Муниципальное учреждение дополнительного профессионального образования

«Информационно- методический центр»

1412100 Московская область, г.Подольск, ул Велинга, дом 3

Тел: 8(4967) 68-91-09   E-mail: pimc@inbox.ru

КОНФЕРЕНЦИЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ «ШАГ А НАУКУ»

СЕКЦИЯ  ФИЗИКИ

Проект  «Кристаллы»

Авторы проекта:

Шинелева Екатерина Сергеевна

Бойкова Наталья

8 Б класс, МОУ СОШ № 13

Руководитель:

Сурова Мария Михайловна

учитель физики высшей категории

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя школа № 13»

Г. ПОДОЛЬСК

2018 год

План работы:

Введение.

Актуализация.

Почти весь мир кристалличен.

 В  мире  царит  кристалл  и  его

 твёрдые прямолинейные законы

 академик А.Е. Ферсман

 Мы живем в мире, в котором большая часть веществ находится в твердом состоянии. Многие твердые тела имеют кристаллическое строение.

Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека. Они, как загадочная и прекрасная часть природы, издревле привлекали внимание людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. [1]

Применение кристаллов в современном мире широко и многогранно:

радиотехника,  электроника,  медицина, металлургия,  ювелирное дело. Интересен  вопрос   о кристаллах и методики их выращивания.

Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации и их примененяют при изготовлении генераторов радиочастоты.

В электронике сейчас используются полупроводники. Это кристаллические вещества, главным образом кремний и германий. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике.

Наиболее известные примеры кристаллов: лед, алмаз, кварц, каменная соль. Слово «кристалл» происходит от греческого – «лед».

А выращивание кристаллов интересное и увлекательное занятие.

Цель  работы:

Вырастить кристаллы.

Задачи:

•  провести анализ источников по теме проекта;
• узнать о том, как появляются кристаллы;
• изучить виды кристаллов;
• вырастить кристаллы в домашних условиях;
• выяснить от чего зависит рост кристаллов;
• создать мультимедийную презентацию по теме проекта.

Гипотеза:

Рост кристаллов зависит от температуры и вещества.

Мир кристаллов

Кристаллы — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц. [2]

Форма кристаллов следует топологии молекул, из которых они состоят так, что каждая новая молекула может закрепиться, как в конструкторе заданной формы, по направлениям межатомных связей. Но то, сколько молекул закрепится и с какой стороны и грани, то, насколько непрерывно будет нарастать конструкция кристалла, какие молекулы примесей и сколько окажется включенным в кристалл или, при невозможности образовать связи с его конструкцией, внедрятся в него как кристалл другого типа, - все это зависит от внешних условий формирования кристаллов. Наибольшее влияние оказывают температура и химический состав окружающей среды. [3]

Наиболее знакомо всем и постоянно наблюдается разнообразие кристаллов воды: снежинки, ледяные узоры, кристаллы воды.

Но вокруг повсюду не менее разнообразны формы кристаллов окружающих веществ, видимые и микроскопические, непосредственно определяющие нашу жизнь и вообще делающие возможной жизнь на Земле. Ведь органические вещества и даже био-формы - так же определены в своей основе направленностью межатомных связей в молекулах. [4]

3. Кристаллы в природе.

Кристаллы замершей воды, т.е. лед и снег, известны всем. Эти кристаллы почти полгода (а в полярных областях и круглый год) покрывают необозримые пространства Земли, лежат на вершинах гор и сползают с них ледниками, плавают айсбергами в океанах.

Ледяной покров реки, массив ледника или айсберга - это, конечно, не один большой кристалл. Плотная масса льда обычно поликристаллическая, т.е. состоит из множества отдельных кристаллов. Их не всегда различишь, потому что они мелки и все срослись вместе. Иногда эти кристаллы можно различить в тающем льду, например, в льдинках весеннего ледохода на реке. Тогда видно, что лед состоит как бы из «карандашиков», сросшихся вместе, как в сложенной пачке карандашей: шестигранные столбики параллельны друг другу и стоят торчком к поверхности воды; эти «карандашики» и есть кристаллики льда.

Каждый отдельный кристаллик льда, каждая снежинка хрупка и мала. На снежинках легче всего убедится в том, что форма кристаллов правильна и симметрична. Удивительно разнообразны формы звездочек-снежинок, но симметрия их всегда одинакова: только шесть лучей. Почему? Такова симметрия атомной структуры кристаллов снега. Это относится не только к снегу. Формы кристаллов могут быть весьма разнообразными, но симметрия этих форм для каждого вещества одна, ее определяет симметрия и закономерность атомного строения данного вещества. Снежинка может быть только шестилучевой - такова симметрия строения кристаллов снега.[5]

(Приложение 1) 

4. Применение кристаллов.

Выращивание кристаллов имеет огромное практическое значение.

На космической станции «Мир» и во время полётов шаттлов НАСА успешно выращивали кристаллы различных белков. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для получения модели данного белка.

"Жидкие кристаллы": почти все жидкие кристаллы, обнаруженные на сегодняшний день, представляют собой органические соединения .

Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение.

Алмаз играет громадную роль в технике из-за своей удивительной твердости. С помощью него распиливают камни, бурят горные породы. Алмазная пила - это большой (до 2-х метров в диаметре) вращающийся стальной диск, на краях которого сделаны надрезы или зарубки. Мелкий порошок алмаза, смешанный с каким-нибудь клейким веществом, втирают в эти надрезы. Такой диск, вращаясь с большой скоростью, быстро распиливает любой камень.

Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом. Наиболее ответственные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.

Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. Но у этих камней есть и другие качества, более скромные, но полезные. Кроваво-красный рубин и лазарево-синий сапфир - это родные братья, это вообще один и тот же минерал - корунд, окись алюминия А12О3. Корунд со всеми его разновидностями - это один из самых твердых камней на Земле, самый твердый после алмаза. Корундом можно сверлить, шлифовать, полировать, точить камень и металл. Из корунда и наждака делают точильные круги и бруски, шлифовальные порошки.

Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона.

В 1960г. был создан первый лазер на рубине (оптический квантовый генератор (ОКГ)). Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц.

Мощный луч лазера обладает громадной мощностью. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. Он используется и в глазной хирургии.

Сапфир прозрачен, и у из него делают пластины для оптических приборов.

Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон —это разновидности кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, разновидность кварца - горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.

Электрические свойства кварца проявляется, если сжимать или растягивать кристалл кварца. Тогда на его гранях возникают электрические заряды. Это - пьезоэлектрический эффект в кристаллах.

Пьезоэлектрические кристаллы широко применяются для воспроизведения, записи и передачи звука, измерения давления крови, давления в стволах артиллерийского орудия, давления в момент взрыва и т.д.

Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный.

Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет.

5. Экспериментальные исследования.

5.1 Анкетирование.

В анкетировании участвовали учащиеся 5-8 классов, в количестве 88 человек. (Приложение 2)

В ходе анкетирования результаты показали, что учащиеся знакомы с кристаллами, какими бывают кристаллы, знают о строении кристаллов. Но не имеют представления о выращивании кристаллов искусственным способом, а особенно в домашних условиях. А также не знают, где они применяются в жизни человека. Это доказывает актуальность моей исследовательской работы и ее значимость.

Эксперимент 1

В магазине мы купили Набор для творчества Good Hand Волшебное Дерево - Набор для выращивания на бумажной основе друзы кристаллов в форме разноцветного дерева.

По инструкции мы собрали дерево и поставили его в ёмкость с водой. В течении нескольких часов после того, как дерево пропиталось раствором, на нём появились кристаллы. Они были очень тоненькие, красивые, и очень хрупкие. (Приложение3) 

5.2 Эксперимент 2

Так же мы купили научно-познавательный набор для выращивания кристаллов «Удивительные кристаллы. Мультицвет».

Техника выращивания кристаллов написана на коробке: растворите химикаты в горячей воде и дайте остыть до комнатной температуры. Далее опустите кристаллики в этот раствор. Следующие несколько часов вы сможете наблюдать, как на ваших глазах начнут расти эти замечательные кристаллы. Соблюдая все положения инструкции, через 4 - 7 дней юный исследователь станет обладателем кристалла, который он сам вырастил. 

Важно! Опыт необходимо проводить под строгим руководством взрослых, которые ознакомились с мерами предосторожности, описанными в данной инструкции экспериментального набора.

В комплект входят:

• - основа для кристалла,
• - смесь для выращивания кристалла,
• - пластмассовый бокс, 
• - ложка,
• - подробная инструкция с интересными фактами.

Мы проделали всё, что сказано в инструкции в перчатках, поскольку в инструкции не сказано, соль какого вещества мы выращиваем.

 Через 2 дня уже получили небольшие кристаллики. Через неделю вырос большой кристалл. (Приложение4)

5.3 Эксперимент 3

Готовые наборы не дают полного понимания того, как выращивают кристаллы и от чего зависит их рост. Мы даже не знали кристаллы каких веществ вырастили. Поэтому мы решили вырастить кристаллы соли(NaCl), и медного купороса(CuSO4 ). C медным купоросом работаем в перчатках.

Задачи:

1. Убедиться в том, что кристаллы можно выращивать.
2. Выяснить, какова форма кристаллов NaCl и CuSO4 .
3. Сравнить рост кристаллов в разных условиях.

Ход работы

1. Мы сделали насыщенный раствор соли в горячей воде (Приложение 5)  и поставили  стакан  в  тёплое  и  сухое  место.
2. Мы сделали насыщенный раствор соли  в холодной воде, поставили  стакан  в  холодное  место.
3. Мы сделали насыщенный раствор медного купороса в горячей воде, поставили в теплое, сухое место.
4. Через 3 дня мы увидели, что в первом и третьем  стакане на проволоке появились первые кристаллики. Во втором стакане ничего не было.
5. Через неделю в первом стакане верх покрылся кристаллами соли. Во втором- появились первые кристаллы
6. Через две недели в первом стакане кристаллы стали больше и внутри стакан  стал покрываться кристаллами соли. Во втором стакане кристаллы появились и на самом стакане наверху. В третьем кристалл медного купороса становился крупнее.
7. Через три недели в первом стакане  кристаллы соли стали крупными, у них можно было разглядеть их форму. Она была кубическая. Во втором стакане кристаллы полностью покрывали стакан и форма их была непонятная. (Приложение 6) На проволоке кристаллы оказались мелкие и их было мало.

В третьем кристалл стал ещё крупнее. (Приложение 7)

6. Результаты:

1. Мы  убедились  в  том , что  кристаллы  можно  выращивать и  вырастили  кристаллы  поваренной  соли и медного купороса.

2.  Кристаллы  поваренной  соли  имеют   кубическую  форму. Это  значит, что  скорость  роста  кристаллов  в  разных  направлениях  разная. Кристалл медного купороса - поликристалл, состоит из нескольких кристаллов. Мы видим плоские грани нескольких кристаллов.

3. Рост  кристаллов  зависит  от  внешних  условий:

а) От  температуры  воздуха. Чем  холоднее  окружающая  среда, тем  медленее  растут  кристаллы.

б) От  начальной  температуры  воды. В  горячей  воде  рост  кристаллов  начинается  на  сосуде  за счёт  быстрого  испарения  воды.

в) Разные  соли  имеют  разные  кристаллы  по  цвету, форме  и  скорости  роста.

Над проектом работали:

Шинелева Екатерина Сергеевна

Дворникова Вероника Руслановна

Бойкова Наталья Сергеевна

Источники:

1. http://cozyhomestead.ru/Terminy_1764.html
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Кристалл
3. Кристалл, проф.Китайгородский
4. http://surwiki.admsurgut.ru/wiki/index.php/%D0%A3%D1%87%D0%B5%D0%B1%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%9A%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D1%8B
5. http://mirkristallov.com/kristally-snega-i-lda/
6. http://course-crystal.narod.ru/p12aa1.html
7. Учебник физики 8 класса