XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Царство кристаллов вокруг нас

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Гуленко Д.М. 1

---

1ОГБОУ "Лицей №9 г.Белгорода"

Винакова Ж.И. 1

---

1ОГБОУ "Лицей №9 г.Белгорода"

Работа в формате PDF

2.2 MB

Введение

В природе, которая нас окружает, много красивых вещей, одними из них являются кристаллы. Я думала, что кристаллы - это только природные драгоценные камни, которые используются для украшений, но моя учительница объяснила, что кристаллы - это также и минералы, снег, соль, сахар и другие вещества. Кристаллы играют большую роль в жизни человека, их используют в качестве украшений, элементов декора, в науке и технике.

Выращивание кристаллов, по истине, увлекательное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и недорогое, максимально безопасное с точки зрения техники безопасности, что немаловажно для тех, кто проводит эксперименты дома.

Мне захотелось погрузиться в «мир кристаллов» и выяснить самой, что же такое кристаллы? Как они появляются в природе, какие они бывают? Где их можно использовать? Почему они растут? Ведь это не растение. Чем их нужно «кормить», чтобы кристаллы быстрее росли? И самое главное, смогу ли я сама вырастить в домашних условиях кристаллы из простых веществ, которые мы используем каждый день? На все эти вопросы я решила найти ответы в своей исследовательской работе «Царство кристаллов вокруг нас»».

Цель исследования: вырастить кристаллы из различных веществ в домашних условиях.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выяснить, что такое кристаллы.

2. Изучить литературу о происхождении и видах кристаллов.

3. Изучить, где и как применяются кристаллы в современном мире.

4. Попробовать вырастить кристаллы из различных веществ и разной формы в домашних условиях.

Предмет исследования: кристаллы.

Основные методы исследовательской работы:

1) Изучение информации по данному вопросу в справочной литературе, Интернет- ресурсах.

2) Практические опыты по выращиванию кристаллов в домашних условиях.

3) Сравнительный анализ накопленного материала.

Гипотеза исследования: изучив тему, как выращивают кристаллы, я предположила, что смогу в домашних условиях вырастить кристаллы разной формы и цвета.

Основная часть

1. Что такое кристаллы и история их происхождения

Моё исследование я начала со сбора информации из разных источников. Из «Большой детской энциклопедии» я узнала, что кристаллы появились при формировании земной коры и продолжают видоизменяться до сих пор, поскольку меняется и сама планета. Когда магма остывает, минералы, входящие в состав, затвердевают и образуют кристаллы. Вне зависимости от размера – большие или маленькие – кристаллы одного и того же типа имеют одинаковую внутреннюю структуру, которую можно увидеть под микроскопом. Процесс образования кристаллов называется кристаллизацией.

Кристалл — это твердое вещество, все мельчайшие частицы которого (молекулы, атомы или ионы) находятся в строго определенном, повторяющемся порядке. Именно такая структура позволяет формировать кристаллы уникальной формы. Одними из самых интересных и необычных кристаллов, которые создала сама природа являются снежинки. Снежинки — это кристаллы льда в форме игл, призм, шестиугольников, пластинок.

Из Интернет-ресурсов я узнала, что слово «кристалл» звучит почти одинаково на всех европейских языках. Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали — «кристаллос», по-гречески — лед. Это слово происходит от греческого «криос» — холод, мороз. Уникальность кристаллов заключается в их особой форме и гранях, которые они образуют. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и могут отличаться размерами. Одни кристаллы подвергались высокому давлению, другие росли в пустотах глубоко под землей, некоторые из них образовывались в слоях, а какие-то из капель, падающих в лежащую под ними породу, - все это отразилось на свойствах кристаллов.

Все кристаллические решетки кристалла представляют собой различные геометрические фигуры правильной формы: треугольники, прямоугольники, квадраты, ромбы и т.д., причем форма зависит от типа молекул и атомов каждого вещества.

Для формирования кристаллов нужны:химические соединения, время для роста, температурный режим.Кристаллы любых веществ, и минералов в том числе, вырастают в растворах, парах или газах. Как будто бы из ничего, сам собой вдруг возникает маленький кристаллик. Он растет, словно живой, и никто не ухаживает за ним, никто не помогает. Но конечно же, это только кажется, что возникает кристаллик из ничего. Сначала несколько частичек, из которых состоит жидкость или газ, встретившись, образуют кристаллический зародыш. Постепенно, а иногда и быстро, к нему присоединяются другие частички, и кристалл начинает увеличиваться. Кирпичик на кирпичик в строгом, стройном порядке ложатся друг на друга – и вот, кристалл вырос.

Кристаллы минералов могут быть разными: и совсем крохотными, так что разглядеть их можно только через микроскоп, и огромные – многометровые, многотонные гиганты.

В природе кристаллы образуются тремя путями: из расплава, из раствора и из паров.

Примером кристаллизации из расплава являетсяобразование льда из воды.

Примером образования кристаллов из растворов, могут служить сотни миллионов тонн соли, выпавшей из морской воды.

Примером образования кристаллов из пара и газа являются снежинки и иней. Воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки разной формы.

Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов. Это, например, жемчуг, перламутр.

Рифы и целые острова в океанах сложены из кристалликов углекислого кальция, составляющих основу скелета беспозвоночных животных – коралловых полипов.

2. Применение кристаллов и их роль в современном мире

Земная кора на 95% состоит из кристаллов. Кристаллы используют для изготовления украшений и ювелирных изделий. Помимо того, что кристаллы очень красивы, в настоящее время кристаллы имеют широкое распространение в науке и технике, медицине, т.к. обладают особыми свойствами.

Особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни, которые с древнейших времен привлекают внимание человека. Драгоценные камни – это редкие минералы, встречающиеся в виде кристаллов. Драгоценные камни, минералы с особыми свойствами, используемые для ювелирных целей, имеют бесцветную или красивую чистого тона окраску, большинство драгоценных камней отличаются блеском, прозрачностью, сильным светосиянием, высокой твердостью, способностью принимать огранку. Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз.

Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет гро­мадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. В граверных инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла вставлены алмазные острия. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, за­каленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом. Наиболее от­ветственные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.

  Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней.

Рубин Сапфир

Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют ру­биновыми иглами. Новая жизнь рубина - это лазер или, как его называют в науке, оптический квантовый генератор (ОКГ), чудесный прибор наших дней. Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов. Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую промышленность.

1. 1. Знакомство с выращиванием искусственных сапфиров

При проведении исследования, я узнала, что кристаллы можно также выращивать искусственно и мне стало интересно изучить, есть ли такое производство на территории Белгородской области. Из сети Интернет я узнала, что производством искусственного сапфира занимается ООО «Белгородский завод сапфиров «Монокристалл». Искусственные сапфиры создаются в лаборатории в контролируемых условиях. Благодаря белгородскому заводу «Монокристалла» Российская Федерация удерживает от 20% до 30% мирового рынка искусственных сапфиров, опережая в этом плане крупнейшие технологические страны мира – США, Китай, Тайвань и Японию. 

2.2 Экскурсия в Геолого-минералогический музей им. А.Н. Петина НИУ "БелГУ"

Кристаллы очень красивы, особенно ограненные и полированные. Мне удалось не только изучить теоретический материал по этой теме, но и увидеть своими глазами необыкновенную завораживающую красоту кристаллов. Мы вместе с мамой побывали в Геолого-минералогическом музее им. А.Н. Петина НИУ "БелГУ". Экскурсию провела директор музея Татьяна Александровна Л.. Она нам рассказала о минералах, их свойствах и условиях образования разных минералов. А также провела экскурсию по удивительному миру кристаллов, собранных со всего света в музей и подтвердила, что в домашних условиях при соблюдении определенных условий также возможно вырастить кристаллы разной формы и окраса, но нужно запастить терпением.

2. 3. Опрос одноклассников

Мне стало интересно, что думают мои одноклассники про кристаллы и возможность их выращивания в домашних условиях и я решила провести опрос в классе.

Результат анкетирования:

Вывод: тема исследовательской работы является интересной. Все опрошенные будут выращивать кристаллы, если узнают, как это делать.

Работа над гипотезой исследования:

Изучив теоретический материал и посетив замечательную экскурсию, я поняла, что кристаллы могут появиться при создании определенных условий, которые влияют на их рост и форму, и я решила проверить это на опыте. Я предположила, что настоящие кристаллы разной формы и цветов можно вырастить в домашних условиях. Для их выращивания не нужна лаборатория или специальные приспособления. Я буду использовать безопасные ингредиенты, которые мы используем каждый день. Среди разнообразия веществ, из которых можно вырастить кристаллы, в качестве исходного материала я решила взять: сахар и пищевую соду.

3. Выращивание кристаллов в домашних условиях

Опыт 1. Выращивание кристаллов из сахара.

Цель: научиться выращивать разноцветные кристаллы из сахара на палочке в домашних условиях.

Оборудование: дистиллированная вода, сахар, палочки из дерева, 2 стеклянных стакана, пищевой краситель, плотная бумага, кастрюля, прищепки.

Ход работы:

1. Смешиваем в кастрюле 2 столовые ложки сахара и ¼ стакана воды. Ставим кастрюлю на медленный огонь и доводим сироп до кипения, периодически помешивая его, до полного растворения сахара.

2. Получившийся сироп снимаем с огня и обмакиваем в нем приготовленные деревянные палочки, а затем их обсыпаем сахаром. Сахар должен равномерно покрыть палочку со всех сторон и не обсыпаться с них. Для лучшей кристаллизации сахара необходимо дать палочкам высохнуть.

3. После высыхания сахарных палочек далее приступаем к следующему этапу подготовки концентрированного раствора сахара. В кастрюле из 2 стаканов воды и 5 стаканов сахарного песка на небольшом огне, постоянно помешивая, готовим сахарный сироп. После этого оставляем сироп немного остыть. Берем кусочки бумаги чуть больше диаметра наших стаканов и протыкаем их палочками. Главное, чтобы бумага плотно зафиксировалась на палочке. Бумага будет являться держателем и крышкой для стакана.

4. Остывший, но еще горячий сироп разливаем по стаканам. Добавляем немного пищевого красителя, тогда кристаллы в итоге получатся цветными. Опускаем в стаканы наши палочки с бумагой и оставляем в покое до созревания кристалла. Важно при этом не касаться стенок и дна стакана. Каждый день кристаллы растут и через 10 дней можно увидеть сахарные кристаллы.

5. После того, как все кристаллы выросли, необходимо их достать из стакана и поставить в пустой стакан для высыхания лишней жидкости. Сушка кристаллов заняла у меня 2 дня.

Мои наблюдения показали, что кристаллы сахара образуются с четкими для глаза гранями, растут каждый день, и за 10 дней рост сахарных кристаллов составил 0,95 см.

Опыт 2. Выращивание кристаллов из пищевой соды.

Цель: научиться выращивать кристаллы из пищевой соды в домашних условиях.

Оборудование: 2 стакана, нить из шерсти 35 см, ложка, 2 скрепки, блюдце, фотоаппарат (для фотографирования этапов опыта).

Реактивы: горячая вода, пачка пищевой соды.

Ход работы:

1. В каждый стакан налили горячую воду до половины.

2. Добавили по 8 чайных ложек соды и тщательно перемешали.

3. Когда сода растворилась полностью, добавили еще по 2 ложки, пока не образовался нерастворимый осадок.

4. Между стаканами поместили блюдце.

5. К концам нити прикрепили скрепки. Они будут выполнять роль утяжелителя. Концы нити опустили в стаканы.

6. Расположили нить так, чтобы она провисла, но не соприкасалась с блюдцем.

7. Кристаллы образуются на нити создавая неповторимое украшение и на блюдце, куда стекает раствор с нитки, и на самих гранях стакана.

Мои наблюдения показали: кристаллы пищевой соды имеют окрас белого цвета, шероховатую, непрозрачную структуру растут очень медленно и очень хрупкие. Полученное ожерелье из кристаллов пищевой соды у меня выросло за 30 дней.

Вывод: В результате проведенных исследований гипотеза полностью подтвердилась: мне удалось вырастить кристаллы из сахара и пищевой соды разных цветов и формы. Кристаллы сахара на палочке могут служить прекрасным и вкусным подарком для моих друзей сладкоежек. Результат работы я продемонстрировала своим друзьям - ребята были в восторге, что из привычных продуктов, которые есть на каждой кухне, легко приготовить такое вкусное лакомство на палочке.

4.Заключение

В результате проведенной мною исследовательской работы, я научилась выращивать кристаллы в домашних условиях. Их по праву можно называть "живыми" существами природы. Полученные кристаллы пищевой соды и сахара, маленькие и хрупкие, но, чтобы они появились, мне пришлось проделать много работы: изучить литературу по данному вопросу, самой провести эксперимент, внести свои изменения в ходе его проведения, а также подумать, где могут быть применены полученные знания. По итогам выполнения исследовательской работы я сделала для себя следующие выводы:

• кристаллы – это твердые тела, которые растут, присоединяя частицы вещества из жидкости или пара;

• вырастить кристаллы в домашних условиях возможно, что подтверждает мою гипотезу;

• кристаллы также растут на поверхности, которая соприкасается с раствором;

• самым доступным и безопасным будет выращивание кристаллов сахара и соды. Если добавить в сахарный раствор пищевой краситель, то можно получить разноцветные кристаллы. Кристаллы сахара на палочке могут служить прекрасным и вкусным подарком для моих друзей сладкоежек.

Процесс выращивания кристаллов очень красив и увлекателен, поэтому я хочу продолжить эту тему другими опытами. Планирую попробовать вырастить кристаллы из других препаратов и веществ и пополнить свою коллекцию кристаллами других цветов и форм.

5. Библиографический список

1. Афонькин С.Ю. Минералы и драгоценные камни. Школьный путеводитель -СПб.: «БКК», 2012 г.

2. Белов Н.В. Энциклопедия драгоценных камней и кристаллов. - Минск: «Харвест», 2009 г.

3. Интерактивная энциклопедия «Всё обо всём», М.: Махаон 2007.

4. Большая книга «Почему». Перевод с итальянского Ольги Живаго - М.: РОСМЭН, 2011