Гимназическая научно-практическая конференция
Предмет: Химия
Выращивание кристаллов в природных растворах
Автор: ,
4 класс, МБОУ г. Мурманска Гимназия № 3
Научный руководитель: ,
учитель начальных классов,
МБОУ г. Мурманска Гимназия № 3
Мурманск
2018 г.
Оглавление
1. Общая характеристика кристаллов 4
1.1. Виды образования кристаллов. 4
Введение
Кристаллы окружают нас повсюду. Существуют самые обычные кристаллы это сахар, соль, лёд, снежинки и др. А существуют более дорогие и красивые кристаллы, которые широко применяются в науке и технике это алмаз, рубин, сапфир, кремний и др. Рост кристаллов в природе занимает длительное время, но люди научились выращивать синтетические кристаллы. На заводах и в лабораториях процесс выращивания проходит гораздо быстрее. Я задался вопросом: «Что же в естественной среде замедляет рост кристаллов»?
Я решил провести исследование: выращивание кристаллов в различных природных растворах на примере медного купороса.
Актуальность работы обусловлена тем, что, выращивание кристаллов - это важная отрасль в современном мире. Полученные знания значительно расширят кругозор и пригодятся в дальнейшем при изучении химии, а точнее свойств солей и процессов гидролизации.
Предмет исследования - процесс кристаллизации.
Объект - кристаллы.
Цель работы – определить влияние веществ и примесей, находящихся в природных растворах на рост и формирование кристаллов.
Для достижения поставленной цели предстоит решить следующие задачи:
- Дать общую характеристику кристаллов.
- Изучить различные способы выращивания кристаллов.
- Подготовить растворы и реактивы.
- Провести практическое исследование, сделать выводы
- Создать электронную презентацию по собранной информации
Методы исследования:
- Изучение и анализ литературных источников, материалов сети Интернет.
- Проведение опытно-экспериментальной деятельности с целью получения кристаллов из медного купороса в различных растворах.
- Анализ полученных результатов исследования.
Кристаллы - это не только красивые камни, но и многие тела, которые нас окружают.
Кристаллы(от греч., первоначально —лёд, в дальнейшем —горный хрусталь, кристалл) —это твердые вещества, в которых атомы располагаются правильным образом относительно друг друга. Обычно считается, что кристаллы имеют правильную форму с плоскими гранями и прямыми ребрами.
Кристалл — это твердое состояние вещества. Образуется он в процессе кристаллизации. И имеет кристаллическую решетку.
Кристаллизация–это процесс перехода вещества из жидкого или газообразного состояния в твердое.
Кристаллическая решётка–это упорядоченное расположение частиц вещества.
Рисунок 1 - Простейшие виды кристаллических решёток
Некоторые вещества имеют несколько кристаллических форм. Таков, например, углерод в зависимости от того, как расположены его атомы, он становится либо алмазом – красивым самым твердым на земле камнем. Либо серовато-черным мягким графитом, который мы видим в карандаше.
Не так давно появилось понятие жидкие кристаллы. У некоторых веществ, при плавлении образуется жидкокристаллическая фаза.
Жидкий кристалл – это состояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости.
- Образования кристаллов из расплавов и газов.
Снежинки, лед и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев, представляют собой кристаллы льда, выросшие из паров воды. Подобным образом образуются и кристаллы некоторых минералов.
- Выпаривание и выветривание жидкости из водных растворов.
Например, каменная соль является одним из наиболее знакомых каждому человеку
минералов.
- Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов.
Некоторые виды моллюсков обладают способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр.
Промышленным выращиванием кристаллов, не имеющих центра симметрии, занимается эдектрооптическая промышленность.
На ее заводах выращивают и обрабатывают сотни наименований кристаллов для применения в оптике, акустике, радиоэлектронике и лазерной технике.
Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что их трудно перечислить. Рассмотрим несколько примеров.
Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение. Алмазными пилами можно 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.
Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. Новая жизнь рубина – это лазер. Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает стальные трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. В глазной хирургии также применяются лазеры. Появились и новые лазерные кристаллы: флюорит, гранаты, арсенид галлия и др. Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов.
Практическая часть исследования состояла из 3- х частей. Первая часть включала в себя подготовку растворов и реактивов. Вторая часть – выращивание кристаллов и наблюдение за ними. Третья часть – проведение анализа полученных результатов.
Первая часть – сбор растворов. Было подготовлено в пластиковых баночках
4 образца природных растворов:
- Вода из Атлантического океана привезена из отпуска.
- Вода из водопровода.
- Вода из водопровода обработана методом кипячения.
- Талая снежная вода. Был собран чистый свежий снег возле дома. Когда же снег растаял стало видно, что вода сильно загрязнена.
Медный купорос был куплен в магазине.
Нам известно, что все представленные растворы имеют разный химический состав, разную степень содержания солей и разную степень загрязнения. В ходе исследования необходимо определить влияние этих факторов на рост и формирование кристаллов.
Распределение растворов по степени содержания солей: (см. Приложение 3)
- Вода из Атлантического океана. (Высокое содержание солей
35%. ) - Вода из водопровода. Содержание солей (низкое содержание солей
1,5%. ) - Кипяченая вода из водопровода (Во время кипячения часть солей оседает<1,5%)
- Талая снежная вода. (Почти не содержит солей
)
Распределение растворов по степени загрязнения:(см. Приложение 3)
- Талая снежная вода. Загрязнение было хорошо видно невооруженным глазом.
- Вода из Атлантического океана. Вода была мутная.
- Вода из водопровода. Прозрачная.
- Кипяченая вода из водопровода. Во время кипячения примеси оседают и погибают микроорганизмы.
Перед тем, как приступить к выращиванию самих кристаллов, необходимо вырастить затравку.
Во все четыре образца я добавил одинаковое количество медного купороса, чтобы получился насыщенный раствор. После полного растворения медного купороса, я стал оценивать цвет и прозрачность полученных растворов: (см. Приложение 1)
- Вода из Атлантического океана стала мутная, цвет сине-зеленый, а на дно выпал белый осадок.
- Вода из водопровода оказалась прозрачной, цвет голубой.
- Кипячёная вода получилась прозрачная цвет бирюзовый.
- Талая вода получилась чуть светлее, чем вода из водопровода, а на дне появились пузырьки воздуха.
Поместил в каждую банку нитку. Емкости поставил в отдаленное место, где будет обеспечен более-менее постоянный температурный режим, и прикрыл, чтобы не допустить попадания посторонних примесей.
Через 3дня появились кристаллики. Для продолжения исследования я выбрал самые большие и красивые образцы.
Далее я приступил к выращиванию самих кристаллов. Так же взял 4 новые банки, наполнил их растворами.
Вода из Атлантического океана была прозрачная чуть-чуть мутноватая, а в ней плавали какие-то частицы (песок).
Вода из водопровода была просто прозрачная.
Кипячёная вода была прозрачная, но светлее чем вода из водопровода.
Талая вода — это растаявший снег. Перед экспериментом я профильтровал воду. Далее в каждую банку добавил одинаковое количество медного купороса и размешал до полного растворения. Получился насыщенный раствор. На леску аккуратно приклеил каждую затравку, поместил их в растворы. Банки накрыл.
В течении недели образовались кристаллы, росли они с разной скоростью.
- В кипяченой воде кристалл рос быстрее других. Он достиг самого большого размера 3,5 см и имеет более ровную форму.
- На втором месте кристалл, выросший в водопроводной воде. Размер 2 см.
- Третье место занял кристалл из воды атлантического океана. Размер 1,5 см.
- На последнем месте кристалл, который вырос в талой воде. Его размер всего 6 мм.
(см. Приложение 2)
При анализе результатов было выявлено, что быстрее и красивее кристалл рос в более чистой воде. В воде из Атлантического океана (с высоким содержанием соли и примесей) и в воде и водопровода (с низким содержанием солей и примесей) размеры кристаллов мало отличаются, разница составила 5 мм. А в загрязненной воде без содержания солей кристалл рос очень медленно.
Заключение
На примере кристаллов медного купороса мы выявили факторы, влияющие на рост и формирование кристаллов.
Вывод:
Таким образом, в результате учебного исследования, я выяснил, что
- скорость роста кристалла зависит от чистоты раствора;
- наличие других солей влияет на рост кристаллов их форму и красоту.
И так как в природной среде много загрязнений и различных примесей, поэтому рост кристаллов в природе занимает длительное время. Чтобы кристаллы росли быстро и были красивыми необходимо соблюдать стерильные условия.
Исследование было проведено на примере медного купороса, так как это доступный реактив для использования в домашних условиях.
Кристаллы медного купороса можно применять только для украшения, обязательно покрыв бесцветным лаком.
В дальнейшем я бы хотел более подробно изучить свойства кристаллов, сравнение кристаллов разных веществ.
Список литературы
- http://ru.wikipedia.org/wiki/кристаллы : Википедия
- Камни мира / ред. Группа: М. Аксёнова, Е. Ананьева, А. Ростоцкая и др. – М.: Мир энциклопедий Аванта+, Астрель, 2012. – 184с. – (Самые красивые и знаменитые).
- Большая детская энциклопедия: Химия / сост. К. Люцис. М.: Русское энциклопедическое товарищество. 2000.
Приложение 1
Рисунок 2 - Растворы медного купороса
Приложение 2
Рисунок 3 - Полученные кристаллы
Приложение 3
Рисунок 4 - Содержание солей
