Проект по химии "Кристаллы" 7 класс
Вложение | Размер |
---|---|
kristally.docx | 883.3 КБ |
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Школа №27 с углубленным изучением отдельных предметов»
городского округа Самара
ПРОЕКТ:
Кристаллы
Предмет: химия
Выполнил:
Портнов Иван
7б класс
Руководитель:
Коробова Е.В.
2017 год
Люди сталкивались с кристаллами еще до нашей эры. Их заинтересовала правильность форм, красота и блеск этих соединений, их способность образовывать упорядоченные структуры. Первоначально люди использовали кристаллы для украшения своих жилищ, принимая камни за амулеты и приписывая им сверхъестественные свойства. Позднее, учёные стали исследовать природные многогранники и создавать теории о их свойствах и возможном применении.
Наверное, каждый из нас зимой ловил падающие с неба снежинки и, разглядывая их, задумывался о том, как природа сделала эти замерзшие кристаллы льда такими ровными и симметричными. Еще в ХVII веке астроном Иоганн Кеплер написал трактат «О шестиугольных снежинках», а спустя три века были изданы альбомы с фотографиями тысяч снежинок, ни одна из которых не повторяла строение другой.
Сегодня трудно найти область жизни и деятельности человека, где бы он ни сталкивался с кристаллами. В быту мы ежедневно используем кристаллические соль и сахар. Кристаллы встречаются повсюду: в облаках, на вершинах гор и в пустынях, в морях и океанах, а также в нас самих, ведь даже клетки, из которых состоит человек, содержат какое-либо количество кристаллизованных веществ.
Цель моей работы: узнать: что такое кристаллы, какими свойствами они обладают; что называется кристаллической решеткой; как растут кристаллы и где они применяются в настоящее время; каковы перспективы применения кристаллов в будущем; почему человек еще в глубоком прошлом обращал внимание на некоторые кристаллы и называл их драгоценностями.
Для достижения поставленной цели мне нужно выполнить следующие задачи:
Объектом моего исследования являются кристаллы минералов, а предметом исследования – техника выращивания кристаллов.
1.1. «Кристалл» - экскурс в историю слова.
Происхождение слова «кристалл» довольно интересно. Много веков назад, в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли бесцветные, очень красивые кристаллы, которые по внешнему виду напоминали чистый лёд. Древние ученые их так и назвали – «кристаллос» (κρύσταλλος), по-гречески – лёд. Данное слово происходит от греческого «криос» - мороз, холод. Люди предположили, что если лёд будет долго находиться в горах, при сильном морозе, он окаменеет и уже не сможет растаять.
Известнейший древнегреческий философ Аристотель писал: «Кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту». Клавдиан, римский поэт, то же самое описал в стихотворной форме:
Ярой альпийской зимой лёд превращается в камень.
Солнце не в силах затем камень такой растопить.
В древнем Китае и Японии сделали аналогичный вывод о происхождении кристаллов. В этих странах существовало одно и то же слово для обозначения льда и горного хрусталя. И даже в XIX веке поэты часто объединяли эти понятия:
Едва прозрачный лёд, над озером тускнея,
Кристаллом покрывал недвижные струи.
(А.С. Пушкин)
С кристаллами связаны многочисленные сказания, легенды, суеверия, поскольку люди приписывали им различную магическую силу, например: способность исцелять, оберегать от напасти или даже показывать будущее. Многие использовали их как амулеты, держа при себе и веря в магию минералов.
Но когда начались детальные изучения строения кристаллических тел, все волшебные мифы о кристаллах были развеяны. Сейчас мы уже точно знаем, как устроены кристаллы и можем дать четкое определение этому понятию.
2.1 Рост кристаллов в неживой природе.
Кристалл является символом неживой природы. В природе кристаллы могут образовываться разными путями: из расплава, из раствора, из пара или газа.
Примером кристаллизации веществ в неживой природе из расплава может послужить застывание магмы. Магма представляет собой смесь многих веществ с разной температурой плавления. При её затвердевании, первыми в магме начинают расти кристаллы вещества с большей температурой кристаллизации. При медленном застывании магмы образуются крупнозернистые горные породы, а при быстром – мелкозернистые.
Интересна и кристаллизация из подземных вод в пещерах. Постепенно воды просачиваются сквозь потолок пещеры и падают вниз. Частично испаряясь, каждая капля оставляет на потолке растворённое в ней вещество. Таким образом, там образуется бугорок, который затем вырастает в сосульку, сложенную из кристаллов. Это сталактит. Если похожее образование возникнет на полу пещеры, оно будет называться сталагмитом. А когда сталактит и сталагмит соединятся вместе, образуя колонну, получится сталагнат.
Примером образования кристаллов из пара являются снежинки и иней. Воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают кристаллы снежинок разной формы.
В живых организмах кристаллы встречаются тоже нередко. Например, в клетках картофеля можно найти кристаллы белковых веществ, а в некоторых водорослях – кристаллы гипса. И даже в амёбе – простейшем животном организме – содержатся кристаллики щавелевокислого кальция.
Камни в почках и мочевом пузыре, желчные камни в печени, мельчайшие отложения в сосудистой оболочке глаза представляют собой кристаллы.
Некоторые организмы являются «фабриками» кристаллов. К примеру, кораллы могут образовывать целые острова, составленные из микроскопических кристаллов углекислой извести.
Драгоценный камень жемчуг, из которого делают разнообразные украшения, тоже состоит их маленьких кристаллов, которые вырабатывает моллюск жемчужница. В случае попадания песчинки или камешка в раковину жемчужницы моллюск начинает обкладывать инородный объект перламутром. Нарастая слой за слоем, он образует шарики жемчуга.
Кристалл – символ неживой природы, однако, когда речь идет о кристаллах, трудно установить грань между живым и неживым. Так, например, простейшие живые организмы – вирусы – могут соединяться в кристаллы. В кристаллическом состоянии они не проявляют признаков живого, но при изменении внешних условий (попадание внутрь клетки живого организма) они начинают двигаться и размножаться.
Кристаллами обычно называют твердые тела, образующиеся в природных или лабораторных условиях и имеющие вид многогранников, которые напоминают самые непогрешимо строгие геометрические построения. Поверхность таких фигур ограничена более или менее совершенными плоскостями — гранями, пересекающимися по прямым линиям — ребрам. Точки пересечения ребер образуют вершины.
Кристалл — это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих атомов.
Кристаллами называются все твердые тела, в которых слагающие их частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены строго закономерно наподобие узлов пространственных решеток.
Ниже приводится схематическое изображение кристаллических решеток поваренной соли и алмаза:
| |
Поваренная соль | Алмаз |
Царь всех кристаллов — алмаз
Кристаллы могут иметь всевозможные формы. 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.
Множество всех кристаллов можно классифицировать, разбить на несколько типов и видов, используя тот или иной характерный критерий классификации.
Рассмотрим несколько из них.
Во-первых, кристаллы следует разделить на две большие группы: идеальные и реальные.
Идеальные кристаллы – это математическая абстракция, используемая учеными для описания свойств настоящих кристаллов. Характерными признаками идеального кристалла являются гладкие грани, строгий дальний порядок, определенная симметрия кристаллической решетки и прочие характерные для кристалла параметры.
Реальные кристаллы – это те кристаллы, с которыми мы сталкиваемся в реальной жизни. Они имеют различные примеси, которые могут понижать симметрию кристаллической решетки, шероховатые грани, могут иметь не правильную форму, дефекты оптических свойств (если кристалл прозрачный). Но есть одно свойство, которое присуще как идеальному, так и реальному кристаллам — это дальний порядок, правило, по которому атомы располагаются в кристаллической решетке.
Еще одним критерием деления кристаллов на виды является их происхождение. По этому критерию кристаллы делятся на природные (естественные) и искусственные (выращенные человеком).
Природные кристаллы вырастают в недрах нашей планеты в естественных для роста условиях.
Минералы являются частью земной коры, и составляют внутреннюю структуру планеты. Они образуются из расплавленной магмы, находящейся в глубинных слоях Земли, и затвердевающей при выходе. Под воздействием различных природных условий постепенно происходят сдвиги земной коры, отдельные её слои опять опускаются и расплавляются. Кристаллы и есть продукты этого геологического циклического процесса.
Каждый кристалл состоит из миллионов отдельных структурных элементов, называемых монокристаллами и образующих кристаллическую решётку. Элементарная ячейка кристаллической решётки представляет собой квадрат, в каждом углу которого находится атом. В кристаллах кварца — это атомы кремния и кислорода.
Природные кристаллы кварца, добытые из земли, реагируют на сжатие и деформацию. В них появляются электрические заряды (пьезоэлектричество).
Искусственные кристаллы выращиваются в лабораториях или в домашних условиях. «Ростовики» сами создают необходимые условия для выращивания того или иного кристалла. К примеру кристаллы медного купороса можно с легкостью вырастить дома. Многие кристаллы могут быть выращены как самой природой, так и людьми , но существует множество примеров кристаллов, которые в природе «не произрастают». Единственный способ получить их — это вырастить в лаборатории.
Кристаллы также можно разделить по чисто эстетико-экономическому критерию на два вида —драгоценные и не драгоценные.
Драгоценные ( кристаллы ) камни – минералы, обладающие двумя основными характеристиками «драгоценности»: красота и редкость. Названия многих вам известны: алмаз, аметист, рубин, сапфир, изумруд, топаз и т.д.
| Алмаз |
|
| Аметист |
|
| Рубин |
|
| Сапфир |
|
| Изумруд |
|
| Топаз |
|
5. Причины и методики выращивания кристаллов.
Зачем же люди искусственно выращивают кристаллы, если их и так много вокруг? Прежде всего, природные кристаллы обычно некрупные, часто неоднородные, с примесями. А при искусственном создании кристаллов они получаются химически чистыми и большего размера.
Существуют и такие кристаллы, которые в природе встречаются редко и дорого ценятся, но они незаменимы для науки и техники, поскольку служат материалами для точных приборов. Их также изучают учёные-кристаллографы, открывая новые свойства и явления, связанные с кристаллами. И главное – искусственно создавая кристаллы, можно синтезировать такие вещества, которых нет в природе, но они могут быть полезны человеку в его деятельности.
Существует много методов выращивания кристаллов в лаборатории: из растворов и расплавов, из твёрдых веществ и паров. Для этого есть множество сложных приборов и установок, ведь рост нужных кристаллов может длиться до нескольких месяцев.
Самый простой способ искусственного создания кристаллов – охлаждение насыщенного раствора. Растворимость большинства веществ уменьшается с понижением температуры и вследствие этого они выпадают в осадок. В первую очередь на дне и стенках сосуда образуются крошечные кристаллы-зародыши. Если охлаждение идёт медленно и постепенно, зародыши образуются в небольшом количестве, превращаясь со временем в красивые кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении появляется много центров кристаллизации, процесс идёт с большей активностью, но правильных кристаллов получить не удастся, потому что множество быстро растущих кристаллов мешают друг другу.
Ещё один распространенный метод выращивания кристаллов – постепенное удаление воды из насыщенного раствора. Чем медленнее будет идти процесс, тем лучше получатся кристаллы. Если сосуд с раствором, прикрытый бумажкой для защиты от пыли, оставить при комнатной температуре на длительный срок – вода будет медленно из него испаряться, превращая насыщенный раствор в перенасыщенный. Получившийся раствор является отличной средой для роста кристаллов.
Насыщенность раствора является важным критерием для роста кристаллов. Раствор обязательно должен быть перенасыщенным. Когда образовавшийся зародыш растёт, часть растворённых солей переходит на кристалл и концентрация раствора около самого кристалла падает, то есть он становится ненасыщенным. Казалось бы, рост кристалла должен прекратиться в этот момент, но вещество из отдалённых участков раствора с более высокой концентрацией растворённых веществ начинает переходить к граням кристалла, способствуя их дальнейшему росту.
.6. Практическая часть.
Я решил вырастить кристаллы в домашних условиях. Для опытов мною были использованы следующие материалы и оборудование:
Для того, чтобы вырастить кристаллы я использовал метод испарения воды из насыщенного раствора, причем использовал медленное и быстрое охлаждение растворов. Сначала я приготовил перенасыщенный раствор. Для этого я нагрел воду, насыпал в стаканчик квасцы и залил его дистиллированной водой. Нужно размешивать раствор и добавлять в него порошок, пока он не перестанет растворяться. Это означает, что раствор стал перенасыщенным. Полученные системы нужно поставить в такое место, где их не будут постоянно трогать и задевать (в моём случае это полка). Я проводил медленное и быстрое испарение (путем быстрого охлаждения). В обоих случаях на дне стаканчика образовался слой небольших, плотно прилегающих друг к другу кристаллов.
В опыте №2 я приготовил перенасыщенный раствор карбамида так же, как и в предыдущем опыте. Добавил к этому раствору 3 капли моющего средства и поливиниловый спирт. Полученным раствором пропитал картонную елку, помещенную в чашку Петри. Остатки раствора налил в ту же чашку Петри и оставил стоять на полке. Первые кристаллы начали образовываться через 2 часа. Спустя 12 часов чашка Петри и елка были покрыты игольчатыми кристаллами.
Образование кристаллов быстрым охлаждением перенасыщенного раствора
Образование кристаллов медленным охлаждением перенасыщенного раствора
Владелица называет его «Макс». Он — это череп из цельного куска горного хрусталя, найденный около 100 лет назад в гробнице майя в Гватемале.
Дату его создания определить практически невозможно. Разные эксперты называют цифры от 5000 до 36000 лет назад. По одной из легенд он является одним из 13-ти хрустальных черепов, существующих в этом мире (более доступно эта легенда рассказывается в фильме «Индиана Джонс и тайна Хрустального черепа»). Что мол когда-нибудь все 13 черепов будут соединены и мы получим неиссякаемый источник древней мудрости и знаний.
SHA NA RA
Кохинур — бриллиант весом 106 карат, бывший когда-то крупнейшим алмазом в мире. Ранее им владели индийские правители, а сегодня он находится в руках британской королевской семьи и является частью драгоценной короны.
Когда Кохинур стал принадлежать британской королевской семье, его вес составлял 186 карат (37 г). Принц Альберт специально искал ювелира с совершенной репутацией и лично отправился в Голландию, чтобы поручить обработку алмаза некоему мистеру Кантору. Тот взялся за работу, и через некоторое время бриллиант был подарен королеве Виктории.
Бриллиант стал частью королевской короны, и в последний раз её надевала королева-мать во время торжественной коронации, когда она стала императрицей Индии.
Сапфир Миллениум размером с футбольный мяч — драгоценность с высеченными на ней портретами известных исторических деятелей. В настоящее время сапфир продаётся за $180 млн, но покупатель должен разместить чудо весом 61,5 тыс карат там, где люди смогут на него смотреть.
Созданный итальянским художником Алессио Босхи, сапфир Миллениум — это дань уважения человеческому гению. На нём высечено 134 портрета, в том числе — Бетховен, Микеланджело, Шекспир, Альберт Эйнштейн и Мартин Лютер Кинг-младший.
Сейчас Миллениумом владеет консорциум инвесторов во главе с Даниэлем МакКинни. За последние 15 лет сапфир был выставлен на всеобщее обозрение всего дважды — на церемонии вручения Оскара в 2002-м году и на лайнере «Принцесса сапфиров» во время его первого рейса в 2004-м году.
28-сантиметровый сапфир был найден на Мадагаскаре в 1995-м году. В природном виде он весил около 90 тыс карат, но потерял около трети своей массы в процессе обработки, длившейся два года и завершённой в 2000-м году.
Крупнейший в мире обработанный аквамарин находится в музее в Вашингтоне рядом с алмазом Надежды и серьгами Марии-Антуанетты. Добытый в Бразилии в 1980-х годах пегматит назван в честь первых двух бразильских императоров. Аквамарин Дон Педро занимает почётное место в Национальном музее естественной истории при Смитсоновском институте.
Сине-зеленый драгоценный камень, напоминающий по форме обелиск, создан знаменитым немецким ювелиром Берндом Мунштейнером, известным как «отец резных фантазий». Высота Дона Педро — 35,5 см, а вес — 10 363 карата (или два кг).
21 ноября 2010-го года в китайской провинции Хайнань общественности была показана крупнейшая в мире светящаяся жемчужина. Жемчужина весом почти шесть тонн и диаметром 1,6 м оценивается в два млрд юаней ($ 301 197 000) — в Китае жемчуг ценится выше, чем бриллианты.
Камень, состоящий главным образом из флюорита, светится зелёным светом в темноте. Потребовалось почти три года, чтобы придать камню идеально круглую форму жемчужины.
Лоуренс Графф является крупнейшим в мире дилером драгоценных камней. В 2010-м году его репутация была подтверждена благодаря покупке потрясающей редкости — розового алмаза весом 24,78 карата. Графф владеет пятью роскошными особняками в Англии, Франции, Швейцарии и Нью-Йорке, а также личной средиземноморской яхтой, алмазной шахтой за пределами Йоханнесбурга и полудюжиной частных владений в Мейфэре.
Безупречный розовый бриллиант установил новый ценовой рекорд на аукционе Сотбис: ставки продолжали расти, обстановка накалялась, и в конце концов бриллиант достался 36-му богатейшему человеку Великобритании за $45 млн — это наибольшая сумма, когда-либо уплаченная за драгоценность.
Финансист Винсент Буше из Монреаля является владельцем Божественной Эфирной Каролины — турмалина параиба весом около 192-х карат. Камень оценивается от $25-ти млн до $125-ти млн, и это мировой рекорд цен для турмалинов параиба.
Турмалин параиба является одним из самых редких драгоценных камней в мире. Названы камни в честь бразильского региона, где они добываются, и именно там найдено подавляющее большинство таких камней. На каждые 10 тыс найденных алмазов приходится один турмалин параиба, и в общей сложности на сегодняшний день добыто всего 50 кг этих драгоценных камней.
Массивный 478-каратный алмаз был найден на руднике Летсенг (Letseng) в Лесото, маленьком королевстве в Южной Африке. Это 20-й крупнейший необработанный алмаз из всех когда-либо найденных, и в этой шахте уже ранее нашли три крупнейших алмаза в мире: 603-каратное Обещание Лесото, 493-каратное Наследие Летсенга и 601-каратный Бурый Лесото.
Похожий, но меньшего размера камень недавно был оценен в $12 млн. Есть шанс, что из этого алмаза удастся сделать 150-каратный бриллиант, который сможет затмить даже Кохинур.
Баийский изумруд — крупнейший изумрудный самородок из когда-либо найденных. Камень весит 1,9 млн карат и был обнаружен в штате Баия в Бразилии. Он едва избежал затопления во время урагана «Катрина» в 2005-м году в период хранения на складе в Новом Орлеане. В сентябре 2008-го года новости сообщали, что камень украден из защищённого хранилища в Лос-Анджелесе, штат Калифорния. Камень оценивается в $400 млн и недавно появился в продаже на аукционе eBay — его предлагалось приобрести «всего» за $75 млн.
После того, как камень покинул Бразилию и появился в США, предпринимались многочисленные попытки продать его, но безуспешно. В конце концов, похищенный изумруд был изъят у дилера в Лос-Анджелесе и доставлен в распоряжение департамента шерифа Лос-Анджелеса.
Легенда о зарождении жизни на Земле, связанная с кристаллами
Историческая легенда о кристаллах – хранителях земли
Существует совершенно необыкновенная история о Кристаллах-Хранителях Земли, это история о надежде и вдохновении.
Очень, очень давно, когда наш мир был еще совсем юным, да и вся вселенная была намного моложе, Землю посетили высокоразвитые существа, родина которых была гораздо ближе к центру галактики, и они были взращены источником изобильного света, эманируюемого великим центральным солнцем.
Имея в своем распоряжении больше света и будучи ближе к источнику чистой энергии, они развивались очень быстро, и вскоре отправились к другим звездным системам в поисках новых знаний и приключений.
Взглянув на девственную Землю, и увидев ее голубые воды, пышную растительность и плодородную почву, они назвали ее«Терра», что значит «та, что дает жизнь». Наблюдая естественные физические законы, которым подчинялась Терра, они поняли, что она готова к оплодотворению.
Эти существа, которых: мы будем называть «Древние», неустанно работали с силами стихии, подготавливая планету к зарождению разумных форм жизни.
Они взяли естественное вещество земли, двуокись кремния, и, направив на него поток своей силы света, создали огромные кристаллы кварца, известные нам как «Хранители Земли». С помощью этих кристаллов, явившихся их предшественниками, эти существа, подготавливаясь к воплощению на физическом плане, создали электромагнитное силовое поле Земли.
Когда все стихии были в надлежащем порядке, и кристаллы-Хранители Земли привели планету в соответствие с высшей космической силой, Древние приняли человеческую форму и воплотились в мире чувств.
Многие из них пришли на Землю и создали изначальные цивилизации My, Лемурии и Атлантиды, именно они: являются теми древними, о которых говорят все мифы, легенды и религии. Они стояли на краю времени и были Учителями, создавшими эволюцию вселенной. В то же самое время на планете развивался неандертальский человек, являвшийся животной формой жизни, вышедшей из утробы Терры. Одновременное существование на земле животного племени и расы высокоразвитых существ отметило для Терры начало нового космического цикла, который, возможно, мог привести к выполнению своего высочайшего предназначения.
Развитые цивилизации применяли Хранителей Земли в повседневной жизни купались в их излучении.
Эти кристаллы служили для сохранения настройки сознания на высшие вибрации их древней прародины, и все, кто входил в поле их ауры, наполнялись силой. Они стали мощными инструментами, через которые могла проводиться космическая сила, служащая для получения пищи, воды, изготовления украшений и священных одежд, которые впоследствии носились.
В определенных случаях эти кристаллы использовались при отправлении правосудия: двенадцать человек должны были стать вокруг кристалла, держась за руки, и если восемь из них получали один и тот же ответ, он считался истинным. Как часть божественного плана развития существ, возникших непосредственно на земле, было решено, что не которые из Древних войдут в цикл эволюции приматов, чтобы по возможности поднимать их на такой уровень сознания, при котором они тоже стали бы настроенными на силу света, объемлющую всю вселенную.
Те, кто выбрали остаться, чтобы снова и снова воплощаться на Земле, принесли великую жертву, поскольку они погрузились в материальный мир, зная что настанет день, когда они снова поднимутся в небо, взяв с собой своих новых братьев и сестер. Когда это произошло, опустились завесы памяти, и воспоминания о том, кто они есть и зачем пришли были скрыты, чтобы они стали подобны жителям земли. С течением времени они привыкли к земле и многие из них стали сильно привязаны к удовольствиям, получаемым с помощью пяти чувств, и начали использовать космическую силу, излучаемую кристаллами, для выполнения собственных личных желаний.
Они поставили эту силу на службу собственной алчности и мелким устремлениям, что неизбежно привело к падению изначальных цивилизаций. Став свидетелями опасного злоупотребления силой, многие в то время решили оставить Терру и продолжить свою работу по разбрасыванию семян эволюции. Те из них, кто выбрали остаться, постепенно стали скрещиваться с землянами, и в результате такого генетического смешения коренные жители Земли сделали огромный скачок в своей эволюции.
Таким образом было положено начало новой эре человечества.
В своей работе я рассмотрел вопросы об особенностях кристаллов, о том, как растут кристаллы в природе и как их можно вырастить в домашних условиях, научился делать насыщенные растворы некоторых веществ и наблюдать за кристаллизацией этих веществ.
В результате я убедился, в том, что кристаллы каждого вещества имеют свою скорость кристаллизации, свою форму и свой цвет.
Эта тема мне была очень интересна. Мир кристаллов оказался удивителен и разнообразен.
Список литературы:
О падающих телах. Что падает быстрее: монетка или кусочек бумаги?
Швейня
Попробуем на вкус солёность моря?
Акварель + трафарет = ?
Рисуем ветку берёзы сухой пастелью