«Выращивание кристаллов из раствора медного купороса в домашних условиях».

Проект по химии:

«Выращивание кристаллов

из раствора медного купороса

в домашних условиях».

Выполнила:

Ученица 11 класса

МКОУ «СОШ№7»

Ст. Ессентукской

Смородинова Мария Михайловна

Учитель: Панаэтова Софья Ильинична

2015 год

Содержание.

Введение

  1. Общие сведения на тему: «Кристаллогидраты, их строение, примеры и применение в жизни».

       1.2. Что такое кристаллогидраты?

      1.3. Примеры.

      1.4. Применение в жизни.

   2. Химический опыт: «Выращивание кристалла из раствора медного купороса в домашних условиях».

     2.1. Небольшие сведения по выращиванию кристаллов в домашних условиях.

     2.2. Нам понадобится.

      2.3. Первый этап выращивания кристалла.

      2.4. Второй этап выращивания кристалла.

      2.5. Важно помнить!

      2.6 Заключительный этап выращивания кристалла.

   3. Заключение.

   4. Литература.

     1. Общие сведения на тему: «Кристаллогидраты, их строение, примеры и применение в жизни».

     1.1.Вступление.

    Исследовать, на самом деле, можно абсолютно все, что нас окружает, но каждого привлекает своя сфера для исследований. Проекты составляются по абсолютно разным темам и направлениям, но я выбрала, на мой взгляд, одно из интереснейших – химию.

   В этом направлении можно рассматривать много чего, ведь химия - одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их составе и строении, их свойствах, зависящих от состава и строения, их превращениях, ведущих к изменению состава — химических реакциях, а также о законах и закономерностях, которым эти превращения подчиняются. Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям способны формировать молекулы, то химия занимается прежде всего рассмотрением перечисленных выше задач на атомно-молекулярном уровне, т. е. на уровне химических элементов и их соединений. Она подразделяется на два раздела (по признаку изучаемых веществ): органическая и неорганическая.

   Органическая химия изучает соединения углерода, их структуру, свойства и методы синтеза.  А неорганическая химия изучает строение, реакционную способность и свойства всех химических элементов и их неорганических соединений. В каждом из этих разделов есть много интересных и красивых реакций, которые могут привлечь внимание абсолютно каждого как ребенка, так и взрослого.

   Но я выбрала неорганическую химию, а именно процесс выращивания кристаллогидратов в домашних условиях. Но прежде чем начать действовать, надо разобраться в том, что же это такое – кристаллогидраты.

     1.2. Что такое кристаллогидраты?

   Кристаллогидраты – кристаллы, содержащие молекулы воды и образующиеся, если в кристаллической решётке катионы образуют более прочную связь с молекулами воды, чем связь между катионами и анионами в кристалле безводной соли.
  Слово “кристаллос” у древних греков обозначало лед. Так же назывался и водяно-прозрачный кварц (горный хрусталь), ошибочно считавшийся тогда “окаменевшим льдом”. Впоследствии этот термин был распространён на все кристаллические тела.

   Кристаллами обычно называют твердые тела, образующиеся в природных или лабораторных условиях и имеющие вид многогранников, которые напоминают самые строгие геометрические построения. Поверхность таких фигур ограничена совершенными плоскостями - гранями, пересекающимися по прямым линиям ребрам. Точки пересечения ребер образуют вершины. Данное определение нельзя назвать правильным и оно требует ряд существенных поправок, так как охватывает не все кристаллические образования.

   Получается, что кристаллогидраты – это те самые кристаллы, что издревле привлекают внимание людей к себе, ведь они красивые, яркие и нередко с невообразимо красивыми переливами. Их можно разделить по внешним признакам на два основных вида:

   1. Идеальные кристаллы. Кристаллы, имеющие идеально ровные грани и полную симметрию. Для образования хорошо ограненных кристаллов необходимо, чтобы ничто не мешало им свободно и всесторонне развиваться, не теснило бы их и не препятствовало их росту.

   2. Реальные кристаллы. Кристаллы, которые по тем или иным причинам выросли не особо ровными, гладкими и составляющими идеальную фигуру (куб, прямоугольник, ромб, круг), а имеющие некие изъяны, которые даже придают им более красивый вид. Чаще всего они приобретают такую форму из-за определенных условий окружающей среды.

   Иногда, приходя в ювелирный магазин, мы слышим такое слово, как «самоцвет». Что же это такое?

   Самоцветы (от рус. сам и цветной) — драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни (минералы и горные породы), находящие применение в качестве ювелирного и поделочного сырья. Как правило, прозрачные или полупрозрачные. Термин самоцветы носит исторически-бытовой характер, он не относится к научной терминологии и не является строгим. В разное время в повседневной речи и речи разных специалистов мог относиться и к просвечивающим или непрозрачным камням, либо использоваться для разделения по категориям цветных-бесцветных, ограночных-декоративных, драгоценных-поделочных камней.

   Карат - единица массы, бытующая в торговле драгоценными камнями и в ювелирном деле с античных времен. Не исключено, что само слово “карат” происходит от местного названия (kuara) африканского кораллового дерева, семена которого использовались для взвешивания золотого песка, но более вероятно, что оно ведет начало от греческого названия (keration) широко распространенного в Средиземноморье рожкового дерева, плоды которого изначально служили “гирьками” при взвешивании драгоценных камней (масса одной такой гирьки в среднем примерно равна карату).

   В ряду физических свойств драгоценных камней оптические свойства играют главенствующую роль, определяя их цвет и блеск, сверкание (“огонь”) и люминесценцию, астеризм, иризацию и прочие световые эффекты. При испытании и идентификации драгоценных камней также все большее место отводится оптическим явлениям.

     1.3. Примеры.

   Легче понять, что это такое, если будут приведены так называемые «примеры из жизни». Где же мы встречаем в жизни кристаллогидраты?

   Во-первых, это известный абсолютно всем алмаз – самый твердый среди минералов, но в то же время и самый хрупкий, обладающий высокой теплопроводностью. На самом деле это редкий, но широко распространенный кристалл.

   Сапфир – минерал, исходным материалом для которого является корунд (Al2O3). Имеет красивую расцветку от темно-синего до светло-голубого. Цвет зависит от примеси железа или титана.

   Рубин – минерал красного спектра, так как имеет многие оттенки красного, начиная с фиолетово-красного и заканчивая кроваво-красным. Цвет зависит от примеси хрома.

   Аметист – синяя, синевато-розовая или красно-фиолетовая разновидность кварца. Исходным материалом является кремнезем. Цвет получается за счет примесей железа. У меня дома есть совсем небольшой аметист. В жизни он выглядит так же прекрасно, как и на картинках.

   Уваровит – минерал, кальциево-хромовый силикат, разновидность граната изумрудно-зелёного цвета. Назван в честь одного из президентов Российской академии наук графа С. С. Уварова. Формула вещества: Ca3Cr2(SiO4)3.

   Можно написать чуть ли не целый список кристаллов, но остановимся на этих примерах.

     1.4. Применение в жизни.

   На самом деле в жизни кристаллы применяют очень широко, но я приведу лишь несколько общих и несколько конкретных примеров, иллюстрирующих это.

   Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что их трудно перечислить. 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. Алмазная пила - это большой (до 2-х метров в диаметре) вращающийся стальной диск, на краях которого сделаны надрезы или зарубки. Мелкий порошок алмаза, смешанный с каким-нибудь клейким веществом, втирают в эти надрезы. Такой диск, вращаясь с большой скоростью, быстро распиливает любой камень. Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. В граверных инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла вставлены алмазные острия. 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. Кроваво-красный рубин и лазорево-синий сапфир - это родные братья, это вообще один и тот же минерал - корунд, окись алюминия А12О3. Разница в цвете возникла из-за очень малых примесей в окиси алюминия: ничтожная добавка хрома превращает бесцветный корунд в кроваво-красный рубин, окись титана - в сапфир. Есть корунды и других цветов. Есть у них ещё совсем скромный, невзрачный брат: бурый, непрозрачный, мелкий корунд - наждак, которым чистят металл, из которого делают наждачную шкурку. Корунд со всеми его разновидностями - это один из самых твердых камней на Земле, самый твердый после алмаза. Корундом можно сверлить, шлифовать, полировать, точить камень и металл. Из корунда и наждака делают точильные круги и бруски, шлифовальные порошки.

   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 или, как его называют в науке, оптический квантовый генератор (ОКГ), 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 громадный мощностью. Он 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 с неодитом. В глазной хирургии применяется чаще всего неодиновые лазеры и лазеры на рубине. В наземных системах ближнего радиуса действия часто используются инжекционные лазеры на арсениде галлия.

   Появились и новые лазерные кристаллы: флюорит, гранаты, арсенид галлия и др.

   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. Это - пьезоэлектрический эффект в кристаллах. В наши дни в качестве пьезоэлектриков используют не только кварц, но и многие другие, в основном искусственно синтезированные вещества: синетову соль, титанат бария, дигидрофосфаты калия и аммония  и многие другие.

   Пьезоэлектрические кристаллы широко применяются для воспроизведения, записи и передачи звука.

   Существуют и пьезоэлектрические методы измерения давления крови в кровеносных сосудах человека и давления соков в стеблях и стволах растений. Пьезоэлектропластинками измеряют, например, давление в стволе артиллерийского орудия при выстреле, давление в момент взрыва бомбы, мгновенные давления в цилиндрах двигателей при взрыве в них горячих газов.

   Электрооптическая промышленность - это промышленность кристаллов, не имеющих центра симметрии. Эта промышленность очень велика и разнообразна, на её заводах выращивают и обрабатывают сотни наименований кристаллов для применения в оптике, акустике, радиоэлектронике, в лазерной технике.

   В технике также нашел своё применение поликристаллический материал поляроид.

   Поляроид - это тонкая прозрачная пленка, сплошь заполненная крохотными прозрачными игольчатыми кристалликами вещества, двупреломляющего и поляризующего свет. Все кристаллики расположены параллельно друг другу, поэтому все они одинаково поляризуют свет, проходящий через пленку.

   Поляроидные пленки применяются в поляроидных очках. Поляроиды гасят блики отраженного света, пропуская весь остальной свет. Они незаменимы для полярников, которым постоянно приходится смотреть на ослепительное отражение солнечных лучей от заледеневшего снежного поля.

   Поляроидные стекла помогут предотвратить столкновения встречных автомобилей, которые очень часто случаются из-за того, что огни встречной машины ослепляют шофера, и он не видит этой машины. Если же ветровые стекла автомобилей и стекла автомобильных фонарей сделать из поляроида, причем повернуть оба поляроида так, чтобы их оптические оси были смещены, то ветровое стекло не пропустит света фонарей встречного автомобиля, "погасит его".

   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.

   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. 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 растёт.

     2. Химический опыт: «Выращивание кристалла из раствора медного купороса в домашних условиях».

     2.1. Небольшие сведения по выращиванию кристаллов в домашних условиях.

   Природа сама позаботилась о том, чтобы минералы росли в определенной среде, приобретали определенную форму, поэтому в домашних условиях можно практически без особых усилий вырастить кристалл из раствора медного купороса. Но, к сожалению, этот процесс довольно-таки длительный. Поэтому мы и берем медный купорос, так как из него у нас получится быстрее и менее проблематично сделать кристаллогидрат.

     2.2. Нам понадобится.
  Для выращивания нам понадобится:

   1. Стакан или банка. Я буду брать банку, потому что она по объемам больше, чем стакан, поэтому я могу получить кристалл более крупный.

   2. Тарелка или блюдце.

   3. Медный купорос (Сульфат меди – CuSO4 (порошкообразный)).

   4. Вода. Лучше брать дистиллированную воду, которую можно взять в любом магазине автозапчастей.

   5. Нитка, на которой будет расти наш кристалл.

   6. Перчатки. Так как нельзя допускать попадание раствора на руки. Так же раствор нельзя пить.

   7. Карандаш, на который мы привяжем нитку, так как нельзя, чтобы кристалл касался стенок или дна нашей тары.

   8. Лист бумаги, которым мы прикроем сверху конструкцию, чтобы туда не попадала пыль и грязь.

   9. Платок или марля для фильтрования раствора.

   И теперь мы можем приступать к самому выращиванию кристалла.

     2.3. Первый этап выращивания кристалла.

   C начала готовим  раствор. Наливаем в банку или стакан примерно 200 мл дистиллированной воды, но если не имеем её, то процеживаем воду из-под крана через фильтр или добавляем кипяченную. Я буду брать дистиллированную воду, купленную в магазине, где можно взять все для автомобилей.

   Начинаем добавлять медный купорос. Насыпаем столовую ложку, размешиваем. Купорос очень быстро растворится. Добавляем еще ложку, снова размешиваем. Делаем так до тех пор, пока соль не начнет оседать на дне.  Так мы готовим первичный раствор, который будет основой нашего кристалла.

   Следующим делом отфильтровываем раствор через платочек или марлю. Я буду фильтровать через платок. И оставляем на сутки (может меньше) где-нибудь, где в раствор не упадет грязь и пыль. Во избежание этого накрываем наш раствор чем-нибудь и ставим подальше от членов семьи. Через сутки можно уже приступить ко второму этапу нашего выращивания.

     2.4. Второй этап выращивания кристалла.

   Я беру свою баночку и рассматриваю её: на дне стали образовываться кристаллы, причем все они разной формы. Некоторые кристаллики небольшие, но расположены скоплениями, другие же (ромбовидные) более крупные и находятся отдельно, именно они нам и нужны. Выбираем эти кристаллы (сливаем раствор в другую банку и отковыриваем массу, образовавшуюся на дне).

   Аккуратно берем самый крупный из одиночных кристаллов и привязываем на ниточку, которую привязываем на карандаш (так, чтобы при опускании в баночку наш кристалл не касался дня и стенок). Накрываем листом бумаги (защита от пыли) и переносим в темное место, защищенное от сквозняков (выращивание кристаллов требует особых условий). А теперь мы оставляем наш будущий кристаллик на несколько недель в темном месте.

     2.5. Важно помнить!

   Ни в коем случае нельзя забывать, что:

А) Кристалл нельзя вынимать для того, чтобы просто полюбоваться им, ведь это будет мешать его росту. Будем любоваться, когда вырастим его и поставим на полку.

Б) Обязательно обновлять раствор, ведь он немного испаряется, от чего становится менее насыщенным. Это тоже плохо для выращивания кристаллика.

В) Хорошо закрывать его, чтобы пыль и мусор не попадали.

Г) Не трясти посуду и не шатать её.

     2.6 Заключительный этап выращивания кристалла.

   Спустя месяц наш кристалл уже получился хороших размеров и теперь выглядит прекрасно. Закончим наш опыт тем, что достанем его из тары, промоем её, покроем кристалл бесцветным лаком в целях сохранения его.

     3. Заключение.

   Выращивание кристаллов не просто красивый химический опыт, а целое искусство, поэтому не стоит расстраиваться, если с первого раза не получилось. Для новичков есть специальные наборы для выращивания. Главное – это упорство, чуточку желания, усердие, аккуратность и совсем немного соответствие схеме выращивания, тогда точно все получится.

    4. Литература.

Весь материал по кристаллогидратам взят из «Википедии» и наблюдений из собственных опытов.