III Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
МИР КРИСТАЛЛОВ.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение
Актуальность. Случалось ли вам слышать слово кристалл? Разумеется. Но спросите себя, какие кристаллы вам знакомы? Первыми на ум приходят, скорее всего яркие самоцветы: изумруд, кто-то вспомнит лиловый аметист, кто-то вишнёво- красный гранат, а кто-то горный хрусталь бесцветный кварц. Кристаллы так хороши собой, что ими можно любоваться часами. Каких только кристаллических форм не создала природа! Столбики, кубики, пирамиды, звёзды! Поражает разнообразие причудливых форм и цветов кристаллов. Люди научились выращивать искусственные кристаллы рубины. Используют их для изготовления ювелирных украшений и в часовых механизмах. Выращивают и самые твердые на свете кристаллы алмазы. У меня возник вопрос: Можно ли такую красоту вырастить дома? Чтобы найти ответ на этот вопрос: в интернете нашла несколько вариантов выращивания кристаллов в домашних условиях. И я решила проверить сама возможность выращивания кристаллов из сахара, поваренной соли и медного купороса.
Цель работы: самостоятельно вырастить кристаллы из сахара, поваренной соли и медного купороса.
Задачи:
- изучить литературу по данному вопросу;
- узнать какие бывают кристаллы в природе;
- узнать, где они встречаются;
- для чего используют.
- познакомится с видами искусственных кристаллов;
- узнать методы их получения и область применения
- вырастить кристаллы в домашних условиях.
Методы исследования:
Изучение литературы, эксперимент, анализ
Объект исследования:
- кристаллы сахара, поваренной соли и медного купороса.
Предмет исследования:
- сахар, поваренная соль, медный купорос.
2. Литературный обзор.
2.1. Что такое Кристалл? Что же такое кристаллы? Кристаллы, в переводе с греческого языка, (krystallos) «лёд». По данным энциклопедии, кристалл - это твердое тело. Кристаллики растут, присоединяя частицы вещества из жидкости или пара. Кристаллы бывают естественного происхождения и искусственного, выращенные в специально-созданных условиях. И каждый человек, при желании может легко вырастить кристаллы у себя дома. Но для того, чтобы результат получился действительно красивым необходимо аккуратно выполнять все действия.
2.2.Кристаллы в природе.
В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода — одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки.
Каждый отдельный кристаллик льда, каждая снежинка хрупка и мала. На снежинках легче всего убедится в том, что форма кристаллов правильна и симметрична. Удивительно разнообразны формы звездочек-снежинок, но симметрия их всегда одинакова: только шесть лучей. Почему? Такова симметрия атомной структуры кристаллов снега. Снежинка может быть только шестилучевой - такова симметрия строения кристаллов снега. (Приложение I. Рис.1)
Покрытые инеем листья кажутся щетками: как щетинки стоят на них блестящие шестигранные столбики кристаллов льда. Сказочным богатством кристаллов, хрустальным нарядом украшен лес. (Приложение I . рис.2)
Ледяной покров реки, массив ледника или айсберга - это, конечно, не один большой кристалл. Плотная масса льда состоит из множества отдельных кристаллов. Их не всегда различишь, потому что они мелки и все срослись вместе.
Кристаллы в облаках. Кристаллики льда, причудливыми узорами которых мы любуемся в снежинках, могут в несколько минут погубить самолет. Обледенение - страшный враг самолетов - тоже результат роста кристаллов.
Здесь мы имеем дело с ростом кристаллов из переохлажденных паров. В верхних слоях атмосферы водяные пары или капли воды могут долго сохраняться в переохлажденном состоянии. Переохлаждение в облаках доходит до -30?C. Но как только в эти переохлажденные облака врывается летящий самолет, тотчас, же начинается бурная кристаллизация. Мгновенно самолет оказывается облепленным грудой быстро растущих кристаллов льда.
Кристаллы в пещерах
Все природные воды - в океанах, морях, озерах, ручьях и подземных источниках - являются естественными растворами, все они растворяют встречающиеся им породы, и во всех этих растворах происходят сложные явления кристаллизации.
Минеральные кристаллы образуются в ходе определенных породообразующих процессов. Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать.
Они охлаждаются очень медленно. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и образуют кристаллы различных видов.
Природа продолжает преподносить нам сюрпризы, создавая все новые чудеса. Совсем недавно, в 2000 году, в мексиканской пустыне Чихуахуа была открыта необычная пещера, где находятся самые большие природные кристаллы, которые когда-либо создавала природа. Мегакристаллы селенита были сформированы гидротермальными жидкостями, исходящими от пещер, расположенных ниже.
В горе Найса на глубине 300 метров, в рабочей шахте, где велась добыча цинка, серебра и свинца, шахтеры совершенно случайно обнаружили пустоты, в которых их взору открылись огромные кристаллы селенита. Эти невероятно красивые образования, созданные природой, образуют три полости, которые получили поэтические названия «Глаз Королевы», «Пещера Парусов» и «Стеклянная пещера».
Исследователи уверены, что подобных пещер в мексиканской пустыне еще несколько, и они ждут своих первооткрывателей! (Приложение I . рис.3)
2.3.Виды искусственных кристаллов. Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение.
Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. (Приложение I . рис.4)
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. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. Новая жизнь рубина - это лазер. Лазер светит ярче тысячи солнц. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. Эти функции выполняет твердый лазер, где используется рубин. В глазной хирургии применяется чаще всего лазеры на рубине. (Приложение I . рис.5, 6). Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов.
Кристаллы – это красиво, можно сказать чудо какое-то, они притягивают к себе; говорят же "кристальной души человек" о том, в ком чистая душа. Кристальная – значит, сияющая светом, как алмаз . Можно сказать, что это материал, который является промежуточным звеном между живой и неживой материей. Кристаллы могут зарождаться, стареть, разрушаться. Кристалл, когда растет на затравке (на зародыше), наследует дефекты этого самого зародыша. Вообще можно привести множество примеров, настраивающих на такой философский лад, хотя конечно здесь много от лукавого. Например, по телевидению теперь можно услышать о непосредственной связи степени упорядоченности молекул воды со словом, с музыкой и о том, что вода изменяется в зависимости от мыслей, от состояния здоровья наблюдателя. Кристаллы нашли своё применение в различных областях: для изготовления украшений, в технике, например рубиновый лазер, жидко-кристаллические экраны и т.д.
Оказывается, что области применения кристаллов очень разнообразны
-Мы едим кристаллы- используем в кулинарии сахар, соль.
-Лечимся кристаллами – лучи от кварцевой лампы используются в медицине для дезинфекции (кварцевыми они называются потому, что сделаны не из обыкновенного стекла, а из кварца).
-Мы живем в домах из кристаллов – панели многих многоэтажек сделаны из бетона (искусственного камня) в состав которого входит щебень из кристаллического сланца.
-Гипс, про этот искусственный камень, думаю слышали многие непоседы.
Это все примеры минеральных кристаллов. Но ведь многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов. (Приложение I . рис.7, 8, 9, 10).
- Некоторые виды моллюсков обладают способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр. За 5-10 лет появляется драгоценный камень жемчуг, имеющий кристаллическое строение. (Приложение I . рис.11).
- В морях и океанах рифы и целые острова сложены из кристалликов углекислого кальция, входящих в состав скелета беспозвоночных животных – коралловых полипов. (Приложение I . рис.5, 6).
Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня алмаз не камень-украшение, а в первую очередь камень-работник. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. (Приложение II . рис. 1)
Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. (Приложение II. рис. 2)
Кристалл кварца используется в телефонных трубках. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца - это и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.
Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 века. Неотъемлемой частью нашей жизни стали мобильные телефоны, цифровые фото- и видеокамеры, которые вытеснили пленочные фотоаппараты, жидкокристаллические телевизоры и мониторы постепенно изживают старые. И сейчас ещё часто люди, рассматривая чудесные, сверкающие, переливающиеся многогранники кристаллов, не хотят верить, что они созданы природой, а не человеком.
3. Исследования. Практическая часть.
Для выращивания кристаллов нам потребовались:
-
чистый стеклянный стакан
-
ложка
-
нитка
-
затравка-кристаллик
-
ножницы
-
дистилированная вода
-
медный купорос
-
поваренная соль
-
сахар
Условия для выращивания кристаллов
1.Водунужно взять дистиллированную, т. е. не содержащую других растворённых в ней солей.
2. Кристаллик нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора.
3. Не допускать попадание мусора в насыщенный раствор.
4. Отсутствие сквозняков.
5. Неяркий свет.
7. Периодически (раз в неделю) менять или обновлять насыщенный раствор.
8. Терпение.
3.1. Выращивание кристаллов сахара и соли.
В стаканы с насыщенным раствором сахара и насыщенным раствором соли были опущены ниточки. Каждый из них был оставлен в открытом виде при комнатной температуре.
Через некоторое время в стакане с солью на ниточке появились заметные глазу кристаллики соли, а в стакане с сахаром ничего не появилось.
Но ещё через несколько дней кристаллик сахара всё же появился.
Опыт по выращиванию кристаллов поваренной соли удался. Через неделю размеры солевых кристаллов увеличились. Кристалл соли рос в верх по ниточке.
Опыт по выращиванию кристалла сахара тоже удался, но мы решили на этом не останавливаться и попробовать увеличить кристалл. Сделав новый раствор сахара мы поместила туда наш кристалл. Но уже на утра мой кристалл исчез
Почему мне не удалось увеличить кристаллы сахара, я бы так и не узнала, если бы не знакомство с литературой. Я узнала, что кристаллы сахара не прижился потому, что раствор сахара был не насыщенный. В таких условиях кристаллы сахара не образуются. ((Приложение II . рис. 3,4,5,6,7)
3.2. Выращивание кристалла из медного купороса
Медный купорос применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений. Его можно купить в хозяйственном магазине.
Работала я вместе с мамой, т.к. это вещество ядовито. Нужно работать в перчатках и тщательно мыть руки после работы с порошком медного купороса.
1. Сделали концентрированный раствор. Для этого взяли горячую воду (температура воды примерно 60 градусов), растворили в ней столько медного купороса, сколько возможно. (Приложение II . рис. 8,9)
2. Перелили через фильтр в другую чистую емкость.
3. Полученный насыщенный раствор медного купороса налили в стакана, и опустили нитку с затравкой. Стакан оставили остывать при комнатной температуре.
Через день мы увидели первые результаты.
Я продолжила выращивать полученные кристаллы методом испарения насыщенного раствора. Стаканы с раствором оставила в открытом виде при комнатной температуре. Периодически сливала раствор и удаляла мелкие кристаллики со дна и стенок стакана. Через месяц у меня выросли достаточно большие, красивые кристаллы. Мы вынули их из раствора, обсушили бумажной салфеткой и покрыли кристаллы бесцветным лаком, чтобы предохранить от разрушения на воздухе.
Я решила еще раз попробовать вырастить кристалл сахара. Приготовила перенасыщенный сахарный сироп - раствор. В воду всыпала 2 столовые ложки сахара и хорошо перемешала, как только сахар полностью растворился, добавила ещё немного. Когда сахар растворился, добавила еще, снова размешала и делала так до тех пор, пока сахар не начал оседать на дне.
Из палочек для шашлычков сделала основу кристалла - затравку. Она будет служить тем началом, к которому будут крепиться все следующие кристаллики. Затравка высыхала течение ночи. И только в остывший сироп опускала затравку.
Кристаллы сахара росли медленнее, я стала волноваться, но через 3 дня появились мелкие кристаллики на затравке. Мой кристалл начал расти и в результате получился сладкий кристалл.
Вывод:
В результате проведенных исследований гипотеза полностью подтвердилась: мне удалось вырастить кристаллы, сахара, медного купороса и поваренной соли в домашних условиях. Однако это возможно при соблюдении определённых условий:
постоянная температура;
отсутствие дополнительных источников шума и вибраций (громкая музыка, вибрация от работающего холодильника и пр.)
использование насыщенного раствора и кристалла – затравки;
кристаллы разных веществ имеют разную форму и свойства (кристаллы могут окрашиваться и расти по-разному: одни хорошо и быстро, а другие-медленно). Кристалл растёт потому, что вода из насыщенного раствора постепенно испаряется, а кристаллическое вещество переходит из жидкого состояния в твёрдое, так как «кирпичики» (атомы и молекулы) притягиваются друг к другу и самостоятельно занимают место.
Мне понравилось выращивать кристаллы - это очень увлекательное занятия. Полученные мною кристаллы оказались достаточно красивыми и я задумалась об области их применения. Кое–что я придумала сама, что-то подсказали родители, которые тоже оказались втянутыми в мои исследования. Благодаря их советам я подумала, что мои кристаллы можно использовать как подарки друзьям, украшения праздничного стола, например, для оформления свечей и просто любоваться красотой, созданной своими руками.
Заключение.
Мой эксперимент показал, что кристаллы можно вырастить самой в домашних условиях. Кристаллы растут при определённых условиях, в насыщенном растворе при постепенном испарении жидкости. Кристаллы порошка и медного купороса и поваренной соли растут быстрее, а кристаллы сахара медленнее. Кристаллы растут намного быстрее, когда много тепла и света. Кристаллы можно вырастить за 2-3 недели при наличии терпения, желания и соблюдения условий. Кристаллы можно выращивать разного цвета и размера
-
Список литературы
Интерактивная энциклопедия «Всё обо всём», М. : Махаон 2007.
Афонькин С.Ю. Минералы и драгоценные камни. Школьный путеводитель.-СПб.: «БКК», 2012 г. – 96 с.
Белов Н.В. Энциклопедия драгоценных камней и кристаллов.- Минск:
Интернет- ресурсы:
http://www.geologiazemli.ru/articles/112 - Геология Земли .
http://ru.wikipedia.org/wiki/E519 - ВикипедиЯ – свободная энциклопедия.
http://www.kristallov.net/mineraly.html - Кристаллов.NET.
http://mirkristallov.com/- Мир кристаллов.
Приложение I
Рисунок 1 Рисунок 2 Рисунок3
Рисунок 4 Рисунок 5 Рисунок 6
Рисунок 7 Рисунок 8 Рисунок 9
Рисунок 10 Рисунок 11
Приложение I I
Рисунок 1 Рисунок 2 Рисунок 3
Рисунок 4 Рисунок 5 Рисунок 6
Рисунок 7 Рисунок 8 Рисунок 9