XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Выращивание вторичных кристаллов калийной соли
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Где в мире можно встретить кристаллы? Кажется, что это очень редкое явление. А когда речь идет о кристаллах, представляются драгоценные и поделочные камни разного цвета, которые растут в глубоких пещерах или под землей.
Но на самом деле с кристаллами мы сталкиваемся каждый день – это и зимние снежинки, и обычная пищевая соль, и сахар, и некоторые камни в ювелирных украшениях.
Актуальность:
Этим летом я побывала в поездке, в городе Кунгур, в Пермском крае. Он знаменит тем, что там располагается Кунгурская Ледяная пещера.
Кунгурская ледяная пещера — одна из самых крупных карстовых пещер в Европейской части России. Этот уникальный памятник природы Урала появился примерно 10-12 тысяч лет назад. Несмотря на такой возраст, гроты пещеры до сих пор растут и развиваются за счёт обвалов, которые меняют внутреннюю архитектуру пещеры.
Интересно, что общая длина всех ходов пещеры составляет больше 8 километров, но из них только 2 километра оборудованы для посещения туристами. Внутри пещеры, прямо под горой, находятся 48 гротов и около 70 озер.
В зимнее время в первых гротах температура воздуха достигает -15°C, в центре +5 градусов тепла.
Летом в первых гротах отрицательная температура: -3°C, а в центре пещеры +5.
Получается, что в той части пещеры, которую можно посетить, всегда холодно. Даже летом туристы заходят туда в теплой одежде, а изнутри вся пещера покрыта льдом. Ее украшают сталактиты и сталагмиты разной формы и размера. В пещере очень красиво, и можно встретить даже фигуры изо льда, которые круглый год радуют посетителей.
Пещера состоит из различных горных пород, которые могут придавать ледяным кристаллам разные оттенки.
Недалеко от Кунгурской пещеры расположен Музей карста и спелеологии. Во время посещения этого музея я узнала много нового о камнях и минералах. В музее можно увидеть все горные породы и минералы, которые встречаются в Кунгурской пещере. Там мы познакомились с камнем селенитом, из которого своими руками создавали поделки. (2)
Но больше всего меня заинтересовал камень сильвинит. Специалист музея рассказала о том, что из этого камня можно самостоятельно вырастить вторичные кристаллы. Музей подарил нам кусочки сильвинита, которые мы забрали домой. Мне стало интересно узнать, что же такое вторичные кристаллы и попробовать вырастить их. Сложно ли это сделать? Какие условия для этого нужны? Я решила найти ответы на эти вопросы в ходе своей исследовательской работы.
Цель исследовательской работы: исследовать процесс роста вторичных кристаллов калийной соли.
Задачи:
-
Найти информацию о кристаллах, узнать о вторичных кристаллах;
-
Изучить условия выращивания кристаллов калийной соли;
-
Исследовать свойства калийной соли;
-
Вырастить кристаллы калийной соли из камня сильвинита.
Объект исследования: калийная соль.
Предмет исследования: свойства калийной соли, ее способности к образования вторичных кристаллов.
Гипотеза: кристаллы калийной соли можно вырастить без создания особых условий для этого.
Практическая значимость: я смогу поделиться со сверстниками теми знаниями о кристаллах, которые получу в процессе исследования.
Теоретическая часть.
1.1. Калийная соль и сильвит. Проанализировав справочную литературу и посетив минералогический музей г. Кунгур, я узнала: калийная соль (Калиевая соль) – природный минеральный ресурс группы неметаллические. Является сырьем для химической промышленности для производства калийных удобрений. Имеет форму кубических кристаллов от бесцветного до белого, светло и тёмно-голубого, жёлтого и розового цвета.
Окраска связана с примесями, в том числе красноватая окраска может быть вызвана присутствием некоторых мёртвых бактерий и примесей мёртвых растений, а также любых неорганических веществ. Сильвинит — осадочная горная порода, состоящая из чередующихся слоев галита и сильвина. В виде примесей обычно содержит немного песка, глины, гипса и другие. В воде растворим почти полностью (кроме примесей).
1.2. Кристаллы и кристаллизация.
Кристалл — это твердое вещество, все мельчайшие частицы которого (молекулы, атомы или ионы) находятся в строго определенном, повторяющемся порядке в виде решетки.
Кристаллиза́ция — процесс образования кристаллов из газов, растворов, расплавов или стёкол. Кристаллизацией называют также процесс перехода из жидкого состояния вещества в твёрдое кристаллическое.
Все кристаллы растут, но каждый из них растет со своей скоростью и в определенном направлении. Во время роста любого кристалла на его поверхности самопроизвольно образуются плоские грани, а сам кристалл принимает какую-либо геометрическую форму.
Это означает, что грани кристалла растут в строго определенном направлении. Ученые неоднократно убеждались в этом в ходе следующего опыта. У стандартного кристалла геометрической формы они обрезали все углы, превратив его в шар, и поместили в раствор или расплав того же вещества.
Спустя некоторое время на поверхности шара стали образовываться ровные площадки граней кристалла. По мере роста граней площадки становились все больше и больше и постепенно соединились в многогранник неправильной формы. Чаще всего кристаллы вынужденно принимают такую форму. А происходит это потому, что одни грани растут быстрее других и мешают их свободному росту.
Правильный многогранник может образоваться только в том случае, если ничто не мешает его росту. А если один кристалл столкнулся с другим, то больше расти в сторону этого кристалла он не может, поэтому меняет направление. В результате такого роста и образуются многогранники разной формы.
Кристаллы могут образовываться из пара. Во время первых осенних заморозков трава может покрыться удивительными кристаллами инея, который исчезает по мере повышения температуры.
1.3. Применение кристаллов.
Кристаллы находят довольно широкое применение в технике и быту.
Так, благодаря высочайшей твердости алмазы, природные и искусственные, используются в промышленности для изготовления высокопрочных режущих инструментов, специальных опорных элементов для особо точных хронометров и других приборов, а ограненные алмазы (бриллианты) считаются одними из самых дорогих драгоценных камней. Рубины также являются драгоценными камнями.
Они, как и алмазы, широко применяются в часовой промышленности, на фабриках по изготовлению химического волокна.
Кристаллы кварца нашли применение в радиотехнике.
Практическая часть.
Вторичной кристаллизацией называется процесс, в результате которого происходит полная замена одной кристаллической структуры на другую.
Этот процесс лег в основу моего исследования.
2.1. Выращивание вторичных кристаллов калийной соли. (1)
Привезенный из Кунгура камень сильвинит я поместила в керамическую миску. С помощью пипетки капала 3-4 капли очищенной воды прямо на камень. Рядом я расположила вторую такую же миску, чтобы видеть результат в сравнении. Через три дня я увидела первые результаты, которые меня удивили: эмаль на миске покрылась мелкими трещинками, которые были усыпаны мельчайшими белыми кристалликами соли.
Начало наблюдений, 24.06.23.
Раз в 2-3 дня я добавляла несколько капель воды на камень, в результате чего слои сильвинита растворялись, образуя очень насыщенный раствор соли. (3)
Из этих капелек раствора постепенно испарялась вода, оставляя чистую калийную соль, которая превращалась в кристаллы. Мелкие кристаллики соли накладывались на уже имеющиеся, в результате через месяц на миске образовался довольно толстый слой кристаллов белого цвета. Опытная миска стала похожа на заснеженный колодец.
25.07.23.
Я продолжала наблюдения, добавляя воду на камень. И каждый месяц слой соли становился все толще, а камень – меньше.
25.12.23.
Через 6 месяцев наблюдений, камень стал напоминать слоеный пирог – слой за слоем соли камня растворялись в воде и образовывали все новые кристаллы.
2.2. Физические свойства калийной соли.
Растворимость. В музее спелеологии нам рассказали о том, что камень сильвинит почти полностью растворяется в воде и продемонстрировали это. Не растворились только примеси, которые окрашивали минерал в серый цвет, они образовали осадок серого цвета.
На нашем образце камня тоже можно наблюдать растворимость калийной соли:
- камень однородной структуры с гладкими краями приобрел слоистую структуру в результате растворения солей.
- наш образец сильвинита имеет коричнево-красный цвет. Но отложения солевых кристаллов имеют белый цвет. Это связано с тем, что вторичные кристаллы образовались из очищенной калийной соли без примесей.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что калийная соль растворима в воде.
Вкус, цвет, запах. Камень сильвинит не имеет запаха, встречаются от бесцветного до розового, голубого и серого цвета. Составляющая сильвинит калийная соль имеет солено-горьковатый вкус.
Вывод.
-
Природный минерал сильвинит состоит в основном из калийной соли и некоторых примесей.
-
Калийная соль растворима в воде, в чистом виде имеет белый цвет, не имеет запаха и соленая на вкус.
-
Камень сильвинит способен создавать вторичные кристаллы калийной соли в условиях влажности или прямого контакта с водой.
Заключение.
В ходе своего исследования я узнала о том, что такое кристаллизация, где мы можем встретить кристаллы и как появляются вторичные кристаллы. Мой опыт показал, что вырастить кристаллы калийной соли можно дома, без специального оборудования и создания особых условий. А значит, моя гипотеза была верна.
Библиографический список
-
Бординских Г.А. История длиной в столетие. – Соликамск: Сильвинит.
-
Интернет-ресурс, сайт Кунгурской ледяной пещеры: https://kungurcave.ru/
-
Как вырастить кристалл в домашних условиях из соли? http://www.kakprosto.ru/kak12563kakvyrastitkristallv domashnihusloviyahizsoli#ixzz4Uspn0tN