Выращивание кристаллов

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Сарафановская средняя общеобразовательная школа»

Межмуниципальная научно-практическая конференция школьников

«Новый интеллект -2012»

Выращивание кристаллов

Проектно - исследовательская работа по физике

Авторы проекта:

Андреева Кристина – ученица 8 класса,

Белоусова Екатерина – ученица 7 класса,

Руководитель:

.

Молчаново 2012

Оглавление:

1. Введение. Кристаллы - одни из самых красивых творений природы

2. Основная часть. Отдельные страницы удивительного мира кристаллов

2.1 Получение насыщенного раствора

2.2 Кристаллизация медного купороса

2.3 Выращивание кристаллов поваренной соли, медного купороса

3. Заключение

4. Список использованной литературы и источников

Актуальность:

Совершенствовать свои умения и навыки, выявлять творческие способности – что может быть более актуальным для современного молодого человека? Хочется проявить себя, проверить свои способности, а эта тема как раз и дает такую возможность. Мы полагаем, что эта тема интересна всем.

Цели:

1. Вырастить кристаллы медного купороса (CuSO4) и поваренной соли

в домашних условиях.

2. Предложить области их применения.

4. Создать презентацию для использования ее на уроках физики

при объяснении темы «Твердые тела».

Задачи:

1. Изучить литературные и электронные источники по данной теме.

2. Изучить среду выращивания кристаллов.

3. Рассмотреть распространенные методы выращивания.

4.Вырастить кристалл медного купороса и поваренной соли

в домашних условиях.

5. Подумать о местах их применения.

Новизна:

Данная работа обладает определенным аспектом новизны, поскольку нам никогда не приходилось делать своими руками что-то оригинальное и необыкновенное. В нашем представлении « кристалл» - это чудо природы. Получить кристалл – это сотворить чудо. Для нас это новое и необычное дело, даже таинственное. Кто знает, что у нас получится? Как будут выглядеть наши «авторские» кристаллы? А так же мы хотим рассмотреть и предложить области применения выращенных нами кристаллов и изготовить изделия из них, если получится.

1.Введение.

«Кристаллы, кристаллы, соцветья во мглу погруженной земли.

Когда расцвели вы, на свете другие цветы не цвели.

Нацежен был мало-помалу из мрака лучистый хрусталь,

чтоб стало под силу кристаллу вместить невместимую даль.

Тускла на свету, но как факел кристалла живая свеча

пылает во мраке… Во мраке – начало любого луча»

Мигель де Унамуно - Испанский поэт и философ

Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали – «кристаллос», по-гречески – лед; это слово происходит от греческого «криос» – холод, мороз. Полагали, что лед, находясь, длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять. 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». Еще и сегодня стекло особой прозрачности называется хрустальным, «магический» шар гадалок – хрустальным шаром.

Один из самых авторитетных античных философов Аристотель писал, что «кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту». Римский поэт Клавдиан в 390 то же самое описал стихами:

Ярой альпийской зимой лед превращается в камень.

Солнце не в силах затем камень такой растопить.

Аналогичный вывод сделали в древности в Китае и Японии – лед и горный хрусталь обозначали там одним и тем же словом. И даже в 19 в. поэты нередко соединяли воедино эти образы:

Едва прозрачный лед, над озером тускнея, Кристаллом покрывал недвижные струи.

. К Овидию

Так что же такое кристаллы? КРИСТАЛЛЫ – вещества, в которых мельчайшие частицы (атомы, ионы или молекулы) «упакованы» в определенном порядке. В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму.

Кристаллы - одни из самых красивых творений природы.

Кристаллы встречаются нам повсюду: мы ходим по кристаллам, строим из них, выращиваем их в лабораториях и в заводских установках, создаем приборы и изделия из кристаллов, широко применяем их в технике и в науке, едим кристаллы (вспомните поваренную соль), лечимся ими, находим кристаллы в живых организмах, выходим на просторы космических дорог, используя приборы из кристаллов.

В космических лабораториях на советской станции «Салют-4», на американской «Скайлэб» во время совместного полета «Союз-Апполон» ставились опыты по выращиванию кристаллов в условиях невесомости, недостижимой на Земле чистоты и глубокого вакуума. В космосе были выращены полупроводниковые монокристаллы селенида Германия и теллурида германия, в 10 раз большие, чем удалось вырастить в земных условиях, и значительно более однородные. В невесомости получены монокристаллы в форме сплошных и полых сфер, пригодные, например, для шарикоподшипников, нитевидные кристаллы сапфира, отличающиеся большой прочностью, выдерживающие давления, в десятки раз превышающие «земные».

Природные кристаллы не всегда достаточно крупны, часто они неоднородны, в них имеются нежелательные примеси.

В Алмазном фонде России хранится алмаз, имеющий собственное имя «Шах».

Бриллиант под названием «Шах» весом 88,7 каратов не огранен, а просто отполирован, абсолютно прозрачный и имеет небольшой желтоватый оттенок

Недавно Алмазный фонд России пополнился еще одним роскошным экспонатом. Из Восточной Сибири в Москву доставили алмаз весом почти в 300 карат - третий по величине из всех российских.

Алмаз, добытый на якутских россыпных месторождениях, получил имя «Творец».

При искусственном выращивании можно получить кристаллы крупнее, однороднее и чище, чем встречаются в природе. Нас заинтересовала тема кристаллов, и мы решили попробовать экспериментально вырастить кристаллы в домашних условиях.

Способы выращивания кристаллов:

Охлаждение насыщенного горячего раствора; Постепенное удаление воды из насыщенного раствора; Выращивание кристаллов из расплавленных веществ при медленном охлаждении жидкости; Конденсация паров.

2.Основная часть.

Отдельные страницы удивительного мира кристаллов.

2.1 Получение насыщенного раствора.

В стакан горячей воды насыпаем один из следующих порошков:

медный купорос, поваренную соль. (Все эти вещества можно приобрести либо в магазине, либо в аптеке.) Высыпаем столько порошка, сколько может раствориться; воду помешиваем, чтобы быстрее проходило растворение. Когда порошок перестанет растворяться и начнет оседать на дно, сольем раствор в другой стакан, а затем профильтруем его через фильтровальную бумагу или чистую тряпочку. В полученном растворе количество вещества как раз соответствует его растворимости при данной температуре; раствор получается насыщенным: он больше не может «поглотить» ни крупинки вещества. При остывании раствор становится перенасыщенным. При остывании раствор не может долго существовать: лишнее вещество выделяется из него и оседает на дно стакана.

Рост кристалла начинается тогда, когда в растворе есть центр кристаллизации, например в виде маленького кристаллика, пылинки. Чтобы вырастить один большой кристалл, в неостывший насыщенный раствор надо подвесить на нити небольшой кристалл-затравку. Сначала он немного растворится, а потом начнет расти до больших размеров.

2.2 Кристаллизация медного купороса.

Взяли порошок медного купороса (продается в магазине химреактивов или «Сад и огород»), примерно 100г (оставим щепотку для затравки), и растворяем его полностью в полстакана горячей воде. Процедим раствор через чистую ткань.

Сделаем затравку из нити (желательно толстую и шерстяную) обмакнем в этот раствор и обваляем в сухом оставленном порошке медного купороса; даем ей высохнуть.

Затем эту нить опускаем в холодный раствор медного купороса, через 4-5 ч она покроется кристалликами,

а если оставить ее еще часов на 10-20, получим прекрасные, неповторимой красоты кристаллы. Вот такую рыбку можно вырастить самим, попробуйте и у вас тоже получится!

Оставшийся раствор будет испаряться, а на дне сосуда получим «гроздья» кристаллов. Самый простой, но очень важный метод – выращивание кристаллов из растворов. К нему относится, в первую очередь, выращивание кристаллов путем постепенного снижения температуры раствора. Этот метод основан на свойстве многих кристаллических веществ изменять свою растворимость с изменением температуры. Он хорош тем, что не требует сложной аппаратуры и позволяет выращивать кристаллы очень многих веществ. Однако он пригоден только для хорошо растворимых соединений. При выращивании кристаллов малорастворимых веществ нужна громоздкая установка, чтобы вместить достаточное количество раствора. Не следует брать раствор с очень высокой температурой, так как в этом случае изделие после сушки будет покрыто мелкой кристаллической пылью, что ухудшает внешний вид изделия. Растворимость медного купороса при 20ºС

2.3. Способы выращивания кристаллов.

На основе изученной литературы об образовании кристаллов выяснено, что существуют различные способы выращивания кристаллов. Часто этот процесс требует высоких температур и огромных давлений. Но некоторые кристаллы можно выращивать и в домашних условиях.

Если в воде при постоянной температуре растворять какое - нибудь вещество, то через некоторое время растворение прекращается. Такой раствор называется насыщенным, а максимальное количество вещества, которое можно растворить при данной температуре в 100 граммах воды, называется его растворимостью. Обычно с повышением температуры растворимость увеличивается. Поэтому раствор, насыщенный при одной температуре, становиться недосыщенным при более высокой температуре. Если же насыщенный раствор охладить, избыток вещества выпадает в осадок. Следовательно, один из способов выращивания кристаллов заключается в том, что надо дать насыщенному раствору охладиться.

Можно выращивать кристаллы и выпариванием. Ведь если насыщенный раствор испаряется, объём его уменьшается, а количество растворённого вещества остаётся прежним. Иначе говоря, опять создаётся избыток вещества, который выпадает в осадок.

Третий способ, предназначенный для выращивания кристаллов трудно растворимых соединений, используются в том случае, если существуют два хорошо растворимых компонента, дающих в результате реакции интересующее нас вещество. Оба компонента растворяют в отдельных сосудах. Затем при непрерывном размешивании раствор одного из них вводится по каплям в раствор второго. Образующегося при реакции пересыщения достаточно для кристаллизации нужного нам вещества.

Для исследования мы выбрали способ испарения растворителя, способ постепенного снижения температуры растворов и расплавов солей.

Образцы выращенных кристаллов:

Из поваренной соли:

3.

Заключение

Изучив литературу, посвященную кристаллам, и проведя эксперимент по выращиванию кристаллов, мы пришли к следующим выводам:

Ø  кристаллы окружают нас повсюду, «почти весь мир кристалличен»;

Ø  кристаллы различных веществ отличаются друг от друга по всей форме;

Ø  кристаллы окружающие нас, не образовались когда-то раз и навсегда готовыми, а выросли постепенно: в природе, в лаборатории, на заводе. И мы убедились в этом, вырастив кристаллы, применяя раствор медного купороса, нитрата калия, хлорида кобальта, хлорида аммония и др.

Ø  процесс кристаллизации в растворах и расплавах веществ протекает сходным образом;

Ø  вырастили кристаллы медного купороса методом охлаждения, используя различные виды затравки.

Когда мы познакомилась с миром кристаллов, то мы поняли, что эта область науки очень интересна и занимательна. Мы раньше и не догадывалась о том, что человек может выращивать кристаллы сам. И нас удивило то, что искусственные кристаллы так похожи на настоящие: цветом, формой, свойствами. Также интересно то, что у искусственных кристаллов даже есть преимущества над природными. Хотя раньше нам казалось, что богатства созданные природой самые красивые и неповторимые. И тот факт, что человек может творить на уровне с природой, говорит о развитие нашего общества.

Ведь, например, в 8 веке и думать не могли, чтобы повторить природное творение.

А сейчас человек является творцом. Но, мы думаем, всё-таки природа иногда творит неповторимое. К, примеру, пещера гигантских кристаллов – это необыкновенно красивое создание природы, которое навряд ли дано кому-нибудь повторить.

Также мы и не догадывались, что кристаллы имеют такое колоссальное значение в жизни человека. А как оказалось кристаллы нужны во многих важных для человека производствах без них бы не развивались такие важные отрасли как приборостроение, космонавтика.

В первой части работы мы познакомилась с самыми интересными страницами мира кристаллов. Узнали об истории их открытия и получения, об удивительном создании природы – пещере гигантских кристаллов, о значении кристаллов в жизни человека

и об их применении.

А заключительную часть работы мы посвятила собственному эксперименту: выращиванию кристаллов поваренной соли, медного купороса.

Изначально мы делала этот опыт, потому что не могла поверить, что за такой короткий срок маленькие крупинки соли превратятся в красивые кристаллы. Два месяца, которые мы посвятила этому эксперименту, был насыщен яркими наблюдениями. Каждый день мы удивлялись тому, что наши кристаллы растут. И самое удивительно то, что самый большой кристалл достиг 1,5 см, чего мы себе раньше и представить не могла.

Также можем сказать о том, что выращивание кристаллов не сложная работа, но очень интересная. И любой человек у себя дома, сам может вырастить кристаллы соли, медного купороса. Ведь для этого эксперимента не нужно никаких специальных лабораторий, принадлежностей и великолепных знаний. Для того, чтобы вырастить кристалл соли нужны – стакан, вода и соль, а для ускорения процесса используя паровую баню. И вы сами сможете вырастить кристалл необычайной красоты.

Мы можем сделать вывод, что мир кристаллов не только очень удивительный, но и важный для всего человечества в целом.

4. ЛИТЕРАТУРА:

Большая книга эксперимента для школьников – М, Росмен, 2001

Журнал «Физика в школе» №6 – М.,2001.

Журнал «Квант» № 5 – М, 1998

Журнал «Физика в школе» №2 – М, 2003