X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Удивительный мир кристаллов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
|
Почти весь мир кристалличен. В мире царит кристалл и его твердые, прямолинейные законы. Академик Ферсман А.Е. |
Мир кристаллов прекрасный и таинственный. Разноцветные камушки еще с детства манят и притягивают нас своей красотой. Мы чувствуем их загадочность, любуемся ими. Людям всегда хотелось узнать как можно больше о свойствах кристаллов, их формах, росте и структуре. Цвет, блеск и форма кристаллов пробуждали чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и свое жилище.
Сегодня кристаллы нашли большое применение в науке и технике. 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. Здания и сооружения, самолеты и ракеты, теплоходы и тепловозы, горные породы и минералы слагаются из кристаллов. Мы едим кристаллы, лечимся ими и частично состоим из кристаллов. Именно поэтому сегодня с уверенностью можно сказать, что настоящее и будущее человечества зависит от кристаллов.
Но где же взять столько кристаллов?
Актуальность проблемы ясна: человечеству необходим способ искусственного создания кристаллов.
На Новый год мне подарили набор для выращивания кристаллов (приложение 1). Я стала читать инструкцию, рассматривать картинки с кристаллами. Кристаллы на картинках были такие красивые, сказочные! Мне сразу же захотелось вырастить их самой. В Интернете стала искать дополнительный материал по этой теме. Оказывается, выращивать кристаллы можно не только в химических и промышленных лабораториях, но и в домашних условиях.
Актуальность темы: кристалл - это чудо природы. Получить кристалл самим – это сотворить чудо. Для меня это новое и необычное дело, даже таинственное. Кто знает, что у меня получится? Как будут выглядеть мои «авторские» кристаллы? Я очень хочу проверить свои способности.
Практическая значимость проекта состоит в создании собственных кристаллов. Результаты исследования можно использовать на уроках окружающего мира, на занятиях кружка. Выращенные кристаллы могут стать дизайнерским украшением квартиры
Объект исследования: кристаллы.
Предмет исследования: процесс кристаллизации.
Цель работы: выращивание кристаллов в домашних условиях.
Задачи работы:
изучить литературу по теме;
познакомиться со способами выращивания кристаллов;
выяснить практическую значимость кристаллов;
научиться выращивать кристаллы соли, сахара и медного купороса
в домашних условиях;
провести наблюдения за процессом кристаллизации;
выработать рекомендации по выращиванию кристаллов;
Методы исследования: сбор и анализ информации по теме исследования, наблюдение, эксперимент.
Гипотеза: предполагаю, что кристаллы можно вырастить самостоятельно, если создать для этого необходимые условия; если менять условия кристаллизации (длительность нахождения растущего кристалла в растворе и использование разных веществ для изготовления растворов), можно получить разные формы и размеры кристаллов.
История возникновения кристаллов
Кристаллы – уникальная природная геометрия. Образование кристаллов – это результат длительного и кропотливого труда самой природы. Растворы минералов в виде горячих и расплавленных пород лежат глубоко под землей. При выталкивании этих раскаленных пород на поверхность земли происходит их остывание. Охлаждаются вещества очень медленно. Из минералов образуются кристаллы в форме твердых тел различных геометрических вариантов. Многие природные шедевры украшают музеи мира (приложение 2). Сначала главную особенность кристалла видели в его прозрачности. Многие кристаллы идеально чисты и прозрачны как вода. Недаром существуют такие выражения: «кристально чистый», «прозрачный, как кристалл». Слово «хрустальный» происходит от слова «кристалл» (4).
Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани.
Кристаллы в природе
В земле иногда находят камни такой формы, как будто их кто-то тщательно выпиливал, шлифовал, полировал. Даже нам, современным людям, трудно поверить, что эти чудесные находки образовались сами. Кажется, что с ними работал искусный мастер. Такие камни с правильной, симметричной, многогранной формой и являются кристаллами (приложение 3).
Кристаллы очень разнообразны. Их размеры достигают иногда человеческого роста и более.
Встречаются кристаллы - пласты в несколько метров толщиной. Бывают кристаллы маленькие, узкие и острые, как иголки, и бывают громадные, как колонны. Чудом природы можно назвать хрустальные пещеры (приложение 4).
Самыми известными и удивительными природными кристаллами являются снежинки. Каждую зиму мы наблюдаем множество этих волшебных резных фигурок. Снежинка состоит из кристалликов льда, собранных вместе (приложение 5).
Не менее известными кристаллами являются алмазы, которые после огранки превращаются в бриллианты. Разгадать тайну красоты и формыэтих драгоценных камней люди пытались многие века. Алмаз - символ не только богатства, но и необыкновенной твёрдости.
Добыча алмазов в России началась в Якутии около семидесяти лет назад. Сегодня наша страна уже лидер по добыче этих драгоценных камней. Ежегодно на добычу алмазов в России выделяются миллиарды рублей.
Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов. Это, например, жемчуг, перламутр. В океанах образуются коралловые острова и рифы из кристалликов (приложение 6).
В природе существует несколько сотен веществ, которые образуют кристаллы. Но люди и сами научились выращивать кристаллы. В лабораториях на специальном оборудовании выращивают синтетические кристаллы (приложение 7).
Практическая значимость кристаллов для человека
Применяют кристаллы в науке и технике, в различных областях производства. Самый твердый и самый редкий природный материал–алмаз. Исключительное свойство твёрдости алмаза используют в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом. Важные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.
Рубин и сапфир - самые красивые и дорогие драгоценные камни.
Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые детали вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона.
Новая жизнь рубина - это уникальный прибор наших дней. В 1960г. был создан первый лазер на основе рубина. Кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц. Луч лазера обладает громадной мощностью. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. В глазной хирургии часто используют лазеры на рубине.
Сапфир - прозрачный кристалл, поэтому из него изготавливают детали для оптических приборов. Большая часть кристаллов сапфира идет в промышленность.
Кристаллы широко применяются для воспроизведения, записи и передачи звука.
Целебные свойства кристаллов были замечены ещё с давних пор. Из них готовили целебные настойки, делали амулеты для защиты. Сегодня люди тоже используют эти свойства кристаллов.
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Существует всего два способа выращивания кристаллов в домашних условиях:
1.Метод охлаждения насыщенного раствора.
2. Метод испарения – постепенного удаления жидкости из раствора.
Берется нужное вещество, готовится из него перенасыщенный (концентрированный) раствор, кладется в раствор так называемая затравка, мелкий кристаллик, и путем прилипания молекул вещества на затравку кристалл растет. А чтобы молекулы прилипали, нужно либо остужать воду, либо выпаривать (можно и то, и другое). Быстрый способ выращивания кристаллов – это медленное охлаждение раствора.
Первый мой кристалл был получен из готового раствора – детского набора, который мне подарили. Затем я решила попробовать вырастить кристалл из соли. Когда у меня стало получаться с кристаллами соли, попробовала с кристаллами медного купороса. Меня так увлек этот процесс, что я решила описать свои полученные результаты и поделиться с другими.
Итак, мои опыты.
Опыт №1 Выращивание кристаллов из поваренной соли.
Я приготовила раствор тёплой (не горячей!) воды. Воду лучше брать дистиллированную. Литровую банку на половину объёма наполнила водой и стала добавлять в неё небольшими порциями соль, постоянно перемешивая. Добавляла соль до тех пор, пока она не перестала растворяться и стала оседать на дно банки. Получился насыщенный раствор. Готовый раствор я профильтровала и перелила в другую ёмкость. В ней будет происходить рост кристаллов. Для фильтрации я использовала фильтровальную бумагу. Можно использовать вату. Чем плотнее вата, тем медленнее и лучше фильтруется. В результате я получила насыщенный, чистый раствор соли. Затем выбрала крупный кристаллик поваренной соли, привязала за нитку. Нитку с кристаллом подвесила так, чтобы кристалл был в растворе, но не касался стенок сосуда. Ёмкость накрыла листком бумаги, чтобы не попадали инородные тела, и начала ждать появления первых кристалликов.
Уже через два дня я заметила, как мой кристаллик соли стал расти. С каждым днём он увеличивался и увеличивался. Раствор нужно оставлять в покое на 3-5 дней. Затем я вынимала нитку с кристаллом, раствор нагревала, добавляла воды и соли. После охлаждения в него вновь опускала нитку с уже подросшим кристаллом и оставляла опять на 3-5 дней. Эту процедуру повторяла до тех пор, пока кристалл достиг необходимого размера.
Результат: я получила кристаллы поваренной соли (приложение 8).
Опыт №2. Выращивание кристаллов из медного купороса.
Взяла банку с водой, добавила медный купорос, тщательно перемешивала до тех пор, пока он растворился. Ёмкость с водой лучше всего постепенно подогревать для более быстрого растворения химиката. Вода начала менять цвет - от светло - голубого до тёмно синего. После этого в стеклянную банку опускаем «затравку». Это обычная ниточка, привязанная на карандаш. И уже через 2-3 дня я увидела, что на ниточку наросло много маленьких кристалликов синего цвета. Далее выращивала кристаллы так же, как и кристаллы соли.
Результат: я получила кристаллы медного купороса (приложение 9).
Затем была попытка вырастить кристалл из сахара так же, как из соли. Но первый опыт по выращиванию кристаллов сахара оказался неудачным. На ниточку кристаллы не прилипали. Совсем недавно мы с мамой нашли в Интернете другой способ выращивания кристаллов сахара. Мокрую палочку обваляли в сахаре, затем подсушили и опустили в насыщенный сахарный раствор. Через 4 дня стал заметен рост кристаллов.
После того, как я вырастила кристалл из медного купороса, решила приготовить маме подарок к 8 Марта. Я опустила ветку в раствор медного купороса, прошло 2 недели, и подарок готов.
Для того, чтобы кристаллы сохранили свою форму, мы с мамой решили обработать их поверхность лаком.
Заключение
В ходе выполнения работы я узнала об истории возникновения кристаллов, о том, какие кристаллы встречаются в природе, как человек использует природные и синтетические кристаллы в своей жизни.
Также познакомилась со способами выращивания кристаллов. Самым увлекательным для меня был процесс выращивания кристаллов соли и медного купороса в домашних условиях. Оказалось, что вырастить кристалл из сахара не так просто, как из соли и медного купороса. Убедилась на практике в том, что форма и размер кристаллов бывает очень разнообразной.
Я заметила, что стала более наблюдательной и терпеливой. Мне было интересно работать вместе с родителями. Они тоже были увлечены процессом исследования, так как во время их обучения в школе таких исследований ещё не было.
Моя гипотеза подтвердилась: кристаллы можно вырастить, если создать для этого необходимые условия; и, меняя условия кристаллизации, а именно длительность нахождения растущего кристалла в растворе и использование разных веществ для получения растворов, можно менять форму кристаллов и размеры.
Выращенные мной кристаллы получились красивыми, разными, яркими, но не практичными. Ими можно любоваться, но использовать их в жизни трудно, так как кристалл соли хрупкий, а кристалл из медного купороса боится высокой температуры и солнца.
Продуктом моего исследования стал «сад кристаллов», который я планирую использовать как дизайнерское украшение нашей квартиры.
Список литературы
Выращивание кристаллов в домашних условиях. Как вырастить кристалл // Занимательная химия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.kristallikov.net/page6.html. - Загл. с экрана.
Жидкие кристаллы // Википедия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki. - Загл. с экрана.
История кристалла // Кристаллы [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://kristal.21428s12.edusite.ru/p2aa1.html. - Завгл. с экрана.
Кантор, Б.З. Минерал рассказывает о себе [Текст]: Б.З. Кантор.- М.: Недра, 2009 г.- 96 с.
Крапивин, В.П. В глубине Великого кристалла [Текст]: В.П.Крапивин.- 2009-2011 г.- 123с.
Кристаллы // "Рисуя Минералы..." [Электронный ресурс]. — Режим доступа:http://nsportal.ru/ap/drugoe/library/pochemu-rastet-kristall
Мадера, А.Б. Опыты без взрывов [Текст]/ А.Б. Мадера, А.Б. Пятикоп.- М., 2000 – 69с.
Применение кристаллов в науке и технике // Мир кристаллов [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://course-crystal.narod.ru/p2aa1.html. - Загл. с экрана.
Шаскольская, М.Л. Кристаллы [Текст]/М.Л.Шаскольская.- М.: Наука, 2012 г. -152с.
Исмаилова, С.Т. Энциклопедия для детей. Том 4. Геология [Текст]/ С.Т. Исмаилова.-М., 2005. – 237 с.
Приложение 1
Набор для выращивания кристаллов
Приложение 2
Экспонат из музея кристаллов в Мюнхене (Германия)
Горный хрусталь, друза кристаллов, Пеленгичей, Приполярный Урал.
Горный музей
Приложение 3
Приложение4
Пещера Кристаллов в горном комплексе Найка в Мексике
Пещера гигантских кристаллов
Приложение 5
Приложение 6
Морские кристаллы
Приложение 7
Искусственные кристаллы
Каменный цветок
Приложение 8
Опыт №1
Приложение 9
Опыт № 2