ВЫРАЩИВАНИЕ ВОЛШЕБНЫХ КРИСТАЛЛОВ

I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

ВЫРАЩИВАНИЕ ВОЛШЕБНЫХ КРИСТАЛЛОВ

Ретиёв Я.Е. 1
1МАОУ СОШ №17
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьника
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Содержание

Введение

1.Теоретическая часть: «Что мы узнали о кристаллах из книг?»

  1.  

    1. Что такое кристаллы?

    2. Нахождение кристаллов в природе.

    3. Кристаллы в жизни человека.

    4. Какая форма бывает у кристаллов?

    5. Почему появляются кристаллы?

    6. Как вырастить кристаллы дома?

Выводы

  1. Экспериментальная часть: « Какие кристаллы у нас получились?»

2.1.Кристаллы сахара из варенья.

2. 2.Как мы выращивали кристаллы.

  1.  
    1.  

      1. Как мы выращивали кристаллы медного купороса.

      2. Как мы выращивали кристаллы поваренной соли.

      3. Как мы выращивали кристаллы сахара.

2.3. Результаты наблюдений.

Выводы

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Кристаллы—это прекрасные творения природы. Впервые узнал я о кристаллах от мамы, когда мы вместе стали собирать коллекцию камней. У меня появилось новое увлечение. Ведь, как оказалось, камни-это тоже кристаллы.

Я много читал про кристаллы, рассматривал их фотографии и картинки. И все они разные. Они разные по цвету и форме. В нашей работе мы будем выращивать кристаллы и рассматривать их форму.

Актуальность исследования для меня в том, что мне это интересно и я тоже хочу получить большие кристаллы, а мама подсказывает, что мне это исследование поможет в старших классах на уроках химии и геометрии.

Гипотеза 1: У кристаллов разных веществ разная форма и цвет.

Гипотеза 2: Кристаллы сахара могут иметь разную форму кристаллов.

Цель: Научиться выращивать кристаллы и описывать форму кристалла.

Задачи:

  1. Из книг узнать, что такое кристаллы, какие они бывают в природе, какая у них возможна форма, как появляются кристаллы, как вырастить кристаллы самому из доступных веществ, как применяют кристаллы.

  2. В течение нескольких месяцев выращивать дома кристаллы поваренной соли, медного купороса и сахара. У полученных кристаллов изучить форму.

  3. Найти в книгах рисунки или фотографии формы кристаллов, которые буду выращивать и сравнить с полученными.

  4. Подтвердить или опровергнуть гипотезы.

1. Теоретическая часть: «Что мы узнали о кристаллах из книг?»

Теорию мы составляли по книгам Банна Ч., Здорика Т.Б., Кантора Б.З., Шаскольской М.П. и др. В этой части работы я рассмотрел понятие «кристаллы», их формы, нахождение в природе, получение и применение.

1. Что такое кристаллы?

Большая часть твердых веществ вокруг нас - кристаллы. Почти все камни, почти все горные породы, металлы, соль, сахар состоят из кристаллов. (10; С .160) Слово «кристаллос» в переводе с греческого означает «лед». Хотя, конечно, этим словом называют не только кристаллы замершей воды.

В энциклопедиях ( 4; 3; С.60) есть такие определения: «кристаллы - это камни с природной, т.е. не сделанной рукой человека, правильной, симметричной, многогранной формой»; «кристаллы- это твердые тела, атомы и молекулы которых образуют правильную пространственную структуру». Слова «атомы», «молекулы» и « ионы» для меня были незнакомы - в школе мы их не изучали. Из книг я узнал, что , что это крошечные, невидимые глазом кирпичики из которых построены вещества.

2. Нахождение кристаллов в природе.

Оказывается, нас окружает много разных кристаллов. Правильные многогранные кристаллы часто встречаются в мире камней. Кристаллы слюды бывают до 7 м ширины при 3 м длины. Кристаллы берилла достигают 5,5 м длины. Такая колонна толщиной в 1,5 м – внушительное зрелище. Рассказывают, что один из кристаллов полевого шпата был так велик, что в нем была заложена целая каменоломня. Кристаллы горного хрусталя (кварца) – это нередко столбы в полтора-два человеческих роста, весом в тонну и больше. На Алтае был найден кристалл горного хрусталя размером с двухэтажный дом и весом около 70 тонн. Поваренная соль тоже встречается в виде больших кристаллов каменной соли. В пустынях Средней Азии есть целые горные хребты из кристаллической соли(3; приложение 1, фотогр.1.а-г).Самые красивые среди кристаллов – драгоценные камни (алмазы, изумруды, сапфиры, рубины). Драгоценные камни всегда привлекали внимание человека своей красотой, редкостью и долговечностью. Возникают такие кристаллы в процессе превращений горных пород, а красоту им добавляет искусство огранщика. (9; С.90-95) Мы нашли фотографии кристаллов некоторых драгоценных камней и составили по ним таблицу (Приложение 1, табл.1).

Раньше кристаллы считали редкостью. Конечно, великаны многогранники встречаются не часто. Но кристаллы меньших размеров окружают нас повсюду. В граните даже без лупы можно легко различить пластинки слюды, кристаллики кварца и полевого шпата. Песок состоит из окатанных кристаллов кварца, а мрамор – из кристаллов кальцита. Почти все минералы на земле состоят из кристаллов. Установлено, что все металлы и почти все камни – кристаллы. На земле нет некристаллических металлов(3, С.61; приложение 1,фотогр.1.в,д,е).

Снежинки - это тоже кристаллы. Составленные из тонких ледяных иголочек, они похожи на звездочки. У этих звездочек всегда шесть лучей. Все они разные. Один ученый сделал 2500 фотоснимков снежинок, и все они отличались. Узоры на окнах зимой - это тоже кристаллы воды. Толстый лед на реке составлен из шестиугольных столбиков, похожих на карандаши. И иголочки снежинок, и «карандашики» - это кристаллы замёршей воды. (10; С. 160). Из кристаллов состоят очень многие другие тела: в глине, каучуке, саже, костях, волосах, иглах дикобраза, клыках мамонта, в волокнах шерсти, шелка, целлюлозы обнаружено кристаллическое строение.

3.Кристаллы в жизни человека.

Мы живем в мире кристаллов. Наши дома и города построены из камня и металла, т.е. в основном из кристаллов. Мы ходим по кристаллам, добываем кристаллы из земли, создаем изделия из кристаллических материалов, едим кристаллы, лечимся кристаллами и даже сами частично состоим из кристаллов. Из кристаллов делают очень много нужных вещей. Например, полупроводниковые кристаллы применяются в радиотехнике, камни в часах- тоже кристаллы. У кристаллов много применений.(10 С. 161).

4. Какая форма бывает у кристаллов?

Форма кристаллов бывает разной. Особенности внешней формы кристаллов зависят от того, в каком порядке уложены «кирпичики» вещества – атомы, молекулы(10;С.161; 4). В книгах мы нашли название и рисунки 9 форм кристаллов: куб, призма (ромбическая и шестигранная), октаэдр, гексагональная бипирамида, усеченная пирамида, параллелепипед, цилиндр, карандаш, дендрит.(7,12). Данные по форме кристаллов мы поместили в таблицу «Формы кристаллов» (Приложение 2, табл.2).

Я буду изучать форму кристаллов сахара, соли и медного купороса. В книгах я нашел описание формы медного купороса и соли. Кристаллы медного купороса имеют форму ромбической призмы, а кристаллы поваренной соли- форму куба (5; приложение 1, фотог. 1.г;ж). Описание формы кристалла сахара я очень долго не мог найти. Уже после того, как кристаллы сахара были выращены, нашлись данные, которые подтвердили полученный результат. Кристаллы сахара имеют форму шестигранной призмы. (3. С.63; приложение 2, фотог. 2.б)

5.Почему появляются кристаллы?

Кристаллы сами, без помощи человека, принимают свою форму. Основное различие между кристаллами и не кристаллами объясняется их внутренним строением, тем, как расположены в них мельчайшие частицы вещества. Порядок и симметрия характерны для твердого кристаллического тела. Все частицы расположены правильным, симметричным строем. Кристалл растет так, что каждая новая частица пристраивается к строю, находит свое определенное место в системе.

На кристаллизацию влияют скорость остывания раствора или расплава. Если расплавленный или растворенный сахар будет остывать медленно, то он затвердевает в виде кристаллов. Так образуются мелкие кристаллики сахара, из которых состоит сахар-песок. Если остывание происходит быстро, то образуется некристаллический сахар.

Почему так происходит? В горячем растворе частицы движутся беспорядочно. Если раствор или расплав остывает медленно, они постепенно собираются в ряды, в ровный строй: образуются кристаллы. Если же остывание раствора и застывание расплава происходит быстро, то частицы не успевают построиться правильными рядами и вещество выделяется некристаллическим.

Интересно, что со временем все некристаллические вещества могут перерождаться в кристаллические. Только для разных веществ этот срок различен: для сахара- это несколько месяцев, а для камня- миллионы лет. (3, С.63-64)

6.Как вырастить кристаллы дома?

Выращивание кристаллов дома - это интересное занятие. Оно простое и безопасное. В книгах много написано как это сделать(7; 3,С.60). Нужно приготовить маточный раствор; получить кристалл-затравку и вырастить большой монокристалл.

I.Для приготовления маточного раствора требуется чистый стакан. В него наливают горячую воду и засыпают вещество небольшими порциями до полного растворения. Когда вещество перестанет растворяться, фильтруют и оставляют раствор при комнатной температуре на сутки.

II. Получение кристалла-затравки:

Спустя сутки осматривают содержимое – на дне и на стенках должны образоваться небольшие кристаллики (затравки). Из них выбирают один правильной формы.

III. Выращивание монокристалла:

Большой кристалл (монокристалл) выращивают из полученной затравки. На нить плотно на 1-2 раза обвивают затравку. Второй конец нити можно примотать к крестовине из деревянных палочек, чья длина больше диаметра стакана. Затем затравку располагают в растворе таким образом, чтобы образующийся кристаллик как бы висел в нём и ждут.

Выводы.

  1. Кристаллы- это камни с природной, правильной, симметричной, многогранной формой;

  2. Все металлы и почти все камни – кристаллы. На земле нет некристаллических металлов;

  3. Мы живем в мире кристаллов. Наши дома и города построены из кристаллов, мы ходим по кристаллам, едим кристаллы, лечимся кристаллами и т.д.

  4. Форма кристалла зависит от того, как расположены частицы из которых он состоит;

  5. У кристаллов может быть 9 вариантов формы: призма (ромбическая и шестигранная), куб, цилиндр и др. У кристаллов медного купороса- форма ромбической призмы, у кристаллов поваренной соли форма куба.

  6. Что бы вырастить кристалл нужно: приготовить насыщенный раствор вещества; выделить на следующий день кристалл-затравку; закрепить кристалл-затравку в растворе и ждать .

2. Экспериментальная часть: « Какие кристаллы у нас получились?»

В этой части исследования я напишу про те наблюдения и выводы, которые сделал при выращивании кристаллов дома. Они подтвердят или опровергнут гипотезы:

  1. У кристаллов разных веществ форма и цвет отличаются;

  2. Кристаллы сахара могут иметь разную форму кристаллов (форму шестигранной призмы, форму дендритов и форму куба).

Я выращивал и наблюдал за кристаллами с июня по октябрь 2015 г.

2.1.Кристаллы сахара из варенья.

Я люблю сладкое. В банках с засахарившимся клубничным вареньем я нашел разные кристаллы сахара. Вот и возник у меня вопрос: «Какую форму имеют кристаллы сахара?» По моим наблюдениям получается, что сахар имеет разные формы кристаллов. А в книгах пишут, что у веществ бывает одна определенная форма кристалла.

Дома я рассмотрел сахар, купленный в магазине. Маленькие кристаллики сахара имели форму кубика. В домашнем засахарившимся варенье годичной давности большие кристаллы сахара имели форму шестигранной призмы. Но самые интересные кристаллы мы увидели в нашем варенье, которое простояло в овощной яме 3 года. На стенках банки «росли» настоящие «звезды», состоящие из большого числа маленьких кристалликов сахара . Мы описали все виденные нами кристаллы. Результаты поместили в таблицу. (Приложение 3,табл.3).

В книгах про форму кристаллов сахара на тот момент я ничего не нашел, поэтому мы решили выращивать кристаллы сахара дома и проверить, какая у него может быть форма.

Мы хотели сравнить кристаллы сахара с кристаллами других веществ, которые можно вырастить дома. Поэтому мы стали выращивать кристаллы медного купороса, кристаллы поваренной соли и кристаллы сахара.

2. 2. Как мы выращивали кристаллы.

Люди придумали специальные правила по выращиванию кристаллов. Эти правила назвали методиками. Книжную методику выращивания кристаллов я описал в первой части исследования. В этой части исследования для каждого вещества я написал правила выращивания кристаллов с нашими дополнениями и что из этого вещества в итоге получилось.

2.2.1. Как мы вырастили кристаллы медного купороса.

В магазине мы купили медный купорос. Это ядохимикат, поэтому растворять его нужно в перчатках. Мы с мамой приготовили перенасыщенный раствор: растворяли в горячей воде медный купорос до тех пор, пока он не перестал растворяться. Потом через тряпочку профильтровали раствор. На следующий день на дне банки с раствором появились маленькие кристаллы. В книгах такие кристаллики называют затравкой. Мы взяли затравку правильной формы и привязали её ниточкой к карандашу. Раствор разогрели и добавили медный купорос. Затем, его профильтровали и опустили затравку. У нас выросло три кристалла ярко-синего цвета. Росли они 2 месяца и самый большой был больше спичечного коробка. Время от времени банку и нитку очищали от других кристалликов и доливали насыщенный раствор. Когда кристаллы достигли больших размеров, их вынули из банки, отрезали нитку и протерли маслом.

Какая форма была у кристаллов медного купороса? Форма ромбической призмы (Приложение 2,табл.2), как в книгах, цвет ярко-синий. Кстати, кристаллы медного купороса растут быстрее всех остальных. Они у нас были самые большие и красивые. Они быстро разрушаются, если их вынуть из раствора.

2.2.2. Как мы вырастили кристаллы поваренной соли.

Кристаллы поваренной соли мы выращивали так же как и кристаллы медного купороса: готовили насыщенный горячий раствор соли, фильтровали его, а потом пытались привязать маленький кубик поваренной соли к ниточке с карандашом. Но кубик соли был такой маленький, что я и даже мама не сумели его привязать. Поэтому мы с неделю выращивали несколько затравочных кристалликов на ниточке в растворе, а когда они достигли удобных размеров, привязали их. Кристаллы соли очень быстро нарастали на дне и на нитке, поэтому приходилось часто убирать лишние, что бы выбранные кристаллы не заросли (Приложение 4; фотография 4.а-е).

Через два месяца мы достали кристаллы поваренной соли сфотографировали их и изучили. Как и в книгах, форма у кристаллов соли была кубическая (Приложение 2; табл.2). Кристаллы соли почти прозрачные и растут медленнее, чем кристаллы медного купороса.

2.2.3. Как мы вырастили кристаллы сахара.

Самым сложным было выращивание кристаллов сахара. Они никак не хотели расти. Мы с мамой так же приготовили перенасыщенный раствор сахара, профильтровали его, опустили ниточку с грузом, привязанную к карандашу. Но ни на следующий день, ни через неделю, ни через три кристаллов в растворе не появилось.

Через две недели мы решили добавить сахара в раствор. Нагрели сироп и сделали его еще более сладким. Раствор снова профильтровали. И снова неудача. Я уже стал думать, что ничего у нас не получиться, как в конце сентября, на поверхности раствора появились тоненькие шестигранные пластиночки. Мама сказала, что это и есть будущие кристаллы сахара. Мы выбрали затравку, привязали ее к ниточке и опустили в сахарный сироп.

Кристаллик сахара начал расти. Через каждые два- три дня мы убирали с ниточки и поверхности раствора ненужные кристаллы. Конечно, кристаллик сахара рос не так быстро, как кристаллы медного купороса, но достаточно быстро. Он даже догнал по размерам некоторые кристаллы соли. Через три недели стало ясно, что у него форма шестигранной призмы. Этот кристаллик вырос у нас до размеров большой горошины. Он был бесцветный и прозрачный. Самой большой проблемой было сохранить его в сахарном растворе, потому что через неделю после появления кристалликов- затравок, в растворе стал осаждаться некристаллический сахар, которым затягивало все, даже наш кристалл. Этот сахар мы вынимали, а раствор фильтровали через салфетку. Закончили выращивать кристаллы сахара и все остальные кристаллы мы в октябре. Кристаллы вынули, протерли их растительным маслом, положили их в стеклянные баночки и оставили их в холодильнике, что бы они не разрушились.

2.3. Результаты наблюдений .

Первую гипотезу мы подтвердили. У всех трех веществ полученные нами кристаллы имели разную форму, цвет и размеры.

Вторая гипотеза подтвердилась не полностью. У нас выросли одинаковые кристаллы сахара. Все они имели форму шестигранной призмы. Большой кристалл из варенья годичной давности тоже был в виде шестигранной призмы. В старой детской энциклопедии к этому времени мы нашли информацию о том, что шестигранная призма- истинная форма кристаллов сахара (3;С.60). Откуда тогда кубическая форма у кристаллов сахара-песка? Тогда мы еще раз рассмотрели кристаллики сахара- песка из магазина, но на этот раз с помощью лупы. Оказалось, что песчинки сахара имеют не кубическую форму, а форму многоугольника. Просто эти кристаллики очень маленькие и я одну из квадратных сторон принял за кубическую форму всего кристаллика .Сложные кристаллы из варенья имели форму «звезды». Маленькие кристаллики, из которых состояли звезды тоже были в виде многогранников. Просто за три года пока варенье хранилось, банка с сиропом неоднократно резко нагревалась и охлаждалась. Это привело к появлению аморфного сахара на этих кристалликах. То же самое происходило в нашем растворе сахара, в котором рос кристалл.

У нас есть версии, объясняющие почему скопление кристаллов сахара в варенье приняло форму звезды:

1) «Звезды» появились из-за примесей (веществ, входящих в состав ягод;

2) «Звезды» появились в варенье из-за замерзания воды в растворе. По форме они похожи на снежинки- кристаллы воды;

3) Сначала образовался некристаллический сахар, а потом он превратился в кристаллы.

К сожалению, повторить время хранения варенья и условия хранения варенья мы не можем, поэтому проверить правильность версий у нас пока не получится.

Выводы

  1. У кристаллов разных веществ разная форма и цвет. У ярко-синих кристаллов медного купороса - форма ромбической призмы; у кристаллов поваренной соли- форма куба; у кристаллов сахара форма только одна- шестигранной призмы.

  2. Скорость образования кристаллов разная. Быстрее всего образуются кристаллы медного купороса, затем поваренной соли. Кристаллы сахара растут очень медленно.

  3. Скопления мелких кристаллов сахара со временем могут принять форму «звезды».Возможно, это происходит из-за примесей раствора, замерзания воды в растворе и перехода аморфного сахара в кристаллический.

Заключение

За время проведения работы я многому научился и многое узнал. Теперь я знаю, чем кристаллы отличаются от обычных веществ, как выращивать кристаллы и какая у них бывает форма. Конечно, один я не справился, если бы мне не помогали взрослые. Но и я сейчас могу кого-нибудь научить, как можно превратить обычные вещества соль и сахар в необычные кристаллы.

Я доказал первую гипотезу, и частично подтвердил вторую. Разные вещества имеет разные формы и цвет кристаллов. А у кристаллов сахара может быть только одна форма кристалла - форма шестигранной призмы. В ходе работы я исправил свою ошибку: у кристаллов сахара не бывает кубической формы; наблюдал и объяснял явления, которые пока проверить не могу (образования скопления кристаллов звездчатой формы).

Список литературы

  1. Алексинский В. Н.; "Занимательные опыты по химии"- М.,1995г.;

  2. Банн Ч. Кристаллы. Их роль в природе и науке. – М.,1969.;

  3. Детская энцеклопедия. Т.1 /под ред. Е.И.Афанасенко и др. .- М.,1965; С.60-67

  4. Здорик Т. Б., «Камень, рождающий металл»- М.; 1984г.;

  5. Земля: Детская энциклопедия для среднего и старшего возраста. Т. 1./под ред. Б. П. Орлов, А. И. Соловьева, Д. И. Щербаков. – М., 1965. – 470;

  6. Кантор Б. З.; "Минерал рассказывает о себе", М.,1985г.;

  7. КотельниковС.Д., Бирюкова Л.В.,Кристаллы.-М., 1998-2009

  8. Мишель Виар. Минералы мира. – Москва, 1997.-191 с.;

  9. Наша планета: Пер. с англ. В 4 т. Т 3 /под ред. Дж Митчелла. – М., 1995. – 248 с.;

  10. Что такое. Кто такой: В 3т. Т.2./под ред. Алексина А. Г., Алексеева С. П. и др. – М., 1993. – 416с.;

  11. Шаскольская М. П.; "Кристаллы"- М., 1985г.;

  12. http://www.novate.ru/blogs/131008/10496/

 

11

 

Просмотров работы: 3303