XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Разнообразие кристаллов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Актуальность темы
Многие природные вещества имеют кристаллическое строение, искусственные кристаллы широко применяются в технике и в других областях. Изучение строения и свойств кристаллов имеет большую перспективу. Многие ученые внёсшие большой вклад в развитие химии и минералогии, начинали свои первые опыты с выращивания кристаллов, пытаясь понять, как они образуются. Минералы и кристаллы действительно хороши собой, что ими можно любоваться часами. Имея коллекцию минералов и журналов «Минераллы. Подземные богатства», мы захотели вырастить свои кристаллы.
Цель работы
Выращивание разнообразных кристаллов из водных растворов.
Задачи
Познакомиться со способами выращивания кристаллов.
Освоить методику выращивания кристаллических тел.
Выработать рекомендации по выращиванию кристаллов.
Изучить мнение учащихся о кристаллах.
Методы исследования
Теоретический – поиск информации, ее обработка, анализ.
Практический – выращивание кристаллов.
Основная часть.
Каких только кристаллических тел не создала природа!
Столбики, кубы, пирамиды, пластинки, звёзды, иглы, лепестки. Поражает разнообразие причудливых форм и цветов кристаллов!
Кристаллы самой разнообразной формы окружают нас повсюду: на кухне вы найдете соль, сахар и бикарбонат натрия (разрыхлитель), а в прошлом вы бы встретили английскую соль (сульфат магния) в ванной и буру (борат натрия) в прачечной. Каждый кристалл состоит из миллионов крошечных атомов, выстроенных согласно определённой структуре. Эти минимальные ячейки называются элементарными. Формы элементарных ячеек повторяются снова и снова во всех направлениях, и в совокупности они образуют геометрический узор, благодаря которому кристаллы принимают свойственные только им внешние формы. Видимые нам поверхности называют гранями кристалла.
Симметрия является фундаментальным свойством кристаллов- другими словами, вещество без характерной симметрической формы нельзя причислить к категории кристаллов и невозможно правильно описать.
Понимание того, каким образом атомы и ионы распределяются в кристаллах, имеет весьма актуальное значение для таких наук, как минералогия, химия, физика и смежных с ними областей [1]
Как растёт кристалл.
Ученых давно интересовало, как образуются кристаллы; почему разные вещества дают кристаллы разной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов; что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми. Исследования показали, что кристаллы - это вещества, в которых мельчайшие частички упакованы в определённом порядке. Именно этот порядок и определяет форму кристалла. А зависит он как от геометрической формы частиц, из которых построен кристалл, - ионов или молекул, - так и от этого, как они друг к другу притягиваются, какими частями могут соприкасаться, а какими нет. Одни вещества кристаллизуются легко, другие с большим трудом и вовсе не образуют кристаллов. Кристаллизацию обычно ведут при охлаждении раствора. При каждой температуре в данном количестве растворителя может раствориться не больше определённого количества вещества. Так, в 100г воды при 90C может раствориться 54г. хлорида калия – и ни грамма больше. С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается.
При охлаждении раствора частички вещества, которым уже не хватает воды, чтобы находиться в растворённом состоянии, слипаются друг с другом, образуя крошечные кристаллы - зародыши. Если охлаждение медленное, зародышей образуется немного, и, постепенно обрастая частичками вещества со всех сторон, они превращаются в красивые кристаллики правильной кубической формы. При быстром же охлаждении образуется много центров кристаллизации, а частички из раствора будут «сыпаться» на поверхность растущих кристалликов, как горох из порванного мешка конечно, правильных кристаллов при этом не получится, потому, что множество быстро растущих кристалликов так же мешает друг другу.
Роль центров кристаллизации могут играть и посторонние твёрдые примеси, находящиеся в растворе, поэтому чем он чище, тем больше шансов, что центров кристаллизации будет немного.
Итак, чем чище раствор и чем медленнее он охлаждается, тем лучше. К сожалению, это не так просто: даже если в растворе начнёт расти один- единственный кристалл, он будет лежать на дне сосуда и может разрастаться только сверху и с боков. Поэтому такой кристалл неминуемо получится однобоким.
Конечно, хочется получить большой и красивый кристалл побыстрее. Но тут уж ничего не поделаешь: придется запастись терпением. Для утешения можем сообщить, что кристаллы искусственных драгоценных камней тоже растут медленно, иногда годами. Если же вы поспешите, то вместо одного красивого кристалла получите множество мелких. Под микроскопом они выглядят замечательно, так же как замечательно выглядит при сильном увеличении обычный песок, в котором можно найти микроскопические драгоценные камни.
Кстати, при сильном увеличении оказывается, что многие невзрачные порошки состоят из крошечных красивых кристалликов – невооружённым глазом их не увидишь.
Изучая различные условия формирования кристаллов разных соединений, можно понять, каким законам подчиняются эти процессы, и в результате научиться выращивать нужные кристаллы определённой формы.
В ыращивание кристаллов.
Сначала приготовим как можно более концентрированный раствор внося соль в стакан с водой, - до тех пор, пока очередная порция соли не перестанет растворяться при перемешивании.
П
Рис. 1.
олученный концентрированный раствор профильтруем в стакан; туда же с помощью перемычки из карандаша подвесим на нитку кристаллическую "затравку" - маленький кристаллик той же соли - так, чтобы он был погружен в раствор. (рис.1) На этой "затравке" и предстоит расти будущему экспонату нашей коллекции кристаллов. Уже выращенный кристалл может храниться на открытом воздухе, предварительно покрытый бесцветным лаком.
Техника безопасности при работе.
Не пробовать на вкус.
Избегать попадания вещества на кожу, использовать перчатки.
Если попал реактив на кожу, то нужно промыть водой или мыльным раствором.
По окончанию работы обязательно мыть руки.
Для выращивания кристаллов необходимы: стаканы, мерные цилиндры, воронки, фильтры, шпатели, ложечки, чашки, нитка, лак и конечно же- соль и вода (горячая).
Для наглядной фиксации роста кристаллов мы использовали электронные весы.
Использование 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.
Медный купорос можно купить в любом магазине «Все для сада и огорода».
Использование алюмокалиевых квасцов KAl(SO4)2 12H2O.
Алюмокалиевые квасцы обычно используются в очистке воды, дублении кожи, крашении для огнеупорных тканей и разрыхлителе под номером Е522.
Он также находит косметическое применение в качестве дезодоранта и кровоостанавливающего средства после бритья.
В природе встречается в виде сульфатного минерала, называемого квасцами. В прошлом получали из алунита.
Алюмокалиевые квасцы можно купить в аптеке или в хозяйственном магазине.
Мы использовали алюмокалиевые квасцы с различными красителями.
Анкетирование
-
Знаете ли Вы, что такое кристалл?
-
Хотели бы Вы больше узнать о кристаллах?
-
Как Вы думаете, можно ли вырастить кристаллы?
-
Будите ли Вы выращивать кристаллы, если узнаете, как это делать?
Заключение.
Выращивание кристаллов –процесс интересный, занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения.
Мы познакомились со способами выращивания кристаллов.
Освоили методику выращивания кристаллов и провели наблюдения за процессом кристаллизации медного купороса, алюмокалиевых квасцов с красителями.
Убедились на практике в том, что кристаллы разных солей имеют различную форму и даже одна и та же соль может образовывать разные виды кристаллов.
Рекомендации.
1. Использовать только чистую посуду.
2. Использовать свежеприготовленные, насыщенные растворы.
3. Обязательно фильтровать раствор.
4. Удалять образовавшиеся сросшиеся мелкие кристаллы.
5. Чем медленнее охлаждается раствор, тем крупнее образуются кристаллы.
6. Полученные кристаллы тщательно покрывать бесцветным лаком против выветривания.
Полученные кристаллы могут быть использованы для создания картин, цветов, композиций и воплощения дизайнерских идей. Кроме этого могут служить подарком для родных и друзей.
Вывод.
Продолжить работу по выращиванию кристаллов других солей.
Список литературы:
1. Минералы. Подземные богатства : еженедельное издание / учредитель, редакция: ООО "Идея центр". - Москва : Де Агостини, 2016-2020. - 29 см.; ISSN 2541-9196
2. Степин Б. Д., Аликберова Л. Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии – М.: «Дрофа», 2002. – 430с.: ил.
Приложения.
Этапы работы.
Изучение журнала. Минералы. Подземные богатства.
Изучение коллекции. Минералы. Подземные богатства.
Использованное оборудование.
Приготовление растворов.
Выбор «затравки».
Рост кристаллов.
Рост кристаллов.
Взвешивание выращенных кристаллов.
Взвешивание выращенных кристаллов.
Взвешивание выращенных кристаллов.
Результаты анкетирования.