Кристаллы окружают нас повсюду. Мы живём на поверхности твёрдого тела – земного шара, сооружениях, построенных из твёрдых тел, - домах. Наше тело, хотя и содержит приблизительно 65% воды (мозг – 80%) , тоже твёрдое. Знать свойства твёрдых тел жизненно необходимо!
Актуальность работы заключается в том, чтобы находить захватывающие рядом. То, что можно пронаблюдать, изучить и понять. Это ведь так интересно, занимательно и любопытно. Так как я буду выращивать кристалл соли, я прослежу и опишу целый процесс становления тела, определённой геометрической формы.
Цели работы:
1. Изучить строение и физические свойства кристалла медного купороса;
2. Выращивание кристаллов и наблюдение за процессом их роста;
3. Установить зависимость роста кристаллов от температуры, концентрации раствора, рода веществ;
Задачи:
1. Собрать материал о кристаллах, их свойствах и применении, используя различные источники информации, в том числе Интернет;
2. Провести опыты по выращиванию кристаллов медного купороса;
3. Выбрать способ, приемлемый для выращивания кристаллов в домашних условиях;
4. Изучить условия образования кристаллов, их формы, цвета;
5. Проанализировать полученные результаты.
Вложение | Размер |
---|---|
issledovatelskaya_rabota._fizika_avtosokhranennyy.docx | 374.37 КБ |
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждения
«Центр детского (юношеского) технического творчества»
городского округа г. Салават Республики Башкортостан
Выращивание и изучение условия
образования кристаллов медного купороса
Исследовательская работа по химии
Выполнила: Тихонова Дарья Александровна
Руководитель: Туманова Ольга Михайловна, педагог ДО направления «Прикладная химия»
г. Салават, 2013
Содержание
Введение………………………………………………………………. | 3 | |
Основные сведения о моно- и поликристаллах…………………….. | 4 | |
Методика выращивания моно- и поликристаллов………………… | 7 | |
Анализ роста монокристалла медного купороса………………….. | 9 | |
Задача о концентрации раствора медного купороса при выращивании монокристалла……………………………………………………. | 10 | |
Выводы………………………………………………………………… | 11 | |
Литература…………………………………………………………….. | 12 | |
Приложения…………………………………………………………… | 13 |
Введение
Кристаллы окружают нас повсюду. Мы живём на поверхности твёрдого тела – земного шара, сооружениях, построенных из твёрдых тел, - домах. Наше тело, хотя и содержит приблизительно 65% воды (мозг – 80%) , тоже твёрдое. Знать свойства твёрдых тел жизненно необходимо!
Актуальность работы заключается в том, чтобы находить захватывающие рядом. То, что можно пронаблюдать, изучить и понять. Это ведь так интересно, занимательно и любопытно. Так как я буду выращивать кристалл соли, я прослежу и опишу целый процесс становления тела, определённой геометрической формы.
Цели работы:
Задачи:
Основные сведения о моно- и поликристаллах
Если рассматривать при помощи лупы или микроскопа крупинки сахара, соли, медного купороса, то можно заметить, что они ограничены плоскими, как бы шлифованными гранями. Наличие таких естественных граней является признаком нахождения вещества в кристаллическом состоянии.
Кристалл (от греческого слова crystals–буквально: лёд.) – называется тело определённой геометрической формы, ограниченное естественными плоскими гранями.
Монокристаллы и поликристаллические тела
Тело, представляющее собой один кристалл, называется монокристаллом.
Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и иногда имеющий анизотропию физических свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомно-кристаллической решёткой и условиями (в основном скоростью и однородностью) кристаллизации. Медленно выращенный монокристалл почти всегда приобретает хорошо выраженную естественную огранку, в неравновесных условиях (средняя скорость роста) кристаллизации огранка проявляется слабо.
Поликристалл — агрегат мелких кристаллов какого-либо вещества, иногда называемых из-за неправильной формы кристаллитами или кристаллическими зёрнами. Многие материалы естественного и искусственного происхождения (минералы, металлы, сплавы, керамики и т. д.) являются поликристаллами.
Основные свойства кристаллов | ||
1. | Форма и размер кристаллов | Кристаллы различных веществ имеют разнообразную форму. Размеры кристаллов различны. Одни кристаллы крупны и легко различимы невооруженным глазом, другие же настолько малы, что могут быть рассмотрены только в микроскоп. Размеры кристаллов поликристаллического типа могут с течением времени изменяться. Так, мелкие кристаллы железа и стали переходят в крупные кристаллы. Этот переход ускоряется при ударах и сотрясениях. Он постоянно происходит в железнодорожных рельсах, вагонных осях, стальных мостах, отчего прочность этих сооружений с течением времени уменьшается. |
2. | Полиморфизм | Очень многие тела одинакового химического состава в кристаллическом состоянии в зависимости от условий могут существовать в двух или более разновидностях (модификациях). Это свойство называется полиморфизмом (многоформностью). У льда, например, известно до десяти различных модификаций, которые получают в лабораториях. В природе же встречается только один вид. |
3. | Анизотропия кристаллов | Существенным свойством монокристалла является анизотропия (От греческих слов anisos — неравный, tropos — поворот, направление.) — неодинаковость его свойств (механических, тепловых, электрических и т. д.) по различным направлениям. Например, если кристаллы поваренной соли, имеющие кубическую форму, раскалывать, то мелкие осколки будут иметь преимущественно форму прямоугольных параллелепипедов. Это значит, что в направлениях, параллельных граням, прочность кристалла поваренной соли гораздо меньше, чем в диагональных и других направлениях. |
4. | Изотропность кристаллов | Поликристаллические тела изотропны (От греческих слов isos — равный, tropos — поворот, направление.), т.е. обнаруживают одинаковые свойства по разным направлениям. Это объясняется тем, что кристаллики, из которых состоит поликристаллическое тело, ориентированы друг по отношению к другу хаотически. В результате ни одно из направлений не отличается. |
5. | Дефекты в кристаллах | Описывая строение кристаллов, мы пользовались идеальными моделями. Отличие реальных кристаллов от идеальных кристаллов состоит в том, что реальные кристаллы не обладают правильной кристаллической решеткой. В них всегда встречаются нарушения строгой периодичности в расположении атомов. Эти нарушения называют дефектами в кристаллах. Дефекты образуются в процессе роста кристаллов под влиянием теплового движения молекул, механических воздействий, облучения потоками частиц, из-за наличия примесей. |
Сульфа́тме́ди(II)(медь серноки́слая) — неорганическое бинарное соединение, медная соль серной кислоты с формулой CuSO4. Нелетучее, не имеет запаха. Безводное вещество бесцветное, непрозрачное, очень гигроскопичное. Кристаллогидраты — прозрачные негигроскопичные кристаллы различных оттенков синего с горьковато-металлическим вкусом, на воздухе постепенно выветриваются (теряют кристаллизационную воду). Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде. Из водных растворов кристаллизуется голубой пентагидрат CuSO4·5H2O — медный купоро́с.
Основные свойства сульфата меди(II) | ||
1 | Термическое воздействие | При нагревании пентагидрат последовательно отщепляет две молекулы воды, переходя в тригидрат CuSO4·3H2O (этот процесс, выветривание, медленно идёт и при более низких температурах [в т.ч. при 20-25 °С]), затем в моногидрат (при 110 °С) CuSO4·H2O, и выше 258 °C образуется безводная соль. Выше 650 °C становится интенсивным пиролиз безводного сульфата по реакции: |
2 | Растворимость | Растворимость сульфата меди(II) по мере роста температуры проходит через плоский максимум, в течение которого растворимость соли почти не меняется (в интервале 80-200 °C). Как и все соли, образованные ионами слабого основания и сильной кислоты, сульфат меди(II) гидролизуется, (степень гидролиза в 0,01М растворе при 15 °C составляет 0,05 %) и даёт кислую среду. Константа диссоциации составляет 5·10−3. |
3 | Токсикологические данные | Сульфат меди (II) относят к классу опасности 1 (малоопасное вещество), как вещество, содержащее сульфат-ион. С другой же стороны, на стограммовой упаковке сульфата меди, поступающей в розничную продажу, указан класс опасности 2 (высокоопасное вещество). Смертельная доза медного купороса составляет от 8 до 30 грамм для взрослого человека. Летальная доза зависит от состояния здоровья человека, от его массы, от иммунитета именно к данному веществу и от других факторов. |
Методика выращивания моно- и поликристаллов
Безопасность.
При обращении с сульфатом меди (II) в бытовых условиях стоит быть очень осторожным. При приготовлении растворов желательно использовать резиновые или одноразовые полиэтиленовые перчатки, очки, резиновые сапоги и также настоятельно рекомендуется использовать респиратор. Ни в коем случае не использовать пищевую посуду. Приготовление раствора и использование медного купороса стоит производить в отсутствие детей и животных. Во время использования нельзя пить, курить, принимать пищу. После работы лицо и руки вымыть с мылом, прополоскать рот.
Хранить в сухом прохладном месте при температуре от -30 до +30, отдельно от лекарств, пищевых продуктов и кормов для животных, в недоступном для детей и животных месте. Запрещается хранение вещества в повреждённой упаковке.
Методика выращивания монокристаллов
5. Привяжем его к нитке и опустим в колбу так, чтобы он не касался стенок сосуда.
6. Накроем стакан марлей - для защиты от пыли.
7. Покроем кристалл лаком.
8. Наблюдаем за ростом кристалла.
Через несколько дней рост кристалла будет виден визуально, он вырос длиной около 2 см.За неделю вырос кристалл длинной в 3,5 см, за две недели - 5 см, за три – 7см .
Когда в стакане образовывался осадок мелких кристалликов - я переливала раствор в чистую колбу и переносила в него мой кристалл. В ходе моего эксперимента такую процедуру я проделывала через день. Со временем на нитке тоже образуются мелкие кристаллики, которые начинают расти. Избежать этого сложно, можно разве что поднять кристалл повыше, чтобы меньший отрезок нитки контактировал с раствором. Во время эксперимента возникла идея использовать вместо хлопчатобумажной нитки тонкую медную проволочку. К сожалению, на воздухе кристаллы медного купороса теряют часть своей воды, при этом происходит их выветривание (разрушение). Чтобы кристаллы медного купороса сохранились дольше, покроем его лаком и поместим их в плотно закрытую банку.
Выращивание кристаллов потребовал труда и много терпения, но результат очень приятно нас удивил!
Методика выращивание поликристалла
В колбу наливаем 200мл. воды, добавляем туда 100г. медного купороса, хорошо размешиваем и переливаем раствор в стакан. Затем нагреваем раствор до 60 градусов по цельсию, наблюдаем, что медный купорос практически растворился. После этого сразу помещаем раствор в песок, для лучшей изоляции и удержания температуры, вносим в него затравку-кристаллик сульфата меди, привязанный к нитке.
Наследующий день мы видим образования поликристалла, по форме напоминавшего елочку.
Анализ роста монокристаллов за неделю
( Все три кристалла я растила по одной методике, но некоторые условия я меняла, например для первого кристалла я через день делала новый насыщенный раствор, нагревала до 60оС и фильтровала его.)
1-кристалл.
Дни | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Длина | 0,5 | 1,1 | 1,9 | 2,4 | 3,2 | 4,7 | 5,3 |
2-кристалл (Для второго кристалла я взяла дистиллированную воду, но не нагревала, сделала насыщенный раствор, и в течение всей недели я не меняла этого раствора, а только насыщала его)
Дни | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Длина | 0,4 | 0,7 | 1,05 | 1,4 | 1,9 | 2,3 | 2,6 |
3-кристалл(Для третьего кристалла я взяла дистиллированную воду, нагрела до кипения, сделала раствор перенасыщенным, затем через день его насыщала, но раствор при этом не меняла и не нагревала.)
Дни | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Длина | 0,6 | 1,8 | 2,4 | 3,1 | 3,9 | 4,5 | 5,03 |
1 График зависимости изменений одной из граней кристалла от времени
Задача о концентрации раствора медного купороса при
выращивание монокристалла
Определите массовую долю медного купороса в растворе, полученном при растворении 100 г. медного купороса в 200 г. воды.
Решение:
Для начала нам надо найти массу раствора, она ровна сумме масс медного купороса и воды, то есть 300г. Затем находим массовую долю CuSO4 в растворе, она ровна отношению массы вещества к массе раствора и чтобы найтисколько это в процентах умножаем это число на 100%. m(р-ра)=m(CuSO4)+m(H2O) m(р-ра)=100 г.+200 г.=300г. w(CuSO4)=(mв-ва / mр-ра)* 100% w(CuSO4)=(100 г./ 300 г.) * 100% = 33,(3) % Ответ: w(CuSO4) = 33,(3) % |
Литература
Ручей и камень
Рисуем "Осенний дождь"
Нечаянная победа. Айзек Азимов
Снеговик
Д.С.Лихачёв. Письма о добром и прекрасном: МОЛОДОСТЬ – ВСЯ ЖИЗНЬ