Введение

        У моей мамы были бусы из горного хрусталя. Однажды они рассыпались. Прыгающие,   сверкающие шарики поразили меня своей красотой.  Один из них стала первым в моей коллекции декоративных камней. А может ли человек сам создать такую красоту?  Ответ на свой вопрос я нашёл в книгах о кристаллах.

Тема моего проекта: «Растущие камни».

Объект исследования: кристаллы природного и искусственного происхождения.

 Предмет исследования: выращивание кристаллов медного  купороса.

Цели и задачи исследования: вырастить кристаллы медного купороса в домашних условиях, определить оптимальные условия выращивания кристаллов.

 Методы исследования:

1. Аналитический.
2.  Практический.

Была выдвинута гипотеза: если создать необходимые условия, то можно вырастить кристаллы дома. Возникла проблема: какие  оптимальные условия надо создать, чтобы получить большие кристаллы вещества?

      Этапы исследования:

      1. Анализ литературы.

      2. Выдвижение гипотезы.

      3. Эксперимент.

      4. Подтверждение гипотезы.

      5. Вывод.

Практическая значимость исследования велика:

       Тема выращивания кристаллов становится  все более актуальной для всего человечества. В настоящее время кристаллы  буквально вошли в каждый дом. В сердце каждого телевизора, МР -3 плеера, сотового телефона, компьютера  находится кристалл. Выращивание кристаллов сохраняет природные богатства  и  ускоряет научно–технический прогресс. Мир кристаллов и мир людей стали неразрывны.

ГЛАВА 1. Цивилизация кристаллов.

1.1 Образование кристаллов в природе.

 Если посмотреть на крупинки соли через увеличительное стекло, то можно увидеть что каждая крупинка- это крошечный, похожий на кубик кристалл. Оказывается, соль, как и все вещества, состоит из миллионов мельчайших атомов. В соли 2 типа атомов: натрий и хлор, они расположены в строго определенном порядке. Кубическая форма кристалликов соли - результат этого четкого расположения. Такая правильная расстановка частиц в пространстве называется кристаллической решеткой.

    У кристаллов разных веществ, кристаллическая решетка разная, а поэтому форма и размеры могут быть разные. Некоторые вещества образуют крупные кристаллы. Например, кварц и горный хрусталь могут образовывать кристаллы размером с человека.  А металлы обычно состоят из таких крошечных кристалликов, что их невозможно увидеть.

      Кристаллы образуются только при определенных условиях. Например, если какое - либо вещество растворено в воде, то кристаллы получаются при испарении воды. Они могут образоваться и в случае, если жидкость охладится и затвердеет. Морозным утром на оконном стекле можно увидеть рисунки из ледяных кристалликов образовавшихся именно так. Снежинки это тоже кристаллы.

      Кристаллы драгоценных камней в природе образуются миллионы лет в глубине земной коры, при очень высоких температурах  и под колоссальным  давлением. Мест, где такие условия, крайне мало, чем и объясняется редкость таких камней. Поэтому ученые решили выращивать кристаллы искусственно. Им в лабораторных условиях необходимо было создать природные явления, причем в ускоренном варианте. Но это стало возможным лишь в начале прошлого века.

1.2 Выращивание кристаллов человеком.

      Самым первым искусственным драгоценным камнем  стал небольшой кристалл рубина весом 6 грамм, и синтезированный в 1902 году французским инженером Вернейлем. В дальнейшем, именно благодаря синтетическим рубинам стал возможен ряд открытий. Например, на основе рубина был изобретен лазер, позволивший точно измерить расстояние от земли до луны.

      До сих пор в мире синтезированные рубины, сапфиры и гранаты пользуются большим спросом. Сапфировые стекла, например, необходимы для производства иллюминаторов космических кораблей, мобильных телефонов и часов. Сапфиры широко применяются в медицине. Их используют для замены больных костей и суставов. Сейчас сапфирами можно заменить уже более полусотни из костей человеческого организма. Большой популярностью пользуются и искусственно выращенные алмазы. Повышенная твердость алмазов позволяет их использовать в промышленности. А в ювелирном деле  используют искусственный изумруд.

     Практически все виды драгоценных камней синтезируют и в России. В двадцатом веке ученые получили ряд кристаллов, не имеющих природных близнецов. Первым был  фианит. Он назван так в честь Физического института Академии наук (ФИАН). Его необычная красота и  дешевизна  была оценена ювелирами. В хирургии используется скальпель с лезвием из фианита, позволяющий избежать аллергической реакции на металл.

     Наука выращивания кристаллов называется кристаллографией. Последние достижения современной кристаллографии связаны с выращиванием кристаллов – сцинцилляторов, способных работать при сильной радиации. Одна из самых интересных программ, связанная со сцинцилляторами – участие в международном научном проекте «Большой адронный коллайдер» эксперимента «Алиса». По заказу Европейского ядерного центра CERN два завода, один из которых, «Северные кристаллы», расположенный на нашем Кольском полуострове в городе Апатиты, получили заказ на синтез таких кристаллов для коллайдера. Данный проект направлен на разработку новых  источников энергии и очень важен для человечества.

      Таким образом, человек научился растить необходимые для себя камни.  И незаметно для глаза в конце двадцатого века сформировалась самая настоящая цивилизация кристаллов.

После того, как я прочитал столько нового и интересного о мире кристаллов, у меня возникла гипотеза: а при каких условиях можно вырастить кристаллы дома? Из литературы я узнал, что некоторые «самоцветы», например, кристаллы медного купороса,  можно получить и  в домашней лаборатории .

                                 ГЛАВА 2. Методы получения кристаллов.

     Кристаллы медного купороса получают методом охлаждения насыщенного горячего раствора. Если в горячей воде растворять порошок медного купороса, то через некоторое время растворение прекращается. Такой раствор называется насыщенным.  При охлаждении этого раствора частички вещества оказываются в избытке, они не могут уже находиться в растворенном состоянии, и слипаются друг с другом, образуя крошечные кристаллы-зародыши. Зародыши, постепенно обрастая со всех сторон, превращаются в красивые синие криcталлы.

ГЛАВА 3. Экспериментальная часть.

Выращивание кристаллов в домашних условиях.

      Итак, мы поставили цель: создать необходимые условия и вырастить кристаллы медного купороса.

Работу начали с техники безопасности.

Так как медный купорос – это ядохимикат, нами были приняты меры предосторожности при работе с ним. При постановке опыта руки защищались перчатками, а глаза пластиковыми очками. При работе с нагретым раствором медного купороса использовался  респиратор.

      Для постановки опыта были приготовлены следующие приборы и материалы:

2 стеклянные емкости, стеклянные палочки, нить, гайка, порошок медного купороса, перчатки, пластиковые очки, клеенка, салфетки, растительное масло.

Ход работы.

Первый день.

1. Мы приготовили стеклянную емкость. В емкости получили насыщенный раствор.

 2. Полученный раствор профильтровали  через ситцевую салфетку.

3. В  емкость с раствором мы поместили нить, прикрепленную к стеклянной палочке. Чтобы нить не всплывала на поверхность, на свободный конец была гайка. Нитку поместили в емкость так, чтобы гайка не касалась дна и стенок сосуда.

4. Раствор оставили остывать при комнатной температуре.

 5. В течение нескольких часов мы наблюдали за превращениями в стеклянном сосуде. Уже через 2 часа, в темно-синем растворе можно было рассмотреть множество кристалликов, появившихся на нити и  гайке. Больше всего кристалликов выросло на гайке и меньше на нити у поверхности раствора. Когда сосуд остыл, рост кристаллов прекратился.

 Мы сделали 1 вывод: кристаллы появляются при остывании раствора.

Второй день.

1. Мы снова  приготовили горячий насыщенный раствор и разлили его в 2 емкости.

2. От нитки с кристаллами мы отщепили один кристаллик, привязали на новую нить и, в качестве «затравки», поместили в один из сосудов так,  чтобы он оказался в центре сосуда.

3. То же самое сделали со второй емкостью.

4. Одну емкость мы поместили в условия медленного охлаждения. Для этого сосуд с горячим раствором мы  завернули  в полотенце и поставили  в сумку -термос.

5.  Вторую мы поставили в холодильник, чтобы охлаждение происходило быстрей.

Третий день.

 На третий день  мы провели сравнение кристаллов в емкостях и обнаружили следующее

1.  в емкости, где раствор остывал медленно, вокруг «затравки» образовалось несколько красивых крупных кристаллов.

2. в емкости, где раствор остывал очень быстро (в холодильнике), вокруг «затравки» образовалась гроздь из мелких кристаллов.

      Мы сделали 2 вывод: если раствор остывает медленно, то вырастают крупные правильные кристаллы, если раствор остывает быстро,  то красивых кристаллов не получается, а вырастает много мелких кристаллических образований.

Сосуд с крупными кристаллами мы оставили при комнатной температуре для наблюдения в течение недели.

Четвертый день.

При осмотре кристаллов на 4 день видимых изменений не нашли. Поэтому оставили опыт при комнатной температуре на несколько дней.

 Шестой день.

На 6 день повторно осмотрели кристаллы. И заметили, что кристаллы немного выросли, хотя раствор мы повторно не насыщали. При этом  уровень жидкости в стакане уменьшился.

Мы сделали 3 вывод: кристаллы могут расти  не только при охлаждении раствора, но и при его испарении.

Выращенные в процессе опыта кристаллы медного купороса  достали из емкостей, просушили салфеткой и обтерли растительным маслом, чтобы они не разрушились от влажного воздуха.

Результаты исследования.

Методом проведённых опытов  я подтвердил достоверность выдвинутой гипотезы. При создании  определённых необходимых  условий  дома можно вырастить кристаллы медного купороса.

. Оптимальное условие для выращивания кристалла - медленное охлаждение насыщенного раствора  медного купороса

Заключение

 В своей работе я исследовал рост кристаллов. Опытным путем  мы установили, что   при создании необходимых условий, кристаллы можно вырастить дома, можно получить чудесные крупные образцы  «самоцветов». Из кристаллов  можно  собрать свою домашнюю коллекцию или подарить в качестве сувениров друзьям.

Процесс выращивания кристаллов  оказался настолько необычным и увлекательным, что я решил продолжить  исследования. В перспективе, я хочу вырастить кристаллы других химических веществ, например квасцов. А также попробовать создать новый по цвету и свойствам кристалл, который не встречается в природе. Кристаллохимия -интересный  и важный процесс не только для меня, но и  для всего современного мира. Ученые многих стран ищут все новые способы синтеза искусственных кристаллов. По мнению ученых, уже в недалеком будущем рост кристаллов окончательно превратится в точную науку. Будет возможным быстро вырастить практически любой кристалл требуемого качества. Воплощаются в жизнь слова известного минеролога академика А. Е. Ферсмана, сказанные более тридцати лет назад: «…я уверен, что через несколько десятков лет геологи не будут больше с опасностью для жизни взбираться на вершины Альп, Урала или Кавказа в погоне за кристаллами, не будут добывать их в безводных пустынях Южной Бразилии или в наносах Мадагаскара. Я уверен, что мы будем по телефону заказывать нужные кристаллы на заводе, где в больших закрытых тиглях с перегретыми растворами при больших давлениях будут расти прозрачные камни. На смену горняку приходит химик!».

Список литературы:

1. Большая энциклопедия школьника. Оксфорд / Пер. с англ. У.В. Сапциной, А.И. Кима, Т.В. Сафроновой и др.- М.: ЗАО РОСМЭН-ПРЕСС, 2007.- 664с.

2.Кристаллы, рост, структура, свойства. К пятидесятилетию Института кристаллографии РАН. – М.: Наука, 1993. - 272 c.

3. Станцо В.В. Обыкновенное вещество. – М.: Химия, 1981. - 192 с.

4. Ферсман А. Е. Занимательная минералогия.- Л.: Детская литература, 1975. – 238 с.

6. Шаскольская М. П. Кристаллы.- М.: Наука, 1978. - 205 с.