Кристаллические тела широко встречаются в нашей жизни. Они завораживают своей формой и красотой. Люди издревле добывали кристаллы, а так же пытались получить их различными способами. В данной работе проводится исследование по выращиванию кристаллов различных веществ в домашних условиях.
Российская Федерация
Ханты-Мансийский автономный округ - Югра
муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 2»
Городской конкурс
учебно-исследовательских и творческих работ
«Юность в науке»
Направление работы:
естественные науки и современный мир
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Автор работы:
учащаяся 7-А класса МАОУ СОШ №2
Перлова Екатерина Михайловна
Научный руководитель:
учитель физики
МАОУ СОШ №2
Акулова Ирина Григорьевна
город Покачи
2015 год
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Перлова Екатерина Михайловна, учащаяся 7 - А класса МАОУ СОШ №2 города Покачи
Аннотация
Кристаллические тела широко встречаются в нашей жизни. Они завораживают своей формой и красотой. Люди издревле добывали кристаллы, а так же пытались получить их различными способами. Поэтому в данной работе я поставила пере собой цель: провести исследование по выращиванию кристаллов различных веществ в домашних условиях.
Выдвинула гипотезу: в домашних условиях можно вырастить достаточно крупные кристаллы.
Перед собой поставила следующие задачи:
1. изучить литературу о физических свойствах кристаллов;
2. узнать о способах выращивания монокристаллов;
3. подобрать доступное оборудование и сырье для выращивания кристаллов;
4. познакомиться с правилами техники безопасности при проведении экспериментов;
5.вырастить кристаллы поваренной соли, морской соли; медного купороса; сахара; карбамида.
6. проанализировать полученные результаты.
При проведении исследования мною были использованы следующие методы исследования: анализ литературы; наблюдение; практический; исследовательский.
Объект исследования: кристаллы.
Предмет исследования: процесс кристаллизации.
В ходе проведения исследования были сделаны заключения и выводы:
1.В домашних условиях можно вырастить кристаллы различных веществ.
2.Кристаллы различных веществ не похожи друг на друга.
3.Для того чтобы вырастить крупный монокристалл необходимо много времени. При этом испарение раствора должно происходить медленно. Раствор без необходимости не трогать, он должен находиться в покое. Раствор необходимо защищать от пыли и иных загрязнений. Необходимо следить за кристаллом и своевременно очищать его от вредных наростов. В помещении поддерживать постоянную температуру и избегать сквозняков.
4.Проще всего крупный кристалл вырастить из медного купороса.
Таким образом, выдвинутая мной гипотеза подтвердилась. Крупные кристаллы можно вырастить в домашних условиях, но необходимо соблюдать некоторые условия.
В дальнейшем результаты моего исследования могут быть использованы на уроках физики, химии, окружающего мира, во внеклассных мероприятиях.
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Перлова Екатерина Михайловна, учащаяся 7 - А класса МАОУ СОШ №2 города Покачи
План исследования
Кристаллические тела интересовали людей с глубокой древности. В переводе с греческого слово «кристалл» означает «лед». Изначально особенность кристаллов видели в их прозрачности, поэтому это слово употребляли в отношении всех прозрачных тел, встречающихся в природе (кварца, кальцита и т.п.), так как считалось, что это тоже лед, получивший в силу каких-то причин устойчивость при высокой температуре. ( фото 1)
Природные кристаллы всегда вызывали у людей любопытство и удивление. Это связано было, прежде всего, с их способностью самоограняться, то есть самопроизвольно принимать форму правильных многогранников. Даже современный человек, впервые столкнувшийся с природными кристаллами, с трудом может поверить в то, что это творение природы, а не рук искусного мастера.
На уроке физики при изучении темы «Первоначальные сведения о строении вещества» учитель предложила нам попробовать вырастить дома кристаллы поваренной соли. Эта тема заинтересовала меня.
Цель исследования:
провести исследование по выращиванию кристаллов различных веществ в домашних условиях.
Гипотеза: в домашних условиях можно вырастить достаточно крупные кристаллы.
Задачи исследования:
1. изучить литературу о физических свойствах кристаллов;
2. узнать о способах выращивания монокристаллов;
3. подобрать доступное оборудование и сырье для выращивания кристаллов;
4. познакомиться с правилами техники безопасности при проведении экспериментов;
5.вырастить кристаллы поваренной соли, морской соли; медного купороса; сахара; карбамида.
6. проанализировать полученные результаты.
Методы исследования:
анализ литературы;
наблюдение;
практический;
исследовательский.
Объект исследования: кристаллы.
Предмет исследования: процесс кристаллизации.
На уроках окружающего мира и физики я узнала, что кристаллы часто встречаются в природе. Например, снежинки, морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев. ( фото 2 - 3) Все камни - это кристаллы! Причем не только яркие и блестящие драгоценные камни (алмазы, рубины, сапфиры), но и обычные, из которых состоят горы, скалы, ущелья и пещеры. ( фото 4 -7) Существуют даже кристаллы, которые можно съесть! Это соль и сахар, которые имеются на каждой кухне. Кристаллы широко применяются в науке, промышленности, оптике, электронике.
Что же такое кристаллы? Кристаллы – это твердые тела, в которых составляющие их частицы (атомы, ионы или молекулы) образуют упорядоченную периодическую структуру, называемую кристаллической решеткой. Кристаллы делятся на монокристаллы и поликристаллы.
Монокристаллы – это цельные одиночные кристаллы вещества, обладающие всеми свойствами кристалла. ( фото 8)
Поликристаллы – это несколько сросшихся монокристаллов. Такой сросток не обладает правильной геометрической формой, а также некоторыми специфическими особенностями, присущими монокристаллу. ( фото 9)
Кристаллические вещества обладают уникальными физическими свойствами. Одним из таких свойств является анизотропия – зависимость физических свойств от направления в кристалле. Строго говоря, именно анизотропия обуславливает образование кристаллом формы, специфичной именно данному веществу. Из-за строения кристаллической решетки рост кристаллов происходит неравномерно, в одном направлении быстрее, в другом – медленнее. В результате кристалл приобретает характерную для него форму. Без этого свойства кристаллы росли бы шарообразными или совершенно любой формы. Благодаря упорядоченной структуре расположения частиц монокристаллы имеют правильную геометрическую форму и блестящие плоские грани.
Существует несколько методик выращивания кристаллов:
1. Выращивание монокристаллов из расплавов. В застывающем расплаве образуются кристаллические зародыши, из которых вырастают маленькие кристаллики. В настоящее время более половины технически важных кристаллов выращивается из расплавов. 2. Кристаллизация из растворов. Кристаллизацию из растворов можно осуществлять за счет изменения температуры или состава раствора, испарения растворителя, а так же кристаллизации при химической реакции. Из насыщенных растворов получают кристаллы поваренной соли, медного купороса, сахара.
3. Кристаллизация из газовой фазы. Из насыщенных паров образуются снежинки, узоры на стекле, иней на ветках деревьев.
Самым доступным для нас является метод выращивания кристаллов из раствора. Выращивание кристаллов — интересное занятие. Но для того, чтобы результат получился действительно красивым, необходимо соблюдать определенные правила. Для выращивания больших кристаллов требуется много времени и терпения.
Я узнала, что выращивать кристаллы из раствора можно путем его охлаждения или испарения. При охлаждении или испарении раствора он становится перенасыщенным, то есть молекул растворенного в растворителе вещества становится с избытком. Поэтому раствор начинает «сбрасывать» эти лишне молекулы на затравку, а так же на царапины, трещины и другие дефекты емкости. При этом раствор опять становится насыщенным, затравка увеличивается в размерах, кристалл растет. При выращивании кристаллов способом охлаждения обычно образуется множество мелких кристалликов. Если же использовать второй способ – испарения, то можно вырастить единичные достаточно крупные монокристаллы. Степень насыщения раствора зависит от температуры, поэтому, чтобы наблюдался постоянный рост кристаллов, необходимо поддерживать постоянную температуру. А также необходимо, чтобы испарение раствора происходило достаточно медленно, не должно быть сквозняков, сосуд с раствором желательно без необходимости не трогать.
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Перлова Екатерина Михайловна, учащаяся 7 - А класса МАОУ СОШ №2 города Покачи
Описание работы
Выращивание кристаллов – длительный процесс, поэтому я одновременно проводила несколько экспериментов.
Для проведения опытов мне понадобилось следующее оборудование ( фото 10):
Опыт 1. Выращивание кристалла медного купороса.
В стеклянный химический стакан я налила горячей кипяченой воды. Стала в нее добавлять соль медного купороса и размешивать до тех пор, когда соль перестала растворяться. Затем поставила стакан в кастрюлю с горячей водой, добавила еще немного соли. Подержала содержимое, помешивая, несколько минут на водяной бане. Затем профильтровала содержимое стакана, используя воронку и бумажную салфетку, в другую емкость. ( фото 11) Добавила в полученный раствор несколько крупинок медного купороса для затравки. Прикрыла бумажной картонкой и поставила на тумбочку.
Через сутки на дне стакана появился слой, состоящий из множества небольших сросшихся друг с другом кристаллов медного купороса. Раствор я аккуратно перелила в другой сосуд. Кристаллический слой расковыряла при помощи пинцета и ножа и вытряхнула из стакана на поддон. ( фото 12) Из всех образовавшихся кристаллов выбрала самый большой и привязала его к нитке. Противоположный конец этой нитки прикрепила к деревянной палочке, которую продела сквозь небольшое отверстие, сделанное в бумажной картонке. После этого опустила затравку в емкость с профильтрованным раствором. ( фото 13) Отрегулировала длину нитки так, чтобы затравка висела посредине раствора. Такое расположение кристаллика способствовало его росту со всех сторон.
Через несколько дней я стала замечать, что кристалл увеличивается в размерах, а те места, которые были повреждены, постепенно восстанавливались до правильной геометрической формы.
В литературе я прочитала, что раствор, в котором растет кристалл необходимо периодически очищать от загрязнений. Так же в некоторых источниках рекомендуют через несколько суток менять раствор на более насыщенный. Я попробовала выполнить эти рекомендации. Но замена раствора привела к тому, что на зародыше образовались маленькие кристаллы-паразиты. Поэтому их пришлось срочно соскабливать ножом и очищать грани монокристалла. Я решила больше не рисковать и продолжила выращивать кристалл в одном и том же растворе. Каждый день следила за тем, чтобы опять на гранях не появились кристаллы-паразиты. Наконец через 11 недель у меня вырос достаточно большой монокристалл медного купороса в форме ромба. ( фото 14)
Опыт 2. Выращивание кристалла морской соли.
Технология приготовления раствора для выращивания кристалла морской соли такая же, как и в предыдущем опыте. Из кристаллов, которые имелись в пакете с морской солью, я выбрала самый крупный и близкий по форме к кубу. Приготовила из него затравку. ( фото 15) Поместила в раствор и стала наблюдать. Через 5 дней мой кристалл оброс множеством мелких кристаллов. Так же кристаллы выросли на дне сосуда. Я попробовала удалить кристаллы-паразиты. Профильтровала раствор и опять поместила в него зародыш. Через несколько дней он опять покрылся мелкими кристаллами. ( фото 16) В дальнейшем я уже только наблюдала за тем, как кристаллы нарастали и увеличивались в размерах. Вырастить одиночный большой кристалл морской соли у меня не получилось.
Опыт 3. Выращивание кристаллов поваренной соли.
Кристаллы поваренной соли почему- то «не хотели» расти. Так как соль, купленная в магазине, достаточно мелкая, то в качестве затравки я первоначально использовала шерстяную нить с привязанным к ней грузом. Нить стала покрываться белым солевым налетом в виде порошка, но единичных крупных кристаллов не образовывалось. Я попробовала оставить раствор без затравки открытым. Через7 дней края стакана покрылись белым солевым налетом, а на дне образовались достаточно крупные кристаллы соли. Их форма была близка к кубической и после обсушивания были заметны блестящие плоские грани. ( фото 17-18)
Опыт 4. Выращивание кристаллов карбамида.
Так как крупинки мочевины, купленной в магазине, были очень малы, то в качестве затравки я использовала шуруп. Долгое время в сосуде с раствором карбамида ничего не наблюдалось, только возле горлышка и на картонной крышке из паров образовался белый налет. Но через неделю весь сосуд был пронизан длинными саблевидными нитями кристаллов, которые поднимались со дна. На шурупе при этом ничего не образовалось. Ввиду своего любопытства я взяла банку в руки, чтобы хорошо всё рассмотреть. Это была моя ошибка, потому что кристаллы на следующий день все растворились. Появления новых кристаллов пришлось ждать ещё дольше. Они появились лишь через 10 дней. В этот раз я смогла их сфотографировать. ( фото 19) Но банка с раствором стояла на тумбочке, которую иногда открывали. По-видимому, происходили небольшие колебания раствора, которые привели к тому, что кристаллы опали на дно и уменьшились по длине. Через месяц на дне образовался толстый слой из кристаллов. Слив раствор, я выковыряла его на поддон. Первоначально кристаллы имели блестящую окраску. ( фото 20) Но через три дня стало заметно, что они разрушаются, так как поверхность их потеряла свой блеск. ( фото 21) Похоже, что мочевина относится к кристаллогидратам, у которых кристаллическая решетка включает в себя не только молекулы данного вещества, но и молекулы воды. Если кристаллогидрат хранить в сухом месте или при высокой температуре, то он начинает обезвоживаться. Кристаллическая решетка просто разваливается, а вместе с ней и кристаллы начинают рассыпаться в порошок. Этот процесс называется выветриванием. Поэтому в качестве защиты кристаллы медного купороса, морской и поваренной соли, сахара я покрыла несколькими слоями бесцветного лака.
Опыт 5. Выращивание кристаллов сахара.
По описанию в литературе кристаллы сахара растут очень медленно и их трудно вырастить. Но я попробовала провести этот опыт. Потребовалось достаточно много сахарного песка, чтобы приготовить насыщенный раствор. Он получился очень густым. Чтобы получить зародыш я оставила стакан с сахарным сиропом открытым. Через два дня на его поверхности образовалась достаточно твердая корка. А ещё через несколько дней стенки и дно стакана так же стали обрастать кристаллами. Разрушив корку, я перелила сироп в другой стакан. Отскоблила наросты со стенок и пинцетом постаралась отделить единичный кристалл, который в дальнейшем использовала как затравку. Через три с половиной недели вокруг зародыша образовалось множество кристаллов сахара. Опыт пришлось прекратить, так как кристаллы образовывались не только на зародыше, но опять на стенках сосуда, дне и поверхности раствора. Вынутые из сиропа кристаллы сахара промыла сладкой водой, обсушила и покрыла слоем лака. ( фото 22)
В результате проделанной мною работы можно сделать следующие выводы.
Таким образом, выдвинутая мной гипотеза подтвердилась. Крупные кристаллы можно вырастить в домашних условиях, но необходимо соблюдать некоторые условия.
В дальнейшем результаты моего исследования могут быть использованы на уроках физики, химии, окружающего мира, во внеклассных мероприятиях.
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Перлова Екатерина Михайловна, учащаяся 7 - А класса МАОУ СОШ №2 города Покачи
Список литературы и интернет ресурсов
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Перлова Екатерина Михайловна, учащаяся 7 - А класса МАОУ СОШ №2 города Покачи
Приложения
Фото 1. Кварц Фото 2. Морозный узор на окне Фото 3. Снежинки
Фото 4. Алмазы россыпью Фото 5. Рубин Фото 6. Сапфиры
Фото 7. Пещера с кристаллами Фото 8. Монокристаллы Фото 9. Поликристалл в мексиканской шахте Найка
Хитрость Дидоны
Денис-изобретатель (отрывок)
Ребята и утята
Ах эта снежная зима
Лиса-охотница