Учебно - исследовательский проект «Выращивание кристаллов в домашних условиях»

Опубликовано Ильенко Анжелика Евгеньевна вкл 03.11.2016 - 19:13

Автор:

Морозова Ульяна

Данная работа представляет собой исследование в области кристаллографии, в частности процесса выращивания кристаллов и условий, при которых образуются кристаллы разной формы и цвета.

Скачать:

Вложение	Размер
Данная работа представляет собой исследование в области кристаллографии, в частности процесса выращивания кристаллов и условий,	237.39 КБ

Предварительный просмотр:

Конкурс учебно-исследовательских проектов школьников

«Эврика, ЮНИОР»

Малой академии наук учащихся Кубани

Учебно - исследовательский проект

«Выращивание кристаллов

в домашних условиях»

Автор:

Морозова Ульяна Владимировна

2 класс, МБОУ СОШ №9

муниципального образования

Тимашевский район

Научный руководитель:

Ильенко Анжелика Евгеньевна

учитель начальных классов

МБОУ СОШ №9

муниципального образования

Тимашевский район

2015 год

Морозова Ульяна Владимировна

Краснодарский край, Тимашевский район, хутор Незаймановский

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 9 имени Героя Советского Союза В.Ф. Мируна

муниципального образования Тимашевский район, 2 класс

Научный руководитель: Ильенко Анжелика Евгеньевна,

учитель начальных классов МБОУ СОШ № 9

Аннотация

Цель исследования: вырастить кристаллы соли, медного купороса и сахара в домашних условиях.

Предмет исследования: кристаллы поваренной соли, сахара, медного купороса.

Методы исследования:

Анализ научной литературы и газетных статей.
Использование Интернета в поиске информации.
Эксперимент.
Наблюдение.
Фиксирование результатов.

Вывод

при благоприятных условиях некоторые твердые тела принимают форму кристаллов;
кристаллы могут «расти»;
кристаллы различных веществ имеют разную форму;
кристаллы различных веществ имеют различные свойства.

Результаты: пополнение моей коллекции, представление результатов работы учащимся школы, участие в конкурсе исследовательских проектов .

я научилась работать с книгами, узнавать из них то, что до нас уже знали другие люди;
освоила некоторые способы выращивания кристаллов в водном растворе;
начала проводить наблюдения за ростом кристалла.

Морозова Ульяна Владимировна

Краснодарский край, Тимашевский район, хутор Незаймановский

муниципального образования Тимашевский район, 2 класс

Научный руководитель: Ильенко Анжелика Евгеньевна,

учитель начальных классов МБОУ СОШ № 9

План исследования

В основе исследования поставлен вопрос о возможности выращивания кристаллов в домашних условиях. Общеизвестно, что в природе кристаллы образовались при охлаждении земной коры подобно тому, как образуется лед при замерзании воды. При охлаждении магмы сначала в ней образовались кристаллы того вещества, температура кристаллизации которого самая высокая. По мере дальнейшего охлаждения происходила кристаллизация других минералов, и так до тех пор, пока вся магма не затвердела. Пронаблюдать этот процесс представляет трудность, так как он длительный по времени. Кристаллы правильной геометрической формы встречаются в природе редко. Поэтому я решила пронаблюдать процесс кристаллизации в домашних условиях, используя вещества, часто встречающиеся в быту.

Для реализации поставленной цели были выдвинуты следующие задачи:

узнать, что такое кристалл, изучить теоретические основы минерологи, о кристаллах
создать условия для роста кристаллов и провести эксперимент
Сделать вывод по полученным результатам

Предмет исследования: кристаллы

Объект исследования: процесс выращивания кристаллов

Гипотеза исследования:

Предположили, что кристаллы образуются при создании определенных условий; значит, если изменять условия кристаллизации и растворять различные вещества, то можно получать кристаллы разной формы и цвета.

Морозова Ульяна Владимировна

Краснодарский край, Тимашевский район, хутор Незаймановский

муниципального образования Тимашевский район, 2 класс

Научный руководитель: Ильенко Анжелика Евгеньевна,

учитель начальных классов МБОУ СОШ № 9

Научная статья

Введение

Обоснование выбора темы

Невообразимое множество форм, размеров, цветов и их оттенков принимают минералы, они переливаются всеми цветами радуги и притягивают к себе скрытыми в них загадками. Каждый образец может стать уникальным хранителем частички истории происхождения и существования Земли. Мне очень интересно, какие минералы добывают в недрах нашей планеты. Оказывается, некоторые минералы обладают лечебными свойствами: они способны уменьшить боль, улучшить кровообращение, стабилизировать давление и т.д. Некоторые «камни» используют как амулеты и обереги. Бывают и камни знаков Зодиака, женских имён, планет и камни дней лунного месяца. Понятие «минерал» подразумевает твёрдое природное кристаллическое вещество. Многие кристаллы – продукты жизнедеятельности организмов. Способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр, обладают некоторые виды моллюсков. Через 5-10 лет образовывается жемчуг. Кристаллы широко применяются в науке, промышленности, оптике, электронике. Далее я выяснила, что но кристаллы можно вырастить и в лаборатории, т.е получить искусственным путем. Я очень люблю узнавать все новое и интересное, мне нравится экспериментировать, наблюдать и собирать коллекции. У меня есть своя коллекция минералов и других камней. Мне стало интересно узнать, можно ли вырастить кристаллы в домашних условиях. Так была выбрана тема моего исследования: «Выращивание кристаллов в домашних условиях»

Цель моего исследования: вырастить кристаллы соли, медного купороса и сахара в домашних условиях.

Задачи исследования:

узнать что такое кристаллы
какими бывают кристаллы
подобрать дома доступное оборудование и сырье для производства кристаллов;
познакомиться и использовать необходимые меры безопасности и защиты при проведении эксперимента;
вырастить кристаллы;
изучить условия образования кристаллов, их формы, цвета;
проанализировать полученные результаты.

Гипотеза исследования:

Предположим, что кристаллы образуются при создании определенных условий; значит, если изменять условия кристаллизации и растворять различные вещества, то можно получать кристаллы разной формы и цвета.

Морозова Ульяна Владимировна

Краснодарский край, Тимашевский район, хутор Незаймановский

муниципального образования Тимашевский район, 2 класс

Научный руководитель: Ильенко Анжелика Евгеньевна,

учитель начальных классов МБОУ СОШ № 9

Теоретическая часть

«Чем больше вглядываешься в кристалл, тем

глубже он затягивает вас в свою глубину очарования»

И.Е.Репин

Наверное, все вы видели кристаллы воды - лёд. Узоры на окнах зимой – это тоже кристаллы воды. Множество разных веществ образуют кристаллы: металлы, драгоценные камни, и даже соль и сахар. Первые попытки искусственно получить минералы человек предпринимал с давних пор. Еще в средние века алхимики с помощью философского камня пытались превратить простые вещества в драгоценные камни. Но все это были попытки с негодными средствами, потому что алхимики совершенно не представляли законов строения вещества. Успех пришел лишь тогда, когда был в достаточной мере изучен процесс минералообразования. Что же такое кристаллы? Ответ на этот вопрос я нашла в большой детской энциклопедии.

Кристаллы – это твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников. Название «кристалл» произошло от двух греческих слов – «холод» и «застывать», т.е. означало во времена Гомера «застывший лед» и относилось к кристаллам горного хрусталя, считавшимися окаменевшим льдом. Вначале этим термином называли только прозрачные ограненные природные тела, впоследствии он был распространен на непрозрачные и даже неограненные образования. [1]

Кристаллы (от греч. crystallos—лед), однородные твердые тела, которые имеют закономерное внутреннее строение. Кристаллы растут, присоединяя частицы вещества из жидкости или пара. Их можно вырастить из растворов разных веществ. (Приложение № 1 фото №1 кристаллы воды) Изучая информацию в интернете, на различных образовательных сайтах, я нашла ответ на другой вопрос: Какими бывают кристаллы? [2]

Кристаллы бывают разной формы. Иногда образуются дендриты - это кристаллы, похожие на веточки дерева; очень хрупкие, но очень красивые. (дендриты Приложение № 1 фото №2, 3) [3]

Друза- это группа сросшихся между собой кристаллов.( Приложение № 1 фото № 4) [3]

Монокристалл — отдельный однородный кристалл. [4]

В природе чаще встречаются беспорядочно сросшиеся между собой монокристаллы. Такие твердые тела называются поликристаллы. Примерами поликристаллов являются: каменная соль, кварц, сахар, лед, железо, медь. [4]

Многие кристаллы имеют очень интересную структуру. Существует даже специальный Минералогический Музей им. А. Е.Ферсмана Российской Академии Наук, посвящённый дендритам и драгоценным камням. Он находиться в Москве.

Кристаллы бывают различными по размерам. Многие из них можно увидеть только в микроскоп. Но встречаются гигантские кристаллы массой в несколько тонн. Люди научились выращивать искусственные кристаллы — рубины. Кристаллы могут иметь от четырех до нескольких сотен граней.

Следует различать идеальный и реальный кристалл. [5]

Идеальный кристалл является, по сути, математическим объектом, имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани и так далее.

Реальный кристалл всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Реальный кристалл не обязательно обладает кристаллографическими гранями и правильной формой. В зависимости от типа кристаллической решетки, кристаллы делятся на 4 группы:

ионные
ковалентные (атомные)
молекулярные
металлические

Используют кристаллы для изготовления ювелирных украшений и в часовых механизмах. Выращивают и самые твердые на свете кристаллы — алмазы. Но, в домашних условиях, «замахиваться» на подобные проект я не стала. Можно вырастить кристаллы из соли, сахара, медного купороса. В настоящее время существует целый ряд способов выращивания кристаллов. Исходное вещество может быть твердым, растворенным или расплавленным, даже может находиться в газообразном состоянии. Из более чем 3000 минералов, существующих в природе, искусственно удалось получить уже несколько сот. Трудности выращивания связаны с необходимостью очень точного соблюдения режима выращивания кристаллов. [6]

Предупреждение:

ПОМНИТЕ!!! Это химические реактивы, поэтому работать с ними детям лучше под наблюдением взрослых (кроме, работы с солью)!

Морозова Ульяна Владимировна

Краснодарский край, Тимашевский район, хутор Незаймановский

муниципального образования Тимашевский район, 2 класс

Научный руководитель: Ильенко Анжелика Евгеньевна,

учитель начальных классов МБОУ СОШ № 9

Практическая часть

Выращивание кристаллов из растворов солей.

Чтобы вырастить кристаллы, нужно приготовить насыщенный раствор соли. Лучше приготовить такой раствор при более высокой температуре, чем комнатная. При остывании насыщенного раствора растворимость солей значительно уменьшается и «лишняя» соль выкристаллизовывается. На этом свойстве солей и основано получение кристаллов.

Первый опыт с солью я сделала в конце лета. Я взяла стакан, налила в нее чистой воды, потом насыпала соли, в воду добавила немного голубой краски. Соль добавляла постепенно, после растворения уже добавленной соли. Размешала маленькой ложечкой, на которую затем повесила нитку. Ниточка не доставала до дна и висела посередине стакана. На следующий день на ниточке появились маленькие кристаллы. Несколько дней я наблюдала за чудом, которое происходило на моих глазах. На ниточке становилось все больше и больше «белого снега», а по краям стакана и на дне появились крупные квадратные кристаллы. В теплую воду положила веточки ели на три часа. Как вытащила, веточка была просто мокрая, а после высыхания покрылась красивым соленым налетом, «инеем». Шишка ели пролежала в стакане двое суток и на ней образовался слой кристаллов так же, как на ели. Когда вода из стакана испарилась, соль образовала на его стенках узоры, похожие на те, что рисует мороз на окнах.

Мне стало интересно, и я решила продолжить свои опыты.
Я налила в стакан горячую воду, растворила много соли, опустила искусственную розу. Роза так же покрылась красивыми кристаллами.

В теплую воду положила веточки ели на три часа. Как вытащила, веточка была просто мокрая, а после высыхания покрылась красивым соленым налетом, «инеем».

Шишка ели пролежала в стакане двое суток и на ней образовался слой кристаллов так же, как на ели. [7]

Выращивание кристаллов из медного купороса.

Приобретаем медный купорос в магазине.
Высыпаем медный купорос в стеклянную ёмкость.
- Заливаем горячей кипячёной водой 80 – 90 С
Тщательно всё растворить.
Остудить состав до комнатной температуры.
Опустить в раствор шёлковую нить привязанную к палочке таким образом чтоб нитка не касалась стенок сосуда.

После появления на нитке кристаллов выбираем самый красивый, это будет затравочный кристалл
-Регулярно проверяем рост кристалла. (Подробно описано в видео).

! При росте кристалла нельзя его перемещать и взбалтывать воду.

! При испарение большого количества воды доливайте.

Выращивание кристаллов из сахара.

Сначала нужно приготовить заготовки – палочки, на которых мы будем выращивать кристаллы из сахара в домашних условиях.

На утро возьмите кастрюльку и налейте в нее 2 полных стакана воды. Туда же насыпьте сахара: 2,5 стакана. Включите медленный огонь и постоянно размешивая сахар, дождитесь, когда он полностью растворится. В получившийся сахарный сироп добавьте еще 2,5 стакана сахара. Новую смесь также следует варить до полного растворения. Далее огонь выключается, и сироп оставляется на плите остужаться на 15-20 минут. В это время следует подготовить наши палочки-затравки. Возьмите приготовленные вчера палочки и у верхней части, где нет сахаринок, привяжите ниткой крест-накрест вторую палочку. Это нужно для того, чтобы затравку можно было вертикально опустить в стакан с раствором при выращивании кристалла из сахара.

Осторожно разлейте горячий сироп по стаканам. Обратите внимание, что сироп непременно должен быть еще горячим! Иначе ничего не выйдет. В центр каждого из стаканов с сиропом опустите вертикально палочки-заготовки. Они не должны касаться ни дна стакана, ни тем более, его стенок! Вторая палочка будет выполнять функцию держателя. Кстати, вместо нее можно использовать плотный картон, воткнув в него палочку с затравкой. Или бельевую прищепку.

Стаканы с палочками поставьте в теплое и укромное место, где их никто не уронит невзначай, и прикройте пленкой или газетой, для защиты от пыли. Расти кристаллы из сахара дома будут 7 дней.

Через неделю можно аккуратно извлечь кристаллы из стаканов и насладиться ими. [8]

Выращивание кристаллов из квасцов.

Квасцы — это двойные соли и их можно купить в любой аптеке, так как они являются лекарственным препаратом, которое используется как кровоостанавливающее и прижигающее средство. Стоят они дешево — около 12 рублей. Сейчас мы продемонстрируем мастер-класс по выращиванию кристаллов из квасцов. Они получаются очень правильной и красивой формы и растут быстрее, чем кристаллы из соли.

Для эксперимента лучше использовать два стаканчика, чтобы был выбор хороших кристаллов. Доведите до кипения пол-литра воды и растворите в ней шесть столовых ложек квасцов. Оставите стаканчики на неделю.

Выберите кристаллы правильной формы и крупных размеров и выложите их на бумажное полотенце.

Привяжите кристалл к нити.

Очень удобно использовать палочку от мороженого, она не соскользнет и не упадет в отличие от деревянного карандаша.

Поместите кристалл в раствор квасцов, он готовится также, только ингредиенты можно сократить вдвое (стакан воды, 3 ст. л. квасцов)

6. Через неделю наш кристалл значительно подрос. [8]

Доктор Чарли «Заснеженный бонсай»

Это набор для выращивания кристаллов на бумажной основе в форме дерева. Деревья представлены 4-х видов. Понравилось то, что никаких премудростей и сложностей в выращивании своего бонсая нет, и в наборе есть все необходимое.
И вот собственно то, что нам понадобится, и естественно входит в комплект. Пластиковый контейнер, он же держатель нашего дерева. Приступим к «выращиванию» нашего дерева, а делать это нужно тогда, когда Вы точно знаете, что ближайшие 2-3 часа будете свободны, т. е. находиться дома и не перед сном. Как раз за это время дерево наше и вырастает, точнее, обрастает, а ведь самое интересное наблюдать за процессом, а не увидеть уже готовый результат.
Следуем точно по инструкции, здесь все подробно описано. Сначала подготовим основу дерева, а именно убираем лишние картонные части, очень осторожно изгибаем ветви, и показано соединяем 2 картонные детали и устанавливаем дерево в держатель пластикового контейнера. Остается только вылить раствор в контейнер. И практически сразу начинают кристаллизоваться ветки дерева (в тех местах, где нанесен раствор). [8]

Морозова Ульяна Владимировна

Краснодарский край, Тимашевский район, хутор Незаймановский

муниципального образования Тимашевский район, 2 класс

Научный руководитель: Ильенко Анжелика Евгеньевна,

учитель начальных классов МБОУ СОШ № 9

Заключение

Из данных опытов можно увидеть, что каждое вещество образует кристаллы со своими индивидуальными свойствами, своей индивидуальной формой, различного цвета, тем самым доказала выдвинутую гипотезу.

В ходе работы я с удивлением узнала, что маленький кристалл сахара растет очень медленно – больше месяца. А большой кристалл медного купороса вырастает за несколько дней. Кристаллы капризны, требуют бережного к ним отношения, соблюдения рецепта и температуры раствора при погружении кристалла для дальнейшего роста. В противном случае, кристалл, который долго и терпеливо выращивали, может за несколько минут исчезнуть у нас на глазах! Но, зато, если уж всё выполнено верно, терпеливо и бережно, выращенный кристалл порадует своей красотой, необычной формой, цветом, размером!

Дальнейшее развитие проекта.

Выращивание кристаллов в домашних условиях это долгий процесс. Мои кристаллы растут и я буду с интересом наблюдать за этим процессом. У меня появилось желание работать над этой темой дальше и осуществить ещё несколько идей: получить кристаллы металлической меди, вырастить кристаллы солей железа.

Вывод

В ходе выполнения исследовательской работы я сделала для себя следующие выводы:

при благоприятных условиях некоторые твердые тела принимают форму кристаллов;
кристаллы могут расти за счет добавления новых слоев, если есть нужное вещество (то есть, чтобы кристалл «рос» красивым за ним нужно ухаживать: убирать соринки, добавлять новый раствор, счищать некрасивые наросты);
кристаллы растут из растворов, когда испаряется вода;
кристаллы различных веществ имеют разную форму;
на форму кристаллов оказывает влияние температура (изменяется форма кристаллов и число граней кристаллов);
кристаллы различных веществ имеют различные свойства (одни кристаллы окрашиваются, другие – бесцветны; одни кристаллы растут хорошо, другие – плохо).

Результатом исследовательской работы считаю и то, что:

я научилась работать с книгами, узнавать из них то, что до нас уже знали другие люди;
усовершенствовала навык работы с компьютером и работы с интернетом (поиск информации)
освоила некоторые способы выращивания кристаллов в водном растворе;
начала проводить наблюдения за ростом кристалла.

Новизна работы состоит в том, что позволила почувствовать себя в роли экспериментатора и самостоятельно получить образцы кристаллов.

Практическое значение исследования в том, что оно может быть использовано на уроках окружающего мира, во внеклассных мероприятиях, на занятиях кружка. Может быть, эти исследования помогут мне выбрать в будущем специальность. Приобретенные знания, умения и навыки обязательно пригодятся в дальнейшей учёбе.

Выращенные мной кристаллы получились красивыми, разными, яркими, но не практичными. На них можно смотреть и любоваться, но использовать их в жизни трудно, т.к. кристалл соли – хрупкий, а из медного купороса – боится высокой температуры и солнечных лучей;

В будущем хотел вырастить красивые кристаллы разных цветов другими способами.

Закончить свою работу хочу словами Ильи Репина «Кристаллы будоражат наше воображение гармонией, поражают яркостью и многообразием окраски, своими замечательными свойствами, немеркнущей со временем красотой, тайнами зарождения и роста».

Морозова Ульяна Владимировна

Краснодарский край, Тимашевский район, хутор Незаймановский

муниципального образования Тимашевский район, 2 класс

Научный руководитель: Ильенко Анжелика Евгеньевна,

учитель начальных классов МБОУ СОШ № 9

Список использованной литературы

Камни Мира / ред. группа: М. Аксенова, Е. Ананьева, А. Ростоцкая и др.-М.: Мир энциклопедий Аванта+, Астрель, 2010.
Минералы. Сокровища Земли: Еженедельное издание, выпуск № 85, № 96, 2011.
Джаспер Стоун. Всё о лечебных и магических минералах.- СПб.: ООО «СЗКЭО»,2011.
Большая детская энциклопедия: Химия / сост. К. Люцис. М.: Русское энциклопедическое товарищество, 2000.
Энциклопедический словарь химика. М.: Педагогика, 1990
Девяткин В.В. Химия для любознательных или о чём не узнаешь на уроке. Ярославль: Академия Холдинг,2000.
Савенков А. И. Я-исследователь: Учебник-тетрадь для младших школьников.- Самара: Учебная литература, 2004.
Леенсон И.А. Занимательная химия. М.: Дрофа, 1996.

Интернет-ресурсы