Исследовательская работа "Выращивание кристаллов".

ВВЕДЕНИЕ.

 «Почти весь мир  кристалличен.

В мире царит кристалл и его                          

твердые,   прямолинейные законы».

         А.Е. Ферсман.

Случалось ли вам слышать слово «кристалл»? Разумеется. В наш информационный все наслышаны обо всем. Но спросите себя, какие кристаллы вам знакомы? Первыми на ум приходят, скорее всего яркие самоцветы: изумруд, кто-то вспомнит лиловый аметист, кто-то вишнёво-красный гранат, а кто-то горный хрусталь – бесцветный кварц. Не будь этих блестящих разноцветных камушков, жизнь потускнела бы, лишившись их красок, их маленьких тайн. В кристаллах есть что-то удивительное и завораживающее. Они поражают своей четкостью линий и симметрией, в которой скрывается необыкновенная красота. Мы сразу заинтересовались темой «кристаллы». 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. Средневековые алхимики думали, что природные кристаллы были сотворены богом раз и навсегда. Лишь в 17 веке поняли, что минералы растут в воде.

Кристаллы так хороши собой, что ими можно любоваться часами. Каких только кристаллических форм не создала природа! Столбики, кубики, пирамиды, звёзды! Поражает разнообразие причудливых форм и цветов кристаллов.

А не вспомнился ли вам минерал, без которого жизни просто не может быть? Не прожить и дня!  Что же до тайн – тайн у него побольше, чем у знаменитых бриллиантов. К примеру, он может на глазах исчезнуть в воде и проявиться вновь в виде прозрачных кубиков. Он бывает белым, как снег, синим, желтоватым, красноватым и прочным. Ради него караваны верблюдов бороздили пустыню, а парусники – водную гладь. Некогда он ценился весьма дорого, подчас дороже золота. А где-то из него попросту изготавливали деньги. Это соль.

Нас заинтересовал вопрос: а что можем сделать мы, чтобы приобщиться к загадочному миру кристаллов? Поэтому представляется важным и интересным попробовать вырастить кристалл в домашних условиях без применения специальных приспособлений.

Поэтому мы решили начать свою исследовательскую работу, поставив перед собой цель: научиться выращивать кристаллы разных веществ в домашних условиях.

Цель исследования – вырастить кристаллы разнообразных веществ из растворов и сравнить их свойства, определить оптимальные условия для выращивания кристаллов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. провести анализ литературы,  посвященной  данной теме;
2. отобрать вещества, применяемые в быту, из которых возможно вырастить кристаллы;
3. познакомиться с методами выращивания кристаллов;
4. освоить методику выращивания кристаллических тел из водных растворов;
5. провести наблюдения за процессом кристаллизации;
6. выработать рекомендации по выращиванию кристаллических тел для заинтересовавшихся нашим исследованием учащихся

Актуальность работы: работа интересная и познавательная. Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека. Они обладают оптическими и механическими свойствами, именно поэтому первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Кристаллы до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов. Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках XX века.

Кроме того, кристаллы можно выращивать из раствора. Это удивительное свойство кристаллических тел!

Предмет исследования: кристаллы.

Объект исследования: выращивание кристаллов из растворов.

Гипотеза работы: при апробировании различных способов выращивания кристаллов в домашних условиях и их изучении  определить наиболее оптимальные условия для выращивания кристаллов различных солей.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

        Удивительный мир кристаллов.

Кристаллы окружают нас повсюду. Твердые тела, из которых строят дома, делают станки, вещества, которые мы употребляем в быту,  - почти все они относятся к кристаллам.

В земле иногда находят камни такой формы, как будто их кто-то тщательно выпиливал, шлифовал, полировал. Правильность и совершенство формы этих камней, безукоризненная поверхность поражают. Трудно поверить, что такие многогранники образовались сами без помощи человека. Вот эти-то камни с природной, то есть не сделанной руками человека, правильной, многогранной формой и называются кристаллами.

Слово «кристалл» происходит от греческого «крюсталлос», то есть «лед». Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани.

Структура кристалла.

        Не все кристаллы одинаковы. Существуют монокристаллы и поликристаллы. Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называются монокристаллами.

Кристаллы.

                                    Основные свойства кристаллов.

Температура плавления.

Плавление – это переход вещества из твёрдого состояния в жидкое.

Процесс плавления любого кристалла происходит при постоянной температуре, называемой температурой плавления. Например, если взять кристалл льда и положить его в тёплое место, то он растает – расплавится. В процессе плавления температура не повысилась. То же самое можно было бы установить и для любого другого кристалла.

Симметрия.

Идеальные формы кристаллов симметричны. По выражению известного русского кристаллографа Е. С. Фёдорова (1853-1919), «кристаллы блещут симметрией».

В кристаллах можно найти различные элементы симметрии: ось симметрии, плоскость симметрии, центр симметрии.

Рост кристаллов.

Кристаллы могут расти как в природе, так и в искусственных условиях.

Рост кристаллов в природе.

В соляных озёрах, на мелководье вода, нагреваясь, испаряется. Соль выпадает в осадок, наращиваясь на дне. Так образуются солончаки, представляющие дно высохших озёр.

Рост кристаллов в искусственных условиях.

В искусственных условиях кристаллы выращивают из раствора или из расплава.

Классификация кристаллов.

Выращивание кристаллов из расплава.

Из расплава кристаллы выращивают таким образом. В установке расплав находится в неподвижном тигле, куда опущена затравка с растущим на ней кристаллом. Затравка укреплена на стержне, который непрерывно охлаждают. По мере того, как кристалл вырастает, его всё время поднимают, вытягивая стержень с затравкой из расплава, так что с расплавом соприкасается не весь кристалл, а только небольшой его слой, именно тот самый, который сейчас растёт. Кристаллы во время роста ещё обычно вращают, чтобы тепло от него отводилось равномерно. В домашних условиях вырастить кристалл из расплава невозможно.

Вырастить кристаллы в домашних условиях можно только из раствора.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

(ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ)

Кристаллы выращивают из насыщенных (перенасыщенных) растворов веществ на «затравке». Затравкой или центром кристаллизации может являться кристаллик данного вещества или любой другой центр кристаллизации (волокно). Выращивание кристаллов – это искусство. Поэтому получается не все сразу. Немного настойчивости, упорства, аккуратности, и можно стать обладателем красивых кристаллов.

Экспериментальный опыт №1

«Нахождение оптимальной концентрации раствора для роста монокристалла и поликристалла поваренной соли».

Общие сведения наблюдений

Дневник наблюдений

Вывод: в ходе опыта мы выяснили: для того, чтобы вырастить монокристалл поваренной соли, надо 50 мл воды и 30 г соли. Для того, чтобы вырастить красивый поликристалл, надо 50 мл воды и 50г соли.

Экспериментальный опыт №2

«Нахождение оптимальной температуры окружающей среды для выращивания кристаллов поваренной соли».

Общие сведения наблюдений

Дневник наблюдений

Вывод: оптимальная температура окружающей среды для выращивания кристаллов – примерно равна 23°С.

Экспериментальный опыт №3

«Сравнение кристаллов медного купороса и поваренной соли».

Для того, чтобы вырастить кристалл медного купороса, я поступала следующим образом: к 50мл очень горячей воды добавляла кристаллы медного купороса до получения насыщенного раствора (30 г). Опускала в насыщенный горячий раствор кристаллик на хлопчатобумажной нити (нить с «затравкой») и ставила раствор в теплое место (вода испаряется, и раствор все время является насыщенным).

Общие сведения наблюдений

Дневник наблюдений

Вывод: у веществ разного химического состава кристаллы имеют разную форму и отличаются по таким свойствам, как симметрия, выращивание, к тому же углы, образованные соответственными гранями, в кристаллах разных веществ будут неравными (по закону постоянства углов). Но есть и сходства, например, оба кристалла имеют кристаллическую решётку.

Экспериментальный опыт №4

«Сравнение кристаллов морской и поваренной солей».

Общие сведения наблюдений

Дневник наблюдений

Вывод: у веществ одного и того же химического состава форма выращенных кристаллов одинакова, но скорость выращивания кристаллов этих веществ абсолютно разная.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении этой работы мы выяснили, что мир кристаллов красив и разнообразен. Каждый его «представитель» уникален по своим свойствам, размерам и особенностям строения. Кроме того, что кристаллы красивы, они играют важную роль в жизни человека.

В ходе работы мы исследовали очень интересное свойство кристаллов – их рост в искусственной среде. Оказывается, кристаллы можно вырастить дома, без каких- либо усилий. Для быстрого выращивания нужны оптимальные условия. Например, чтобы вырастить кристалл поваренной соли (за короткий срок), нужно поставить стакан с раствором в тёплое место, но раствор приготовить оптимальной концентрации – 50 мл воды и 30-50 г соли. Если кристаллизация происходит медленно, то вырастет монокристалл, а если быстро – поликристалл.

При изучении кристаллов мы убедились: свойства их настолько разнообразны, что мы смогли исследовать лишь некоторые из них.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Энциклопедия «Аванта +» Физика. 2003 год.
2.  Универсальная школьная энциклопедия для детей «Аванта +». 2004 год.
3.  www. venda. ru
4.  www. yandex. ru
5. Энциклопедия «Аванта +» Химия. 2004 год.
6. Большая энциклопедия «Кирилла и Мефодия». 2006 год.
7. «Хочу всё знать. Занимательная химия». И.А.Леенсон.1 996 год.
8. «Химия для всех». Г. Б. Шульпин. 1987 год.