Выращивание кристаллов в домашних условиях

Муниципальное Автономное Общеобразовательное Учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №99»

Выращивание кристаллов

в домашних условиях

                                                                     Выполнил: Порсков Данил

ученик 3 В класса

Руководитель: Дружинина Е.А.

учитель начальных классов

Новокузнецк 2016

Содержание

1. Введение…………………………………………...…..………………..с. 3
2. Мир кристаллов……………………………………………………...…с. 4

2.1. Что такое кристаллы…………………………………...………………….с.4

2.2. Какие бывают кристаллы…………………………………………………с.4

2.3. Применение кристаллов…………………………………………………..с.4

III.   Выращивание кристаллов в домашних условиях.

3.1Правила техники безопасности выращивания кристаллов.…….………с.4

3.2.Общая методика выращивания кристаллов…………..............................с.5

3.3.Выращивание кристаллов из медного купороса ……………………….с.6

3.4.Выращивание кристаллов из поваренной соли  …………………….… с.9

3.5.Выращивание кристаллов из других веществ……..….…..…….…..… с.10

IV.Заключение…………………………………………………………..........с.10

 Список  литературы……………………………….…………….…………..с.12

Приложение……………………………………………………………….… с.13

1. Введение

Я выбрал для исследования вопрос о получении кристаллов в домашних условиях потому, что недавно на уроке по изучению окружающего мира мы познакомились  с горными породами, такими как гранит, кварц, слюда. Все они  состоят из кристаллов.

Меня заинтересовало, какие же ещё бывают кристаллы, как они появляются.  

         Я узнал, что  окружающий нас мир состоит из кристаллов. Жилые здания и промышленные сооружения, самолеты и ракеты, теплоходы и тепловозы, горные породы и минералы слагаются из кристаллов. 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.

         Конечно, каждый из вас представляет при этом слове крупные, прозрачные, яркие или бесцветные многогранники с идеальными блестящими гранями. К сожалению, в природе такие кристаллы в природе встречаются не очень часто. Намного чаще нам встречаются разные зёрнышки неправильной формы, песчинки, обломки. Но все они обладают теми же свойствами, что и совершенные, крупные, красивые кристаллы. Этим свойствам они обязаны своему внутреннему строению: кристаллы от аморфных тел отличает существование кристаллической решётки в их внутреннем строении.

           Я решил  начать свою исследовательскую работу, поставив цель: получить кристаллы различных веществ в домашних условиях.

Объект исследования:

Насыщенные растворы медного купороса , поваренной соли  и  растворы из специализированного магазина.

Предмет исследования:

Выращивание кристаллов из медного купороса, поваренной соли и кристаллов  из специализированного магазина.

Гипотеза:  можно ли вырастить кристаллы  в домашних условиях.

Задачи:

1. Выбрать вещества, из которого можно вырастить кристаллы.
2. Умение получать насыщенный раствор.
3. Проследить за ростом кристаллов.
4. Изучить условия образования кристаллов, их формы, цвета;
5. Проанализировать полученные результаты.

Методы исследования:

• Сбор и анализ информации;
• Опыты;
• Наблюдения.

2. Мир кристаллов.

2.1. Что такое кристаллы? 
      Название «кристалл» произошло от двух греческих слов – «холод» и «застывать», т.е. в древности это означало «застывший лед». По данным энциклопедии, кристалл – это твердое тело. Частички, из которых состоит кристалл, выстраиваются и соединяются вместе различными способами. Из-за этого кристаллы могут иметь различные формы и размеры. (Приложение №1)

2.2. Какие бывают кристаллы? 
      Кристаллы бывают очень разными. Существуют кристаллы, которые находятся глубоко в земле. Их часто называют «цветами мира камней». Размеры таких кристаллов иногда достигают человеческого роста.

Встречаются также очень тонкие кристаллы, толщина которых меньше чем у листка бумаги. Но бывают и огромные пласты, толщина которых достигает несколько метров.

Бывают маленькие кристаллы, узкие и острые как иголки, но также могут быть очень громадными. Иногда образуются кристаллы похожие на веточки дерева, очень хрупкие, но очень красивые. Некоторые минералы образуют кристаллы, которые можно разглядеть только под микроскопом.  (Приложение № 2)

2.3. Применение кристаллов. 
         Применение кристаллов в науке и технике очень разнообразно. Например, каменная соль давно вошла в жизнь человека. Мы называет ее в быту просто солью. Невозможно представить, как бы мы без нее обходились. В древности страны, куда ее завозили, платили цену, равную золоту: за килограмм соли – килограмм золотого песка.

          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.

Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. Рубин применяют при создании лазера. Оказывается, кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц!

Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов.

Кристаллы применяют при создании телефонов, фото и видео камер, жидкокристаллических телевизоров. (Приложение № 3)

3. Выращивание кристаллов в домашних условиях.

1. Правила техники безопасности выращивания кристаллов.

Ещё до того, как начать выращивать дома кристаллы нужно помнить о элементарных правилах техники безопасности:

1. Нельзя при экспериментах пользоваться пищевой посудой, поскольку её использование в дальнейшем может привести к отравлению.
2. Категорически запрещено принимать пищу во время проведения опытов. Это также может привести к отравлению.
3. Нельзя проводить опыты с неизвестными реактивами – результат может оказаться непредсказуемым и весьма плачевным.
4. Все реактивы необходимо хранить в безопасном сухом месте, защищённом от животных и маленьких детей. Также реактивы должны храниться в герметичной упаковке, на которой должна быть надпись, сообщающая о содержимом.
5. Обязательно использовать перчатки и защитную одежду.
6. При попадании раствора на кожу необходимо сразу же промыть то место, куда попал раствор чистой водой. При попадании растворов в глаза и на слизистые, следует незамедлительно обратиться к врачу!
7. После приготовления растворов или проведения экспериментов обязательно привести своё рабочее место в порядок, убрать реактивы на место, вымыть руки.

3.2 Общая методика выращивания кристаллов.

Для выращивания дома достаточно крупных кристаллов из водных растворов потребуется:

1.        Пластиковая ёмкость любого размера, желательно прозрачная и бесцветная, чтобы мы могли наблюдать за ростом кристаллов. Если взять стакан  большего размера, то в нём можно будет вырастить кристалл большего размера. Однако необходимо учитывать, что чем больше стакан, тем больше придётся приготовить раствора и тем больше потребуется реактива.

2.         Вещество, из которого можно вырастить кристалл. Как правило, в первую очередь выращивают кристаллы соли или медного купороса. Эти вещества легко достать, а для выращивания их кристаллов не требуются специальные условия.

3.         Теперь необходимо растворить реактив в горячей воде. Добавлять вещество в горячую воду небольшими порциями и размешивать его (ложечкой, стеклянной палочкой...). Растворять нужно до тех пор, пока вещество не перестанет растворяться – мы получим концентрированный раствор.

4.         Приготовленному концентрированному раствору теперь нужно дать остыть. Через 20-30 минут после приготовления фильтруем раствор. Для этого можно использовать стеклянную или бумажную воронку с ватой или фильтровальной бумагой. После этого оставляем раствор на несколько часов при комнатной температуре, лучше сутки. После этого раствор нужно отфильтровать ещё раз.

Для чего нужно дать раствору отстояться? Во-первых, пока остывает раствор, образуется большое количество маленьких кристалликов, которые можно использовать в качестве затравок. Во-вторых, если сразу положить в раствор затравку, она может начать растворяться или обрасти большим количеством мелких кристалликов, зародыши которых в виде мелкой взвеси присутствуют в свежеприготовленном растворе (это мельчайшие частички недорастворившегося вещества и им нужно дать время осесть на дно). Эти мелкие кристаллики тоже начнут расти и "отнимать питание" у  затравки. Кроме того, фильтрация позволяет избавиться от механических примесей в виде пыли и грязи, которые могут помешать росту кристалла.

5.         Теперь в наш раствор можно опустить затравку – небольшой кристаллик, который будет расти. При этом есть несколько вариантов: кристалл-затравку можно опустить на дно или подвесить на ниточке или проволоке.

Если кристалл будет лежать на дне кристаллизатора, то расти он будет не во все стороны, снизу его рост будет ограничен. Если же наш кристаллик подвесить, то его росту ничто не будет мешать.

6.      Но что же делать с мелкими кристалликами, которые начали свой рост на стенках и дне сосуда, остались после фильтрации? Самые красивые и аккуратные кристаллики можно использовать в качестве затравок для выращивания кристаллов. Остальное стоит растворить и получить новый раствор для выращивания кристаллов. Его можно доливать к растущему кристаллу по мере испарения жидкости из ёмкости, в которой тот растёт.

3.  Выращивание кристаллов  из медного купороса.

Выращивание кристаллов - процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным.
      Чтобы вырастить кристалл, полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества дают кристаллы различной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов; что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми.
      Если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой кристалл, если быстро - множество мелких кристаллов. Вещества, состоящие из одного кристалла, называют монокристаллическими (пример - алмаз), а из множества мелких - поликристаллическими (таковы металлы и многие другие вещества).
Выращивание кристаллов производят разными способами.

3.3. 1. Зависимость роста кристаллов от температуры.

          Например, охлаждая насыщенный раствор. С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, 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 кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении центров кристаллизации возникает много, сам процесс идёт активнее. Правильных кристаллов при этом не получится, ведь множество быстро растущих кристалликов так же мешают друг другу. Если раствор охлаждать быстро, то кристаллы будут тоже расти быстро, но их форма может оказаться неправильной.

3.3.2. Зависимость роста кристаллов от удаления воды из насыщенного раствора.

     Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом - постепенным удалением воды из насыщенного раствора. И в этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получаются кристаллы. Можно оставить открытый сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок - вода при этом будет испаряться медленно (особенно если сверху положить лист бумаги, который заодно защитит раствор от пыли).Растущий кристалл можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристалл периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. Даже если исходный кристалл имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все дефекты и примет форму, свойственную данному веществу.

Выращивание кристаллов - процесс интересный, занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Время от времени кристаллизатор необходимо чистить: сливать раствор и удалять мелкие кристаллики, наросшие на основном, а также на стенках и дне сосуда. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей.

3.3.3. Основные этапы выращивания кристаллов.

Нам  понадобится: вода, пластмассовый стакан, так как пластмассе кристаллы не так сильно прирастают, в отличие от стекла; медный купорос; защитная одежда; нитка шерстяная; карандаш или другой похожий предмет.

        Этап 1:  Приготовим «затравку».

«Затравка» – кристалл, который опускается в воду и будет расти.

1. Возьмём стакан и наполним его медным купоросом примерно  на треть (70-100гр).Зальём купорос горячей водой, постоянно помешивая. Растворять соль до тех пор, пока последняя порция вещества на дне емкости не растворялась (Раствор насыщен!). Далее профильтруем  раствор горячим и  ставим в прохладное место, крышкой не накрываем.
2. На следующий день на дне емкости выпадает куча маленьких кристалликов. Высыпаем их в тарелку и выбираем самые большие и ровные кристаллы. После этого раствор необходимо профильтровать. 

         Этап 2: Выращивание кристаллов

1)  Споласкиваем затравки под проточной водой .После этого аккуратно помещаем затравки в емкость с остывшим и профильтрованным раствором. Можно положить их на дно, но тогда кристаллы будет расти только в длину и в ширину. Лучше подвесить их на нитку , второй конец нитки привязать к карандашу  и поместить кристаллы в раствор. Отрегулировать длину нитки так, чтобы затравка висела в середине раствора. Теперь кристаллики будут равномерно расти со всех сторон. 

2) Перенести  ёмкости с насыщенным раствором и кристалликами  в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий).  Накрыть бумагой от попадания пыли и мусора. Оставить  растворы на несколько недель.

    Теперь  необходимо ждать.  1 раз в 2 недели я обновлял растворы и  измерял рост кристаллов. В остальное время стаканы с растворами не трогал.

3)  Через две недели во второй стакан с аналогичным раствором я добавил пищевой краситель красного цвета, чтобы узнать, поменяет цвет кристалл или нет.

4) Когда они выросли   подходящего размера,  я их    вытащил , сполоснул в проточной воде, протер салфеткой и покрыл одним-двумя слоями прозрачного лака . Теперь кристаллы можно свободно брать в руки, мочить в воде, и им ничего не будет - пары слоев лака вполне достаточно.

        Важно помнить!

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

 2. Не допускать попадание мусора в насыщенный раствор.

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

 4.Постарайтесь избегать тряски сосуда, в котором выращиваете кристалл!

          В течение одного месяца я внимательно наблюдал за ростом  своих кристаллов. Каждые две недели измерял их длину и ширину. И  вот каким выводам я пришёл:

Вывод:

1. За 30 дней я сумел вырастить кристаллы медного купороса размером 4,70см на 4,00 см.
2. Кристаллы имеют ромбовидную форму.
3. При добавлении в раствор пищевого красителя красного цвета, кристалл окрашивается. Он меняет цвет с голубого на тёмно-синий, но остаётся прозрачным.

3.3.4  Научившись выращивать кристаллы в домашних условиях и овладев технологией,  я решил  пойти дальше.

Я взял различные предметы (ёлочная игрушка, ракушка, шишка), нить (толстую и шерстяную), обмакнул нить в раствор и обвалял в сухом оставленном порошке медного купороса; дал ей высохнуть.

Затем эту нить намотал  на предметы и опустил в холодный раствор медного купороса, через 5 ч она покрылась  кристалликами.  Я  получил прекрасные, неповторимой красоты кристаллы на  ёлочной игрушке, ракушке и шишке.

3.4        Выращивание кристаллов  из поваренной соли.

Соль – пищевой продукт. В природе соль встречается в виде минерала галлита, известного также под названием «каменная соль». Особенно много соли в морской воде и в водах соленых озер и источников, в виде твердой каменной соли.

Соль можно обнаружить в толще земли и в облаках, в капле росы и морской воде, в горах и на берегах рек.

Для человека полезнее всего соль, получаемая из морской воды. Такая соль повышает сопротивляемость организма к болезням. Согласно исследованиям учёных, человек может в день съедать 10-15 граммов (столовая ложка) соли.

3.4.1. Нам  понадобится: вода, пластмассовый стакан, так как к пластмассе кристаллы не так сильно прирастают, в отличие от стекла; поваренная соль; нитка шерстяная; карандаш или другой похожий предмет.

• Для начала я сделал раствор соли. Для этого я налил не очень горячей воды ( 50-60 градусов  стакан и стал насыпать в воду соль по 1 чайной ложке, помешивая, чтобы соль быстрее растворялась. Добавлял соль в воду до тех пор, пока она не перестала растворяться. Когда  я заметил, что  кристаллы больше не растворяются, добавил последнюю ложечку соли. Раствор процедил через фильтр (я  воспользовался салфеткой, можно взять промокашку или вату). Процеживать раствор обязательно, потому что соринки могут помешать росту красивых кристаллов.
• Потом взял затравку - маленький кристаллик, который и станет центром кристаллизации. Повесил затравку на нитку и поместил в раствор.
• Поставил раствор охлаждаться. Чем медленнее он будет остывать, тем крупнее получатся кристаллы.
• Поставил стакан с раствором в место, где нет сквозняков.  Я внимательно следил, чтобы раствора в банке хватило, для того, чтобы закрыть им кристалл: кристалл должен все время находиться в растворе. Кристалл вырос за 4 недели, но его можно было бы выращивать и дольше.

В течение одного месяца я внимательно наблюдал за ростом  своего кристалла. Каждые две недели измерял его длину и ширину. И  вот каким выводам я пришёл:                                                           

1. за 30 дней я сумел вырастить кристалл поваренной соли размером 2,0см и  1,3см;
2. кристалл поваренной соли белого цвета, кубической формы;
3. кристалл соли растет за счет нарастания на него из водного раствора соли других кристаллов;
4. грани выросшего кристалла гладкие и блестящие, а углы между ними прямые, если росту кристалла ничто не мешает;
5. если погрузить кристалл в слабый солевой раствор, или в раствор, который не успел остыть, кристалл, к сожалению, разрушается.

3.4.2.  На примере медного купороса, который подвергает кристаллизации  предметы, я решил поэкспериментировать. Я взял  перо птицы, веточку ели и шишки и опустил  в раствор соли. Через 24 часа они покрылись белыми кристаллами соли.

3.5. Выращивание кристаллов  из  специального набора

3.5.1. Нам  понадобится: порошок для выращивания кристаллов; затравочные кристаллы; каменное основание для выращивания кристаллов; пластиковый контейнер.

1.  Я налил горячую воду в контейнер с кристаллическим порошком. Размешал его до полного растворения.
2. Высыпал  каменную основу в контейнер с горячим кристаллическим раствором и аккуратно равномерно распределил по дну контейнера.
3. Дождался, когда раствор полностью остынет и высыпал туда затравочные кристаллы. Закрыл контейнер крышкой и оставил на 24 часа.
4. Через сутки снял крышку и в дальнейшем оставил контейнер открытым.
5. Через 10 дней у меня вырос красивый кристалл.

Вывод: кристалл растёт быстро, очень красивый и похож на самоцвет.

4. Заключение

Процесс выращивания кристаллов в домашних условиях - это очень интересное и увлекательное занятие. Работа по выращиванию кристаллов сделала меня более наблюдательным, расширила мой  кругозор, приобщила к науке, позволила удивляться. Переживание “чуда” выращивания принесло много положительных эмоций и ярких впечатлений. Исследовательская работа приоткрыла мне  дверь в загадочную страну кристаллов и минералов.

По итогам выполнения исследовательской работы я сделал 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 соли 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).

  В результате исследовательской работы моя гипотеза подтвердилась: мне удалось вырастить кристаллы из медного купороса, кристалл из поваренной соли и кристалл из набора «Волшебные кристаллы в домашних условиях!

     Список литературы

1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия: Книга для учащихся, учителей и родителей. М.: АСТ-ПРЕСС. 1999.
2.  Большая детская энциклопедия: Химия / сост. К. Люцис. М.: Русское энциклопедическое товарищество. 2000.
3.  Боровицкий П.И. Краткий справочник преподавателя естествознания.  М.: Учпедгиз. 1951.
4. Девяткин В.В. Химия для любознательных или о чём не узнаешь на уроке. Ярославль: Академия Холдинг. 2000.
5.  Леенсон И.А. Занимательная химия. М.: Дрофа. 1996.
6.  Энциклопедический словарь химика. М.: Педагогика. 1990.

Интернет-ресурсы:

http://www.zircon81.narod.ru/Metodica.html 

http://www.waynesthisandthat.com/crystals.htm#fast - fast 

Приложение№1  Что такое кристаллы?

Приложение №2  Какие бывают кристаллы?

Приложение № 3  Применение кристаллов. 

Приложение №4

 Рост медного купороса