I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ПОЛУЧЕНИЕ СЕРЕБРЯНЫХ ДЕНДРИТОВ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Драгель А.А. 1

---

1

Жамсаранова И.Г. 1

---

1

Работа в формате PDF

342.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение……………………………………………………………………..….1-2

Основная часть

Глава I. Теоретическая часть

1.  

   1. Бактерицидные свойства серебра…………………………………………....2

   2. Использование серебра……………………………………………………….3

   3. Упорядоченные структуры дендриты……………………………………….4

   4. Фракталы, дендримеры…………………………………………………….4-6

Глава II. Практическая часть

§ 2.1 Выращивание кристаллов серебра……………………………………….8-9

Заключение……………………………………………………………………….10

Список литературы

Введение.

Проблема: Можно ли вырастить дендриты серебра в школьной лаборатории, если использовать металл (медь) стоящий после водорода в электрохимическом ряду металлов.

Актуальность нашего исследования в том, что при изучении темы «Реакции замещения» мы поняли, что реакция между металлом и раствором соли практически осуществима; при условии, что металл должен располагаться в ряду активности металлов левее металла, входящего в соль, т.е. быть активнее металла соли. Поэтому медь не вступает в реакцию с раствором соли свинца или железа, но зато вытесняет серебро из раствора нитрата серебра.

Cu + 2AgNO_3(p-p) = Cu(NO_3)2(p-p) + 2Ag.

Цель работы: вырастить кристаллы металлического серебра, ознакомиться с образованием дендритов.

Задачи:

1.Ознакомиться со свойствами серебра

2. Получить кристаллическое серебро.

3. Ознакомиться с понятиями «дендриты», «фракталы» и их применением.

В ходе своей работы мы сфотографировали наш эксперимент. Находили ответы в литературных источниках и в интернете. Использовали следующие литературные источники:

1. Стрельникова Л. «Из чего всё сделано». Рассказы о веществе – М.: Яуза- пресс, 2011- 208с.

2. Книга для чтения по неорганической химии, Часть 2, Пособие для учащихся – М.: Просвещение, 1975-458с.

3. Популярная библиотека химических элементов. Книга первая, М.: Наука, 1977-483с.

4. Нанотехнологии. Азбука для всех под ред.Третьяков Ю.Д. –М.: Физматлит,2008-279с.

Основная часть

1.Теоретическая часть.

1.1 Бактерицидные свойства серебра.

Серебром люди стали пользоваться еще тогда, когда не было ученых. Объясняется это просто: как и золото, серебро когда-то довольно часто встречалось в самородном виде. Его не приходилось выплавлять из руд. О происхождении русского слова «серебро» ученые и доныне не пришли к единому мнению. Большинство из них считают, что это видоизмененное «сарпу», которое в языке древних ассирийцев означало как серп, так и полумесяц. В Ассирии серебро считалось «металлом Луны» и было таким же священным, как в Египте золото.[3]

Рисунок 1. Самородное серебро может иметь гидротермальное происхождение.

О серебре можно найти интересную информацию из следующих источников: Стрельникова Л. «Из чего всё сделано». Серебро - один из самых удивительных металлов. Он имеет массу вариантов использования в повседневной жизни - от ювелирных изделий, до оздоравливающих приборов.

О бактерицидных свойствах серебра, о целительности «серебряной» воды писали много. В особо крупных масштабах воду «серебрят» на океанских кораблях. В специальной установке, ионаторе, пропускают переменный ток через воду. Электродами служат серебряные пластинки. За час в раствор переходит до 10 г серебра. Этого количества достаточно, чтобы дезинфицировать 50 кубометров питьевой воды. Насыщение воды ионами серебра строго дозируют: избыток ионов представляет определенную опасность – в больших дозах серебро токсично. [3]

1.2 Использование серебра.

Серебро используется во всем мире, во многих мировых языках существуют разные названия этого металла, но по смыслу практически всегда они означают слово "белый" или "светлый".

Рисунок 3. Серебро всегда ценилось Рисунок 4. Космическая станция.

за красоту и блеск.

Первые украшения стали появляться в Египте, и вы удивитесь, но это было 6000 лет назад (рисунок 3). Антибактериальные свойства серебра известны во всем мире. Да и в нашей стране существует способ очистки воды - серебряной ложечкой в чашке.

На международной космической станции вода в употреблении только та, что прошла очищение серебром, и никакая другая (рисунок 4). Влияние серебра на здоровье человека также достаточно хорошо известно. Но не все знают, насколько оно обширно. Ученые проводили специальные исследования, и выяснили, что серебро способно повысить уровень гемоглобина и укрепить нервную систему человека, снимает головные боли и мигрени, успокаивает нервную систему и помогает преодолеть стрессы. Книга для чтения по неорганической химии.[2].

1.3 Упорядоченные структуры – дендриты.

В природе существуют процессы, при которых возникают упорядоченные структуры. К ним относятся, например, образование кристаллов. Некоторые кристаллы в природе растут в виде дендритов. Дендриты – это сложные кристаллические вещества, напоминающие по своему виду ветки дерева. Дендриты (от греческого Δένδρον - дерево) - сложные кристаллические образования, древовидной ветвящейся структуры. Термин этот давнего происхождения, Вернер упоминал «дендритные формы» минералов ещё в 1774 г. [5] Дендрит представляет собой ветвящееся и расходящееся в стороны образование, возникающее при ускоренной или стеснённой кристаллизации в неравновесных условиях, когда кристалл расщепляется по определённым законам. В результате он утрачивает свою первоначальную целостность, появляются кристаллографические блоки. Они ветвятся и разрастаются в разные стороны подобно дереву, тянущемуся к солнечному свету, кристаллографическая закономерность изначального кристалла в процессе его дендритного развития утрачивается по мере его роста. Дендриты могут быть трёхмерными объёмными (в открытых пустотах) или плоскими двумерными (если растут в тонких трещинах горных пород). Процесс образования дендрита принято называть дендритным ростом. [6]

Рисунок 5. Процесс образования дендрита серебра в пробирке.

1.4 Фракталы, дендримеры.

Необходимые условия для развития дендритов у кристаллов, растущих послойно, — большое переохлаждение и плохое перемешивание. Размеры дендритных ветвей зависят только от одного фактора — скорости охлаждения в интервале температур кристаллизации. Дендритами являются снежинки, живописные окислы марганца, имеющие вид деревьев в пейзажных халцедонах, также веточки самородной меди в зонах окисления рудных месторождений. Дендриты обладают фрактальными свойствами.[6]

Фрактал - фигура, составленная из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком. Фракталы живой природы: капуста, папоротник, раковины.

Рис. 6 Фрактальная форма: а) капуста - сорт Романеско, б) папоротник в) декоративная капуста, г) раковина.

Рис.7 Фрактальное дерево.

Фракталы широко применяются в компьютерной графике для построения изображений природных объектов, таких, как деревья, кусты, горные ландшафты, поверхности морей и так далее. Пифагор, доказывая свою знаменитую теорему, построил фигуру, где на сторонах прямоугольного треугольника расположены квадраты. В наш век эта фигура Пифагора выросла в целое дерево. В физике фракталы естественным образом возникают при моделировании нелинейных процессов, таких, как турбулентное течение жидкости, сложные процессы диффузии-адсорбции, пламя, облака и т. п. Фракталы используются при моделировании пористых материалов, например, в нефтехимии. В биологии они применяются для моделирования популяций и для описания систем внутренних органов (система кровеносных сосудов). Химики научились конструировать фрактальные крупные молекулы - дендримеры. Дендримеры [4], [5] представляют собой сильно разветвленные макромолекулы, включающие центральное ядро, промежуточные повторяющиеся единицы и концевые функциональные группы. Дендримеры могут служить своеобразными контейнерами для создания системы металлических наночастиц практически одинакового размера, которые могут использоваться как катализаторы химических реакций, при изготовлении электронных устройств, специальных покрытий. Это открывает возможности использования дендримеров в медицине в качестве носителей для направленной доставки генов или лекарственных веществ.

Рисунок 8. Формирование дендримера. Фото с сайта http://nano-edu.ulsu.ru/

Химики помещают внутрь дендримера магнитные наночастицы. Затем вводят соли металлов платины или палладия, из которых восстанавливаются металлы. Такая сложная молекула используется при катализе химических реакций для получения витаминов.[4] Наночастица металла внутри дендримера фото с сайта http://www.nanonewsnet.ru

II. Практическая часть. Выращивание кристаллов серебра.

На рисунке 1 представлен образец самородного серебра. Этот образец поразил нас красотой, и мы решили вырастить такие же блестящие кристаллы серебра.

Было выбрано вещество для получения серебра: раствор нитрата серебра, металл (медь) и вода. Исследовали условия для получения дендритов. Для того чтобы, получить серебро в виде кристаллов, необходимы центры кристаллизации, поэтому мы взяли медь как тонкую проволоку. В процессе реакции нитрата серебра и меди происходит реакция замещения металлов. Необходимо было обеспечить агрегацию - процесс слипания частиц серебра друг к другу. Для этого мы решили уменьшить процесс диффузии частиц, взяв раствор нитрата серебра низкой концентрации.

Техника безопасности: так как нитрат серебра оставляет на коже тёмные пятна, с ним необходимо работать в перчатках.

Выполнение эксперимента. Приготовили в чистом лабораторном стакане 1% раствор нитрата серебра (на 100 г воды, которую отмерили мензуркой- 100 мл, взяли 1 г чистого нитрата серебра, взвешенного на весах). Налили часть раствора в пробирку и опустили спирально закрученную медную проволоку. Наблюдали и фотографировали получаемый процесс. Сначала проволока потемнела, затем на ней стали осаждаться частицы чистого серебра, частицы как иголочки прилипали друг к другу, они были очень хрупкие, осаждались в виде дендрита. Опыт продолжался более двух часов. Результат: дендрит получился.

Рисунок 9. Наблюдаем осаждение и образование дендритов металла серебра.

Результаты экспериментов. В результате нашего эксперимента мы получили кристаллы металлов: серебра и меди. Очень хорошо заметны кристаллы серебра, хотя их мало на медной проволочке, т.е. серебро, отделилось из раствора и выделилось в виде кристаллов. В конечном итоге по истечении шести дней, во второй пробирке вода испарилась и очень хорошо видно образование дендритов цинка. А в первом стакане раствора было больше и на поверхности мы видим блестящий металл, раствор в течение недели становится все прозрачнее. Получилось очень мало чистого серебра т.к. раствор соли содержащей металл был взят разбавленный. И в конечном итоге раствор соли становится прозрачным. Это показывает, что выделяется из раствора нитрат серебра. Образовались дендриты серебра. Образуются из данной соли: кристаллы металла – серебра. В пробирке получились чистые дендриты серебра, более крупные.

Рис 10. Кристаллы серебра в стеклянном стакане на медной проволочке в пробирке.

Заключение

Выводы и результаты, полученные в ходе исследования:В процессе работы над исследованием мы познакомились со свойствами серебра; научились поиску литературы, постановке экспериментов в различных условиях, изучили понятия дендриты, фракталы. Провели наблюдения за процессом образования кристаллического серебра. Поставили эксперимент и наблюдали опыт по выращиванию кристаллов серебра в разбавленном растворе нитрата серебра. Мы ознакомились с условиями образования серебра в виде дендритов. В школьной лаборатории были получены дендриты серебра. Для их получения необходим 1% раствор нитрата серебра и металл для осаждения. Узнали применение дендритов, фракталов. Провели эксперимент и наблюдали за процессом образования кристаллического серебра. Наблюдали осаждение кристаллов серебра на медную поверхность. Получили дендриты серебра. Особенно хорошо получились дендриты в пробирке со свежеприготовленным (растворили в горячей воде) раствором нитрата серебра.

Литература

1. Стрельникова Л. Из чего всё сделано. Рассказы о веществе – М.: Яуза- пресс, 2011- 208с.

2. Книга для чтения по неорганической химии, Часть 2, Пособие для учащихся – М.: Просвещение, 1975-458с.

3. Популярная библиотека химических элементов. Книга первая, М.: Наука, 1977-483с.

4. Нанотехнологии. Азбука для всех/ под ред. Третьяков Ю.Д. –М.: Физматлит,2008-279с.

5. Богданов К.Ю. Что могут нанотехнологии / http://kbogdanov5.narod.ru/15.htm

6. Третьяков Ю.Д. Дендриты, фракталы и материалы // Соросовский образовательный журнал, № 11, 1998г. МГУ им М.В. Ломоносова, 1998г. – с. 96-102