Проектная работа по химии «Как вырастить кристалл?»

МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 13»

Проектная работа

по химии

«Как вырастить кристалл?»

Выполнили: Вершинин А., Бураков Е.,

Приходько Д., Сниткин В.,

8 «Б» класс,

Руководитель: Марыгина Е.А.,

учитель химии

МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 13».

Новокузнецк,  2011

Аннотация:

1. Проект «Как вырастить кристалл?» проводится в рамках темы «Многообразие солей. Растворы солей. Выращивание кристаллов» в рамках химического кружка «Я – юный химик!» для 8 класса.
2. Практическая значимость проекта состоит в создании школьной коллекции «Кристаллы солей», в разработке рекомендаций по выращиванию кристаллов в домашних условиях.
3. Данный проект позволяет развивать творческое мышление школьников, умение приобретать знания из различных источников. Работа  над проектом позволяет развивать у его участников специальные (химические) и общеучебные умения. Учащиеся выбирают нужную часть информации в ее большом потоке. Планируют химический эксперимент и проводят его. Производится обработка, анализ результатов  и их осмысление.

Марыгина Е.А.,

учитель химии

МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 13».

Паспорт проекта

Тема: «Как вырастить кристалл?».

Авторы: учащиеся 8 класса.

Консультант: учитель химии.

Учебные предметы: химия.

Вид проекта: прикладной, творческий, монопредметный.

Проблема: Что необходимо для выращивания кристаллов? Как долго   понадобится времени для выращивания кристаллов? Какого цвета будут кристаллы? Какие будут эти кристаллы по форме и виду?

Цель: создание школьной раздаточной коллекции «Кристаллы солей» и разработка этапов выращивания кристаллов солей в домашних условиях.

Задачи:

1. собрать и обработать информацию о способах выращивания кристаллов;
2. распределить обязанности по выполнению проекта;
3. вырастить кристаллы солей;
4. разработать формы представления результатов проекта;
5. оформить материалы проекта;
6. подготовить проект к защите и презентации.

Этапы:

1. Начинание:

1. знакомство с «проектами» (что такое «проект», виды проектов, требования к выполнению, формы представления результатов и т.д.);
2. формирование проектной группы;
3. уточнение темы, цели, задач проекта;
4. выбор методов;
5. обсуждение задания.

2. Планирование:

1. анализ проблемы;
2. совместная разработка плана выполнения проекта;
3. определение источников информации;
4. распределение обязанностей в группе.

3. Поиск информации:

1. сбор и уточнение информации;
2. изучение литературы и интернет – источников.

4. Выполнение:

1. практическая работа по выращиванию кристаллов солей;

5. Рефлексия:

1. анализ выполнения проекта (достигнутые результаты – успехи и неудачи, их причины);
2. анализ достижения цели и задач;
3. оценка работы каждого в группе;
4. самооценка проекта.

6. Оформление:

1. оформление материалов проекта;
2. работа с компьютером.

7. Защита и презентация:

1. подготовка доклада к защите;
2. защита и презентация на «Неделе химии» (для  5 – 8 классов);
3. пополнить коллекцию кристаллов на следующий год.

Методы: сбор и отработка информации, работа с литературными источниками и интернетом, рефлексивный анализ, работа с компьютером.

Содержание: способы, правила и этапы выращивания кристаллов солей.

Результативность: Создана школьная раздаточная коллекция кристаллов солей медного купороса, красной кровяной соли, дихромата калия, хромата калия, хлорида натрия. Разработаны этапы приготовления раствора соли и условия выращивания кристалла в домашних условиях.

Сферы применения проекта: начальная школа, внеклассные мероприятия, на уроках химии и географии.

Адресная направленность: учащимся школы, педагогам.

Форма презентации: доклад, коллекция «Кристаллы солей», компьютерная презентация.

Содержание

1. Ведение ………………………………………………………………..3
2. Из чего можно вырастить кристалл?...................................................4
3. Способы выращивания кристаллов………………………………….4
4. Правила выращивания кристаллов солей……………………………5
5. Выращивание кристаллов солей……………………………………..9
6. Заключение……………………………………………………………12
7. Литература…………………………………………………………….13
8. Приложение 1………………………………………………………. ..14
9. Приложение 2………………………………………………………....15

Введение

Выращивание кристаллов - процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества образуют кристаллы различной формы, а некоторые их вовсе не образуют; что надо сделать, чтобы они получились большими и красивыми. Что необходимо для выращивания кристаллов? Как вырастить кристалл в домашних условиях? Как долго понадобится времени для выращивания кристаллов? Какого цвета будут кристаллы?

Цель: создание школьной раздаточной коллекции «Кристаллы солей» разработка этапов выращивания кристаллов солей в домашних условиях.

Задачи:

7. собрать и обработать информацию о способах выращивания кристаллов;
8. распределить обязанности по выполнению проекта;
9. разработать формы представления результатов проекта;
10. оформить материалы проекта;
11. подготовить проект к защите и презентации. 

1. Из чего можно вырастить кристалл?

Вырастить кристалл можно из разных веществ: например,  из сахара, даже каменные - искусственное выращивание камней, с соблюдением строгих правил по температуре, давлению, влажности и других факторов (искусственные рубины, аметисты, кварц, цитрины, морионы).
В обычных условиях, конечно, всего этого не получится. Поэтому можно выращивать кристаллы соли. Например, из обычной пищевой соли (хлорид натрия NaCl). Подойдёт и любая другая соль (соль - с химической точки зрения), например, можно получить красивые синие кристаллы из медного купороса или любого другого купороса (например железного). Можно использовать квасцы (двойные соли металлов серной кислоты), тиосульфата натрия (раньше использовался для изготовления фотографий). Для всех этих солей (да и вообще для соли) не требуется особых каких-то условий.
Не следует раскрашивать раствор, где растёт кристалл, например красками или чем–нибудь подобным, - это лишь испортить сам раствор, а кристалл всё же не покрасит! Лучший способ получить цветные кристаллы - это подобрать нужную по цвету соль! Но, например,  кристаллы жёлтой кровной соли имеют красно - оранжевый цвет - а раствор получается жёлтым.

2. Способы выращивания кристаллов

Выращивание кристаллов производят разными способами. Например, охлаждая насыщенный раствор. С понижением температуры растворимость веществ уменьшается (в основном, это касается безводной соли), 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 кристаллики правильной формы. При быстром охлаждении возникает много мелких кристалликов, почти никакой из них не имеет правильную форму, ведь их растёт множество, и они мешают друг другу.
Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом - постепенным удалением воды из насыщенного раствора. И в этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получается результат. Оставьте открытым сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок, накрыв его листом бумаги, — вода при этом будет испаряться медленно, и пыль в раствор попадать не будет. Растущий кристаллик можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристаллик периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. Даже если наш исходный кристаллик имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все свои дефекты и примет форму, свойственную данному веществу, например превратится в октаэдр, если используете соль хромокалиевых квасцов, ромб - если используете медный купорос.

3. Правила выращивания кристаллов солей

3.1. Что такое чистота раствора?

Итак, для того, чтобы кристаллы получились как можно более красивыми и имели геометрическую форму необходимо приготовить чистый раствор. Для этого требуется:  

1. Использовать вещество с как можно более высокой степенью чистоты.

2. Использовать кипячёную (лучше дистиллированную) воду для приготовления раствора.

3. Готовить раствор в химической посуде (желательно).

4. Обязательно необходимо профильтровать раствор после его приготовления.

5. Во избежание попадания пыли накрыть ёмкость с раствором листком бумаги.

3.2. О форме 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 незначительные перепады способны повлиять на его форму.

- Если раствор будет недостаточно чистым или в него попадёт пыль, то это может существенно повлиять на форму кристалла.

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

3.3. Как приготовить раствор соли?

Раствор 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 (~по 10гр) добавляют соль. После каждой новой порции соли раствор тщательно перемешивают. При этом раствор может начать охлаждаться, т. к. при растворении вещества расходуется тепловая энергия на расщепление его на ионы. После того, как вещество перестаёт растворяться, добавляют последние 10гр 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.

3.4. Как отфильтровать раствор?

Конечно же,  для фильтрации раствора лучше всего использовать хороший, лабораторный фильтр из фильтровальной бумаги и стеклянную воронку. Если готового фильтра нет, то его можно сделать из обычной промокашки. Для этого из неё вырезают круг диаметром не менее 10см, сгибают его вдвое и затем ещё вдвое. Если теперь отогнуть крайний листок получившегося конуса, то получится бумажная воронка. Её вкладывают в стеклянную и фильтруют раствор. Это надо делать очень осторожно, следить за тем, чтобы уровень жидкости в стеклянной воронке не был выше краёв фильтра.

В самом крайнем случае, если под рукой нет даже промокашки, то фильтр делается из ваты. Вату плотно вставляют в горлышко воронки и затем фильтруют раствор. Естественно, чем плотнее вата, тем медленнее и качественнее происходит фильтрация.

3.5. Как вырастить крупные одиночные кристаллы

Для того, чтоб кристалл вырос крупным и геометрически ровным, т. е. имел природную форму, необходимо довольно много времени. Обычно кристалл вырастает на 0,1-0,8мм в сутки, что во многом зависит от 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 вам 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, я использую очень простой метод: готовится максимально концентрированный раствор соли, переливается в стакан с вертикальными стенками 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 вам больше нравятся и которые имеют более правильную форму.

Раствор, в который вы собираетесь погрузить затравку, желательно приготовить заранее и оставить на пару дней 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 на полке. Уже через неделю вы заметите, что ваш 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, добавляйте раствор по мере необходимости.

У вас может возникнуть ещё одна проблема: в ходе роста основного кристалла на дне появляются и растут другие, случайно выпавшие кристаллы. Их желательно удалять хотя бы раз в 1-2 недели.

3.6. Выращивание 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, хаотическое выпадение кристаллов.

Для начала вам 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 количества 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 достигнет необходимого размера. Кстати, довольно неплохие результаты получаются, если смешать оба метода: сначала вырастить друзу, а потом погрузить её в раствор для медленной кристаллизации.

4. Выращивание кристаллов солей

4.1. Выращивание кристаллов поваренной соли

Кристаллы поваренной соли - процесс выращивания не требует наличия каких-то особых химических препаратов. У нас всех есть пищевая соль (или поваренная соль), которую мы принимаем в пищу. Её также можно назвать и каменной - всё одно и то же. Кристаллы поваренной соли NaCl представляют собой бесцветные прозрачные кубики. Нужно развезти  раствор поваренной соли следующим образом: налить воды в ёмкость (например стакан) и поставить его в кастрюлю с тёплой водой (не более 50°С - 60°С). Конечно, в идеальном варианте, если вода не будет содержать растворённых солей (т.е. дистиллированная), но в нашем случаем можно воспользоваться и водопроводной. Насыпать пищевую соль в стакан и оставить минут на 5, предварительно помешав. За это время стакан с водой нагреется, а соль растворится. Желательно, чтобы температура воды пока не снижалась. Затем добавьте ещё соль и снова перемешать. Повторять этот этап до тех пор, пока соль уже не будет растворяться, и будет оседать на дно стакана. Мы получим насыщенный раствор соли. Перелить его в чистую ёмкость такого же объёма, избавившись при этом от излишек соли на дне. Выбрать любой понравившийся более крупный кристаллик поваренной соли и положить его на дно стакана с насыщенным раствором. Можно кристаллик привязать за нитку и подвесить, чтобы он не касался стенок стакана. Теперь нужно подождать. Уже через пару дней можно заметить значительный для кристаллика рост. С каждым днём он будет увеличиваться. А если проделать всё тоже ещё раз (приготовить насыщенный раствор соли и опустить в него этот кристаллик), то он будет расти гораздо быстрее (извлечь кристаллик и использовать уже приготовленный раствор, добавляя в него воды и необходимую порцию пищевой соли). Нужно помнить, что раствор должен быть насыщенным, то есть при приготовлении раствора на дне стакана всегда должна оставаться соль (на всякий случай). Для сведений: в 100г воды при температуре 20°С может раствориться приблизительно 35г поваренной соли. С повышением температуры растворимость соли растёт. (Приложение 2).
          4.2. Выращивание кристаллов медного купороса

Кристаллы медного купороса - выращиваются подобным образом, также, как с поваренной солью: сначала готовится насыщенный раствор соли, затем в этот раствор опускается понравившийся маленький кристаллик соли медного купороса.
Внимание! медный купорос- химически активная соль! Поэтому для удачности опыта в этом случае воду нужно взять дистиллированную, т.е. не содержащую других растворённых в ней солей. Из под крана воду тоже лучше не брать, так как она: во-первых, содержит растворённые соли, во-вторых, может быть сильно хлорированной. Примеси (особенно карбонаты в жёсткой вроде) вступают в химические реакции с медным купоросом, из-за чего раствор сильно портится. (Приложение 2).
         4.3. Выращивание кристаллов красной кровяной соли

Гексоцианоферрат калия(), или красная кровяная соль, это довольно сложное комплексное соединение, имеющее очень интересную кристаллическую решетку. Кристаллы этой соли растут довольно быстро и имеют разнообразные формы, поэтому именно это вещество я рекомендую всем, кто решил выращивать кристаллы. Но есть одно но: гексоцианоферрат калия () - довольно ядовитое вещество и требует осторожного обращения.

Раствор лучше всего готовить в высоком химическом стакане объёмом ~500мл, т. к. чем больше будет раствора, тем реже придётся его менять, изменяя условия роста кристалла. Раствор готовят в воде комнатной температуры, обязательно его фильтруют и оставляют в покое на 3-5 дней. При этом среди первых выпавших кристаллов часто встречаются такие, как на фотографии. Если вы выберите их в качестве затравки, то у вас получится вытянутый кристалл с друзой у основания. В процессе роста проблемы почти не возникают, разве что мелкие кристаллы, которые усеивают дно и иногда мешают росту основного кристалла. Их необходимо удалять.

Уже выращенный кристалл хранится на открытом воздухе, но лучше поместить его в ёмкость, которая защищала бы его от пыли и смены влажности. (Приложение2).
          4.4. Выращивание кристаллов солей калия хромовокислого и дихромата калия.

Это желтые кристаллы ромбической системы, устойчивые на воздухе. Кристаллы выращиваются подобным образом, так же, как с поваренной солью: сначала готовится насыщенный раствор соли, затем в этот раствор опускается понравившийся маленький кристаллик соли. (Приложение 2).
          4.5. Выращивание кристаллов сульфат железа(||) FeSO4.

 Кристаллы сульфата железа (||) представляют собой семиводный гидрат, имеющий светло-зелёный цвет. У него очень высокая растворимость в воде.

Сульфат железа обладает рядом характерных особенностей, которые следует учесть: в воде он гидратируется, на воздухе дегидратируется и окисляется. В горячей воде гидратация проходит особенно интенсивно, поэтому после приготовления раствора в него добавляют серную кислоту. Уже выращенные кристаллы необходимо хранить в герметически закрывающихся ёмкостях, например, стеклянных боксах.

При приготовлении раствора желательно использовать только стеклянную посуду. Также следует учесть, что при попадании на ткань сульфат железа (II) окисляется и образовывает несмываемые оранжевые пятна.

(Приложение 2).

 Кристаллы данных солей мы выращивали в течение двух месяцев. Выращенные нами кристаллы мы оформили в коллекцию.

Заключение

Какой же метод предпочесть? Конечно, если вы хотите использовать выращенный кристалл как предмет интерьера (т. е. для украшения комнаты), то лучше выращивать друзы. Но если вы выращиваете кристалл, и хотите чтобы он имел научную ценность, то лучше выращивайте его медленнее.

Выращивание кристаллов - процесс - занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей.
Но, к сожалению, есть некоторые особенности их хранения (конечно, каждая соль и вещество имеют свои особенности). Например, если кристаллик квасцов оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нём воду, превратится в невзрачный серый порошок. Чтобы предохранить его от разрушения, можно покрыть бесцветным лаком. Медный купорос и поваренная соль - более стойки и вы смело можете с ними работать.

Этапы приготовления раствора соли и условия выращивания кристалла в домашних условиях указаны в приложении 1.

Литература

1. http://www.kristallikov.net/page6.html.
2. http://images.yandex.ru/yandsearch?rpt=simage&ed=1&text=%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%20%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BA%D1%83%D0%BF%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%B0&p=6&img_url=akak.ru%2Fsteps%2Fpictures%2F000%2F017%2F616_large.jpg.
3. file://localhost/E:/Data/Information/Kristalls/01.htm.
4. file://localhost/E:/Data/Information/Kristalls/05.htm.
5. Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии: Книга для учителя. - М.: Просвещение,1995.

Приложение 1

Рекомендации по выращиванию кристаллов в домашних условиях

Процесс выращивание кристаллов в домашних условиях разделим на основные этапы:
Этап 1: Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде (подогреть нужно для того, чтобы соль растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре). Растворять соль до тех пор, пока будете уверены, что соль уже больше не растворяется (раствор насыщен!). Рекомендуем использовать дистиллированную воду (т.е. не содержащую примесей других солей).
Этап 2: Насыщенный раствор перелить в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что он будет увеличиваться). На этом этапе следите, чтобы раствор не особо остывал.
Этап 3: Привяжите на нитку кристаллик соли, нитку привяжите, например, к карандашу и положите его на края стакана (ёмкости), где налит насыщенный раствор. Кристаллик опустите в насыщенный раствор.
Этап 4: Перенесите ёмкость с насыщенным раствором и кристалликом в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий).
Этап 5: Накройте чем-нибудь сверху ёмкость с кристалликом (например, бумагой) от попадания пыли и мусора. Оставьте раствор на пару дней.

Важно помнить!

1. Кристаллик нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора.
         2. Не допускать попадание мусора в насыщенные раствор, наиболее предпочтительно использовать дистиллированную воду.
         3. Следить за уровнем насыщенного раствора, периодически (раз в неделю или две) обновлять при испарении раствор.

Приложение 2.

Кристалл соли медного купороса           Кристалл красной кровяной соли

Кристалл поваренной соли                      Кристалл соли калия хромовокислого

Кристалл соли дихромата калия             Кристалл сульфата железа (II)

Многообразие солей