Исследовательская работа "Кристаллы"

МКОУ   «Прогимназия №1» п.Залукокоаже

II школьная научно-практическая конференция «Я – исследователь»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

ученика 4 класса

Маремшаова Амира.

Руководитель:

     Рожкова И.В.

п.Залукокоаже, 2013

Содержание

Введение……………………………………………………………..………..3стр.

Глава 1. Общие сведения по вопросу.

1. Кристаллы, встречающиеся в природе. ……………………....4стр.

2. Применение кристаллов в науке и технике.............. ...............6стр.
3. О чём говорят легенды……  ………………………………......8стр.

Глава 2. Выращивание кристаллов в домашних условиях

       2.1.  Как получаются кристаллы………………………………………..9стр.

      2.2.  Самостоятельное исследование по получению кристаллов……10стр.

Заключение……………………………………………………………………11стр

Список литературы…………………………………………………………..12 стр

Приложение…………………………………………………………………..13 стр

ВВЕДЕНИЕ. 

        На уроке «Окружающий мир» мы проходили тему «Каменное царство» и провели опыт  «Образование кристаллов соли». Меня заинтересовало, какие же ещё бывают кристаллы? Как они появляются? Можно ли вырастить кристалл в домашних условиях? Как долго понадобится времени для выращивания кристаллов? Какого цвета будут кристаллы?

 В сети Интернет   я  увидел множество кристаллов разных форм и расцветок, узнал, что  кристаллы встречаются нам повсюду. 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...

        Я поставил перед собой цель – вырастить кристаллы  дома.

Гипотеза исследования: если выращивать кристаллы по инструкции, то вырастить    кристаллы в домашних условиях   возможно.

Задачи:

• изучить литературу по теме проекта;
• познакомиться со способами выращивания кристаллов;
• освоить методику выращивания кристаллов;
• провести наблюдения за процессом кристаллизации;
• создать презентацию по теме проекта;
• выступить на школьной конференции.

Объект исследования: кристаллы

Предмет исследования: процесс кристаллизации 

Методы исследования: 

• работа с источниками информации
• наблюдение
• эксперимент
• фиксирование результатов

Глава 1.    Общие сведения по вопросу.

1.1 Кристаллы, встречающиеся в природе.

        Кристаллы издавна привлекали внимание людей своей красотой, правильной формой, загадочностью. Кристаллы - от греческого krystallos (первоначально означали лёд )-это вещества, в которых мельчайшие частицы "упакованы" в определенном порядке.  В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму.         

        Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов.

Некоторые виды моллюсков обладают способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр. За 5 - 10 лет образуется драгоценный камень жемчуг, имеющий поликристаллическое строение. В морской воде растворено много различных солей. Миллиарды организмов, населяющих моря, строят свои раковины и скелеты из углекислого кальция и кремнезема. Выпадая в осадок, раковины и скелеты умерших организмов образуют мощные пласты так называемых осадочных пород. Рифы и целые острова в океанах сложены из кристалликов углекислого кальция, составляющих основу скелета беспозвоночных животных — коралловых полипов.

Кристаллы льда и снега.

     Иногда кристаллы образуются прямо из паров, а не из жидкости. В этом случае они бывают особенно правильны. Примером этого является образование инея и снежинок из водяных паров воздуха. Одна снежинка-это группа кристалликов, образованная более чем из двухсот ледяных частичек. Снежные кристаллы образуются из расположенных в безупречном порядке молекул воды.

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.

Кристаллы во Вселенной

        В облаках, в глубинах Земли, на вершинах гор, в песчаных пустынях, в озерах, морях и океанах, в доменных печах, в аппаратах химических заводов, в научных лабораториях, в клеточках растений, в живых и мертвых организмах - везде встретились мы с кристаллами. Нет такого места на Земле, где бы не было кристаллов, где бы не происходили все время возникновение, рост и разрушение кристаллов. Метеориты, посланцы из звездного мира, тоже состоят из кристаллов. В космических пришельцах - метеоритах -  встречаются кристаллы, известные на Земле, и кристаллы минералов, на Земле не встречающихся.

1.2. Применение кристаллов в науке и технике.

        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.

        В настоящее время изучением многообразия кристаллов занимается наука КРИСТАЛЛОГРАФИЯ.

        Кристаллография – это наука о строении, симметрии, физико-химических свойств, образовании и росте кристаллов, которая зародилась в18 веке.

Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что их трудно перечислить. Можно привести несколько примеров.

       Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение.

        Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни.     Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах.     Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом. Наиболее ответственные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.

     Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. У всех этих камней есть и другие качества, более скромные, но полезные. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона.

      Новая жизнь рубина - это лазер, чудесный прибор наших дней. В 1960г. был создан первый лазер на рубине. Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц.

      Мощный луч лазера легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. Эти функции выполняет твердый лазер, где используется рубин, гранат.

В глазной хирургии применяется чаще всего лазеры на рубине.

Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов. Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую промышленность.

Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон — все это разновидности кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца - это и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.

Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические заряды. Этот - пьезоэлектрический эффект в кристаллах широко применяются для воспроизведения, записи и передачи звука.      

Неотъемлемой частью нашей жизни стали мобильные телефоны, цифровые фото- и видеокамеры. Телевизоры с жидкокристаллическим экраном стали мечтой и украшением любого дома.

Каждый из нас хоть раз слышал сочетание «Кристаллы Сваровски». Искусственно созданные хрустальные кристаллы Swarovski - это изысканное украшение. Их стоимость часто превышает имитируемые "настоящие" камни (топаз, изумруд, сапфир, бриллиант, рубин).Основатель хрустальной империи Даниэль Сваровски в 1890 годах изобрел новый состав для выращивания хрусталя небывалой до сих пор прозрачности и блеска, который до сих пор хранится в строжайшем секрете. Украшения от Swarovski становятся прекрасной альтернативой драгоценным бриллиантам.

        Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет.

1.3.  О чём говорят легенды.

        Нет, не пересказать сказок, преданий и легенд, сложенных людьми о камне с древнейших пор! Как богата фантазия человека, сложившего о кристаллах столько чудесных красивых небылиц!

        Только представьте себе: чтобы ослепить ядовитую змею, достаточно показать ей ярко-зеленый камень – изумруд (рис.10. А чтобы избавиться от дурных снов, надо носить на пальце кольцо с рубином (рис.2). Ваш конь станет выносливым и послушным, если в его уздечку вплести синий камешек – бирюзу (рис.3). Есть, оказывается, камни, которые охраняют человека от болезней, от воров, от землетрясений...

        Конечно, любой из вас, услышав эти наивные сказки, просто улыбнется. А было время, когда любой легенде люди верили беспрекословно, когда за цветные камни платили громадные деньги, чтоб не только украсить ими свои одежды, но и спастись с их помощью от "дурного глаза", от болезней, от пожаров и наводнений. И было это потому, что люди не знали происхождения различных камней, видели в каждом из них чудо и придумывали множество всяких небылиц, присущих якобы разноцветным минералам.

        Изучая материалы о волшебных свойствах кристаллов, я составил таблицу «Лечебные свойства кристаллов» (Приложение 1).

        Верить в их волшебные свойства или нет дело ваше, но выбирая украшение из кристаллов, задумайтесь об их свойствах, а вдруг поможет?!

 Выводы по 1 главе.

        Изучив, теоретический материал я узнал:

1. Кристалл, в переводе с греческого языка означает «лёд», «горный хрусталь».
2. Кристалл — это твердое состояние вещества.
3. Изучением кристаллов занимается наука -  кристаллография.
4. О разнообразии кристаллов.
5. О применении кристаллов   в науке и технике.                                            
6. О способах выращивания искусственных кристаллов.

ГЛАВА 2.  Выращивание кристаллов в домашних условиях

2.1.  Как получаются кристаллы.

          Благодаря науке кристаллографии известны многие способы искусственного выращивания кристаллов.  Как же кристаллы растут.        Выращивание кристаллов производят разными способами. Я прочитал о двух методах выращивания кристаллов. Например, охлаждая насыщенный раствор. С понижением температуры растворимость веществ уменьшается (в основном, это касается безводной соли), и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей (скажем, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллики правильной формы. При быстром охлаждении возникает много мелких кристалликов, почти никакой из них не имеет правильную форму, ведь их растёт множество, и они мешают друг другу.

Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом - постепенным удалением воды из насыщенного раствора - выпариванием. И в этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получается результат. Оставьте открытым сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок, накрыв его листом бумаги, — вода при этом будет испаряться медленно, и пыль в раствор попадать не будет. Растущий кристаллик можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. Даже если наш исходный кристаллик имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все свои дефекты и примет форму, свойственную данному веществу.

Кристаллы могут образовываться также непосредственно из пара или газа. При охлаждении газа электрические силы притяжения объединяют атомы или молекулы в кристаллическое твердое вещество. Так образуются снежинки: воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки той или иной формы.

2.2.  Самостоятельное исследование по получению кристаллов

Опыт 1.  

С проведением этого опыта я познакомился на уроке «Окружающий мир».

Этап 1: Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде (подогреть нужно для того, чтобы соль растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре). Растворять соль до тех пор, пока соль уже больше не растворяется (раствор насыщен!).

Этап 2: Насыщенный раствор перелить в другую  ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что он будет увеличиваться). На этом этапе следить, чтобы раствор не особо остывал.

Этап 3: Опустить  в насыщенный  раствор нитку с затравкой на конце.

Этап 4: Перенести  ёмкость с насыщенным раствором в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий).

Этап 5: Накрыть  чем-нибудь сверху ёмкость с кристалликами  (например, бумагой) от попадания пыли и мусора. Оставить  раствор на несколько  дней.

В ходе опыта на нитке образовались кристаллы соли, но вытащив их из раствора, они быстро рассыпались.

Опыт 2.

 Для второго опыта я использовал раствор квасцов, купленных в аптеке.

Этапы  выращивания кристаллов из квасцов такие же как и в предыдущем опыте.

В ходе опыта я сделал следующие выводы:

1. Чем медленнее раствор  будет остывать, тем крупнее получатся кристаллы.
2. Уже через 2-3 дня грузик обрастет кристаллами.
3. Кристалл должен все время находиться в растворе.
4. Кристаллы вырастают за 2-3 недели, но их можно выращивать и дольше. Во время роста можно корректировать их рост, удаляя некрасивые наросты.
5. Когда кристаллы примут вид, который вас устроит, их вынимают из раствора, дают высохнуть и покрывают бесцветным лаком. Если этого не сделать, уже через несколько дней они разрушатся (см. опыт 1).

Заключение.

Выращивание кристаллов - процесс - занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе.
К сожалению, есть некоторые особенности их хранения (конечно, каждая соль и вещество имеют свои особенности). Например, если кристаллик квасцов оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нём воду, превратится в невзрачный серый порошок. Так получилось с кристаллами соли из опыта №1. Чтобы предохранить его от разрушения, можно покрыть его бесцветным лаком.

Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей.

           Можно получить  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 опустить  этот каркас в раствор и наращивать  на нем кристаллы. Если опустить в раствор разборную синтетическую елочку, предварительно обмотав ее ствол и ветви нитками, то можно вырастить "заснеженную" елку. В результате экспериментов  можно получить целую коллекцию сувениров.

Выводы:

         По результатам моих наблюдений и опытам я пришёл к следующим выводам:

- при точном соблюдении инструкций и технике безопасности можно вырастить кристаллы из различных растворов, что доступно для детей, но для этого нужно приложить терпение и труд;

- при правильной обработке граней кристалла он может достаточно долго храниться.

        В ходе исследовательской работы моя гипотеза подтвердилась. Выращивать кристаллы в домашних условиях можно. Выращенные кристаллы могут быть использованы в украшении интерьера дома.

Список литературы:

1. Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии: Книга для учителя. - М.: Просвещение,1995.
2. Энциклопедия драгоценных камней и кристаллов.

Интернет ресурсы:

1. Все о минералах      http://urai.net.ru/nano/

2. Выращивание минералов http://urai.net.ru/crystal/p2aa1.html

3. http://www.kristallikov.net/page6.html.

Приложение 1.

«Лечебные свойства кристаллов»

Приложение 2

Рекомендации по выращиванию кристаллов в домашних условиях

Процесс выращивание кристаллов в домашних условиях разделим на основные этапы:

Этап 1: Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде (подогреть нужно для того, чтобы соль растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре). Растворять соль до тех пор, пока будете уверены, что соль уже больше не растворяется (раствор насыщен!). Рекомендуем использовать дистиллированную воду (т.е. не содержащую примесей других солей).

Этап 2: Насыщенный раствор перелить в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что он будет увеличиваться). На этом этапе следите, чтобы раствор не особо остывал.

Этап 3: Привяжите на нитку кристаллик соли, нитку привяжите, например, к карандашу и положите его на края стакана (ёмкости), где налит насыщенный раствор. Кристаллик опустите в насыщенный раствор.

Этап 4: Перенесите ёмкость с насыщенным раствором и кристалликом в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий).

Этап 5: Накройте чем-нибудь сверху ёмкость с кристалликом (например, бумагой) от попадания пыли и мусора. Оставьте раствор на пару дней.

Важно помнить!

1. Кристаллик нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора.

2. Не допускать попадание мусора в насыщенный раствор, наиболее предпочтительно использовать дистиллированную воду.

 3. Следить за уровнем насыщенного раствора, периодически (раз в неделю или две) обновлять при испарении раствор.

Паспорт проектной работы