I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

УДИВИТЕЛЬНЫЙ МИР КРИСТАЛЛОВ

• Авторы
• Файлы работы
• Наградные документы

Миникина Н.М. 1Канищева А.Э. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №5

Работа в формате PDF

1.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьника

1. Введение……………………………………………………………………….……3

2. Основная часть

2.1. Теоретическая часть…………………………………………….….…………5

2.2. Экспериментальная часть………………………………………………….…13

2.3. Результаты исследования и выводы………………………………..………..16

1. Список литературы………………………………………………………………...19

Введение

"Почти весь мир кристалличен.

В мире царит кристалл и его твердые,

прямолинейные законы"

Академик Ферсман А.Е.

XXI век – век технологий. Наука идет вперед с огромной скорость. Для воплощения в жизнь некоторых грандиозных и поистине важных проектов требуются вещества, обладающие определенными свойствами (высокой прочность, твердостью, тепло- и электропроводностью, устойчивостью к резким перепадам температур и др.). Такими веществами и являются кристаллы. Пожалуй, нет такой области техники, где не применялись бы кристаллы. Оптика, медицина, радиоэлектроника, химия, квантовая электроника - вот лишь малая часть областей, где кристаллы находят свое широкое применение. Именно поэтому сегодня с уверенностью можно сказать, что настоящее и будущее человечества зависит от кристаллов.

Природные кристаллы всегда вызывали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и свое жилище. Но сегодня человек может позволить себе выращивать кристаллы самых разнообразных цветов и размеров самостоятельно. Это мы и докажем в нашей проектной работе.

Наша проектная работа состояла из 3 частей:

1 часть: Выращивание кристаллов различных веществ;

2 часть: Исследование зависимости роста кристаллов, их формы и размера от различных факторов, а именно: скорости охлаждения насыщенного раствора;

3 часть: Исследование влияния музыки на рост кристалла;

Цель работы:

▪ создать коллекцию кристаллов различных веществ;

▪ исследовать зависимость скорости роста, формы и размеров кристаллов медного купороса от скорости охлаждения насыщенного раствора;

▪ выявить влияние музыки на рост и форму кристаллов.

Гипотеза: Мы предполагаем, что скорость роста кристаллов, а также их форма и размеры зависят от условий их выращивания и материала, а именно, от скорости охлаждения насыщенного раствора. На рост кристаллов оказывает влияние и такой внешний фактор как музыкальное сопровождение. Кристаллы, выращенные под классическую музыку, имеют структуру отличную от кристаллов, выращенных под тяжелую музыку.

Задачи:

• Проанализировать научно-популярную литературу по теме «Кристаллы»;

• Подготовить и провести эксперимент по выращиванию кристаллов медного купороса;

• Выявить зависимость роста кристаллов, их формы и размеров от внешних условий;

• Обобщить результаты исследования и сформулировать выводы.

Методы исследования:

• Исследовательский;

• Проблемно-поисковый;

• Деятельностный;

• Наблюдение.

Теоретическая часть

История кристаллов.

Кристаллы издавна привлекали внимание людей своей красотой, правильной формой, загадочностью. В настоящее время изучением многообразия кристаллов занимается наука кристаллография. Она выявляет признаки единства в этом многообразии, исследует свойства и строение, как одиночных кристаллов, так и кристаллических агрегатов. Кристаллография является наукой, всесторонне изучающей кристаллическое вещество.

«Кристалл» в переводе означает «замерзший». Согласно одной легенде, Бог пролил с Небес на Землю воду, и, пока она лилась на Землю из Космоса, она замерзла. Ангелы превратили «святой лёд» в камень, чтобы навсегда сохранить его как защитный благословенный дар для человечества. Так и появились кристаллы.

На самом деле, 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. 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.

А.С.Пушкин. К Овидию

Заметной вехой в истории кристаллов явилась книга, написанная в 1784 французским аббатом Р.Гаюи. Он выдвинул предположение, что кристаллы возникают в результате правильной укладки крохотных одинаковых частиц, которые он назвал «молекулярными блоками». Гаюи показал, каким образом можно получить гладкие плоские грани кальцита, укладывая такие «кирпичики». Различия в форме разных веществ он объяснил разницей, как в форме «кирпичиков», так и в способе их укладки.

Со времен Гаюи было принято как гипотеза, что в правильной форме кристалла находит отражение, упорядоченное внутреннее расположение частиц, но это было подтверждено лишь в 1912, когда М.фон Лауэ в Мюнхене установил, что рентгеновские лучи дифрагируют на атомных плоскостях внутри кристалла. Падая на фотографическую пластинку, дифрагированные лучи создают на ней геометрический узор из темных пятен. По положению и интенсивности таких пятен можно рассчитать размеры структурной единицы и определить расположение атомов в ней.

Имея в виду возможность прямого исследования внутренней структуры, многие занимающиеся кристаллографией стали употреблять термин «кристалл» в применении ко всем твердым веществам с упорядоченной внутренней структурой. Нужны лишь благоприятные условия, полагали они, чтобы внутренняя упорядоченность проявилась в виде правильной наружной огранки.

Что такое кристаллы?

Многие из самых обычных веществ вокруг нас представляют из себя кристаллы. Кристалл — это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих атомов. 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.

Рис. 1 Формы кристаллов

В зависимости от строения, кристаллы делятся на ионные, ковалентные, молекулярные и металлические.

Ионные кристаллы построены из чередующихся катионов и анионов, которые удерживаются в определенном порядке силами электростатического притяжения и отталкивания. Примером ионного кристалла может быть кристалл поваренной соли.

Рис.2 Кристаллическая решетка поваренной соли (NaCl)

В ковалентных кристаллах (их еще называют атомными) в узлах кристаллической решетки находятся атомы, одинаковые или разные, которые связаны ковалентными связями. Эти связи прочные и направлены под определенными углами. Типичным примером является алмаз.

Рис. 2 Кристаллическая решетка алмаза

Молекулярные кристаллы построены из изолированных молекул, между которыми действуют сравнительно слабые силы притяжения. В результате такие кристаллы имеют намного меньшие температуры плавления и кипения, твердость их низка. Так, кристаллы благородных газов (они построены из изолированных атомов) плавятся уже при очень низких температурах. Из неорганических соединений молекулярные кристаллы образуют многие неметаллы (благородные газы, водород, азот, белый фосфор, кислород, сера, галогены), соединения, молекулы которых образованы только ковалентными связями (H₂O, HCl, NH₃, CO₂ и др.). Этот тип кристаллов характерен также почти для всех органических соединений.

Металлические кристаллы образуют чистые металлы и их сплавы. Такие кристаллы можно увидеть на изломе металлов, а также на поверхности оцинкованной жести. Кристаллическая решетка металлов образована катионами, которые связаны подвижными электронами («электронным газом»). Такое строение обусловливает электропроводность, ковкость, высокую отражательную способность (блеск) кристаллов.

Кристаллы в природе.

В земле иногда находят камни такой формы, как будто их кто-то тщательно выпиливал, шлифовал, полировал. Это многогранники с плоскими и блестящими гранями. Даже современному человеку, впервые столкнувшемуся с природными кристаллами, невозможно поверить, что такие идеальные многогранники образовались сами и не являются делом рук искусного мастера. Такие камни с правильной, симметричной, многогранной формой и являются кристаллами.

Кристаллы в природе образуются тремя способами: из растворов, из расплавов, из газов. Кристаллы, залегающие в земле, бесконечно разнообразны. Размеры природных многогранников достигают подчас человеческого роста и более.

Встречаются кристаллы - пласты в несколько метров толщиной. Бывают кристаллы маленькие, узкие и острые, как иголки, и бывают громадные, как колонны.

Многие кристаллы идеально чисты и прозрачны, как вода. Недаром говорят “прозрачный как кристалл”, “кристально чистый”.

Наверное, самым известными и в тоже время самыми удивительными природными кристаллами являются снежинки. Каждую зиму мы наблюдаем миллиарды этих маленьких кристалликов. Снежинка — сложная симметричная структура, состоящая из кристалликов льда, собранных вместе. Вариантов сборки множество — до сих пор не удалось найти среди снежинок двух одинаковых. Впервые на прекрасные снежинки как на кристаллы строгой формы обратил внимание Иоганн Кеплер. О своих наблюдениях и выводах он рассказал в 1611 г. в трактате «О шестиугольных снежинках». Спустя три столетия американский натуралист У. Бентли более пятидесяти лет занимался фотографированием снежинок под микроскопом. Он издал альбом с тысячами фотографий, причём ни одна из них не повторяет другую.

Не менее знаменитыми, но, безусловно, самыми желанными кристаллами являются алмазы, которые после огранки превращаются в бриллианты. Разгадать тайну этих драгоценных камней люди пытались многие века. Когда же, наконец, установили, что алмаз - это одна из разновидностей углерода, никто не поверил! Действительно, ведь алмаз - символ не только богатства, но и необыкновенной твёрдости. А другая, самая распространённая в природе кристаллическая разновидность углерода - графит. Что сразу всплывает в памяти при этом слове? Ну конечно, грифели карандашей - черные, жирные на ощупь и очень мягкие!

Оказалось, что сверкающие кристаллы, с которыми связанно столько романтических историй, и невзрачный черный графит состоят из одних и тех же атомов углерода. Решающий опыт проверил в 1772г. Знаменитый французский химик Антуан Лавуазье. Он обнаружил, что при сжигании алмаза и обычного угля получается одно и то же вещество - углекислый газ.

Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов. Это, например, жемчуг, перламутр.

Рифы и целые острова в океанах сложены из кристалликов известняка, составляющих основу скелета беспозвоночных животных – коралловых полипов.

Таким образом, в природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы, но люди научились и сами выращивать кристаллы. На заводах и в лабораториях выращивают синтетические кристаллы. Как дирижер со своим оркестром вызывает к жизни разные мелодии, так и человек, управляя кристаллом, применяя к нему разные воздействия, выявляет самые различные удивительные физические свойства и явления, которых нет и, не может быть, в аморфном веществе.

Применение кристаллов и их роль в современном мире

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

Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет гро­мадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. 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.

Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах.

В граверных инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла вставлены алмазные острия.

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. У всех 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. Разница в цвете возникла из-за очень малых примесей в окиси алюминия: ничтожная добавка хрома превращает бесцветный корунд в кроваво-красный рубин, окись ти­тана - в сапфир. Есть корунды и других цветов. Есть у них ещё со­всем скромный, невзрачный брат: бурый, непрозрачный, мелкий ко­рунд - наждак, которым чистят металл, из которого делают наждач­ную шкурку. 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.

Новая жизнь рубина - это лазер или, как его называют в науке, оптический квантовый генератор (ОКГ), чудесный прибор наших дней. В 1960г. был создан первый лазер на рубине. Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц.

Мощный луч лазера громадный мощностью. Он легко прожига­ет листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых спла­вах, алмазе. Эти функции выполняет твердый лазер, где использует­ся рубин, гранат с неодитом. В глазной хирургии применяется чаще всего неодиновые лазеры и лазеры на рубине. В наземных системах ближнего радиуса действия часто используются инжекционные ла­зеры на арсениде галлия.

Появились и новые лазерные кристаллы: флюорит, гранаты, арсенид галлия и др.

Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для опти­ческих приборов.Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую промышленность.

Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон — все это разновидно­сти кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая кра­сивая, самая чудесная разновидность кварца - это и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Поэтому из прозрачно­го кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов. Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические заряды. Это - пьезоэлектрический эффект в кристал­лах. В наши дни в качестве пьезоэлектриков используют не только кварц, но и многие другие, в основном искусственно синтезирован­ные вещества: синетову соль, титанат бария, дигидрофосфаты калия и аммония (КДР и АДР) и многие другие.

Пьезоэлектрические кристаллы широко применяются для вос­произведения, записи и передачи звука.

Существуют и пьезоэлектрические методы измерения давления крови в кровеносных сосудах человека и давления соков в стеблях и стволах растений. Пьезоэлектропластинками измеряют, например, давление в стволе артиллерийского орудия при выстреле, давление в момент взрыва бомбы, мгновенные давления в цилиндрах двигате­лей при взрыве в них горячих газов.

Эдектрооптическая промышленность - это промышленность кристаллов, не имеющих центра симметрии. Эта промышленность очень велика и разнообразна, на её заводах выращивают и обраба­тывают сотни наименований кристаллов для применения в оптике, акустике, радиоэлектронике, в лазерной технике.

В технике также нашел своё применение поликристаллический материал поляроид.Поляроид - это тонкая прозрачная пленка, сплошь заполненная крохотными прозрачными игольчатыми кристалликами вещества, двупреломляющего и поляризующего свет. Все кристаллики распо­ложены параллельно друг другу, поэтому все они одинаково поляри­зуют свет, проходящий через пленку.

Поляроидные пленки применяются в поляроидных очках. По­ляроиды гасят блики отраженного света, пропуская весь остальной свет. Они незаменимы для полярников, которым постоянно прихо­дится смотреть на ослепительное отражение солнечных лучей от за­леденевшего снежного поля.

Поляроидные стекла помогут предотвратить столкновения встречных автомобилей, которые очень часто случаются из-за того, что огни встречной машины ослепляют шофера, и он не видит этой машины. Если же ветровые стекла автомобилей и стекла автомо­бильных фонарей сделать из поляроида, причем повернуть оба поля­роида так, чтобы их оптические оси были смещены, то ветровое стекло не пропустит света фонарей встречного автомобиля, "погасит его".

Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи. Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный.

Кристаллы используются также в некоторых мазерах для усиления волн СВЧ - диапазона и в лазерах для усиления световых волн. Кристаллы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, применяются в радиоприемниках и радиопередатчиках, в головках звукоснимателей и в гидролокаторах. Некоторые кристаллы модулируют световые пучки, а другие генерируют свет под действием приложенного напряжения. Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет.

Способы выращивания кристаллов из жидкой фазы.

Подобен чуду рост кристалла,Когда обычная вода,Одним мгновением вдруг, сталаСверкающим осколком льда.Луч света, затерявшись в гранях,Рассыплется на все цвета,И нам тогда понятней станет,Какой бывает красота.

П. Леонтьев

Кристаллизация из растворов является, по-видимому, самым распространенным способом выращивания кристаллов.

Способ 1. Охлаждение насыщенного горячего раствора

При каждой температуре в данном количестве растворителя (например, в воде) может раствориться не более определенного количества вещества. Например, в 100 г воды при 90°С может раствориться 200 г алюмокалиевых квасцов. Такой раствор называется насыщенным. С понижением температуры, т.е. при охлаждении полученного насыщенного раствора соли, растворимость большинства веществ уменьшается и на стенках сосудов появляются крошечные кристаллы – зародыши.

Способ 2. Методика выращивания кристаллов из расплавов

Для получения кристаллических веществ со строго определенной точкой плавления (например, очень чистых простых веществ или соединений с максимальной точкой плавления) поликристаллы изучаемого вещества расплавляют, а затем медленно понижают температуру расплава ниже точки плавления.

Наиболее простыми являются методы, в которых кристаллизация осуществляется в результате постепенного затвердевания расплава с одного конца контейнера (направленная кристаллизация). Для этого используют горизонтальные кристаллизационные аппараты (методы Капица) или вертикальные (методы Штёбера, Бриджмена, Стокбаргера, Киропулоса). Недостаток этих методов – контакт расплава со стенками контейнера, затрудняющий выращивание монокристалла из – за образования большого количества центров кристаллизации.

Способ3. Методика выращивания при испарении растворителя

Процесс осуществляется при постоянной температуре в строго изотермических условиях. Преимущественное испарение растворителя происходит «самопроизвольно», если обеспечивается контакт раствора с атмосферой. Скорость испарения легко регулируется температурой раствора. Для ускорения и регулирования испарения при постоянной температуре над поверхностью раствора часто пропускается струя воздуха или газа.

При выращивании кристаллов методом испарения растворителя исключаются все неблагоприятные факторы, обусловленные изменением температуры. С другой стороны, испарение растворителя сопровождается обогащением раствора примесями, коэффициент захвата которых меньше единицы. Соответственно изменяется их концентрация в кристалле. Второй отрицательный момент метода связан с изменением пересыщения в процессе опыта. Последнее зависит от скорости испарения, которая в свою очередь определяется геометрией установки, в первую очередь площадью поверхности раствора. В отсутствие затравки скорость изменения пересыщения пропорциональна отношению площади испаряющей поверхности к объему раствора. В цилиндрическом сосуде это отношение обратно пропорционально высоте столба раствора. Иными словами, при испарении одинакового объема раствора большие пересыщения создаются при малой высоте столба.

Экспериментальная часть

1. Создание коллекции кристаллов, выращенных методом охлаждения

насыщенного горячего раствора соли.

1.  

   1. Выращивание кристаллов медного купороса CuSO₄ • 5H₂O

Медный купорос — пятиводный сульфат меди (II) CuSO₄*5H₂O. В древности его называли витриолом (от латинского слова vitrum — стекло), так как крупные кристаллы напоминают цветное синее стекло. Медный купорос применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, в промышленности при производстве искусственных волокон, органических красителей, минеральных красок, мышьяковистых химикатов, для обогащения руды при флотации, при воронении стали, в гальванопластике и др. В природе CuSO₄^.5H₂O встречается в виде минерала халькантита.

1.  

   1. Выращивание кристаллов нитрата калия KNO₃

Нитрат калия, азотнокислый калий (калиевая селитра, калийная селитра, индийская селитра и др.) —неорганическое бинарное соединение, калиевая соль азотной кислоты с формулой KNO₃. В кристаллическом состоянии — бесцветное вещество, нелетучее, слегка гигроскопичное, без запаха. Нитрат калия хорошо растворим в воде. Форма кристаллов игольчатая, сами кристаллы очень длинные.

Основное применение находит в пиротехнике (до XX века особенно широко, как компонент основного в то время взрывчатого вещества — дымного (черного) пороха) и как калийно-азотное удобрение (очень удобное соединение двух обычно плохо сочетающихся при усваивании растениями элементов)

1.  

   1. Выращивание кристаллов гексоцианоферрата (III) калия K₃(Fe(CN)₆)• 3Н₂О

Гексоцианоферрат (III) калия или красная кровяная соль, это довольно сложное комплексное соединение, имеющее очень интересную кристаллическую решетку. Кристаллы этой соли растут довольно быстро и имеют разнообразные формы. Но есть одно но: гексоцианоферрат (III) калия - довольно ядовитое вещество и требует осторожного обращения.

1.  

   1. Выращивание кристаллов дихромата аммония (NH₄₎₂Cr₂O₇

Дихромат аммония— кристаллическое вещество оранжево-красного цвета, хорошо растворимое в воде. Токсично, поэтому при работе с ним надо быть очень осторожными. Применяется в металлообрабатывающей, кожевенной, текстильной, химической, лакокрасочной, фармацевтической, керамической, спичечной промышленности.

1.  

   1. Выращивание кристаллов алюмокалиевых квасцов NiSO₄ • 7H₂O

Эта соль замечательна своим изумрудно-зеленым цветом и формой кристаллов, похожей на форму кристаллизации изумруда. Процесс выращивания кристаллов в этом случае совершенно не отличается от процесса выращивания монокристаллов квасцов, но требует постоянного внимания, так как раствор почему-то испаряется очень быстро и приходится доливать новый. Также соль довольно дорогая, так что ее постоянно не хватает, если, конечно, вы не получаете реактивы бесплатно. Раствор гептагидрата сульфата никеля почти непрозрачен, на просвет зеленый, чуть ярче получающихся кристаллов. Кристаллы имеют приятный сине-зеленый цвет, на просвет такие же, как и раствор. Хранить полученные кристаллы лучше исключительно в растворе, так как при хранении на воздухе на них образуется дегидратная пленка белого цвета.

Выращивание кристаллов данных веществ включало в себя 3 этапа (на примере медного купороса):

1 этап: Приготовление насыщенного (маточного) раствора медного купороса.

В горячую воду небольшими порциями при постоянном перемешивании вносим необходимое количество вещества. Как только соль перестанет растворяться, раствор насыщен.

Для приготовления насыщенных растворов солей воспользуемся таблицей растворимости веществ в 100 мл воды.

Число граммов растворимости вещества в 100 мл воды.

Таблица 1.

2 этап: Фильтрование полученного насыщенного раствора

Готовый насыщенный раствор процеживают через фильтр во второй химический стакан, в котором и будет происходить рост кристалла. Стакан накрывают листком бумаги и ждут появления первых кристалликов.

3 этап: Выбор затравки

Через некоторое время дней на дне стакана появляются первые кристаллики. Обычно они все имеют разную форму. Именно из них и отбираются те, кото­рые имеют более правильную форму. Эти кристаллики будут использованы в качестве затравки.

4 этап: Выращивание крупных одиночных кристаллов.

Заранее приготовленный новый раствор переливают в чистый стакан и погружают туда затравку (кристаллик привязанный на нити). Стакан накрывают бумагой и оставляют в теплом месте. Уже через неделю можно заметить, что кристалл заметно подрос. Раствор со временем испаряется, поэтому нужно время от времени добавлять раствор по мере необходимости.

1. Исследование влияния скорости охлаждения растворов на рост кристаллов.

Исследовали зависимость скорости охлаждения раствора на рост кристалла. Для этого готовили насыщенный раствор вещества, полученный раствор отфильтровывали, выбирали затравки. Одну из затравок помещали в насыщенный раствор и оставляли в теплом помещении без сквозняков, а другую затравку помещали в насыщенный раствор, который выносили на балкон (t° = 16°С). Ср

Сравнивали полученные кристаллы по форме, размеру и цвету.

1. Исследование влияния музыки на рост кристаллов

В качестве растворителя для выращивания всех кристаллов в нашей работе использовалась вода. Знаменитый японский ученый и целитель Масару Эмото показал, что вода способна впитывать, хранить и передавать человеческие мысли и эмоции. Позже выяснилось, что удивительное воздействие на воду оказывают и музыкальные вибрации. Мы решили исследовать рост кристаллов некоторых веществ под воздействием классической музыки и тяжелого рока. Для этого нами были выбраны быстро кристаллизующиеся вещества, такие как, калийная селитра, медный купорос и дихромат аммония.

Результаты исследования

1. В ходе работы над проектом нам удалось создать небольшую коллекцию кристаллов, выращенных методом охлаждения насыщенного раствора.

Поликристаллы KNO₃ Поликристаллы (NH₄₎₂Cr₂O₇ Поликристаллы NiSO₄·7H₂O

Поликристаллы CuCl₂ ·2 H₂OПоликристаллы NH₄NO₃ ПоликристаллыK₄[Fe(CN)₆]·3H₂O

Поликристаллы CuSO₄·5H₂O Поликристаллы NaCl

1. При исследовании влияния скорости охлаждения раствора было обнаружено, что чем медленнее скорость охлаждение, т.е. медленнее идет кристаллизация, тем крупнее и прозрачнее кристалл, который образуется (монокристалл). Быстрое охлаждение приводит к получению множества мелких кристалликов и в результате образуется поликристаллы.

Монокристалл (NH₄₎₂Cr₂O₇ Поликристаллы (NH₄₎₂Cr₂O₇

Монокристалл NiSO₄·7H₂OПоликристаллы NiSO₄·7H₂O

Монокристалл CuSO₄·5H₂O Поликристаллы CuSO₄·5H₂O

1. При исследовании роста кристаллов некоторых быстрокристаллизующихся веществ под воздействие релаксирующей музыки и тяжелого рока были обнаружены поразительные результаты. Релаксирующая музыка, с ее спокойными и чистыми интонациями, привела к созданию прекрасных, хорошо оформленных кристаллов. В противоположность этому, кристаллы, рост которых проходил под действием тяжелого рока, как бы разбегались в разные стороны и не могли сформировать правильные кристаллы.

Рост кристаллов KNO₃ Рост кристаллов KNO₃

под классическую музыку под тяжелый рок

(фото через микроскоп) (фото через микроскоп)

Кристаллы KNO₃ , Кристаллы KNO₃,

выращенные под классическую музыку выращенные под тяжелый рок

(фото кристалла с предметного стекла) (фото кристалла с предметного стекла)

Рост кристаллов CuSO₄·5H₂O Рост кристаллов CuSO₄·5H₂O

под классическую музыку под тяжелый рок

(фото через микроскоп) (фото через микроскоп)

1. Таким образом, наши гипотезы в результате проведенных исследований подтвердились.

Список литературы

1. О.Ольгин. Опыты без взрывов. Изд. 3-е – М.: Химия, 1995.-144 с.

2. Полосин В. С. Школьный эксперимент по неорганической химии, 1959.-156 с.

3.Стёпин Б. Д., Аликберова Л. Ю., Книга по химии для домашнего чтения, Химия, 1994г.

4.Шаскольская М. П. Кристаллы, изд-во: Наука, 1985.- 186с.

5. http://www.kristall.ru/