V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Выращивание кристаллов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
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.
Я сразу заинтересовалась темой «кристаллы». В них есть что-то удивительное и завораживающее. Они поражают своей четкостью линий и симметрией, в которой скрывается необыкновенная красота (приложение 1, стр. 9). Средневековые алхимики думали, что природные кристаллы были сотворены богом раз и навсегда. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Так что же такое кристаллы?
Цель исследования: выращивание кристаллов в условиях школьного кабинета физики.
Задачи:
Найти определение понятию кристалла.
Изучить происхождение кристаллов.
Узнать, какие бывают кристаллы.
Вырастить кристаллы в условиях школьного кабинета физики.
Объект исследования – кристаллические тела.
Предмет исследования – кристаллы, выращенные в кабинете физики.
Гипотеза: я считаю, что вырастить кристаллы в условиях школьного кабинета физики может каждый.
Методы: наблюдение, эксперимент,сравнение.
Глава 1. Кристаллы
Криста́ллы (от греч. κρύσταλλος первоначально «лёд», в дальнейшем «горный хрусталь; кристалл») — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку.
Кристаллы — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов).
1.1. Происхождение кристаллов.
Удивительное сходство кристаллов льда и горного хрусталя было подмечено уже давно. Первые сведения о горном хрустале мы находим у римского учёного Плиния Старшего (I век н. э.). В древности и в средние века думали, что кристаллы горного хрусталя и кристаллы льда – одно и то же, только лёд замерзает у нас на глазах, а горный хрусталь – лишь при особенно сильном морозе. Предполагали, что лёд становится хрусталём через тысячу лет, а хрусталь становится алмазом через тысячу веков. Но словом «кристалл» называют не только кристаллы замерзшей воды. Почти все камни, горные породы состоят из кристаллов. Соль, сахар и многое другое вокруг нас – это все кристаллические вещества. Самые красивые среди кристаллов – драгоценные камни. В древности кристаллам приписывали всякие необыкновенные свойства. Считали, например, что кристалл аметиста навевает счастливые сны, изумруд спасает мореплавателей от бурь, сапфир помогает при укусах скорпионов, алмаз бережёт от болезней, топаз приносит счастье в ноябре, гранат – в январе и т. д. Человека, укушенного змеёй, заставляли съесть толчёный изумруд. Древние инки поклонялись как божеству большому кристаллу зелёного изумруда.
Монокристаллы и поликристаллы.
Кристаллическую структуру имеют металлы. Именно металлы преимущественно используются в настоящее время для изготовления орудий труда, различных машин и механизмов.
Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называют монокристаллами.
«Соблюдая большие предосторожности, можно вырастить металлический кристалл больших размеров – монокристалл. На территории бывшего Советского Союза в 1958 году ученые нашли кристалл кварца гигантского размера. Его длина составляла 7,5 м, ширина – 1,5 м и масса – 70 т. Попадались кристаллы берилла массой 18 т и длиной 5 м» (приложение 2, стр. 9), [3].
В обычных условиях поликристаллическое тело образуется в результате того, что начавшийся рост многих кристаллов продолжается до тех пор, пока не приходят в соприкосновение друг с другом, образуя единое тело. К поликристаллам относятся не только металлы. Кусок сахара, например, также имеет поликристаллическую структуру.
1.3. Идеальные и реальные кристаллы.
«Специалисты выявили разные типы кристаллов. Идеальные – представляют собой абстрактную модель, обладающую правильной формой, полной симметрией и ровными гранями. Другими словами, понятие идеального кристалла включает в себя полный набор лучших свойств и качеств, которыми он характеризуется.
Реальные кристаллы – это действительно существующие в природе тела, у которых внутренняя структура может иметь дефекты, небезупречными бывают грани, а симметрия и вовсе понижена. Но реальный кристалл, несмотря на все недостатки, наделен главным свойством, делающим его кристаллом, – расположением частиц в закономерном порядке» [3].
Глава 2. Выращивание кристаллов
Процесс выращивания кристаллов в домашних условиях не требует наличия каких-то особых химических препаратов. Но эксперимент по выращиванию кристаллов имеет ряд особенностей. Одной из таких особенностей является длительность проведения опыта. Дело все в том, что хороший и красивый, а, главное, большой кристалл нельзя вырастить быстро. На это нужно время. Поэтому я решила вырастить кристаллы из того, что есть в доме у каждого, из сахара и соли. В Интернете я нашла множество различных рецептов.
2.1. Технология выращивания кристаллов.
Технология выращивания кристаллов заключается в том, что готовится перенасыщенный раствор растворителя. Затем в него опускается «затравка», которая привязывается на нить или кладется прямо на дно посуды. Сосуд оставляют открытым на длительное время. Испарение растворителя увеличивает концентрацию вещества в растворе, а так как она уже является предельной, то получающийся осадок оседает на кристалле, вызывая его рост.
2.2. Кристаллы из натриевой соли.
Берем стакан воды при температуре 70-800 С. Натриевую соль насыпаем в пробирку и ставим пробирку в воду. Через 7-10 минут соль растворяется. Раствор аккуратно переливаем в чашку Петри. Для затравки используем несколько готовых кристаллов соли. Ждем образования кристаллов. Потребовалось около 10 минут для получения результата (приложение 3, стр. 9). В первый раз слой раствора оказался слишком большим и застыл сплошным куском. Пришлось попробовать еще раз.
2.3. Кристаллы из поваренной соли и сахара.
Для начала нужно вскипятить воду. В один из стаканов с горячей водой я добавляла поваренную соль, а в другой – сахар, постоянно помешивая. Продолжать процедуру нужно до тех пор, пока не получится концентрированный раствор. То есть, пока соль не начнет оседать на дне посуды, а сироп из сахара не станет вязким. В этот период лучше всего поддерживать высокую температуру воды, но без кипячения [4]. Затем полученные растворы я разлила в чашки Петри. Спустя всего 10-15 минут на поверхности поваренной соли начали образовываться маленькие кристаллы (приложение 4, стр. 10). В растворе сахара этот процесс занял сутки (приложение 5, стр. 10). Так как кристаллы получились маленькие, но для их исследования я использовала электронный микроскоп (приложение 6, стр. 11). Фотографии получились четкие и очень красивые.
2.4. Кристаллы из медного купороса.
Иногда открытия в физике совершаются случайно. Так получилось и у меня. Когда я подбирала посуду для проведения эксперимента, то в лаборантской кабинета физики, в одном из «забытых» стаканов с высохшим раствором медного купороса я обнаружила достаточно большие кристаллы. Значит, вырастить кристаллы и из раствора медного купороса также реально и достаточно просто (приложение 7, стр. 11). Правда, стакан с раствором простоял в шкафу больше года. А в стакане с высохшим раствором поваренной соли я обнаружила поликристалл и несколько мелких кристаллов соли (приложение 8, стр. 11).
Заключение
В ходе работы я узнала, что о кристаллах было известно еще в древности. Но выращивать кристаллы люди научились много позже. Теперь я знаю, что бывают моно и поликристаллы, а также они могут быть идеальными. Реальные же кристаллы можно получить в школьном кабинете физики, а значит, и в домашних условиях. Эти процессы занимают совсем немного времени.
На мой взгляд, цель работы достигнута. Проведенные эксперименты подтверждают мою гипотезу. Моя работа имеет большое значение с точки зрения проведенных экспериментов. Прочитав в Интернете о способах и методах выращивания кристаллов, я думала, что это очень сложно и долго. Но результат превзошел все мои ожидания. Я убедилась в том, что для выращивания кристаллов не требуется много времени и сложного оборудования. А соль и сахар есть в любом доме.
Получив результат, мне захотелось попробовать вырастить уже большие кристаллы из других веществ. Также из Интернета я узнала, что выращенные на веточке поликристаллы поваренной соли могут служить украшением интерьера комнаты. Я хочу продолжить работу над моей темой. Думаю, что у меня получится.
Библиографический список
Виктор слётов «Стихи о камнях и кристаллах» / [Электронный ресурс] // Интернет - сайт проекта «Рисуя минералы». Режим доступа - http://mindraw.web.ru/stih1.htm
Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский, Физика. 10 класс. – Москва «Просвещение», 2009. – 368 с.
Виктория Литвинова «Кристалл – что это?» / [Электронный ресурс] // Интернет - сайт «Syl». Режим доступа - https://www.syl.ru/article/323555/kristall---eto-chto#image9
Как вырастить кристалл из соли / [Электронный ресурс] // Интернет - сайт «Задачи по химии». Режим доступа - http://zadachi-po-khimii.ru/zanimatelnaya-khimiya/kak-vyrastit-kristall-iz-soli.html
Кристаллы / [Электронный ресурс] // Интернет - сайт «Википедия». Режим доступа - https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Кристаллы
Приложения
Приложение 1.
Огненный опал Висмут Крокоит
Приложение 2.
Приложение 3.
Приложение 4.
Приложение 5.
Приложение 6.
Приложение 7.
Приложение 8.