Выращивание кристаллов из водного раствора медного купороса

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Мойсеева Е.Д. 1

---

1МБОУ СОШ № 8 г.Выборга

Егорова Т.Ю. 1

---

1МБОУ "СОШ № 8 г.Выборга"

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Растворы играют важную роль в природе, науке и технике. Вода, столь широко распространенная в природе, всегда содержит растворенные вещества.

  Мы решили приготовить водный раствор медного купороса и вырастить из него кристаллы.

Актуальность работы: роль растворов в природе, науке и технике.

Цель работы: исследование процесса растворения и кристаллизации на примере выращивания кристаллов из водного раствора медного купороса.

Задачи:

Изучить общие сведения о процессе кристаллизации, используя литературные источники.

Приготовить водный раствор медного купороса и вырастить из него кристаллы.

Провести наблюдение за процессами растворения и кристаллизации.

Проанализировать результаты исследований.

Методы исследования:

Работа с источниками информации. Теоретические исследования.

Экспериментальные методы.

Наблюдение и фотографирование.

Анализ полученных результатов.

1. Литературный обзор. Основные сведения о кристаллизации

1.1. Растворимость веществ в воде

В природе химически чистой воды нет, так как вода является универсальным растворителем значительного количества веществ. По предположениям, в первичном океане массовая доля солей была около 1%.

Воду, содержащую значительное количество солей кальция и магния, называют жесткой в отличие от мягкой воды, например, дождевой. Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках и спирали чайников при её кипячении образуется накипь. Жесткость воды зависит от количества растворенных в ней солей. Многие технологические процессы в разных отраслях промышленности протекают в растворах. Растворимость веществ в воде зависит от температуры. Как правило, растворимость твёрдых веществ в воде увеличивается с повышением температуры. (Приложение 1 рис. 1). Вещество считают хорошо растворимым, если при комнатной температуре в 100 г воды растворяется больше 1 г этого вещества. 1.Совершенно нерастворимых веществ в природе не существует.

1.2. Кристаллизация из водных растворов солей

Кристаллизация – от греческого - лёд – процесс образования кристаллов из газов, расплавов, растворов. 4

Мгновенная кристаллизация вещества происходит из пересыщенного раствора. Пересыщенным называют такой раствор, в котором при данной температуре находится в растворённом состоянии больше вещества, чем в его насыщенном растворе при тех же условиях. 1 Из некоторых веществ легко получить пересыщенные растворы. Например, из медного купороса. Приготовить пересыщенный раствор соли можно следующим способом. При высокой температуре воды (близкой к кипению) приготовить насыщенный раствор соли. 5. Насыщенным называют такой раствор, в котором при данной температуре вещество больше не растворяется 1. Затем избыток соли нужно отфильтровать и медленно охладить при комнатной температуре. Если в такой пересыщенный раствор внести стеклянную палочку, на кончике которой имеется несколько крупинок этой соли, - немедленно начнётся её кристаллизация из раствора. 5.

Если взять каплю насыщенного раствора соли, поместить ее на предметное стекло, поднести к микроскопу, подождать, когда лишняя вода испарится, то можно рассмотреть получившиеся кристаллы.

Наш эксперимент – приготовить водный раствор медного купороса и вырастить из него кристалл, наблюдая за его ростом.

2. Практическая часть. Выращивание кристаллов из водного раствора медного купороса

Медный купорос, которым мы используем для обработки деревьев, имеет химическое название.

2.1. Ознакомление с образцом соли

Результат ознакомления с солями изложен в виде таблицы

Таблица 1. Свойства соли

(Приложение 1, фото 2).

Медный купорос - химическая формула CuSO₄∙5Н₂О (сульфат меди пятиводный).

Вывод: рассматриваемая соль – рассыпчатое кристаллическое вещество ярко-голубого цвета.

2.2. Приготовление насыщенного раствора медного купороса

Для приготовления раствора, необходимо навеску соли растворить в воде. Какую воду лучше взять для приготовления раствора: холодную или горячую?

Существует гипотеза: соль лучше растворяется в горячей воде.

Провела небольшой опыт. (Приложение 1, фото 3).

Цель опыта: сравнить растворимость соли при разной температуре растворителя (воды).

Сырье: медный купорос.

Ход работы: в две одинаковые пробирки я насыпала по 0,5 г соли (объем приблизительно со спичечную головку). Налила в первую пробирку 1 мл холодной воды (примерно 10 капель). Налила во вторую пробирку 1 мл горячей воды. Наблюдала за процессом растворения в течение 1-й минуты.

Результат опыта зафиксирован в таблице

Таблица 3.Зависимость растворимости соли от температуры воды

Гипотеза подтвердилась: в горячей воде легче приготовить сильно-концентрированный раствор, так как соль растворяется быстрее, чем в холодной.

Исследование процесса растворения отражено в таблице

Таблица 4. Наблюдение за процессом растворения

Результат: в 100 мл воды растворилось 65 г медного купороса.

В горячей чистой воде (70-80 ˚C) растворяем порошок медного купороса с расчетом 100-150 г медного купороса на 200 мл воды. Перемешиваем раствор палочкой до тех пор, пока купорос не перестанет растворяться в воде.     В определённый момент раствор может настолько насытиться солью, что превратится в «насыщенный» раствор. Раствор может быть ненасыщенным (это явление наблюдалось в начале приготовления раствора) и насыщенным (это явление я обнаружила в конце процесса растворения).

Результат: получен насыщенный раствор соли. (Приложение 2, фото 4).

Для чистоты эксперимента раствор нужно фильтровать.

Исследование процесса фильтрования отражено в таблице

Таблица 5. Наблюдение за процессом фильтрования

Фильтрование необходимо для того, чтобы избавиться от примесей, присутствующих в рабочих образцах солей.

Результат: получен чистый фильтрат. (Приложение 2, фото 5-6).

Нужно вырастить затравку для будущего кристалла.

Затравка – это небольшой кристалл (размером 3-4 мм), который опускается в подготовленный раствор. Для затравки добавили в полученный фильтрат несколько маленьких кристалликов соли – это центры кристаллизации, вокруг которых будут расти кристаллы.

Рабочие растворы оставили на один день.

2.3. Подготовка затравки

На следующий день на дне химического стакана образовались кристаллы. (Приложение 2, фото 7-8). Кристаллы высыпала в чашку Петри, выбрала один кристаллик соли, который послужит затравкой для выращивания кристаллов. (Приложение 2, фото 9).

Взяла карандаш и привязала к нему леску такой длины, чтобы она погрузилась в раствор. К свободному концу лески аккуратно подвязала кристалл. Карандаш закрепила в бумажной самодельной крышке. В стакан с насыщенным раствором опустила кристаллик на леске и накрыла крышечкой, чтобы не попадала пыль и оставила раствор медленно испаряться. (Приложение 2, фото 10).

2.4. Выращивание кристаллов

В течение 20 дней вела наблюдения за состоянием кристаллов, периодически освежая и фильтруя раствор. Образец находился при комнатной температуре.

В ходе работы с образца периодически снимались размеры. (Приложение 3, фото 11-12).

Таблица 6. Наблюдение за ростом кристаллов

В ходе наблюдений замечено, что кристаллизация начинается при понижении температуры раствора. При этом практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов. Кристаллизация начинается у стенок и дна стакана, а затем распространяется на помещенный в раствор кристалл-затравку, который растет, увеличиваясь в размерах, рост граней происходит послойно.

По мере остывания раствора (ближайший час) в стакане резко повышается концентрация соли, т.к. при более низкой температуре в воде растворяется гораздо меньше вещества и лишнее вещество, образующееся при остывании, выпадает в осадок в виде кристаллов. По мере остывания все «лишнее» при данной температуре вещество переходит в твердую фазу, выстраивая кристаллическую структуру в очаге кристаллизации – на леске. В итоге на леске образуется много маленьких кристаллов, которые все новыми слоями наращиваются друг на друга, образуя красивое поликристаллическое тело. Кристаллы образуются не только на леске, но еще на дне и стенках банки. Это вредит нашим целям, т.к. эти кристаллы будут также отбирать из жидкости материал для собственного строительства и нашему основному кристаллу на леске достанется меньше материала для роста и, следовательно, он будет расти гораздо медленнее. За неделю может вырасти кристалл длинной 1 см, за 3-4 недели – 3-4 см. (Приложение 3, фото 13).

Если в стакане образуется осадок мелких кристалликов, надо переливать раствор в чистый стакан и помещать в него кристалл. При прикосновении растущих кристаллов их правильная форма может нарушиться, поэтому раствор надо чаще фильтровать.

Чтобы увеличить скорость роста кристалла, нужно обновлять рабочий раствор. Для поддержания уровня раствора в стакане необходимо доливать свежий раствор соли. Рост кристалла происходит за счет соли, растворенной в воде.

Работа проведена - кристалл выращен, его нужно сохранить так, чтобы не попали примеси. Чтобы защитить кристалл от влаги его надо покрыть несколькими слоями прозрачного лака для ногтей.

Заключение

Временной результат моей работы – кристалл рос 20 дней. В ходе работы я узнала много новой, интересной и полезной информации.

Например, растворимость сульфата меди (II) в воде при 20 С составляет 22,2 г/100 г воды. Растворимость зависит от температуры воды. Растворы бывают ненасыщенными, насыщенными и пересыщенными.

В практической части работы приготовлен раствор соли медного купороса. Из полученного насыщенного раствора соли выращен кристалл.

На будущий год планируем вырастить многоцветные кристаллы алюмокалиевых (бесцветные) и хромовых (фиолетовые) квасцов.

Выводы:

На основе изучения литературных источников и практических опытов можно сделать вывод, что медный купорос хорошо растворим, так как при комнатной температуре в 100 г воды растворяется больше 1 г соли.

Для приготовления водного раствора необходимо использовать горячую воду и навеску соли. Оптимальная температура воды при растворении медного купороса для выращивания кристалла - 80С. Опытным путём установлено, что в 100 мл горячей воды для получения насыщенного раствора соли, можно растворить медного купороса 65г. На дне емкости должен остаться нерастворимый осадок соли.

В практической части работы использован способ, основанный на свойстве кристаллических веществ - выращивание кристаллов из растворов. Кристалл растет потому, что вода из насыщенного раствора постепенно испаряется, а кристаллическое вещество переходит из жидкого состояния в твердое.

В ходе работы проведены опыты и наблюдения. В работе проводились наблюдения за динамикой роста кристалла медного купороса.

Список литературы

Габриелян О.С. Химия. 8 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений – М.: Дрофа, 2013 – 267с

Журин А.А., Зазнобина Л.С. Начала химического эксперимента: Практические занятия по химии. 8-й класс сред. общеобразоват. школы. –М.: Школьная Пресса, 2001 – 128 с.

Крицман В.А. Книга для чтения по неорганической химии. Пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 2004 – 303с.

Ушаков Д.Н. Большой толковый словарь современного русского языка. – М.: Роосса, 2008 – 1247с.

Электронный ресурс: статья Кристаллизация на dic.academic.ru.

Электронный ресурс: Словари и энциклопедии на Академике. dic.academic.ru.

Приложения

Приложение 1

Рис.1. График растворимости солей в зависимости от температуры растворителя.

Фото 2. Свойства солей. Фото автора.

Фото 3. Опыт: растворимость соли в зависимости от температуры растворителя. Фото автора.

Приложение 2

Фото 4. Насыщенный раствор соли. Фото автора.

Фото 5-6. Процесс фильтрования. Фото автора.

Фото 7-8. Кристаллы на дне химического стакана. Фото автора.

Фото 9. Образцы для затравки в чашке Петри. Фото автора.

Фото 10. Кристалл в растворе. Фото автора.

Приложение 3

Фото 11-12. Замеры кристалла. Фото автора.

Фото 13. Рост кристаллов в растворе через 2 недели. Фото автора.