презентация "Кристаллы"

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

                                                                  «Чем больше вглядываешься в кристалл, тем                      

                                                                           глубже он  затягивает вас в свою глубину очарования»

                                                                                                                                   И.Е.Репин

Кристалл. Что можно себе представить, услышав это слово? Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Сегодня  кристаллы, помимо их свойства соблазна, нашли очень большое применение в науке и технике. Жилые здания и промышленные сооружения, самолеты и ракеты, теплоходы и тепловозы, горные породы и минералы слагаются из кристаллов. Мы едим кристаллы, лечимся ими и частично состоим из кристаллов.

Но, где взять столько кристаллов? Думаю, что в природе найти нужный кристалл сложно, да и нахождение в природе крупных однородных кристаллов - явление нечастое, а человек все чаще нуждается в таких подарках природы. Актуальность проблемы очевидна, человеку необходим способ искусственного создания кристаллов.

На уроке физики было дано задание – вырастить кристалл, меня это очень заинтересовало, и я решила исследовать данную тему. Обозначив для себя проблему, мы с учителем определили объект и предмет нашего исследования:

Объект исследования – кристаллы

Предмет исследования – способы выращивания кристаллов в домашних условиях

Цель: выращивание кристаллов в домашних условиях.

Задачи:

• познакомиться с историей возникновения  кристалла;
• выяснить практическое значение кристалла;
• определить условия выращивания кристаллов в домашних условиях.

Методы исследования: обзор  литературных источников, анализ, сравнение, эксперимент.

Гипотеза: Кристалл можно вырастить в любых условиях.

Глава 1. Загадочный мир кристаллов

1.1. История возникновения кристаллов

Кристаллы многих минералов и драгоценных камней были известны и описаны ещё несколько тысячелетий назад. Кристаллом (от греч. krystallos – «прозрачный лед») вначале называли прозрачный кварц (горный хрусталь), встречавшийся в Альпах.

          Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится. Первоначально главную особенность кристалла видели в его прозрачности, и это слово употребляли в применении ко всем прозрачным природным твердым телам. Позднее стали изготавливать стекло, не уступавшее в блеске и прозрачности природным веществам. Предметы из такого стекла тоже называли «кристальными».

Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани. В конце 17 века было подмечено, что имеется определенная симметрия в их расположении. Было установлено также, что некоторые непрозрачные минералы также имеют естественную правильную огранку и что форма огранки характерна для того или иного минерала. Возникла догадка, что форма может быть связана с внутренним строением. Поэтому, кристаллами стали называть все твердые вещества, имеющие природную плоскую огранку.

1.2. Что такое кристалл?

Кристалл — это обычно твердое вещество, но бывают и жидкие кристаллы. Каждое вещество состоит из маленьких частиц (молекул или атомов). Можно назвать их кирпичиками. Обычно в веществе кирпичики разные и по-разному соединяются друг с другом, т. е. получаются странные узоры. А в кристалле кирпичики одинаковые, они одинаково соединяются друг с другом, повторяются в точно такой же последовательности по всему веществу, выстраиваются в строгом порядке “как солдаты в строю” (в отличие от частиц в газах, жидкостях и в аморфных твёрдых телах), т. е. получаются узоры правильной формы. Благодаря такой повторяющейся структуре кристаллы сами могут принимать странные и интересные формы.

1.3. Практическая значимость кристаллов для человека

Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что их трудно перечислить. Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет. Поэтому ограничусь несколькими примерами.

                           .

Глава 2. Выращивание кристаллов

2.1. Образование кристаллов - удивительное действие природы

Вместе с папой, я прочитала в интернете, что природные кристаллы не всегда достаточно крупны, часто они неоднородны, в них имеются нежелательные примеси. При искусственном выращивании можно получить кристаллы крупнее, однороднее и чище, чем встречаются в природе.

Очень эффектно выглядят "доморощенные" кристаллы медного купороса ярко-синего цвета и хромокалиевых квасцов (фиолетовые), хороши и бесцветные кубики поваренной соли. Мне показалось странным, что кристалл растёт. Почему же он может расти? Ведь это не растение.

Прочитав инструкцию и изучив меры предосторожности, свою деятельность я начала с выращивания кристаллов из поваренной соли. Данное исследование является моим первым опытом работы в проведении научно- практического изучения.

Опыт 1

Выращивание кристалла поваренной соли:

1. Приготовила нитки разного качества, соль, банку. (Приложение 1)

2.Развёла раствор поваренной соли следующим образом: налила воды в банку и поставила его в кастрюлю с тёплой водой.

3. Насыпала пищевую соль в банку и оставила минут на 5, предварительно помешав. За это время банка с водой нагрелась, а соль растворилась.

4.Добавляла и перемешивала соль ещё несколько раз до тех пор, пока соль уже не перестала растворяться и начала оседать на дно банки. Я получила насыщенный раствор соли.

5.Перелила его, избавившись при этом от лишней соли на дне.

6.Опустила в банку нитки разного качества, закрепила их так, чтобы один конец был в банке с раствором, а другой конец был с внешней стороны.

В результате этого опыта кристалл начал расти на нити, находящейся с внешней стороны, У меня получилась красивая кристаллическая нить из мелких кристалликов, похожая на украшение, но  кристалл был очень хрупкий, при неосторожном движении рассыпался.

Мне стало интересно, а можно ли вырастить кристалл большой формы и более прочный. Я решила продолжить исследования, и вырастить кристалл медного купороса.

 Опыт 2

Выращивание кристалла медного купороса:

1.Выбрала место с постоянной температурой, где кристалл никто не будет трогать, пока он растёт.  

2.Вскипятила воду и налил её в ведёрко.

3.Высыпала порошок для выращивания кристаллов в ведёрко с кипятком.

4.Перемешала раствор до полного растворения порошка. Перемешивала в одном направлении.

5.Опустила в ведёрко камешек.

6.Закрыла ведёрко, подождала один час, чтобы раствор остыл.

7.Осторожно высыпала заправочные кристаллы в центр ведёрка на камешек.              

8.Ждала появление первого кристалла 24 часа.

9.Каждый день наблюдал за ростом кристаллов с помощью фонарика.

10.Через 30 дней кристалл начал выступать над поверхностью воды.

Я вылила раствор из ведёрка.              

11.Надев перчатки, я вытащила кристалл из ведёрка на два дня, чтобы он обсох. 

Вывод: В результате проведённого опыта я получила, можно сказать, чудо какое-то, большой, крепкий кристалл, красивого голубого цвета, т.к.  это кристалл медного купороса. Но кристалл боится высокой температуры и солнечных лучей.

Примечание: Если удалось растворить весь купорос в воде, значит его недостаточно и нужно добавить еще. В банке на дне должен в итоге оставаться нерастворимый осадок. 

Главная наша цель - добиться насыщенного состояния раствора (т.е. такого раствора, в котором еще больше вещества раствориться уже не может). Для этого нужно в данном объеме жидкости растворить как можно больше грамм медного купороса.

*Как добиться насыщенного раствора или сколько купороса нужно разбавлять в воде?

Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрим, как изменяется растворимость сульфата меди с температурой (рисунок 1).

Рисунок 1. Изменение растворимости CuSO4 с температурой (в гр на 100 гр воды)

Как видно из графика с увеличением температуры растворимость сульфата меди довольно быстро растет. Но когда температура достигает примерно 80 °С, то дальнейшее нагревание почти не ведет к увеличению растворимости.

Кроме того, при нагревании выше 90 градусов раствор мутнеет и происходит выпадение черных хлопьев в виде осадка, что влияет на чистоту кристалла.

Поэтому оптимальная температура растворения медного купороса для выращивания кристалла – 80 градусов.

 2.2. Зависимость роста кристаллов от температуры

Например, охлаждая насыщенный раствор. С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, 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 кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении центров кристаллизации возникает много, сам процесс идёт активнее.

2.3. Зависимость роста кристаллов от удаления воды из насыщенного раствора

Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом - постепенным удалением воды из насыщенного раствора. И в этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получаются кристаллы. Можно оставить открытый сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок - вода при этом будет испаряться медленно (особенно если сверху положить лист бумаги, который заодно защитит раствор от пыли). Растущий кристалл можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристалл периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. Даже если исходный кристалл имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все дефекты и примет форму, свойственную данному веществу.

Важно помнить! Выращивание кристаллов:

1. Кристаллик нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора
2. Не допускать попадание мусора в раствор, где растёт кристалл
3. Периодически (раз в неделю) менять или обновлять насыщенный раствор

Заключение

Процесс выращивания кристаллов в домашних условиях это очень интересное и увлекательное занятие, позволяющее сознательно отнестись к закономерностям природы. Данная работа  сделала меня более наблюдательной, терпеливой, расширила мой кругозор, приобщила к науке. Мне было интересно работать вместе с моими родителями, им тоже было интересно.

В ходе работы я познакомилась с историей возникновения  кристалла; выяснила практическое значение кристалла и определила условия выращивания кристаллов в домашних условиях. Моя гипотеза не подтвердилась – кристаллы растут только при определенных условиях и имеют зависимость роста от температуры, от времени и от удаления воды из насыщенного раствора.

Выращенные мною кристаллы получились красивыми, разными, яркими, но не практичными. На них можно смотреть и любоваться, но использовать их в жизни трудно, т.к. кристалл соли – хрупкий, а из медного купороса – боится высокой температуры и солнечных лучей;        

В будущем хочу вырастить красивые кристаллы разных цветов другими способами;

В результате, проделанной работы, мы пришли к следующим выводам:

1. Работу мы делали с большим удовольствием и интересом.
2. Кристаллы необходимы на уроках физики при прохождении соответствующей темы как наглядные пособия, которых в школе нет.
3. Обогатился наш теоретический запас знаний по физике
4. Мы привлекли внимание наших родителей, им тоже было интересно.

В дальнейшем, я хочу вырастить кристаллы медного купороса и квасцов методом испарения и охлаждения.

Закончить свою работу хочу словами Ильи Репина   «Кристаллы будоражат наше воображение гармонией, поражают яркостью и многообразием окраски, своими замечательными свойствами, немеркнущей со временем красотой, тайнами зарождения и роста».

Список используемых источников

1. Всё обо всём / Пер. с англ. - М.: Махаон — 160 с.

    2. Энциклопедический словарь / Пер. с Англ. М.: Ридерз Дайджест -368 с.

    3. Энциклопедия для детей т.4 М. Аванта . 1995 г

Электронные ресурсы:

1. Выращивание кристаллов в домашних условиях. Как вырастить кристалл // Занимательная химия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.kristallikov.net/page6.html

2. Жидкие кристаллы // Википедия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki.

3. История кристалла // Кристаллы [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://kristal.21428s12.edusite.ru/p2aa1.html 

4. Кристаллы // "Рисуя Минералы..." [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://nsportal.ru/ap/drugoe/library/pochemu-rastet-kristall - #http://mindraw.web.ru/cristall1.htm 

5. Применение кристаллов в науке и технике // Мир кристаллов [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://course-crystal.narod.ru/p2aa1.html

Приложение

Фото 1. Кристалл медного купороса, выращенный при температуре 10 градусов. Раствор: 70мл. воды на 60 г. медного купороса.

Фото 2. Кристалл медного купороса, выращенный при температуре 21 градус. Раствор: 70 мл. воды на 60 г. медного купороса                                                    

Фото 3. Кристалл медного купороса, выращенный при температуре 30 градусов. Раствор: 70 мл. воды на 60 г. медного купороса

Диаграмма 1. Зависимость размера кристалла от температуры окружающей среды и концентрации раствора.

Фото 4. Кристалл медного купороса, выращенный учениками нашего класса.

Фото 5. Кристаллы поваренной соли, выращенные учениками младших классов.