Исследовательская работа
материал

                                                                       Почти весь мир кристалличен.

В мире царит кристалл и его

                                                                                                                                                        твердые,прямолинейные законы.

                                                А.Е.Ферсман

Введение

         Случалось ли вам слышать слово "кристалл"? Разумеется. Но спросите себя, какие  кристаллы вам знакомы?  Первыми на ум приходят, скорее всего, яркие самоцветы: изумруд, аметист, вишнево-красный гранат, горный хрусталь. В кристаллах есть что-то удивительное и завораживающее.

     Кристаллы- поразительные создания природы. Нас восхищают их яркие цвета и прозрачность, ровные, гладкие грани и самое главное, правильная форма. Кристаллы выглядят таким образом, словно их кто-то специально вырезал, отшлифовал и раскрасил.

Много самых обычных веществ вокруг нас представляют из себя кристаллы. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки. Каждая отдельная частица соли или сахара - тоже кристалл!

Люди научились выращивать искусственные кристаллы, которые применяются в ювелирной промышленности: рубины, изумруды, бриллианты.

Первый раз я попробовал вырастить кристаллы, когда еще посещал  детский садик. Я принимал участие в спектакле Волшебник Изумрудного города. И нас наградили наборами «Вырасти свой кристалл». Мне показалось это очень увлекательным занятием. Он вырос у нас красивого фиолетового цвета. Я становился взрослее, но тема выращивания кристаллов не давала мне покоя. И я подумал, а почему бы и мне не попробовать?

В детских энциклопедиях и интернете есть примеры выращивания кристаллов в домашних условиях.

Мама купила мне два набора для выращивания кристаллов в домашних условиях, один желтого цвета, другой - зеленого. И еще хочу вырастить кристалл из поваренной соли и пищевой соды. Примеров выращивания драгоценных кристаллов, я,  увы,  еще  не встретил.

Актуальность:

Данная тема является актуальной в связи с тем, что выращивание кристаллов очень интересное и увлекательное занятие. Я очень люблю узнавать все новое и интересное, мне нравится экспериментировать. У меня есть своя небольшая коллекция разных камней, которые, оказывается, тоже являются кристаллами. Мне стало интересно узнать, можно ли вырастить кристаллы в домашних условиях.

 Цель данного проекта:

Провести исследование по выращиванию кристалла из поваренной соли и пищевой соды в домашних условиях; из набора «Лучистые кристаллы», «Драгоценный кристалл», «Медный купорос».

Исходя из цели, нами были определены следующие задачи исследования:

1)изучить литературу, посвященной данной теме;

2)отобрать вещества, применяемые в быту, из которых можно вырастить кристаллы;

3)познакомиться с методами выращивания кристаллов;

4)провести наблюдения за процессом роста кристаллов.

Объект исследования: кристаллы.

Предмет исследования: процесс кристаллизации.

Гипотеза: я предполагаю, что в домашних условиях можно вырастить кристаллы.

Теоретическая значимость:  использование его на уроках как дополнительный материал

Практическая значимость состоит в том, что оно может быть использовано на уроках окружающего мира , во внеклассных мероприятиях  

Методы исследования: изучение специальной литературы, эксперимент, наблюдение, обобщение

  Глава I.Эти удивительные кристаллы

Глава I.1 Кристаллы и их физические свойства

Что же такое кристаллы? Кристаллы, в переводе с греческого языка, обозначает «лёд». По данным энциклопедии, кристалл- это твердое тело. Название " кристалл" произошло от двух греческих слов- " холод" и "застывать", в древности это означало " застывший лёд".  Частички, из которых состоит кристалл, выстраиваются и соединяются вместе различными способами. Из-за этого кристаллы могут иметь различные формы и размеры.

Впервые о горном хрустале упомянул римский ученый Плиний Старший. Древние обитатели Америки-инки- поклонялись как божеству большому кристаллу зелёного изумруда. Англичанин Джером Горсей ( прожил в России с 1573 по 1591год), посетивший Москву в 16 веке, рассказал в своих записках, как царь Иван Грозный показывал ему свои драгоценные камни: коралл, бирюзу, алмаз, дымчатый горный хрусталь, изумруд, яхонт, красный рубин. В древности кристаллам приписывали всякие магические свойства. Считали, например, что изумруд спасает мореплавателей от бурь. Кристалл аметиста навевает счастливые сны. Алмаз бережет от болезней. Сапфир помогает при укусах скорпионов. Топаз приносит счастье в ноябре, а гранат- в январе.

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 так же 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 так же могут быть очень громадными. Иногда образуются кристаллы похожие на веточки дерева, очень хрупкие, но очень красивые.

Оказалось, многие из самых обычных веществ вокруг нас, представляют кристаллы. Мы встречаемся с ними повсюду и даже не подозреваем об этом.

Кристаллы хрустят у нас под ногам почти полгода, покрывая огромные пространства земли- это снег.

А любимое многими развлечение кататься на коньках, лёд- это тоже кристалл.

На кухне- едим кристаллы, например, соль и сахар.

Лечимся кристаллами- лучи от кварцевой лампы используются в медицине для дезинфекции.

Люди научились выращивать искусственные кристаллы рубины.

Используют их для изготовления ювелирных украшений и в часовых механизмах.

Кристаллы бывают идеальные и реальные. Идеальный кристалл имеет полную, свойственную симметрию, ровные гладкие грани. Реальный кристалл всегда содержит различные дефекты, искажения и неровности на гранях.

       Глава I.2  Применение кристаллов в науке и технике

Применение кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны.

Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Благодаря своей исключительной твердости, алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Большое значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Наиболее ответственные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.

Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. Рубин применяют при создании лазера. Оказывается, кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче,  чем тысяча солнц. Кристаллы применяют при создании телефонов, фото и видео камер, жидкокристаллических телевизоров.

Выводы по I главе

Таким образом, кристалл- это твердое тело, имеещее форму многогранников. Частички, из которых состоит кристалл, выстраиваются и соединяются вместе различными способами. Из – за этого кристаллы могут иметь различные формы и размеры.

Существуют кристаллы , котрые находятся глубоко в земле. Их часто называют “цветами в мире камней».  Кристаллы бывают естественного и искусственного происхождения. В ювелирной промышленности используются не только драгоценные кристаллы, но все больше синтетические кристаллы. Сегодня трудно назвать такую отрасль производства, в которой бы не использовались кристаллы. Из литературы я узнал, что кристаллы , в переводе с греческого языка “лед”, “горный хрусталь”. Впервые о горном хрустале упомянул римский ученый Плиний Старший.

Глава II Способы выращивания кристаллов в домашних условиях

Удивительно, но выращивать кристаллы можно не только в химических и промышленных лабораториях, но и в домашних условиях. Самые популярные вещества, из которых выращивают кристаллы дома - это поваренная соль, сахар, сода, медный купорос.

Существует всего два способа выращивания кристаллов в домашних условиях:

1. Метод охлаждения насыщенного раствора

2. Метод испарения - постепенного удаления жидкости из раствора.

Берется нужное вещество, готовится из него перенасыщенный( концентрированный) раствор, кладется в раствор так называемая затравка, мелкий кристаллик, и путем прилипания молекул вещества на затравку кристаллик растет. А чтобы молекулы прилипали, нужно либо остужать воду, либо выпаривать ( можно и то, и другое) Быстрый способ выращивания кристаллов - это медленное охлаждение раствора.

Практическая часть

Опыт №1

Выращивание кристаллов из химической смеси из набора " Драгоценный кристалл"

Действовал по инструкции из набора:

1. Убедился, что рабочее пространство безопасно.

2. Высыпал кристаллический порошок в пластиковый контейнер.

3. Кипятим 150 мл воды и выливаем кипяток в контейнер.

4. В течении 2-3 минут мешаем деревянной палочкой горячую воду до полного растворения порошка.

5. Опускаем основу  для роста кристалла на дно контейнера.

6. Закрываем контейнер крышкой и оставляем на 1 час.

7. Через час, когда вода остыла, засыпаем активатор роста кристалла в контейнер. Снова плотно закрываем крышку.

8. Через 24 часа снимаем крышку и оставляем кристалл расти.

Понадобилось 15 дней на выращивание кристалла. Затем слил оставшийся раствор, удалил кристаллическую корочку со стенок контейнера и закрыл кристалл крышкой.

Опыт №2

Выращивание кристаллов из химической смеси из набора " Лучистые кристаллы"

1. Убедился, что рабочее пространство безопасно.

2. Установил поддон на ровной поверхности.

3. Установил вертикально полоски картона в углубления подставки.

4. Убедился, что полоски надежно зафиксированы.

5. Вылил раствор в подставку.

Буквально через час, на полосках стали появляться первые кристаллы.

Опыт №3

                                 Выращивание кристаллов из поваренной соли.

Растворяем в воде соль до тех пор, пока она не будет растворяться, и станет оседать на дно стакана. Так я получил насыщенный раствор соли. Перелил его в чистую ёмкость. На карандаш привязал нитку и подвесил, чтобы нитка не касалась стенок стакана. Уже через пару дней заметил, что кристалл начал расти.

Вывод:

1. Поваренная соль состоит из кристаллов,

2. При соприкосновении кристаллов соли с водой, они растворяются,

3. Быстрее всего кристаллы соли могут образовываться в насыщенном растворе поваренной соли.

4. По мере того как вода испаряется, соль снова образует кристаллы.

5. В домашних условиях можно вырастить кристаллы при необходимых условиях: наличие насыщенного солевого раствора и ниточки.

Опыт №4

Выращивание кристаллов из пищевой соды соды

1. Растворяем соду в горячей воде.

2. Разливаем в два стакана.

3. Между стаканами ставим  блюдце.

4. Взял нитку и прикрепил к её концам скрепки.

5. Концы нитки со скрепками опустил в стаканы.

6. Расположил нить так, чтобы она провисала, но не соприкасалась с блюдцем.

Вывод:

Кристаллы из соды растут гораздо дольше, чем такие же из соли и химических элементов.

Опыт №5

Выращивание кристаллов из химической смеси из набора " Медный купорос"

1. Убедился, что рабочее пространство безопасно.

2. В стакан наливаем 200 мл горячей воды, добавляем 100 г медного купороса, тщательно перемешиваем до тех пор, пока он будет растворяться. В процессе вода начнет менять цвет – от светло – голубого, до темно – синего. Получившейся раствор профильтровываем через ткань и наливаем в стакан. Убрал в темное место на 1 день. На дне стакана образовались маленькие кристаллики.

3. Выбрал самый большой кусок кристалла – это «затравка».

4. После этого в стакан опускаем «затравку» на обычной ниточке, привязанный на карандаш.

5. И уже через пару дней мы видим, что на «затравку» наросло множество маленьких кристалликов синего цвета.

Результат : мы получили кристалл медного купороса.

 Выводы по II  главе

Таким образом, выращивать кристаллы можно не только в химических и промышленных лабораториях, но и в домашних условиях. Самые популярные вещества, из которых выращивают кристаллы дома - это поваренная соль, сахар, сода, медный купорос.

Благодаря исследовательской деятельности, мы выяснили, что соль обладает полезными свойствами, необходима для жизни человека и является интересным материалом для проведения опытов и творчества. Кристаллы из соды растут гораздо дольше, чем такие же из соли и химических элементов.

                                            Заключение

В ходе исследовательской работы, я узнал, что кристалл - это твердое состояние вещества, имеет определенную форму, цвет и определенное количество граней.

Познакомился с разнообразием и применением кристаллов.

Научился выращивать кристаллы, используя горячий насыщенный раствор и специальные наборы. Для выращивания кристаллов были использованы разные вещества: поваренная соль, кальцинированная сода и химические порошки. Все выращенные мной кристаллы, имеют разную форму и размеры - на это влияет температура. Росли они с разной скоростью. Дольше всех кристаллы соды, быстрее - из набора с химическими элементами. Понял, что для появления кристалла необходимо соблюдать точные инструкции и правила техники безопасности, быть терпеливым и трудолюбивым. Ведь много факторов влияет на процесс образования кристалла. Это и степень насыщенности раствора, это и скорость, с которой остывает раствор вещества, из которого выращивается кристалл.

      Таким образом,  поставленной цели ( вырастить кристаллы различных веществ в домашних условиях и понаблюдать за их ростом) я достиг. Гипотеза исследования полностью подтвердилась: кристаллы - это не только красивые минералы и драгоценные камни, их больше, чем мы думаем. Они могут встречаться повсюду, играть важную роль в жизни человека. Кристаллы многих веществ можно вырастить в домашних условиях. Быстрее и легче кристалл растет тогда, когда в насыщенный раствор помещается кристалл- "затравка".

Исследовательская работа мне очень понравилась. Узнал много интересного и познавательного. Но самое главное - самостоятельно вырастил кристаллы в домашних условиях. Убедился на практике в том, что форма кристаллов бывает довольно разнообразной. Своё исследование мне хотелось бы продолжить. Поэтому я планирую продолжить свои эксперименты с новыми веществами, и ставлю перед собой задачу вырастить кристаллы больших размеров и создать собственную коллекцию кристаллов. Я уверен, что приобретенные знания, умения и навыки обязательно пригодятся в дальнейшей учебе.

Список использованной литературы:

• 1. Анисимов М. А. Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах. — М.: Наука, 1987. — 272 с.
• 2. Блинов Л. М. Жидкие кристаллы: Структура и свойства. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. — 480 с
• 3. Воронов В. К., Подоплелов А. В. Физика на переломе тысячелетий: конденсированное состояние. — М.: ЛКИ, 2012. — С. 336. 
• 4. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Механика жидких кристаллов // Теория упругости. — М.: Наука, 2003. — С. 264.
• 5.  Шибаев (1996). “Необычные кристаллы или загадочные жидкости” (PDF). Соросовский образовательный журнал (11): 41.

https://go.mail.ru/search?f

https://www.goodfon.ru/tags/kristally/

 Понятийный аппарат

1.“Затравка”- это маленький “зародыш” кристалла, который и будет расти, увеличиваясь в размерах

2. Кристаллизация – процесс обраования кристаллов из газов, растворов, расплавов или стекол. Процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твердое кристаллическим образованием кристаллов.

2. Молекула – мельчайшая частица вещества, определяющая химические свойства этого вещества.