Размещено на http://www.allbest.ru/

ХХХХIV региональная научно - практическая конференция школьников и

учащейся молодежи Омской области

Комитет по образованию администрации Калачинского муниципального района Омской области

МКОУ «Гимназия №1» г. Калачинска

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Выращивание кристаллов»

Работа учениц 7^а класса

МКОУ «Гимназия №1»

г. Калачинска Омской области

Гришечкиной Юлии,

Селезневой Алины

Руководитель:

Ефименко Ольга Алексеевна

учитель химии и биологии

МКОУ «Гимназия №1»

г. Калачинска Омской области

Калачинск - 2012г



Содержание

Введение

1. Место и время проведения работы

2. Результаты собственных исследований

2.1 Результаты теоретического исследования

2.1.1 История изучения кристаллов. Кристаллы в природе

2.1.2 Рост кристаллов

2.1.3 Методика выращивания кристаллов

2.2 Результаты практического исследования

Выводы

Практические предложения

Заключение

Список литературы



Введение

"Почти весь мир кристалличен.

В мире царит кристалл и его твердые,

прямолинейные законы"

Ферсман А.Е.

С давних времён кристаллы, находимые в земле, вызывают восторг и удивление. А ведь они бывают громадными, в рост человека и больше. Много веков кристаллами называли только тела, имеющие естественную многогранную форму, и полагали, что они рождены какими-то таинственными силами, сотворены готовыми и не меняются далее.

Но постепенно в сознании людей выяснились идеи, лежащие в основе современной науки о кристаллах.

Из свойств кристалла, бесспорно, самым красивым и самым заметным является его способность приобретать правильную внешнюю форму. Не рука шлифовальщика или гранильщика, не искусство мастера, нет, - силы связи между атомами заставляют частицы в кристалле собираться в кристаллические решетки и вырастать в виде красавцев-многогранников.

Свойства кристаллов нашли широкое применение в самых различных областях техники: в оптике, акустике, радиоэлектронике и квантовой электронике, в металловедении и металлургии, в химии, в медицине. Пожалуй, нет такой области техники, где не применялись бы кристаллы.

В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы, но люди научились и сами выращивать кристаллы. На заводах и в лабораториях выращивают синтетические кристаллы. Как дирижер со своим оркестром вызывает к жизни разные мелодии, так и человек, управляя кристаллом, применяя к нему разные воздействия, выявляет самые различные удивительные физические свойства и явления, которых нет и не может быть в аморфном веществе.

Многие природные вещества имеют кристаллическое строение, искусственные кристаллы широко применяются в технике и в других областях. Изучение строения и свойств кристаллов имеет большую перспективу. кристалл раствор пар

Цель работы:

1. Научиться готовить насыщенные, перенасыщенные растворы веществ, выращивать кристаллы медного купороса, поваренной соли, сахара, сульфата никеля из их водных растворов.

Для решения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить информационную базу по данной проблеме.

2. Освоить методику выращивания кристаллов.

3. Провести наблюдения за процессом кристаллизации.

4. Выработать рекомендации по выращиванию кристаллов.

Материалы и методы

Для решения поставленных задач использовались следующие методы:

- анализ информации по данной теме, собранный в различных источниках;

- эксперимент и наблюдения за ростом кристаллов.



1. Место и время проведения работы

Исследование проводилось в городе Калачинске с октября 2012 года. Эксперимент по выращиванию кристаллов проводился на базе лаборатории кабинета химии МКОУ «Гимназия №1».



2. Результаты собственных исследований

2.1 Результаты теоретического исследования

2.1.1 История изучения кристаллов. Кристаллы в природе

Слово «кристалл» происходит от греческого - «лед».

Кристалл, как загадочная и прекрасная часть природы, издревле привлекал внимание людей, обычно он служит символом неживой природы. Однако грань между живым и неживым установить очень трудно, и понятия «кристалл» и «жизнь» не являются взаимоисключающими.

Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями.

Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все драгоценные природные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов.

В давние времена считалось, что кристаллы представляют собой редкость, их считали «игрой природы» и люди совсем не знали их строения. Действительно, нахождение в природе крупных однородных кристаллов - явление нечастое. Но когда были, изобретены лупа и микроскоп, новый мир раскрылся перед людьми. Выяснилось, что кристаллы очень разнообразны и по величине и по форме. Одни из них - маленькие, узкие, острые, как иголки; другие - как столбы, достигают нескольких метров в длину; бывают кристаллы виде лепестков тоньше листа бумаги и в виде пластов в метр толщиной.

Мелкокристаллические вещества встречаются весьма часто. Так, например, почти все горные породы: гранит, песчаники, известняк состоят из кристаллов, только очень мелких и тесно соприкасающихся друг с другом. Все металлы представляют собой кристаллы. В глине, каучуке, саже, костях, волосах, волокнах шерсти, шёлка, целлюлозы найдены мельчайшие, даже в микроскоп не различимые, зёрна кристаллического строения. Мы живём в мире кристаллов. Наши дома и города построены из камня и металла, т. е. в основном из кристаллов. Мы каждый день едим кристаллы. Сахар, соль - это тоже кристаллы; их легко различить даже невооружённым взглядом. Некоторые живые организмы оказываются настоящими «фабрикатами» кристаллов: кораллы, например, образуют целые острова, сложенные из мельчайших кристаллов кальция. Нет такого места на Земле, где - бы не было кристаллов. И не только на Земле! Из межпланетного пространства иногда прилетают к нам осколки небесных тел - метеоритов. Оказалось, что их строение ничем не отличается от строения наших земных минералов и горных пород: они тоже состоят из кристаллов.

Кристаллы бывают не только природными, но также и искусственные, выращиваемые человеком.

Как сама природа, так и человек может задать кристаллам форму, цвет и многие другие свойства.

Нам захотелось самим вырастить это маленькое чудо. Поэтому мы выбрали работу по выращиванию кристаллов медного купороса, поваренной соли, сахара, сульфата никеля.

Медный купорос - в древности его называли витриолом (от латинского слова vitrum - стекло), так как крупные кристаллы напоминают цветное синее стекло. Медный купорос применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, в промышленности при производстве искусственных волокон, органических красителей, минеральных красок и т.д.

В природе он встречается в виде минерала халькантита. При высыхании медного купороса чаще всего образуются друзы - такие, как на фотографии.

Рис.1 Кристаллы медного купороса

Поваренную соль также называют «хлористый натрий», «столовая соль», «каменная соль» или просто «соль» - пищевой продукт, представляет собой мелкие кристаллы белого цвета.

Рис.2 Кристаллы поваренной соли

Поваренная соль природного происхождения практически всегда имеет примеси других минеральных солей, которые могут придавать ей оттенки разных цветов (как правило, серого). В природе кристаллы растут на протяжении миллионов лет. А нельзя ли ускорить этот процесс? Оказывается можно. Люди научились выращивать искусственные кристаллы при помощи кристаллизации.

Вставить информацию о сахаре и его кристаллах, сульфате никеля и его кристаллах, их фото…..

2.1.2 Рост кристаллов

Кристаллизация - очень распространённый в химии процесс, в результате которого происходит образование кристаллов из паров, растворов, расплавов.

Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов - центров кристаллизации. Кристаллики растут, присоединяя атомы или молекулы из жидкости или пара. Рост граней кристалла происходит послойно, края незавершенных атомных слоев при росте движутся вдоль грани. Зависимость скорости роста от условий кристаллизации приводит к разнообразию форм и структуры кристаллов.

Выращивание кристаллов поистине увлекательное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и дешёвое, максимально безопасное с точки зрения техники безопасности, что немаловажно для тех, кто проводит эксперименты в домашних условиях. Тщательная подготовка и выполнение оттачивают навыки в умении аккуратно обращаться с веществами и правильно организовывать план своей работы.

Алмазы или другие драгоценные камни в условиях школьной лаборатории вырастить невозможно, но и выращенные нами кристаллы медного купороса, поваренной соли, сахара, сульфата никеля достаточно красивы.



2.1.3 Методика выращивания кристаллов

Для того чтобы вырастить красивый кристалл правильной формы, важно соблюдение нескольких условий:

1. Чистота раствора.

Для этого необходимо:

- использовать вещество с как можно более высокой степенью чистоты;

- использовать кипячёную (лучше дистиллированную) воду для приготовления раствора;

- готовить раствор в химической посуде (желательно);

- обязательно профильтровать раствор после его приготовления;

- во избежание попадания пыли накрыть ёмкость с раствором листком бумаги.

2. Форма кристалла.

Форма кристаллов одной и той же соли зависит от многих факторов:

- если начальная концентрация сильно высокая, то у вас вырастет друза (сросшиеся кристаллы);

- в течение всего времени роста кристалла желательно поддерживать одну и ту же температуру, т. к. даже небольшие перепады повлияют на его форму;

- если раствор будет недостаточно чистым или в него попадёт пыль, то это тоже может повлиять на форму кристалла,

- для того, чтобы достать кристалл из раствора для каких-либо целей (сменить раствор, например) необходимо использовать пинцет (желательно хромированный). Нельзя брать кристалл руками: на руках постоянно присутствует слой кожного сала, который при попадании на растущую грань кристалла препятствует росту этой грани.

Приготовление раствора: его готовят из слегка тёплой (не горячей!) воды. Воду лучше брать дистиллированную, но можно и кипячёную. Химический стакан на половину объёма наполняют водой и небольшими количествами добавляют соль. После каждой новой порции соли раствор тщательно перемешивают. При этом раствор может начать охлаждаться, т. к. при растворении вещества расходуется тепловая энергия. После того, как вещество перестаёт растворяться, добавляют последнюю порцию вещества и перемешивают. Уже готовый раствор фильтруют во второй химический стакан, в котором и будет происходить рост кристалла. Стакан накрывают листком бумаги и ждут появления первых кристалликов.

Для фильтрации раствора лучше всего использовать хороший фильтр из фильтровальной бумаги и стеклянную воронку, если готового фильтра нет, то его можно сделать из обычной промокашки. Фильтр вкладывают в стеклянную воронку и фильтруют раствор. Это надо делать очень осторожно, следить за тем, чтобы уровень жидкости в стеклянной воронке не был выше краёв фильтра.

Техника выращивания кристаллов

Для того чтоб кристалл вырос крупным и геометрически ровным, т. е. имел природную форму, необходимо довольно много времени. Обычно кристалл вырастает на 0,1-0,8 мм в сутки, что во многом зависит от вида используемой соли. Т.е. за месяц - полтора можно вырастить довольно крупный кристалл.

Выращивание крупного одиночного кристалла - очень длительный и сложный процесс, требующий терпения и осторожности. Для начала потребуется затравка - маленький кристаллик, который и будет центром кристаллизации. Обычно кристаллик, используемый как затравка, представляет собой уменьшенную копию выращиваемого кристалла.

Для того чтобы получить затравку, используют очень простой метод: готовится максимально концентрированный раствор соли, переливается в стакан и накрывается листком бумаги. Через несколько дней на дне стакана появляются первые кристаллики. Обычно они все имеют разную форму. Именно из них и отбираются те, которые имеют более правильную форму.

Раствор, в который мы собираемся погрузить затравку, желательно приготовить заранее и оставить на два дня для выпадения первых кристалликов (чтобы быть уверенным, что затравка не растворится). Раствор фильтруют от выпавших кристалликов, переливают в чистый стакан и погружают туда затравку. Стакан накрывают бумагой и оставляют. Уже через неделю мы заметим, что кристалл заметно подрос. Чем дольше он будет оставаться в растворе, тем крупнее он станет.

Раствор со временем испаряется и если верхняя часть кристалла окажется на воздухе, то это может испортить весь кристалл. Для того, чтобы этого не произошло, нужно добавлять раствор по мере необходимости.

В ходе роста основного кристалла на дне появляются и растут другие, случайно выпавшие кристаллы. Их желательно удалять хотя бы раз в 1-2 недели. Способы выращивания сростков кристаллов (друз). Это - один из самых быстрых способов выращивания кристаллов. Если выращивание одиночных кристаллов занимает много времени и рассчитано на постепенный, правильный рост кристаллов, то выращивание друзы гораздо легче, потому что оно ориентируется на быстрое, беспорядочное выпадение кристаллов.

Для начала нам потребуется приготовить перенасыщенный раствор соли в горячей воде. После охлаждения раствора в него вносят затравку - подвешенный на ниточке кристаллик. Уже через 5-10 часов можно увидеть большое количество кристалликов на нитке, на затравке, на дне стакана. Раствор оставляют в покое в течении 3-5 дней, затем вынимают нитку с кристаллом, раствор нагревают, добавляют воды и снова делают максимально концентрированным. После охлаждения в него вновь вносят нитку с уже подросшим кристаллом и оставляют на 3-5 дней. Эту процедуру повторяют до тех пор, пока кристалл не вырастет до необходимого нам размера. Если смешать оба метода: сначала вырастить друзу, а потом погрузить её в раствор для медленной кристаллизации, можно получить очень красивый кристалл и использовать его для украшения комнаты.

Влияние разных факторов на процесс роста кристаллов.

Всего существует 3 способа выращивания кристаллов.

- Выращивание кристаллов путем быстрого охлаждения раствора.

- Выращивание кристаллов при медленном охлаждении жидкости.

- Получение кристаллов при постепенном удалении воды из насыщенного раствора (испарение).

2.2 Результаты практического исследования

Мы выращивали кристаллы на базе лаборатории кабинета химии МКОУ «Гимназия №1». Для этого нам понадобились:

- мерный стакан 500 мл,

- 4 мерных стакана по 100 мл,

- 4 стеклянные палочки,

- нитки,

- линейка,

- лупа,

- пинцет,

- термометр,

- соль медного купороса 70 г,

- поваренная соль 70 г.,

- сахар 70 г,

- сульфат никеля 70 г.

Рис. 3 Инструменты, необходимы для эксперимента

Кристаллы мы получили из насыщенных растворов, то есть из таких, в которых растворено так много вещества, что больше оно уже не растворяется. Воду для этих целей необходимо нагреть, тогда она вместит больше вещества. Раствор мы готовили так: в стаканчики со 100 г горячей (но не кипящей) воды насыпали небольшими порциями соли по 70 г и размешивали стеклянной палочкой до полного растворения. Как только вещество перестало растворяться, это значит, что при данной температуре раствор насыщен.

Рис.4 Начало эксперимента

Сверху стаканов мы положили палочки, вокруг которых обмотана нитка. К свободному концу нитки привесил маленький груз - пуговицу, чтобы нить распрямилась и висела в растворе вертикально, не доставая до дна. Стаканы мы оставили на 2 - 3 дня, после чего нитка обросла кристалликами: в одном сосуде медного купороса, а в другом - соляными. Через 10 дней на стенках стаканчиков образовалась кристаллическая «изморозь», а на нитках выросли кристаллы.

Рис.5 Начало эксперимента



Из медного купороса выросли друзы, они росли быстрее, чем кристаллы поваренной соли, и в ширину, и в высоту, приклеились ко дну и стенкам стакана, что затруднило работу с ними.

Проверим результаты опытов: для этого извлечем выросшие кристаллы и сравним их.

Рис. 6 Рост кристаллов

Мы внимательно разглядели образовавшиеся кристаллы через лупу. Кристаллы медного купороса похожи на ромбы, кристаллы поваренной соли - на кубики.

Рис.7 Рост кристаллов

Результаты выращивания кристаллов способом быстрого охлаждения.



Рис. 8 Кристалл медного купороса

Рис. 9 Кристалл марганцовки

Результаты выращивания кристаллов способом медленного охлаждения.

Рис.10 Кристалл медного купороса



Рис.11 Кристалл поваренной соли

Выращивание красных кристаллов меди.

Для того чтобы вырастить красный кристалл меди, нам понадобились: медный купорос, поваренная соль, стальная пластинка по форме сечения ёмкости (немного меньшего периметра. Можно использовать стальную стружки или кнопки), где будут расти кристаллы меди и кружок из промокательной бумаги в форме сечения. Итак, положили немного медного купороса на дно пузырька (равномерно по площади). Сверху насыпали поваренной соли и закрыли всё это вырезанным кружком бумаги. На неё насыпали стальные кнопки, скрепки. Всё это вместе залили насыщенным раствором поваренной соли (такой раствор мы готовили при выращивании кристалла поваренной соли). Оставили ёмкость приблизительно на неделю. За это время должны были вырасти иглоугольные красные кристаллы меди. Но в ходе опыта мы поняли, что не все скрепки были стальные и поэтому получился немного другой результат. При выращивании кристаллов старались не переносить ёмкость с кристаллом, а также не изымали кристалл из раствора.



Рис. 12 Раствор в 5 день

Рис.13 Готовый кристалл



Выводы

- Если раствор охлаждать быстро, то кристаллы будут тоже расти быстро, но их форма может оказаться неправильной.

- Если же раствор охлаждать медленно, то форма кристаллов будет правильной.

- При быстром охлаждении образуется много «зародышей»; правильных кристаллов при этом не получится, потому что находящиеся в растворе частицы могут просто не успеть «устроиться» на поверхности кристалла на положенное им место.

- Посторонние твердые примеси в растворе также могут играть роль центров кристаллизации, поэтому, чем чище раствор, тем центров кристаллизации будет меньше.

- Можно за две-три недели вырастить красивые кристаллы разных веществ у себя дома.

- Выращивание искусственных кристаллов очень увлекательный и важный для современной жизни процесс.



Практическое применение

Выращенные нами кристаллы можно применить как украшение на новогодней елке, украшение интерьера, бижутерию и как брелок на ключи или сотовый (представленные нами кристаллы медного купороса ядовиты, поэтому не могут применяться в повседневной жизни, их заменой могут стать окрашенные кристаллы поваренной соли).

Рис. 14 Окрашенные кристаллы поваренной соли



Заключение

В результате данной работы мы поняли, что нам удалось узнать и рассказать лишь малую часть того, что известно о кристаллах в настоящее время, однако и эта информация показала, насколько волшебны и загадочны кристаллы.

В облаках, в глубинах Земли, на вершинах гор, в песчаных пустынях, в морях и океанах, в научных лабораториях, в клеточках растений, в живых и мёртвых организмах - везде встретим мы кристаллы. Но может кристаллизация вещества совершается только на нашей планете? Нет, мы знаем теперь, что и на других планетах и далёких звёздах всё время непрерывно возникают, растут и разрушаются кристаллы. Метеориты, космические посланцы, тоже состоят из кристаллов, причём иногда в их состав входят кристаллические вещества, на Земле не встречающиеся.

Люди привыкли использовать кристаллы, делать из них украшения, любоваться ими. Теперь, когда изучены методы искусственного выращивания кристаллов, область их применения расширилась, и, возможно, будущее новейших технологий принадлежит кристаллам.

В своей исследовательской работе, мы собрали важную информацию о кристаллическом состоянии веществ. Но главное, научились не только получать кристаллы, но и управлять их ростом. Процессы, связанные с ростом кристаллов, указывают на то, что резкой границы между миром живой и неживой природы нет.

Благодаря данной работе, мы научились выращивать кристаллы. А это, можно сказать, отдельный вид искусства. Самое поразительное, что подобным ремеслом может заняться любой даже не очень успешный ученик. Но подобный процесс так завораживает, что даже у самого заядлого двоечника может появиться такой интерес к химии, что он с удовольствием начнёт вникать в сущность любых химических процессов.



Список литературы

1. Энциклопедический словарь юного химика.

2. Большая книга экспериментов для школьников. Под ред. Антонеллы Местяни; Пер. с ит. Э.И. Мотылёвой - М.: ЗАО «РОС МЭН-ПРЕСС», 2006.-260с.

3. Детская энциклопедия. Том 2. - М.: 1990.

4. Энциклопедия для детей. Том 4. Геология / Главн. ред. М.Д. Аксёнова. - М.: Аванта+, 2000.-688с.

5. http://elisapeyron.livejournal.com/51034.html

6. http://course-crystal.narod.ru/p2aa1.html

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

8. http://nnm.ru/blogs/ostoleckiy/vyrashivanie_kristallov_-_chto_nuzhno_znat/

Размещено на Allbest.ru