Выращивание кристаллов в природных растворах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выращивание кристаллов в природных растворах

Аксенченко Александр Александрович



Введение

Кристаллы окружают нас повсюду. Существуют самые обычные кристаллы это сахар, соль, лёд, снежинки и др. А существуют более дорогие и красивые кристаллы, которые широко применяются в науке и технике это алмаз, рубин, сапфир, кремний и др. Рост кристаллов в природе занимает длительное время, но люди научились выращивать синтетические кристаллы. На заводах и в лабораториях процесс выращивания проходит гораздо быстрее. Я задался вопросом: «Что же в естественной среде замедляет рост кристаллов»?

Я решил провести исследование: выращивание кристаллов в различных природных растворах на примере медного купороса.

Актуальность работы обусловлена тем, что, выращивание кристаллов - это важная отрасль в современном мире. Полученные знания значительно расширят кругозор и пригодятся в дальнейшем при изучении химии, а точнее свойств солей и процессов гидролизации.

Предмет исследования - процесс кристаллизации.

Объект - кристаллы.

Цель работы - определить влияние веществ и примесей, находящихся в природных растворах на рост и формирование кристаллов.

Для достижения поставленной цели предстоит решить следующие задачи:

1. Дать общую характеристику кристаллов.

2. Изучить различные способы выращивания кристаллов.

3. Подготовить растворы и реактивы.

4. Провести практическое исследование, сделать выводы

5. Создать электронную презентацию по собранной информации

Методы исследования:

1. Изучение и анализ литературных источников, материалов сети Интернет.

2. Проведение опытно-экспериментальной деятельности с целью получения кристаллов из медного купороса в различных растворах.

3. Анализ полученных результатов исследования.

1. Общая характеристика кристаллов

кристалл реактив раствор

Кристаллы - это не только красивые камни, но и многие тела, которые нас окружают.

Кристаллы (от греч., первоначально - лёд, в дальнейшем - горный хрусталь, кристалл) - это твердые вещества, в которых атомы располагаются правильным образом относительно друг друга. Обычно считается, что кристаллы имеют правильную форму с плоскими гранями и прямыми ребрами.

Кристалл - это твердое состояние вещества. Образуется он в процессе кристаллизации. И имеет кристаллическую решетку.

Кристаллизация-это процесс перехода вещества из жидкого или газообразного состояния в твердое.

Кристаллическая решётка-это упорядоченное расположение частиц вещества.

Рисунок 1. Простейшие виды кристаллических решёток

Некоторые вещества имеют несколько кристаллических форм. Таков, например, углерод в зависимости от того, как расположены его атомы, он становится либо алмазом - красивым самым твердым на земле камнем. Либо серовато-черным мягким графитом, который мы видим в карандаше.

Не так давно появилось понятие жидкие кристаллы. У некоторых веществ, при плавлении образуется жидкокристаллическая фаза.

Жидкий кристалл - это состояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости.

1.1 Виды образования кристаллов

1) Образования кристаллов из расплавов и газов.

Снежинки, лед и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев, представляют собой кристаллы льда, выросшие из паров воды. Подобным образом образуются и кристаллы некоторых минералов.

2) Выпаривание и выветривание жидкости из водных растворов.

Например, каменная соль является одним из наиболее знакомых каждому человеку минералов.

3) Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов.

Некоторые виды моллюсков обладают способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр.

1.2 Применение кристаллов

Промышленным выращиванием кристаллов, не имеющих центра симметрии, занимается эдектрооптическая промышленность.

На ее заводах выращивают и обрабатывают сотни наименований кристаллов для применения в оптике, акустике, радиоэлектронике и лазерной технике.

Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что их трудно перечислить. Рассмотрим несколько примеров.

Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение. Алмазными пилами можно распиливает любой камень. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом.

Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. Новая жизнь рубина - это лазер. Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает стальные трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. В глазной хирургии также применяются лазеры. Появились и новые лазерные кристаллы: флюорит, гранаты, арсенид галлия и др. Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов.



2. Практическая часть

Практическая часть исследования состояла из 3- х частей. Первая часть включала в себя подготовку растворов и реактивов. Вторая часть - выращивание кристаллов и наблюдение за ними. Третья часть - проведение анализа полученных результатов.

Первая часть - сбор растворов. Было подготовлено в пластиковых баночках

4 образца природных растворов:

1. Вода из Атлантического океана привезена из отпуска.

2. Вода из водопровода.

3. Вода из водопровода обработана методом кипячения.

4. Талая снежная вода. Был собран чистый свежий снег возле дома. Когда же снег растаял стало видно, что вода сильно загрязнена.

Медный купорос был куплен в магазине.

Нам известно, что все представленные растворы имеют разный химический состав, разную степень содержания солей и разную степень загрязнения. В ходе исследования необходимо определить влияние этих факторов на рост и формирование кристаллов.

Распределение растворов по степени содержания солей: (см. Приложение 3)

1. Вода из Атлантического океана. (Высокое содержание солей 35%.)

2. Вода из водопровода. Содержание солей (низкое содержание солей1,5%.)

3. Кипяченая вода из водопровода (Во время кипячения часть солей оседает<1,5%)

4. Талая снежная вода. (Почти не содержит солей)

Распределение растворов по степени загрязнения: (см. Приложение 3)

1. Талая снежная вода. Загрязнение было хорошо видно невооруженным глазом.

2. Вода из Атлантического океана. Вода была мутная.

3. Вода из водопровода. Прозрачная.

4. Кипяченая вода из водопровода. Во время кипячения примеси оседают и погибают микроорганизмы.

Перед тем, как приступить к выращиванию самих кристаллов, необходимо вырастить затравку.

Во все четыре образца я добавил одинаковое количество медного купороса, чтобы получился насыщенный раствор. После полного растворения медного купороса, я стал оценивать цвет и прозрачность полученных растворов: (см. Приложение 1)

1. Вода из Атлантического океана стала мутная, цвет сине-зеленый, а на дно выпал белый осадок.

2. Вода из водопровода оказалась прозрачной, цвет голубой.

3. Кипячёная вода получилась прозрачная цвет бирюзовый.

4. Талая вода получилась чуть светлее, чем вода из водопровода, а на дне появились пузырьки воздуха.

Поместил в каждую банку нитку. Емкости поставил в отдаленное место, где будет обеспечен более-менее постоянный температурный режим, и прикрыл, чтобы не допустить попадания посторонних примесей.

Через 3 дня появились кристаллики. Для продолжения исследования я выбрал самые большие и красивые образцы.

Далее я приступил к выращиванию самих кристаллов. Так же взял 4 новые банки, наполнил их растворами.

Вода из Атлантического океана была прозрачная чуть-чуть мутноватая, а в ней плавали какие-то частицы (песок).

Вода из водопровода была просто прозрачная.

Кипячёная вода была прозрачная, но светлее чем вода из водопровода.

Талая вода - это растаявший снег. Перед экспериментом я профильтровал воду. Далее в каждую банку добавил одинаковое количество медного купороса и размешал до полного растворения. Получился насыщенный раствор. На леску аккуратно приклеил каждую затравку, поместил их в растворы. Банки накрыл.

В течении недели образовались кристаллы, росли они с разной скоростью.

- В кипяченой воде кристалл рос быстрее других. Он достиг самого большого размера 3,5 см и имеет более ровную форму.

- На втором месте кристалл, выросший в водопроводной воде. Размер 2 см.

- Третье место занял кристалл из воды атлантического океана. Размер 1,5 см.

- На последнем месте кристалл, который вырос в талой воде. Его размер всего 6 мм.

(см. Приложение 2)

При анализе результатов было выявлено, что быстрее и красивее кристалл рос в более чистой воде. В воде из Атлантического океана (с высоким содержанием соли и примесей) и в воде и водопровода (с низким содержанием солей и примесей) размеры кристаллов мало отличаются, разница составила 5 мм. А в загрязненной воде без содержания солей кристалл рос очень медленно.



Заключение

На примере кристаллов медного купороса мы выявили факторы, влияющие на рост и формирование кристаллов.

Вывод:

Таким образом, в результате учебного исследования, я выяснил, что

- скорость роста кристалла зависит от чистоты раствора;

- наличие других солей влияет на рост кристаллов их форму и красоту.

И так как в природной среде много загрязнений и различных примесей, поэтому рост кристаллов в природе занимает длительное время. Чтобы кристаллы росли быстро и были красивыми необходимо соблюдать стерильные условия.

Исследование было проведено на примере медного купороса, так как это доступный реактив для использования в домашних условиях.

Кристаллы медного купороса можно применять только для украшения, обязательно покрыв бесцветным лаком.

В дальнейшем я бы хотел более подробно изучить свойства кристаллов, сравнение кристаллов разных веществ.

Список литературы

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/кристаллы: Википедия

2. Камни мира / ред. Группа: М. Аксёнова, Е. Ананьева, А. Ростоцкая и др. - М.: Мир энциклопедий Аванта+, Астрель, 2012. - 184 с. - (Самые красивые и знаменитые).

3. Большая детская энциклопедия: Химия / сост. К. Люцис. М.: Русское энциклопедическое товарищество. 2000.



Приложения

Приложение 1

Рисунок 2. Растворы медного купороса



Приложение 2

Рисунок 3. Полученные кристаллы



Приложение 3

Рисунок 4. Содержание солей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5. Степень загрязнения

Размещено на Allbest.ru