Выращивание кристаллов медного купороса и определение их плотности

Выращивание кристаллов медного купороса и определение их плотности (Исследовательская работа) Киселев Роман (ученик 7 А класса) Бельзер Вячеслав (ученик 7 А класса) Научный руководитель учитель физики МОУ СОШ №91 Н. А. Тычкова Цель работы: определить особенности роста кристаллов медного купороса и рассчитать их плотность. Задачи:провести анализ научно – популярной литературы по теме исследования;вырастить кристаллы медного купороса и поваренной соли, в лабораторных условиях;выявить изменения, происходящие с кристаллами при одинаковых условиях выращивания в зависимости от различной концентрации раствора и различной температуры окружающей среды;определить плотность кристаллов медного купороса;изучить полученные результаты Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования: теоретический анализ проблемы; практические: выполнение работ по выращиванию кристаллов медного купороса и поваренной соли; определение плотности кристаллов. Базой исследования являлась: лаборатория кабинета физики МОУ СОШ № 91. Глава I. Теоретические сведения о медном купоросе 1.1. Что такое кристаллы1.2. Образование и рост кристаллов1.3. Методы выращивания кристаллов1.4. Кристаллизация из растворов1.5. Медный купорос и его применение 1.6. Выращивание кристаллов поваренной соли Глава II. Собственные исследования Используемое оборудование и реактивы для выращивания кристалловВ работе использовалось оборудование: химические стаканы, стеклянные палочки, деревянные палочки, х/б нить, фильтровальная бумага, стеклянная воронка.Реактивы: хлорид натрия NaCl (поваренная соль); сульфат меди CuSO4 ∙ 5H2O (медный купорос); вода Н2О (кипяченная) Опытно - экспериментальная часть Избыток медного купороса поместили в химический стакан и залили горячей водой (60-70С), тщательно перемешивая. На дне стакана осталась нерастворившаяся соль.Отделили раствор от не растворившейся соли и профильтровали его через фильтровальную бумагу.Охладили отфильтрованный раствор до комнатной температуры (200С). Разлили в три стакана. Привязали затравочный кристаллик медного купороса к хлопчатобумажной нити. Прикрепили нить с кристалликом на деревянную палочку и погрузили кристаллик в охлажденный перенасыщенный раствор соли. Один стакан с раствором поставили в шкаф при постоянной температуре (20 С), другой поместили в холодильник(4 С), третий установили возле батареи отопления(30-35С). При выращивании кристаллов поддерживали постоянную температуру и насыщение раствора. Испарение раствора быстро происходило при повышенной температуре, поэтому приходилось доливать раствор.Процесс кристаллизации происходил ровно, кристалл образовался без всяких примесей при температуре 4 С. При температуре 20 С на нити образовалось еще три кристалла, а на дне мелкие сросшиеся кристаллики. При температуре 30-35С кристалл рос неправильной формы, вокруг него образовалось много мелких кристалликов, на дне стакана образовалось много сросшихся кристаллов, происходило быстрое испарение раствора. В случае, когда в трех стаканах была налита жидкость разной концентрации, происходило следующее: при пересыщенном растворе кристаллов на нити было 5, на дне и на стенках стакана образовались мелкие кристаллики. Во втором стакане – раствор не насыщенный – кристалл не рос. В третьем стакане при малой концентрации раствора – «затравка» растворилась через час. В конце эксперименты выбрали кристаллы для определения их плотности. . 1. Определение массы кристаллов: Для определения массы кристаллов медного купороса использовались ученические весы с набором гирь.2. Определение объёма кристаллов: Так как кристалл представляет собой прямоугольный параллелепипед, то его объём определяется по формуле: V = a∙b∙h, где а - длина кристалла, b - ширина кристалла, h - толщина кристалла. Измерения были проведены при помощи штангенциркуля с ценой деления 0,05 мм. Результаты измерений представлены в таблице №1.3. Определение плотности кристалла: Для определения плотности исследуемых кристаллов использовали формулу: 4. Определение погрешностей вычислений: - относительная погрешность массы - относительная погрешность объема - относительная погрешность плотностиξ( ) = ξ(m) + ξ(V) 2,229 + 0,165
0,165
7.4
5.9
1,5
2,229
0,02915
0,13
0,38
0,59
0,065
7.
2,476 + 0,047
0,047
4.1
1,88
0,76
2,476
0,525
0,64
0.82
1,0
1,30
6.
2,257 + 0.07
0,07
3,08
2,08
1,0
2,257
0,4430
0,52
0,71
1.2
1,00
5.
2,286 +0.095
0.095
4.16
1.82
0.75
2,286
0,5775
0,7
0,75
1,1
1.32
4.
2,142 + 0,077
0.077
3.59
2,42
1,17
2,142
0,3969
0.35
0.81
1.4
0.85
3.
2.308 + 0.065
0.065
2,86
2.09
0,77
2.308
0.5632
0.4
1.1
1,28
1.30
2.
2.400 + 0.093
0.093
3,89
2,59
1,3
2,400
0.31248
0.31
0.9
1,12
0.75
1.
ρ Δρплотность(г/см3)
Δρ(г/см3)
ξ(ρ)%
ξ (V)%
ξ (m)%
ρплотностьисследуемогокристалла(г/см3)
Vобъем(см3)
hтолщина(см)
bширина(см)
aдлина(см)
mмасса (г)
№ опыта
Масса, объем, плотность медного купороса с учетом погрешностей Таблица 1. Заключение В результате проведённых исследований мы выяснили, что выдвинутая нами гипотеза полностью подтверждается: нам удалось вырастить кристаллы медного купороса, и поваренной соли, а также определить плотность кристаллов медного купороса. Причём результаты наших измерений практически совпадают с табличными данными (в пределах рассчитанной погрешности измерений).В ходе наблюдений за ростом кристаллов мы выяснили, что кристаллы разных солей растут с разной скоростью. Быстрее всего образовывались кристаллы поваренной соли, немного медленнее кристаллы медного купороса. Их рост зависит от условий выращивания: от температуры окружающей среды и концентрации раствора.Замечено, что верхняя грань кристалла вырастает меньше нижней. Это можно объяснить тем, что насыщенный раствор (более тяжелый) опускается в низ, а менее насыщенный после выпадения из него вещества на кристалл поднимается вверх. Для получения правильного по форме кристалла необходимо постоянное перемешивание раствора. Рекомендации: Медный купорос является ядовитым веществом. Поэтому, работая с ним, необходимо исключить попадание данного вещества на руки. Готовить растворы лучше всего в резиновых перчатках.Для приготовления раствора использовать кипяченную или дисцелированную воду.Использовать свежеприготовленные, насыщенные растворы.Обязательно фильтровать раствор.Чтобы получить монокристалл необходимо удалять образовавшиеся сросшиеся мелкие кристаллы.Полученные кристаллы тщательно покрывать бесцветным лаком против выветривания.Продолжить работу по выращиванию и исследованию кристаллов других солей. Литература Банн Ч. Кристаллы. Их роль в природе и науке. – М.: Мир, 1969г.;Блудов М.И. Беседы по физике // Книга для учащихся старших классов средней школы. – М.: Просвещение, 1992г.;Квант: научно-популярный физико-математический журнал. М.: Наука. 1974 г. Кристаллы. Рост. Структура. Свойства.- М.: «Наука», 1993г.;Ландау Л.Д., Китайгородский А.И. Физика для всех, Книга 2. Молекулы.- М.:1978г.;Пёрышкин А.В., Каменецкий С.Е., Факультативный курс физики. - М.: «Просвещение»,1976г.;http://www.kristallikov.net/page6.html