Оглавление

1.Введение 2

2. Глава II. Теория о кристаллах. 3

2.1. Что такое кристаллы. Кристаллическая структура. 3

2.2.Образование кристаллов. 4

2.3. Монокристаллы и поликристаллы. 4

2.4. Виды и типы кристаллов. 6

2.5. Применение кристаллов. 7

2.6. Способы выращивания кристаллов в домашних условиях. 8

3. Глава II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 9

4.Заключение 11

5. Литература: 12

Приложение 1. 13

Приложение 2. 14

Приложение 3. 19

1.Введение

Каждый человек в своей жизни хотя бы один раз любовался красивым блеском кристаллов. Они завораживают своими правильными формами, большим разнообразием расцветок. Человечество с древних времен изучает свойства кристаллов. Кристаллы, как и живые существа, могут зарождаться, расти, стареть и разрушаться.

Природные кристаллы вырастают в недрах нашей планеты в естественных для роста условиях.

Искусственные кристаллы выращиваются в лабораториях или в домашних условиях. К примеру, кристаллы медного купороса или кристаллы из обычной поваренной соли можно с легкостью вырастить дома.

Мы посетили Государственный геологический музей имени РАН.

Там было очень интересно. Огромное количество красивых камней….Одним из них был кристалл. Мы заинтересовалась кристаллами и решили попробовать вырастить кристаллы в домашних условиях.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Актуальность работы: кристаллы играют большую роль в жизни человека. Их используют в науке и технике, в качестве украшений, элементов декора. Зная структуру кристаллов, можно управлять их свойствами.

Гипотеза: некоторые кристаллы легко выращиваются в домашних условиях.

Предмет исследования: кристаллы.

Объект исследования: рост кристаллов.

Цель проекта: изучение процесса роста кристаллов
медного купороса и поваренной соли в домашних условиях, вырастить кристаллы соли дома в домашних условиях.

Задачи проекта:

Изучить происхождение кристаллов, их разновидности. Выяснить, где и как применяются кристаллы. Определить способ выращивания кристаллов в домашних условиях. Подобрать дома доступное оборудование и сырье для выращивания кристаллов. Познакомиться с мерами безопасности при проведении опытов. Вырастить кристаллы медного купороса и поваренной соли. Сравнить полученные кристаллы.

2. Глава II. Теория о кристаллах.

2.1. Что такое кристаллы. Кристаллическая структура.

В школьных учебниках кристаллами обычно называют твердые тела, образующиеся в природных или лабораторных условиях и имеющие вид многогранников, которые напоминают самые непогрешимо строгие геометрические построения. Поверхность таких фигур ограничена более или менее совершенными плоскостями — гранями, пересекающимися по прямым линиям — ребрам. Точки пересечения ребер образуют вершины.

Кристалл — это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих атомов.

Кристаллами называются все твердые тела, в которых слагающие их частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены строго закономерно наподобие узлов пространственных решеток.

Ниже приводится схематическое изображение кристаллических решеток поваренной соли и алмаза:


Поваренная соль	Алмаз

Возможно вы считаете, что кристалл — это редкий и красивый минерал или драгоценный камень. Отчасти вы правы. Изумруды и бриллианты являются кристаллами. Но не все кристаллы редки и красивы. Каждая отдельная частица соли или сахара — тоже кристалл! Многие из самых обычных веществ вокруг нас представляют из себя кристаллы.

В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода — одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки.

В переводе с греческого слово «кристалл» означает «прозрачный лед». Вначале так называли горный хрусталь. Горный хрусталь принимали за лед, который так сильно замерз, что уже не тает. Главной особенностью кристалла считали его прозрачность, поэтому позднее так стали называть все прозрачные твердые тела. Сейчас словом «кристалл» называют все твердые тела с упорядоченной внутренней структурой, которая часто проявляется в виде правильной геометрической формы тела.

2.2.Образование кристаллов.

Минеральные кристаллы образуются в ходе определенных породообразующих процессов. Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать.

Они охлаждаются очень медленно. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. Миллионы лет тому назад гранит был расплавленной массой минералов в жидком состоянии. В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и образуют кристаллы различных видов.

Минералы являются частью земной коры, и составляют внутреннюю структуру планеты. Они образуются из расплавленной магмы, находящейся в глубинных слоях Земли, и затвердевающей при выходе. Под воздействием различных природных условий постепенно происходят сдвиги земной коры, отдельные её слои опять опускаются и расплавляются. Кристаллы и есть продукты этого геологического циклического процесса.

Каждый кристалл состоит из миллионов отдельных структурных элементов, называемых монокристаллами и образующих кристаллическую решётку. Элементарная ячейка кристаллической решётки представляет собой квадрат, в каждом углу которого находится атом. В кристаллах кварца — это атомы кремния и кислорода.

Природные кристаллы кварца, добытые из земли, реагируют на сжатие и деформацию. В них появляются электрические заряды (пьезоэлектричество).

При нагреве кристалла кварца нарушается устойчивость его атомной структуры. Стремление природных сил к её восстановлению приводит к перераспределению электрических зарядов, и возникновению поляризации. Это называется пьезоэлектричеством.

2.3. Монокристаллы и поликристаллы.

Твердые тела (кристаллы) характеризуются наличием значительных сил межмолекулярного взаимодействия и сохраняют постоянными не только свой объем, но и форму.

Кристаллические тела можно разделить на две группы: монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллы — твердые тела, частицы которых образуют единую кристаллическую решетку. Кристаллическая структура монокристаллов обнаруживается по их внешней форме. Хотя внешняя форма монокристаллов одного вида может быть различной, но углы между соответствующими гранями у них остаются постоянными. (Фото 1, 2. )Это закон постоянства углов, сформулированный совым. Он сделал важный вывод, что правильная форма кристаллов связана с закономерным размещением частиц, образующих кристалл. Монокристаллами являются большинство минералов. Однако крупные природные монокристаллы встречаются довольно редко (например, лед, поваренная соль, исландский шпат).

Фото1 Фото 2

В настоящее время многие монокристаллы выращиваются искусственно. Условия роста крупных монокристаллов (чистый раствор, медленное охлаждение и т. д.) часто не выдерживаются, поэтому большинство твердых тел имеет мелкокристаллическую структуру, т. е. состоит из множества беспорядочно ориентированных мелких кристаллических зерен. Такие твердые тела называются поликристаллами (многие горные породы, металлы и сплавы).(Фото 3, 4)

Фото 3 Фото 4

Характерной особенностью монокристаллов является их анизотропность, т. е. зависимость физических свойств — упругих, механических, тепловых, электрических, магнитных, оптических — от направления. Анизотропия монокристаллов объясняется тем, что в кристаллической решетке различно число частиц, приходящихся на одинаковые по длине, но разные по направлению отрезки (рис. 1), т. е. плотность расположения частиц кристаллической решетки по разным направлениям не одинакова, что и приводит к различию свойств кристалла вдоль этих направлений. В поликристаллах анизотропия наблюдается только для отдельных мелких кристалликов, но их различная

Рисунок 1

ориентация приводит к тому, что свойства поликристалла по всем направлениям в среднем одинаковы.

2.4. Виды и типы кристаллов.

Кристаллы могут иметь всевозможные формы. Все известные в мире кристаллы могут быть разделены на 32 вида, которые в свою очередь могут быть сгруппированы в шесть видов. Кристаллы могут иметь и разные размеры.

Множество всех кристаллов можно классифицировать, разбить на несколько типов и видов, используя тот или иной характерный критерий классификации.

Рассмотрим несколько из них.

Во-первых, кристаллы следует разделить на две большие группы: идеальные и реальные.

Идеальные кристаллы – это математическая абстракция, используемая учеными для описания свойств настоящих кристаллов. Характерными признаками идеального кристалла являются гладкие грани, строгий дальний порядок, определенная симметрия кристаллической решетки и прочие характерные для кристалла параметры.

Реальные кристаллы – это те кристаллы, с которыми мы сталкиваемся в реальной жизни. Они имеют различные примеси, которые могут понижать симметрию кристаллической решетки, шероховатые грани, могут иметь не правильную форму, дефекты оптических свойств (если кристалл прозрачный).

Еще одним критерием деления кристаллов на виды является их происхождение. По этому критерию кристаллы делятся на природные (естественные) и искусственные (выращенные человеком).

Природные кристаллы вырастают в недрах нашей планеты в естественных для роста условиях.

Искусственные кристаллы выращиваются в лабораториях или в домашних условиях. К примеру кристаллы медного купороса или кристаллы из обычной поваренной соли можно с легкостью вырастить дома.

2.5. Применение кристаллов.

Применение кристаллов в науке и технике очень разнообразно. Приведу только несколько примеров. Самый твердый и редкий минерал – алмаз (фото 5) – используется как украшение. Так же из-за его исключительной твердости многие режущие инструменты покрывают смесью алмазного порошка и клейкого вещества. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы.

Рубин и сапфир (фото 6) относятся к самым красивым и дорогим из драгоценных камней. Но у них есть и другие применения. Все часы работают на искусственных рубинах. Рубины используют в лазерах, так как его кристалл усиливает свет. Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов.

Кристаллы используются в устройствах для записи и воспроизведения звука. Кристаллы кремния и германия входят в состав полупроводниковых диодов, которые есть в каждом компьютере и мобильном телефоне.

Так же в технике нашел свое применение материал поляроид (фото 7) – тонкая прозрачная пленка, заполненная крохотными игольчатыми кристаллами. Поляроидные пленки используют в поляроидных очках, так как они гасят блики отраженного света. Это важно для полярников, которым приходится смотреть на ослепительный снег, а так же для водителей автотранспорта.

Алмаз Сапфир Поляроидные пленки

Фото 5 Фото 6 Фото 7

2.6. Способы выращивания кристаллов в домашних условиях.

Существует всего два метода выращивания кристаллов в домашних условиях. В домашних условиях кристалл выращивают путем выпаривания воды, в котором находится вещество, или путем изменения температуры воды, охлаждения. Каков же основной принцип этого процесса? Берется нужное вещество, готовится из него перенасыщенный (концентрированный) раствор, кладется в раствор так называемая затравка, мелкий кристаллик, и путем прилипания молекул вещества на затравку кристаллик растет. А чтобы молекулы прилипали, нужно либо остужать воду, либо выпаривать (можно и то, и другое). Быстрый способ выращивания кристаллов – это медленное охлаждение раствора.

Многие советуют начинать выращивание кристаллов из поваренной соли. Но кристаллы из поваренной соли растут очень медленно, несколько недель. Поэтому для первого опыта лучше взять медный купорос (продается в хозяйственных магазинах), но будьте осторожны, вещество ядовито!

3. Глава II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Этап 1. Приготовление раствора.

Для выращивания кристаллов в домашних условиях, мы решили взять соли медного купороса и поваренной. Соль медного купороса купили в магазине садово-огородного инвентаря, где она продается как средство по борьбе с плесенью, а поваренную соль в обычном продуктовом магазине ( по совету учителя соль поваренную купили без всяких примесей)

ВАЖНО! Нужно помнить, что медный купорос - это химические реактивы, поэтому дети должны работать с ними только под наблюдением взрослых!

1.Сначала надо приготовить насыщенный раствор соли. Для этого надо в банку залить воду, затем небольшими порциями добавлять соль и размешивать ее до полного растворения. На 300 мл воды положили 200 г медного купороса. После этого мы приготовили «затравку» для кристалла медного купороса - на нитку привязала маленький кусочек медного купороса и подвесила нить на карандаш так, чтобы нить и «затравка» не касались дна и стенок мензурки. (фото 8, 9).

2.На 300 мл воды положили 200 г поваренной соли, отфильтровали раствор. Из проволоки изготовили кулон в форме сердца, привязали на нить и тоже подвесили на карандаш. Нить и кулон не касались дна и стенок мензурки. (фото 10, 11).

Этап 2. Наблюдение за ростом кристаллов.

1.На следующий день после приготовления раствора на нитке и кулоне появились маленькие кристаллики. В банке с медным купоросом кристалл был крупнее и заметнее (фото 12), чем в банке с поваренной солью (фото 13).

2.Через 2 дня увидели, что медный купорос выпал в осадок на дно банки и в банке вырос небольшой кристалл (фото 14). Мы решили использовать кристалл, который был красивой правильной формы в качестве затравки, для того чтобы вырастить второй кристалл быстрым способом. На кулоне кристаллы поваренной соли росли, но очень медленно (фото 15).

3.Тогда мы решили ещё раз использовать быстрый метод выращивания кристаллов: добавить в растворы еще по 200 г соли, нагрели их на «песочной бане» до 60 градусов т. к. соль растворяется одинаково при последующей температуре. Соль постоянно помешивали, чтобы она полностью растворилась.(фото 16).

4.Когда вся соль растворилась, раствор в каждой банке оказался горячим. Дали возможность чуть-чуть раствору остыть, и опустили туда свои кристалл. На следующий день мы увидели, что в банке с медным купоросом появился достаточно большой кристалл (фото 17), а в банке с поваренной солью тоже выросли кристаллы небольших размеров (фото 18).

5.Мы стали наблюдать за ростом кристаллов в течении двух недель. Кристалл медного купороса рос быстрее, чем кристалл из поваренной соли. В итоге наши кристаллы выросли так. (фото 19,20).

Этап 3. Сравнение полученных кристаллов.

Мы рассмотрели кристаллы медного купороса и поваренной соли и увидели следующее:

Кристаллы имеют разный цвет: у медного купороса – насыщенный синий, а у поваренной соли – белый. Они имеют разную форму: грани медного купороса похожи на ромбы, а грани поваренной соли больше похожи на параллелограммы. Рост кристаллов произошел по-разному: кристалл медного купороса вырос больше в длину вдоль нити, а кристалл поваренной соли вырос больше в ширину, вдоль каркаса, маленькими кристалликами. Кристаллы хрупкие, они надламываются, с ними надо обращаться очень аккуратно. (фото 21 ).

4.Заключение

Выращивание кристаллов - процесс - занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе.

К сожалению, есть некоторые особенности их хранения. Чтобы предохранить его от разрушения, можно покрыть его бесцветным лаком.

Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей.

Мы получили подвеску из кристаллов. Для этого надо приготовить каркас из проволоки, обмотанной обычными нитками или ватой, окунуть его в насыщенный раствор, тут же вынуть и просушить при комнатной температуре. На проволочном каркасе при высыхании образуются мельчайшие кристаллики, которые в дальнейшем послужат "затравками". А дальше опустить этот каркас в раствор и наращивать на нем кристаллы.

Если опустить в раствор разборную синтетическую елочку, предварительно обмотав ее ствол и ветви нитками, то можно вырастить "заснеженную" елку. В результате экспериментов можно получить целую коллекцию сувениров.

В ходе исследовательской работы гипотеза исследования полностью подтвердилась: кристаллы соли можно выращивать даже в домашних условиях при создании определенных условий и, если изменять условия кристаллизации и растворять различные вещества, то можно получать кристаллы разной формы, цвета и в разные сроки.

После завершения исследования разработали рекомендации по выращиванию кристаллов в домашних условиях. (Приложение 1).

В дальнейшем мы планируем:

Провести мастер-класс «Выращивание кристаллов из соли» в 7-х классах нашей школы. Распространить среди учеников начальной школы памятки - рекомендации по выращиванию кристаллов в домашних условиях.

Работа по этой теме еще незакончена. Мы поняли, что можно выращивать кристаллы из разных солей и хотим вырастить целую коллекцию кристаллов. Приобретенные знания, умения и навыки обязательно пригодятся в дальнейшей учебе.

На основании проделанной работы мы сделали следующие выводы:

Кристаллы разных веществ отличаются друг от друга цветом и формой. Разные кристаллы имеют разные направление роста и скорость роста. Кристаллы лучше растут в сильно насыщенном растворе соли. Рост кристаллов сильно зависит от температуры: чем выше температура, тем быстрее растут кристаллы. Кристаллы медного купороса и поваренной соли хрупкие, при работе с ними надо быть аккуратной. мы изучили интересные сведенья о кристаллах, об их форме, о том как появляются кристаллы; вырастили и пронаблюдали за процессом их роста.

Результаты работы:

Мы научились работать с источниками информации из Интернета. Освоили два способа выращивания кристаллов. В течении нескольких недель наблюдали рост кристаллов. Рассказали семиклассникам, как можно вырастить кристаллы в домашних условиях на занятии по теме «Мир кристаллов».

5. Литература:

Занимательные опыты по химии: Книга для учителя. - М.: «Просвещение»,1995. Кристаллохимия. - Москва «Наука», 2001. Я познаю мир./ – М.: АСТ-ЛТД». 1998. – 480с. Опыты без взрывов, М.: «Химия», 1995. Кристаллы. – М.: «Наука», 1998. . Кристаллы.: Москва. - Наука. Физико-математическая литература, 1995.

7. Интернет ресурсы:

7.1. https://dic. academic. ru/dic. nsf/ntes/2279/КРИСТАЛЛ

7.2. http://ru. wikipedia. org/wiki/кристаллы : Википедия.

7.3. http://www. /page6.html : Выращивание кристаллов в домашних условиях.

7.4. http://course-crystal. /p31aa1.html : Мир кристаллов (дистанционный курс по физике).

Приложение 1.

Рекомендации по выращиванию кристаллов в домашних условиях

Этап 1: Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде (подогреть нужно для того, чтобы соли растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре). Растворять соль до тех пор, пока соль уже больше не растворяется (раствор насыщен!).

Этап 2: Насыщенный раствор перелить в другую ёмкость, где будет расти кристалл, профильтровать через салфетку. На этом этапе следите, чтобы раствор не остывал.
Этап 3: Привяжите на нитку кристаллик соли, другой конец нитки привяжите к карандашу и положите его на края стакана, где налит насыщенный раствор. Кристаллик опустите в насыщенный раствор.
Этап 4: Перенесите ёмкость с насыщенным раствором и кристалликом в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий).
Этап 5: Накройте бумагойсверху ёмкость с кристалликом от попадания пыли и мусора. Оставьте раствор на пару дней.

Важно помнить!

1. Кристаллик нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора.
2. Не допускать попадание мусора в насыщенные раствор.
3. Следить за уровнем насыщенного раствора, периодически (раз в неделю или две) обновлять при испарении раствор.