.2 Кристаллы льда и снега ………………………….….......................................7- 8

2.3 Кристаллы в облаках …………………………………………….……………8

2.4 Кристаллы в пещерах ……………………………………………………........7-10

3. Основные области применения кристаллов ………………………..…..11-18

3.1 Алмаз………………………………………………………………..………….13

3.2 Рубин…………………………………………………………..……………….13

3.3 Жидкие кристаллы …………………………………………….……………...13-18

4. Методы выращивания кристаллов из растворов ……………………….18-27

4.1 История синтеза искусственных кристаллов  ………………………...….…18-23

4.2 Метод выращивания кристаллов из растворов с помощью «затравок» …..23-26

4.3 Метод выращивания в школьной лаборатории ………………………….…26-27

4.4 Эксперимент дома ………………………………………………..…………..27

5. Заключение и вывод……………………………………………………...27-28

5.1 Информационные ресурсы…………………………………….………….….29

1. ВВЕДЕНИЕ

• Актуальность выбранной  темы

Применение кристаллов в современном мире широко и многогранно:

радиотехника,  электроника,  медицина, металлургия,  ювелирное дело. Интересен  вопрос   о кристаллах и методики их выращивания

• Цель: вырастить кристаллы- дендриты  в условиях школьной  лаборатории
• Гипотеза: возможно ли  технологически  получение и выращивание кристаллов -  дендритов в условиях  школьной лаборатории
• Задачи

1. Изучить информационные источники о кристаллах.
2. Составить план химического эксперимента.
3. Провести химический эксперимент.
4. Выбрать способ  кодирования  результатов  химического эксперимента.
5. Изучить виды кристаллов
6. Изучит вопрос широкого применения кристаллов  в технике, повседневной жизни человека.
7. Изучить основные виды кристаллических  решеток.
8. Изучить методы искусственного выращивания кристаллов.

 Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. 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 генерируют электрический заряд при деформации. Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи.

Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. 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 мазерах 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. 

Искусственные кристаллы. С давних пор человек мечтал синтезировать камни, столь же драгоценные, как и встречающиеся в природных условиях. До 20 в. такие попытки были безуспешны. Но в 1902 удалось получить рубины и сапфиры, обладающие свойствами природных камней. Позднее, в конце 1940-х годов были синтезированы изумруды, а в 1955 фирма «Дженерал электрик» и Физический институт АН СССР сообщили об изготовлении искусственных алмазов.

Многие технологические потребности в кристаллах явились стимулом к исследованию методов выращивания кристаллов с заранее заданными химическими, физическими и электрическими свойствами. Труды исследователей не пропали даром, и были найдены способы выращивания больших кристаллов сотен веществ, многие из которых не имеют природного аналога. В лаборатории кристаллы выращиваются в тщательно контролируемых условиях, обеспечивающих нужные свойства, но в принципе лабораторные кристаллы образуются так же, как и в природе – из раствора, расплава или из паров. Так, пьезоэлектрические кристаллы сегнетовой соли выращиваются из водного раствора при атмосферном давлении. Большие кристаллы оптического кварца выращиваются тоже из раствора, но при температурах 350–450 C и давлении 140 МПа. Рубины синтезируют при атмосферном давлении из порошка оксида алюминия, расплавляемого при температуре 2050° C. Кристаллы карбида кремния, применяемые в качестве абразива, получают из паров в электропечи.

Кристалл, как загадочная и прекрасная часть природы, издревле привлекал внимание людей.

Кристалл обычно служит символом неживой природы. Однако грань между живым и неживым установить очень трудно, и понятие «кристалл» и «жизнь» не являются взаимоисключающими.

Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями.

Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все драгоценные природные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов.

Наиболее известные примеры кристаллов: лед, алмаз, кварц, каменная соль. Большинство твердых тел не обладает характерной для кристаллов правильной геометрической формой многогранника с плоскими гранями и острыми ребрами. Слово «кристалл» происходит от греческого – «лед».

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Вода – «универсальный» растворитель

Вода - самый распространенный растворитель для твердых, жидких и газообразных веществ. Из повседневной жизни хорошо известно, что если некоторые вещества растворяются в воде, то при этом образуются растворы.

Растворами называются гомогенные однородные системы, содержащие два и больше веществ. Растворы могут быть не только жидкие, но и твердые, например, стекло, сплав серебра и золота. Известны также и газообразные растворы, например воздух. Наиболее важными и распространенными являются водные растворы.

Согласно современным представлениям растворение есть результат химического взаимодействия растворителя и растворенного вещества, при этом образуются молекулярные соединения. В водных растворах эти соединения называются гидратами, а в неводных - сольватами.

Насыщенным раствором называется такой раствор, который находится в равновесии с избытком растворяемого вещества. Он содержит максимально возможное количество растворенного вещества. Понятие «насыщенные растворы» следует отличать от понятия «концентрированные растворы». Концентрированным раствором называется раствор с высоким содержанием растворенного вещества. Если концентрация раствора не достигает концентрации насыщения при данных условиях, то раствор называется ненасыщенным. При осторожном охлаждении горячего насыщенного раствора (например, медного купороса или глауберовой соли) можно получить так называемые перенасыщенные растворы.

Кристаллы в природе

Кристаллы льда и снега

      Кристаллы замершей воды, т.е. лед и снег, известны всем. Эти кристаллы почти полгода (а в полярных областях и круглый год) покрывают необозримые пространства Земли, лежат на вершинах гор и сползают с них ледниками, плавают айсбергами в океанах.

Ледяной покров реки, массив ледника или айсберга - это, конечно, не один большой кристалл. Плотная масса льда обычно поликристаллическая, т.е. состоит из множества отдельных кристаллов. Их не всегда различишь, потому что они мелки и все срослись вместе. Иногда эти кристаллы можно различить в тающем льду, например, в льдинках весеннего ледохода на реке. Тогда видно, что лед состоит как бы из «карандашиков», сросшихся вместе, как в сложенной пачке карандашей: шестигранные столбики параллельны друг другу и стоят торчком к поверхности воды; эти «карандашики» и есть кристаллики льда.

Известно, как опасны для растений весенние или осенние заморозки. Температура почвы и воздуха падает ниже нуля, подпочвенные воды и соки растений замерзают, образуя иголочки кристалликов льда. Эти острые иголки рвут нежные ткани растений, листья сморщиваются, чернеют, стебли и корни разрушаются. После морозных ночей по утрам в лесу и в поле часто можно наблюдать, как на земле вырастает «ледяная трава». Каждый стебелек такой травы - это прозрачный шестигранный кристаллик льда. Ледяные иголочки достигают длины в 1-2см, а иной раз доходят до 10-12см. Случается, что земля оказывается покрытой пластинками льда, стоящими торчком. Вырастая из земли, эти кристаллики льда поднимают на своих головках песок, гальку, камешки весом до 50-100г. Льдинки даже выталкивают из земли и уносят вверх маленькие растения. Иногда ледяная корка обволакивает растение, и корень просвечивает сквозь лед. Бывает и так, что щеточка ледяных иголок сообща поднимает тяжелый камень, сдвинуть который не под силу одному кристаллику. Искрится и горит радужным блеском хрустальная «ледяная трава», но лишь только пригреют лучи солнца, кристаллики изгибаются навстречу солнцу, падают и быстро тают.

В морозное весеннее или осеннее утро, когда солнце еще не успело уничтожить следы ночных заморозков, деревья и кусты покрыты инеем. На ветках повисли капли льда. Вглядитесь: внутри ледяных капель видны пучки тонких шестигранных иголочек - кристалликов льда. Покрытые инеем листья кажутся щетками: как щетинки стоят на них блестящие шестигранные столбики кристаллов льда. Сказочным богатством кристаллов, хрустальным нарядом украшен лес.

Каждый отдельный кристаллик льда, каждая снежинка хрупка и мала. На снежинках легче всего убедится в том, что форма кристаллов правильна и симметрична. Удивительно разнообразны формы звездочек-снежинок, но симметрия их всегда одинакова: только шесть лучей. Почему? Такова симметрия атомной структуры кристаллов снега. Это относится не только к снегу. Формы кристаллов могут быть весьма разнообразными, но симметрия этих форм для каждого вещества одна, ее определяет симметрия и закономерность атомного строения данного вещества. Снежинка может быть только шестилучевой - такова симметрия строения кристаллов снега.

Кристаллы в облаках

Кристаллики льда, причудливыми узорами которых мы любуемся в снежинках, могут в несколько минут погубить самолет. Обледенение - страшный враг самолетов - тоже результат роста кристаллов.

Здесь мы имеем дело с ростом кристаллов из переохлажденных паров. В верхних слоях атмосферы водяные пары или капли воды могут долго сохраняться в переохлажденном состоянии. Переохлаждение в облаках доходит до -30˚C. Но как только в эти переохлажденные облака врывается летящий самолет, тотчас, же начинается бурная кристаллизация. Мгновенно самолет оказывается облепленным грудой быстро растущих кристаллов льда.

Кристаллы в пещерах

Все природные воды - в океанах, морях, озерах, ручьях и подземных источниках - являются естественными растворами, все они растворяют встречающиеся им породы, и во всех этих растворах происходят сложные явления кристаллизации.

Особенно интересна кристаллизация подземных вод в пещерах. Капля за каплей просачиваются воды и падают со сводов пещеры вниз. Каждая капелька при этом частично испаряется и остается на потолке пещеры вещество, которое было в ней растворено. Так постепенно образуется на потолке пещеры маленький бугорок, вырастающий затем в сосульку. Эти сосульки сложены из кристалликов. Одна за другой капли мерно падают день за днем, год за годом, века за веками. Звук их падения глухо раздается под сводами. Сосульки все вытягиваются и вытягиваются, а навстречу им начинают расти вверх такие же длинные столбы сосулек со дна пещеры. Иногда сосульки, растущие сверху (сталактиты) и снизу (сталагмиты), встречаются, срастаются вместе и образуют колонны. Так возникают в подземных пещерах узорчатые, витые гирлянды, причудливые колоннады. Сказочно, необыкновенно красивы подземные чертоги, украшенные фантастическими нагромождениями сталактитов и сталагмитов, разделенные на арки решетками из сталактитов. В природе кристаллы неправильной формы встречаются несравненно чаще, чем правильные многогранники. В руслах рек из-за трения кристаллов о песок и камни углы кристаллов стираются, многогранные кристаллы превращаются в округлые камешки - гальку; от действия воды, ветра, морозов кристаллы растрескиваются, рассыпаются; в горных породах кристаллические зерна мешают друг другу расти и приобретать неправильные формы.

Фотографии природных кристаллов в пещерах. 

Кристаллы растущие снизу                             Кристаллы растущие сверху

Колонный зал, выросший из кристаллов.    

3. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ.

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 генерируют электрический заряд при деформации. Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи.
Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. 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 мазерах 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. Искусственные кристаллы. С давних пор человек мечтал синтезировать камни, столь же драгоценные, как и встречающиеся в природных условиях. До 20 в. такие попытки были безуспешны. Но в 1902 удалось получить рубины и сапфиры, обладающие свойствами природных камней. Позднее, в конце 1940-х годов были синтезированы изумруды, а в 1955 фирма "Дженерал электрик" и Физический институт АН СССР сообщили об изготовлении искусственных алмазов.
Многие технологические потребности в кристаллах явились стимулом к исследованию методов выращивания кристаллов с заранее заданными химическими, физическими и электрическими свойствами. Труды исследователей не пропали даром, и были найдены способы выращивания больших кристаллов сотен веществ, многие из которых не имеют природного аналога. В лаборатории кристаллы выращиваются в тщательно контролируемых условиях, обеспечивающих нужные свойства, но в принципе лабораторные кристаллы образуются так же, как и в природе - из раствора, расплава или из паров. Так, пьезоэлектрические кристаллы сегнетовой соли выращиваются из водного раствора при атмосферном давлении. Большие кристаллы оптического кварца выращиваются тоже из раствора, но при температурах 350-450? C и давлении ?140 МПа. Рубины синтезируют при атмосферном давлении из порошка оксида алюминия, расплавляемого при температуре 2050? C. Кристаллы карбида кремния, применяемые в качестве абразива, получают из паров в электропечи.

Живя на Земле, сложенной кристаллическими породами, мы, безусловно, никак не можем отвлечься от проблемы кристалличности: 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. Она всесторонне рассматривает кристаллические вещества, исследует их свойства и строение. В давние времена считалось, что кристаллы представляют собой редкость. Действительно, нахождение в природе крупных однородных кристаллов - явление нечастое. Однако мелкокристаллические вещества встречаются весьма часто. Так, например, почти все горные породы: гранит, песчаники, известняк - кристалличны. По мере совершенствования методов исследования кристалличными оказались вещества, до этого считавшиеся аморфными. Сейчас мы знаем, что даже некоторые части организма кристалличны, например, роговица глаза, витамины, миелиновая оболочка нервов - это кристаллы. Долгий путь поисков и открытий, от измерения внешней формы кристаллов в глубь, в тонкости их атомного строения еще не завершен. Но теперь исследователи довольно хорошо изучили его структуру и учатся управлять свойствами кристаллов.

  Кристаллы – это красиво, можно сказать чудо какое-то, они притягивают к себе; говорят же "кристальной души человек" о том, в ком чистая душа. Кристальная – значит, сияющая светом, как алмаз … 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. Кристалл, когда растет на затравке (на зародыше), наследует дефекты этого самого зародыша. Вообще можно привести множество примеров, настраивающих на такой философский лад, хотя конечно здесь много от лукавого… Например, по телевидению теперь можно услышать о непосредственной связи степени упорядоченности молекул воды со словом, с музыкой и о том, что вода изменяется в зависимости от мыслей, от состояния здоровья наблюдателя. Кристаллы нашли своё применение в различных областях: для изготовления украшений, в технике, например рубиновый лазер, жидко-кристаллические экраны и т.д.

Алмаз

Около 80% всех добываемых природных алмазов и все искусственные алмазы используются в Промышленности. Алмазные инструменты используются для обработки деталей из самых твёрдых материалов, для бурения скважин при разведке и добыче полезных ископаемых, служат опорными камнями в хронометрах высшего класса для морских судов и других, особо точных приборах. На алмазных подшипниках не обнаруживается никакого износа даже после 25 млн. оборотов. Высокая теплопроводность алмаза позволяет использовать его в качестве теплоотводящей подложки в полупроводниковых электронных микросхемах. Конечно, алмазы используются и в ювелирных изделиях — это бриллианты.

Рубин

Высокая твёрдость рубинов, или корундов, обусловила их широкое применение в промышленности. Из 1 кг синтетического рубина получается около 40 000 опорных камней для часов. Незаменимыми оказались рубиновые стержни - нитеводители на фабриках по изготовлению химического волокна. Они практически не изнашиваются, в то время как нитеводители из самого твёрдого стекла при протяжке через них искусственного волокна изнашиваются за несколько дней.

Новые перспективы для широкого применения рубинов в научных исследованиях и в технике открылись с изобретением рубинового лазера, в котором рубиновый стержень служит мощным источником света, испускаемого в виде тонкого луча.

Жидкие кристаллы

Это необычные вещества, которые совмещают в себе свойства кристаллического твёрдого тела и жидкости. Подобно жидкостям они текучи, подобно кристаллам обладают анизотропией. Строение молекул жидких кристаллов таково, что концы молекул очень слабо взаимодействуют друг с другом, в то же время боковые поверхности взаимодействуют очень сильно и могут прочно удерживать молекулы в едином ансамбле. Жидкие кристаллы применяются в различного рода управляемых экранах, оптических затворах, плоских телевизионных экранах.

Жи́дкие криста́ллы (сокращённо ЖК) — это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия). По структуре ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности. По типу ЖК обычно разделяют на две большие группы: нематики и смектики. В свою очередь нематики подразделяются на собственно нематические и холестерические жидкие кристаллы.

История открытия жидких кристаллов

Жидкие кристаллы открыл в 1888 г. австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов холестерилбензоата и холестерилацетата было две точки плавления и, соответственно, два разных жидких состояния — мутное и прозрачное. Однако, учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей. Долгое время физики и химики в принципе не признавали жидких кристаллов, потому что их существование разрушало теорию о трёх состояниях вещества: твёрдом, жидком и газообразном. Учёные относили жидкие кристаллы то к коллоидным растворам, то к эмульсиям. Научное доказательство было предоставлено профессором университета Карлсруэ Отто Леманном (нем. Otto Lehmann) после многолетних исследований, но даже после появления в 1904 году написанной им книги «Жидкие кристаллы», открытию не нашлось применения.

В 1963 г. американец Дж. Фергюсон (англ. James Fergason) использовал важнейшее свойство жидких кристаллов — изменять цвет под воздействием температуры — для обнаружения невидимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение (U.S. Patent 3 114 836), интерес к жидким кристаллам резко возрос.

В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвящённая жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г., когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея (англ. George William Gray) получила жидкие кристаллы из относительно дешёвого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах.

Группы жидких кристаллов

По своим общим свойствам ЖК можно разделить на две большие группы:

термотропные ЖК, образующиеся в результате нагревания твердого вещества и существующие в определенном интервале температур и давлений.

лиотропные ЖК, которые представляют собой двух или более компонентные системы, образующиеся в смесях стержневидных молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей). Эти стержневидные молекулы имеют на одном конце полярную группу, а большая часть стержня представляет собой гибкую гидрофобную углеводородную цепь. Такие вещества называются амфифилами (амфи — по-гречески означает с двух концов, филос — любящий, благорасположенный). Примером амфифилов могут служить фосфолипиды.

Амфифильные молекулы, как правило, плохо растворяются в воде, склонны образовывать агрегаты таким образом, что их полярные группы на границе раздела фаз направлены к жидкой фазе. При низких температурах смешивание жидкого амфифила с водой приводит к расслоению системы на две фазы. Одним из вариантов амфифилов со сложной структурой может служить система мыло-вода. Здесь имеется алифатический анион СН3-(СН2)n-2-СО2− (где n ~ 12-20) и положительный ион Nа+, К+, NН4+ и др. Полярная группа СО2− стремится к тесному контакту с молекулами воды, тогда как неполярная группа (амфифильная цепь) избегает контакта с водой. Это явление типично для амфифилов.

Термотропные ЖК подразделяются на три больших класса:

Схематическое изображение нематического жидкого кристалла.

1. Нематические жидкие кристаллы. В этих кристаллах отсутствует дальний порядок в расположении центров тяжести молекул, у них нет слоистой структуры, их молекулы скользят непрерывно в направлении своих длинных осей, вращаясь вокруг них, но при этом сохраняют ориентационный порядок: длинные оси направлены вдоль одного преимущественного направления. Они ведут себя подобно обычным жидкостям. Нематические фазы встречаются только в таких веществах, у молекул которых нет различия между правой и левой формами, их молекулы тождественны своему зеркальному изображению (ахиральны). Примером вещества, образующего нематический ЖК, может служить N-(пара-метоксибензилиден)-пара-бутиланилин.

Схематическое изображение жидкого кристалла в смектической фазе

2. Смектические жидкие кристаллы имеют слоистую структуру, слои могут перемещаться друг относительно друга. Толщина смектического слоя определяется длиной молекул (преимущественно, длиной парафинового «хвоста»), однако вязкость смектиков значительно выше чем у нематиков и плотность по нормали к поверхности слоя может сильно меняться. Типичным является терефтал-бис(nара-бутиланилин):
3. Холестерические жидкие кристаллы — образуются, в основном, соединениями холестерина и других стероидов. Это нематические ЖК, но их длинные оси повернуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению температуры вследствие чрезвычайно малой энергии образования этой структуры (порядка 0,01 Дж/моль). В качестве типичного холестерика можно назвать амил-пара-(4-цианобензилиденамино)- циннамат

Холестерики ярко окрашены и малейшее изменение температуры (до тысячных долей градуса) приводит к изменению шага спирали и, соответственно, изменению окраски ЖК.

Во всех приведенных типах ЖК характерным является ориентация дипольных молекул в определенном направлении, которое определяется единичным вектором — называемым «директором».

В недавнее время открыты так называемые колончатые фазы, которые образуются только дискообразными молекулами, расположенными слоями друг на друге в виде многослойных колонн, с параллельными оптическими осями. Часто их называют «жидкими нитями», вдоль которых молекулы обладают трансляционными степенями свободы. Этот класс соединений был предсказан академиком Л. Д. Ландау, а открыт лишь в 1977 Чандрасекаром. Схематично характер упорядоченности жидких кристаллов названных типов представлен на рисунке.

У ЖК необычные оптические свойства. Нематики и смектики — оптически одноосные кристаллы. Холестерики вследствие периодического строения сильно отражают свет в видимой области спектра. Поскольку в нематиках и холестериках носителями свойств является жидкая фаза, то она легко деформируется под влиянием внешнего воздействия, а так как шаг спирали в холестериках очень чувствителен к температуре, то, следовательно, и отражение света резко меняется с температурой, приводя к изменению цвета вещества.

Эти явления широко используются в различных приложениях, например, для нахождения горячих точек в микроцепях, локализации переломов и опухолей у человека, визуализации изображения в инфракрасных лучах и др.

Характеристики многих электрооптических устройств, работающих на лиотропных ЖК, определяются анизотропией их электропроводности, которая, в свою очередь, связана с анизотропией электронной поляризуемости. Для некоторых веществ вследствие анизотропии свойств ЖК удельная электропроводность изменяет свой знак. Например, для н-октилоксибензойной кислоты она проходит через нуль при температуре 146 °C, и связывают это со структурными особенностями мезофазы и с поляризуемостью молекул. Ориентация молекул нематической фазы, как правило, совпадает с направлением наибольшей проводимости.

Все формы жизни так или иначе связаны с деятельностью живой клетки, многие структурные звенья которой похожи на структуру жидких кристаллов. Обладая замечательными диэлектрическими свойствами, ЖК образуют внутриклеточные гетерогенные поверхности, они регулируют взаимоотношения между клеткой и внешней средой, а также между отдельными клетками и тканями, сообщают необходимую инертность составным частям клетки, защищая ее от ферментативного влияния. Таким образом, установление закономерностей поведения ЖК открывает новые перспективы в развитии молекулярной биологии.

Применение жидких кристаллов

Сегментный и точечный ЖК-дисплей.

Одно из важных направлений использования жидких кристаллов — термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные элементы — сильно нагретые или холодные, неработающие — сразу заметны по ярким цветовым пятнам. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.

С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары́ вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука. Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ — информационная техника. От первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном размером с почтовую открытку прошло лишь несколько лет. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии.

4. МЕТОДЫ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ.

История синтеза искусственных кристаллов

Первые попытки синтеза изумруда, точнее перекристаллизации его в расплаве борного ангидрида, относятся к середине прошлого века. С тех пор работы в этом направлении велись в ряде стран, однако высокая стоимость выращенного изумруда в отличие от других синтетических кристаллов, привела к тому, что исследования в этой области большей частью являются секретными, а технология того или иного способа синтеза раскрывалась авторами лишь после того, как способ изживал себя и мог быть заменен более прогрессивным.
Монокристаллы берилла, активированные парамагнитными примесями, используются в сверхвысокочастотных усилителях и удовлетворяют требованиям, предъявляемым к материалам высокочастотных микроволновых лазеров. Поэтому искусственное получение изумруда имеет важное значение не только для ювелирных целей, но и для решения ряда технических задач.
Выбор наиболее рационального метода для выращивания изумруда осложняется тем, что физико-химические особенности этого минерала не позволяют применять для его получения методы, широко распространенные при синтезе других монокристаллов. В частности, при синтезе изумруда не применимы методы кристаллизации из расплава. Существует лишь одно сообщение о получении изумруда методом Вернейля. Минерал плавится инконгруэнтно, а сплавление составных частей изумруда из-за крайне низкой скорости кристаллизации приводит к образованию стекла. Инконгруэнтный характер растворения изумруда в водных растворах при повышенных термобарических параметрах долгое время препятствовал получению изумруда гидротермальным методом. Но тем не менее, методы получения кристаллов изумруда были найдены, и главнейшие из них связаны с кристаллизацией из растворов в расплаве (метод флюса) и в гидротермальных условиях.
Вот уже на протяжении почти столетия в различных вариантах используется метод выращивания изумруда из раствора составляющих его окислов в расплаве молибдатов лития. Размер первых кристаллов изумруда, полученных из таких растворов-расплавов, за период двухнедельного роста при 800°С достигал 1 мм. На протяжении многих лет (1911-1942 гг.) заботы по синтезу изумруда велись немецкой фирмой И. Г. Фарбениндустри в Биттерфильде, но в печати о них имелись лишь мелкие сообщения. Выращенные этой фирмой изумруды получили название "игмеральдов" (сочетание от названий фирмы и камня). И только после прекращения работ Г. Эспиг в краткой, публикации изложил сущность применявшегося при синтезе изумруда метода.
Г. Эспиг указывал, что для придания синтетическому изумруду теплого зеленого цвета, "подобного лугу весной", введения одного хрома недостаточно. Однако о других хромофорных добавках он умолчал. Имеется предположение, что такой добавкой мог быть ванадий. Выращенные кристаллы не отличались высокими ювелирными качествами и не нашли применения в ювелирном деле.
Появившиеся в 60-х годах в незначительных количествах в Идар-Оберштейне изумруды В. Церфасса были, вероятно, выращены также по методу Эспига.
Подобным же образом, по мнению К. Нассау, выращивал изумруд и Р. Наккен, хотя до недавнего времени было принято считать, что он применял гидротермальный метод. Однако исследование полученных им кристаллов позволило установить в них обилие включений молибдена и ванадия и прийти к выводу об их раствор-расплавном происхождении. Американская фирма "Линде Эйр Продактс" для выращивания изумрудов использовала раствор-расплавную методику с применением различных флюсов и температурных режимов (методы температурного градиента и медленного охлаждения). В вольфрамате лития и пятиокиси ванадия изумруд выращивали при температурах 900-1200° С, в молибдате лития - при 700-900° С. Масса выращенных кристаллов достигала 25 кар.
Известны попытки выращивания изумруда в расплавленном фториде бериллия. Мелкие кристаллики изумруда образовались в этом раствор-расплаве в процессе его испарения.
Монокристаллы изумруда были выращены в Японии в интервале температур 1010-1050°С с использованием в качестве затравок природных кристаллов берилла. Температурный градиент между затравкой и питающей средой составлял 10-35°. Максимальная масса выращенных за 40 сут кристаллов достигала 6 г. Цвет синтетических монокристаллов изумруда - темно-зеленый, благодаря незначительным количествам хрома и ванадия. Компоненты изумруда в форме окислов растворяли также в расплавах молибденового ангидрида, молибдата лития, смеси окислов свинца и ванадия; иногда растворению подвергали непосредственно природный берилл или изумруд. Однако все эти методы позволили получить кристаллы очень небольших размеров, поэтому дальнейшего развития эти методы не нашли.
В нашей стране синтетические изумруды ювелирного качества были получены в Институте геологии и геофизики СО АН СССР Г. В. Букиным и другими исследователями. Кристаллизация изумруда проводилась с использованием в качестве растворителей щелочных солей вольфрамовой, ванадиевой и молибденовой и смеси окислов Мо, V, Рь и В. Кристаллы выращивались либо путем медленного охлаждения раствора-расплава компонентами изумруда, либо в условиях температурного перепада. Промышленное выращивание изумруда связано с большими технологическими трудностями - высокой токсичностью соединений бериллия, потребностью в аппаратуре, футерованной благородными металлами, низкой скоростью роста кристаллов, необходимостью поддержания постоянной концентрации расплавленных (или растворенных) компонентов; все это требует больших материальных вложений. В настоящее время промышленным выращиванием изумруда за рубежом занимаются две фирмы - К. Чатэма ("Кэрол К. Чатэм", Сан-Франциско, Калифорния, США) и П. Жильсона ("Пьер Жильсон, Кампань-ле-Вардре Па-де-Кале", Франция).
Фирма Чатэма занимается выращиванием изумрудов с тридцатых годов, хотя первые кристаллы появились на зарубежных рынках в 1946 г. Они назывались вначале "культивированные изумруды" (cultured emeralds), а начиная с 1963 г. стали именоваться "созданные изумруды" (created emeralds). Один ростовой цикл занимал 12 мес. Данные о выпуске товарной продукции не публикуются с конца 50-х годов. В тот, период производительность фирмы составляла 5000 кар/мес; 10% продукции было представлено прозрачным материалом высокого ювелирного качества. По имеющимся в литературе скудным данным, для промышленного производства изумруда фирмой Чатэма были разработаны два технологических процесса, один из которых предусматривал кристаллизацию изумруда из раствора в расплаве, второй - в гидротермальных условиях. В последние годы методы выращивания подверглись значительному усовершенствованию, что позволило получать кристаллы среднего и высокого качества массой более 1000 кар каждый. К. Чатэм сообщил, что его фирма может контролировать цвет кристаллов синтетического изумруда и получила аквамарин и розовый берилл-морганит. Изумруды Чатэма удерживали господство на зарубежных рынках до 1964 г. Но затем появились изумруды П. Жильсона, затратившего на разработку своего метода и организацию выпуска товарной продукции 15 лет. Ни К. Чатэм, ни П. Жильсон не раскрыли сущности применяемых ими процессов. Сравнительное изучение кристаллов изумруда, полученных их фирмами, позволило ряду исследователей сойтись во мнении, что в обоих случаях при выращивании кристаллов был применен метод флюса, сходный с описанным в работах Г. Эспига. В качестве плавня была, по-видимому, использована смесь окислов лития и молибдена, так как в кристаллах были обнаружены следы молибдена.
Наиболее полные сведения о методике выращивания изумрудов П. Жильсоном можно найти в работе Р. Диля, посетившего его лабораторию. Однако автор предупреждает, что поскольку основы метода ему не были полностью раскрыты, к его сведениям следует относиться с осторожностью. По сообщению Р. Диля, при выращивании изумруда П. Жильсон пользуется раствор-расплавным методом. Рабочий сосуд (тигель) изготовлен из платины. Шихта - мелкие кусочки природного изумруда - размещена в верхней части расплава. При длительном процессе кристаллизации тигель сверху догружается дополнительной шихтой. Затравки, выпиленные из бесцветных кристаллов природного берилла, помещают в нижней части тигля и закрепляют на платиновых стержнях.
Выращивание изумруда ведется методом температурного градиента: между верхней и нижней частями расплава создается относительно резкий перепад температур, и растворенный в верхней части тигля изумруд, переотлагается на затравку в более холодной области за счет диффузии. С целью подавления спонтанного зародышеобразования температура в зоне растущего кристалла один раз в сутки повышается на 30°С и выдерживается так в течение нескольких часов. Это позволяет очистить растущий кристалл от мелких инородных зародышей, препятствует включению в него капелек флюса и способствует получению очень чистых кристаллов изумруда, в которых даже при 200-кратном увеличении не наблюдается включений. Благоприятное действие на рост кристаллов оказывает вращение тигля с переменной скоростью.
Температура процесса находится предположительно в пределах 1050-750°С и зависит от вида применяемого растворителя. В зоне роста кристалла температура не должна превышать 950°С. Кроме литий-молибденового флюса применяются флюсы других составов (окись ванадия, ванадат свинца или вольфрамат натрия). Использование ванадийсодержащих расплавов обусловливает дополнительную зеленую окраску выращиваемых кристаллов. Помимо кристаллов высокой чистоты, в лаборатории П. Жильсона доращивают сростки природных кристаллов и получают друзы синтетического изумруда коллекционного назначения. Друзы, на выращивание которых тратится полгода, состоят из 5-10 кристаллов диаметром 4-8 и длиной 10-20 мм.
Процесс получения синтетического изумруда полностью автоматизирован. Каждый платиновый тигель емкостью 7-8 л заполнен 23 кг растворителя. Кристаллы выращенного изумруда отличаются по форме от кристаллов природного изумруда. В то время как грань (1120) у природных кристаллов практически не проявлена, у кристаллов синтетического изумруда она хорошо выражена. Цикл выращивания кристаллов занимает один год, каждый кристалл за это время приобретает размеры 60 X 40 X 15 мм и весит около 100 г. Ежегодно П. Жильсон производит 100 таких кристаллов. Не все полученные кристаллы обладают высокой чистотой и прозрачностью. Некондиционные с включениями образцы используют в последующих опытах в качестве шихты.
Первые гидротермально выращенные кристаллы изумруда были получены И. Лехлейтнером в Инсбруке и появились на зарубежных ювелирных рынках около 1960 г. В качестве затравок использовались ограненные кристаллы природного берилла; на них наращивался тонкий слой синтетического изумруда, который затем слегка полировался. Названные "эмеритой" (emerita) или "симеральдом" (simerald) такие камни имели недостаточно яркую окраску, а погружение их в иммерсионную жидкость делало видимым изумрудное покрытие. Были получены также многослойные кристаллы, состоящие из бесцветного берилла и зеленого изумруда, но и они не нашли большого спроса. Подлинно гидротермальные, изумруды были выращены Э. Фланиген с сотрудниками (фирма Линде Дивижн, Юнион Кэ-байд Корпорэйшн, США) в 1965 г. и производились вплоть до 1970 г.
v Рост кристаллов проводился методом температурного перепада (10-25°С) в стальных футерованных золотом сосудах высокого давления при температуре 500 - 600°С и давлении 60-120 МПа (заполнение 62%). В качестве дополнительных красящих добавок брали железо, никель, ванадий.
Было также показано, что изумруд можно получить в кислых гидротермальных растворах при умеренной активности щелочных катионов в широком интервале температур от 400 до 700°C. Выращенные кристаллы обладают визуально неотличимым от природных изумрудов цветом, размер их достаточен для изготовления ограненных камней. Среди других методов выращивания изумруда следует упомянуть метод Вернейля, не нашедший широкого применения. Питающий материал приготавливали из тщательно измельченной смеси окислов BeO, AI2O3, SiO2 и Сг2О3, спеченной в течение 5 сут при температуре 1050°С, затем вновь измельченной и перемешанной. Была получена покрытая пленкой муллита буля изумруда без кристаллографических очертаний размером около 1 см .
Изумруд был также получен при плавлении берилла под давлением 1000 - 1500 МПа при 1500-1800°С. Однако К. Нассау усомнился в его кристаллической структуре и пришел к выводу, что в процессе опытов было получено бериллиевое стекло. Попытка выращивать изумруды из геля привела к получению лишь очень мелких кристаллов. В. Букин и др. показали, что кристаллы изумруда и других окрашенных разновидностей берилла можно получить методом газотранспортных реакций. Выращенные таким способом кристаллы демонстрировались на, V Всесоюзном совещании по росту кристаллов в г. Тбилиси (1977 г.) и на XI съезде Международной минералогической ассоциации в г. Новосибирске (1978 г.).

Методы выращивания кристаллов из растворов.

Кристаллизация с помощью «затравок».

Явление кристаллизации солей нетрудно воспроизвести на опыте. Растворите в воде щепотку простой поваренной соли и налейте соленую воду на блюдце. Когда вода испарится, посмотрите в лупу, и вы увидите, что на блюдце остались правильные белые с полосками гранями кубики кристаллов. Кристаллы каменной (поваренной) соли образовались из раствора на ваших глазах. Так в миниатюре, можно наблюдать явление кристаллизации раствора, которое в природе, в соленых озерах и в подпочвенных водах, происходит в гигантских масштабах.

Почему же кристаллы выделяются из раствора? Чтобы понять это, следует познакомиться с некоторыми свойствами растворов.

Попробуйте растворять в воде столовую соль: в граненом стакане воды растворится 70 граммов соли, а если вы будете сыпать соль дальше, она перестанет растворяться и будет оседать на дно. То же самое вы увидите с сахаром: в стакане с холодной воды растворится примерно двадцать чайных ложек сахарного песка, а затем сахар тоже будет оседать на дно, не растворяясь. В 100 граммах холодной воды может раствориться только совершенно определенное количество сахара (194 грамма), поваренной соли (35 граммов) или любого другого вещества. Количество вещества, которое может раствориться в 100 граммах воды, называется растворимостью этого вещества в воде; например, растворимость поваренной соли в воде при комнатной температуре равна 35 граммам. Растворимость зависит от температуры. Попробуйте растворить сахар не в холодной воде, а в горячей, и вы убедитесь что при повышении температуры растворимость сахара увеличивается. У разных веществ растворимость по-разному зависит от температуры.

Итак, при каждой данной температуре в воде может раствориться лишь строго ограниченное количество вещества, определяемое его растворимостью.

Возьмите стакан горячей воды и всыпьте любое кристаллическое вещество, растворимое в воде: гипосульфит, соду, борную кислоту, квасцы. Если вы достанете крупные кристаллы, то сначала растолките их в порошок. В стакан горячей воды всыпьте столько порошка, сколько может раствориться. Когда порошок совсем перестанет растворяться и начнет оседать на дно, слейте образовавшийся раствор в другой стакан так, чтобы на дно стакана с раствором не попало ни одной крупинки порошка. Для этого профильтруйте раствор через фильтрованную бумагу или через чистую тряпочку. В получившемся растворе количество вещества как раз соответствует его растворимости при данной температуре; раствор «насытился», и больше он не может поглотить ни крупинки вещества. Такой раствор называется насыщенным. Теперь оставьте стакан с раствором и дайте ему остыть. При остывании растворимость почти всех веществ уменьшается; пока наш раствор был горячим, в стакане воды было растворено, скажем, 12 ложек вещества, тогда как при комнатной температуре в нем могло бы раствориться лишь 10 ложек этого вещества. Таким образом, теперь в растворе окажется лишнее вещество. Иначе говоря, при высокой температуре раствор был насыщенным, а остыв, он стал перенасыщенным. Такой перенасыщенный раствор не может долго существовать, поэтому лишнее вещество выделяется из раствора и оседает на дно стакана. Рассмотрите в лупу, и вы увидите, что этот осадок состоит из кристаллов.

Растворенное вещество кристаллизуется из пересыщенных растворов потому, что его оказывается в растворе слишком много - больше, чем раствор может удержать в себе.

Прозрачные кристаллики алюмокалиевых квасцов выросли из водного раствора за несколько часов. Чтобы подготовить водный раствор алюмокалиевых квасцов, надо растворить в 400 см3 горячей воды истолченные в порошок 48 г алюмокалиевых квасцов. Если же растворить 60г квасцов, то получится раствор, перенасыщенный при 15˚C на 12г. Поэтому-то надо брать горячую воду: в холодной не растворились бы больше 48г. Перенасыщенный раствор начнет кристаллизоваться, если в него попадает какая-нибудь «затравка». Для этого достаточно приоткрыть крышку банки на одну- две секунды: в раствор попадут пылинки квасцов из воздуха. Можно также внести в раствор иголкой несколько пылинок квасцов. Попав в перенасыщенный раствор, пылинки квасцов в нем немедленно начнут расти, а уж если в растворе началась кристаллизация, она не остановится, пока не выделится весь избыток растворенного вещества.

Так же можно вырастить один большой кристалл. Для этого в неостывший раствор надо положить или подвести на нитке небольшой кристаллик – «затравку». Сначала он немного растворится, а затем примется расти.

Если в сосуд с раствором опустить какой-нибудь предмет, на котором находится много затравок, то он весь обрастет кристалликами. Опустите в раствор нитку, на которой есть кристаллические пылинки, - на них начнут осаждаться кристаллики, и в результате вырастает «нитка бус» из многогранных кристалликов. Такие нитки по красоте могут соперничать с искусственно ограненными бусами, но, к сожалению, кристаллы, выращенные из водных растворов, обычно очень быстро тускнеют и легко разрушаются. В этом трудность их применения в технике.

Можно сделать фигурки из кристаллов.

    Для этого надо приготовить каркас из проволоки, обмотанной обычными нитками или ватой, окунуть его в насыщенный раствор, тут же вынуть и просушить при комнатной температуре. Нитки пропитаются раствором и при высыхании на них образуются мельчайшие кристаллики, которые в дальнейшем послужат «затравками». А дальше опускайте этот каркас в раствор и наращивайте на нем кристаллы. Если опустить в раствор разборную синтетическую елочку, предварительно обмотав ее ствол и ветви нитками, то можно вырастить «заснеженную» елку. Для этого лучше взять не квасцы, а дигидрофосфат калия (КН2РО4) или дигидрофосфат аммония (NH4H2PO4), - замечательные кристаллы, которые растят для приборов, управляющих лучом лазера. Их растворимости на 100 г воды:

Выращивание  кристаллов  в школьной лаборатории

Ход исследования

• 1.Сбор информации (поход в библиотеку, Интернет-ресурсы)
• 2.Анализ полученной информации
• 3.Проведение исследований в школе
• 4.Самостоятельные эксперимент дома
• 5.Сравнение и анализ полученных в ходе опытов результатов
• 6.Представление результатов

Оборудование

Необходимое оборудование:

• химическая посуда
• фильтровальная бумага
• лабораторный штатив
• спиртовка
• реактивы(сульфат меди (II),  хлорид аммония,     нитрат калия и т.д.)
• проволочный каркас

   Выращивание кристаллов физико- химический процесс. Основой выращиваемого кристалла является насыщенный раствор соли. Мы использовали в качестве исходного материала для получения кристаллов: медный купорос, хлорид аммония, нитрат калия. Воспользовались методикой испарения насыщенного раствора открытым способом.

Приступим!

Для начала мы приготовили чистый раствор для того, чтобы кристаллы получились как можно более красивыми и имели геометрическую форму.

Заранее  сделали небольшое фильтровальное устройство.

 Взяли  фильтровальную бумагу и вырезал из неё кружок диаметром сантиметров 10. Согнули кружок пополам, а затем ещё раз пополам. Отогнул крайний листок и получившийся конус, вложили в воронку. Слегка смочили чистой  водой. Это необходимо, чтобы бумага лучше соприкасалась со стенками воронки. Воронку же поместили в стеклянную чашечку. Готово!

Основная работа.

В лабораторном штативе  закрепили химическую посуду с небольшим количеством тёплой (не горячей!) кипячёной воды (лучше брать дистиллированную). Заправили спиртовку. Поставил её под чашечку с водой (будущим раствором) и подожгли фитиль спиртовки. В чашу постепенно добавляли небольшими порциями соль. При добавлении каждой новой порции соли хорошо перемешивали раствор.

Соль перестала растворяться. Это сигнал!  Мы добавили ещё немножко (~ 10 гр.) соли, хорошо перемешали и сняли раствор(нашу хим.посуду с раствором) со штатива.

Раствор пропустили через заранее сделанное фильтровальное устройство.

Затем  убрали  воронку (наш фильтр) и накрыли стеклянную чашечку с профильтрованным раствором листком бумаги. Теперь дело только за временем!

Эксперимент дома

Вдохновлённые результатами, полученными в школьной лаборатории,  решили  вырастить кристаллы в домашних условиях. В принципе ничего сложного, только “посуда” отличается.

Вскипятили воду в чайнике, достали  соль, поставили  два стакана. В один из стаканов налили воду и начали добавлять туда небольшими порциями соль, при этом после каждой новой порции тщательно перемешивая раствор. Достали  воронку. Вместо фильтровальной бумаги мы  использовали обыкновенную вату. Раствор готов. Профильтровав раствор,  накрыли стакан листком бумаги и поставил его на полку. Результат не заставил себя ждать. Я вечером заглянул в свой стакан, а там уже находились красивые кристаллики соли…

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ.

Результаты опытов

Мы самостоятельно вырастили кристаллы и убедились на собственном опыте, что в каждом случае кристаллы, получившиеся из растворов одной и той же соли имеют одинаковое строение, и в то же время для кристаллов из растворов разных солей характерно не только различное строение (внешний вид), но и окраска. Заметили, что для образования кристаллов необходимо различное время. Так некоторые кристаллы начали появляться в химической посуде через несколько минут после фильтрования раствора и после того, как мы “оставили в покое” раствор в стеклянном стакане.

Выводы

Вырастить уникальный кристалл в домашних условиях не составит для вас особого труда, если вы обладаете терпением.

 ПОМНИТЕ:

• Чем чище раствор для выращивания кристалла, тем чище получится ваш кристалл. Он будет красивее
• Для того, чтоб кристалл вырос крупным и геометрически ровным, необходимо довольно много времени . Выращивание крупного одиночного кристалла - очень длительный и сложный процесс, требующий терпения и осторожности
• Для выращивания кристаллов различных видов нужно разное количество времени
• НИКОГДА не берите кристалл руками: на руках постоянно присутствует слой кожного сала, который при попадании на растущую грань кристалла препятствует росту этой грани
• Совет:

Попробуйте вырастить кристалл на заранее сделанном из проволоки каркасе. Получится очень красиво

Может быть, что кристаллическое состояние вещества- это та ступенька, которая объединила неорганический мир с миро живой  материи. Будущее новейших технологий принадлежит  кристаллам и кристаллическим агрегатам.

Информационные ресурсы:

WEB:

• center.fio.ru          
• zirkon81.narod.ru
• thesimpsons.ru    
• kristalhim.holm.ru   
• www-Dosk'a         
• RGB-Zone Forums 
• omskreg.ru           
• som.fio.ru
• online энциклопедия "Кругосвет"
• online энциклопедия " Энциклопедия замечательных людей"

 Книги:

• Большой справочник для школьников и поступающих в вузы (2-е издание) М.:Дрофа,1999.
• Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. М.: Аванта+, 2004

Применение  кристаллов  безгранично. Они используются в ювелирном деле, в науке, технике и медицине.

Мир кристаллов

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«СОШ №19»

ул. Доватора, 388

8(86545) 4-23-58

Кристаллов в природе существует великое множество,  а  так же  много существует различных форм и размеров кристаллов. Многие из них можно увидеть только в микроскоп, а у некоторых вес составляет несколько тонн.

     Частицы, слагающие кристалл располагаются в нем упорядоченно и периодически они  образуют кристаллическую решетку. Кристаллические решетки бывают ионными, атомными, молекулярными. Кристаллы имеют форму правильных многогранников.

Наша работа посвящена исследованию видов, свойств, строения и применения кристаллов в науке и в жизни человека. Мы провели опрос учащихся 8-10 классов нашей школы, вырастили кристаллы в школьной лаборатории и в домашних условиях, исследовали применение некоторых кристаллов в разных областях науки.