V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Выращивание кристалла из сахара в домашних условиях
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Я живу в селе Головчино. Это самое большое село в России. Наше село славится историческими памятниками, слава о которых разлетелась во многие уголки нашей страны – это «Круглое здание» и «Парк-сад 19 века». Хочу напомнить ещё об одном историческом событии нашего села. В 1839 году в селе был построен первый на Белгородчине сахарный завод. В 2018 году нашему заводу исполняется 179 лет. Разве это ни чудо!
Трудно найти такую семью, в которой бы обходились без сахара? Сахар – очень важный пищевой продукт, источник углеводов, которые обеспечивают наш организм энергией. Сахар активизирует кровообращение в спинном и головном мозге, а отказ от сахара может привести к склеротическим изменениям. Всё же злоупотреблять сахаром не стоит, поскольку он плохо влияет на состояние зубов. Кроме того, существует проблема калорийности сладких продуктов. Поэтому следует употреблять не более 60 г сахара в день.
Современная наука стремится познать новое, заглянуть за пределы Вселенной, разгадать тайны микромира. Но, за великими целями забывается то, что находится рядом, без чего мы не можем обойтись, и используем каждый день.
Актуальность работы заключается в том, чтобы находить интересное и необычное рядом, в том, что доступно для наблюдения и изучения, не требует особых усилий и затрат. Например, сахар. Сахар, который есть на каждом столе, в каждом доме, известный и знакомый, непознанный и таинственный!
А в учебнике «Окружающий мир» мы познакомились с некоторыми свойствами сахара и узнали, что сахар получают из таких растений, как сахарный тростник (из стеблей сахарного тростника), который пришёл к нам из Индии и сахарной свёклы (из корнеплодов сахарной свёклы), который наиболее распространён в наших широтах.
Из книг я узнала, что уникальным сырьём для производства сахара считается сахарный клён. Его обнаружили жители Канады. В странах, где растут пальмы, местные жители добывают пальмовый сахар из сока этих деревьев.
Значение слова САХАР по Ожегову: Сахар - Кристаллическое питательное белое сладкое вещество, получаемое из сахарной свёклы или из сахарного тростника.
Я заинтересовалась кристаллами, когда узнала, что они окружают нас повсюду. Например, каждая отдельная частица соли, сахара или песчинка являются кристаллами!
Всмотритесь в кристаллики сахара, и вы увидите их красоту и неповторимость.
Кристаллы бывают естественного происхождения и искусственного, выращенные в специально-созданных условиях. И каждый человек, при желании может легко вырастить кристаллы у себя дома.
Если такие кристаллы можно получить из сахарной свёклы, сахарного тростника, сахарного клёна и даже из сока пальмы, то почему же не попробовать их получить и в домашних условиях?
Меня заинтересовала эта тема, и я решила вырастить кристалл сахара в домашних условиях.
Так была выбрана тема исследования:
«Выращивание кристалла из сахара в домашних условиях»
Предмет исследования: сахар, кристалл сахара.
Возникло ещё много проблемных вопросов:
- что такое кристаллы?
- почему они растут?
- чем их нужно «кормить», чтобы быстрее росли?
- можно ли вырастить кристаллы в домашних условиях?
Гипотеза: мы предположили, что кристаллы сахара могут появляться при создании определенных условий; значит, если изменять условия я кристаллизации, то можно получить кристаллы разной формы и цвета в домашних условиях.
Практическое значение исследования в том, что оно может быть использовано на уроках окружающего мира, во внеклассных мероприятиях, на занятиях кружков.
Цель исследования: научиться выращивать кристаллы сахара (для сравнения) в домашних условиях.
Задачи исследования:
Изучить материал по данной теме.
Изучить условия образования кристаллов, их формы, цвета.
Выполнить опыты по выращиванию кристаллов сахара по изученным методикам.
Проанализировать полученные результаты.
Методы исследования:
Накопление теоретического материала.
Проведение опытно-экспериментальной деятельности с целью получения кристаллов из сахара.
Анализ полученных результатов исследования.
Основная часть
Кристаллы. Что это и какие они бывают?
Для начала обратимся к истории вопроса, почему кристаллы называются кристаллами. Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лед. Их так и назвали - «кристаллос», по-гречески «лед»; это слово происходит от греческого «криос» - холод, мороз. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится.
Я изучила энциклопедии и интернет-сайты и пришла к выводу, что кристаллы — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников. Кристаллы состоят из мельчайших частиц (атомов), которые «упакованы» в определенном порядке. Благодаря этому на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, которые пересекаются по прямым рёбрам.
Кристаллы очень разнообразны и по величине, и по форме. Причем их самой характерной особенностью является то, что кристаллы разных веществ отличаются друг от друга по форме.
Как же образуются кристаллы?
Когда испаряется («высыхает») соленая вода в кастрюле или сладкий чай в стакане, на стенках кастрюли или на дне стакана остается белый налет. В лупу можно разглядеть в нем мелкие блестящие кристаллики соли или сахара. Это пример кристаллизации из раствора. В природе на дне озер, заливов и в море отлагаются кристаллы солей. Кристаллизация из раствора. Отложение соли из морской воды Кристаллы могут образоваться и из пара. Морозные узоры на зимнем окне, иней на деревьях – это результат кристаллизации водяного пара, а именно, вода, содержащаяся во влажном воздухе, при 0°С переходит из газообразного состояния в твердое (кристаллическое)
Кристаллизация водяного пара
Выращивание кристаллов.
Изучая природные кристаллы, человек научился выращивать их искусственным путем. Для многих отраслей науки и техники требуются кристаллы очень высокой чистоты с совершенной кристаллической структурой. Кристаллы, встречающиеся в природе, этим требованиям не удовлетворяют, так как они растут в условиях, весьма далеких от идеальных. А при искусственном выращивании можно получить кристаллы крупнее и чище, чем в природе.
Люди научились выращивать искусственные кристаллы рубина. Используют их для изготовления ювелирных украшений и в часовых механизмах. Выращивают и самые твердые на свете кристаллы алмазы. Сегодня алмаз не камень-украшение, а в первую очередь камень-работник. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет огромную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни.
Удивительно, но выращивать кристаллы можно не только в химических и промышленных лабораториях, но и в домашних условиях. Существует всего два метода выращивания кристаллов в домашних условиях. Это кристаллизация из насыщенного раствора при медленном испарении растворителя или при медленном понижении температуры.
Если приготовить насыщенный раствор, скажем, сахара при температуре 30° и начать охлаждать его до 20°. При 30° в 100 граммах воды растворяется 223 грамма сахара, а при 20° растворяется 205 граммов. Тогда при охлаждении от 30 до 20° 18 граммов окажутся «лишними» и, как говорят, выпадут из раствора. Так получаются кристаллы путем охлаждения насыщенного раствора.
Практическая часть
Проведение эксперимента
Изучив способы выращивания кристаллов в домашних условиях, я решила, что самым безопасным и быстрым способом является выращивание кристаллов сахара. Я воспользовалась помощью мамы.
Свой опыт мы поставили 28 ноября 2017 года. Приготовили сироп по рецепт: 18столовых ложек сахара на стакан воды.
Насыщенный раствор перелили в другие емкости, где можно производить выращивание кристаллов. Взяли нитку привязали к ней шпажку, повесили на карандаш и погрузили в стакан с сиропом.
Мы подготовили 9 стаканчиков с сахарным сиропом, в которые добавили пищевой краситель. И несколько стаканов без пищевых красителей.
Три стакана мы поставили на подоконник, три в шкаф под стеклянную дверь три стаканчика поставили возле тёплой трубы. Мы хотели выяснить, влияет ли краситель и условия на рост кристаллов.
На четвертый день появилась плёнка на стаканах, которые стояли возле тёплой трубы. На остальных ничего не происходило.
На шестой день в стаканчиках на окне и в шкафу тоже стала появляться плёнка.
На десятый день в стаканах в шкафу стали появляться большие кристаллы. Наиболее крупные кристаллы были в стакане с красным сиропом, такой же результат был и в стаканах с красным сиропом на подоконнике и возле тёплой трубы.
Из дополнительных источников я выяснила, что красный краситель получают из соков клубники, малины, брусники, клюквы, вишни, смородины. Сок этих ягод содержит много природного сахара – это фруктоза, глюкоза, сахароза. Следовательно, такой состав красного красителя способствовал росту кристаллов.
На пятнадцатый день кристаллы стали уже хорошо видны во всех стаканах.
В стакане с не подкрашенным сиропом кристаллы видны более отчётливо.
На двадцатый день кристаллы разрастаются, так же они появляются и на дне стакана. В стаканах возле горячей трубы кристаллы хуже растут. Наверное, из-за чрезмерного тепла, кристаллам это не подходит. Очень хорошо просматривается рост кристаллов в стаканах, поставленных в прозрачный шкаф. В шкафу умеренно тепло, светло и нет сквозняков.
Наступил двадцать третий день исследовательской работы. Кристаллы продолжают расти и набирать силу.
В результате исследования мы выяснили, что кристаллы растут с разной скоростью, в зависимости от условий в которых они находятся. Кристаллы, находящиеся в стеклянном шкафу росли быстрее и были более крупные. Вывод: для роста кристаллов нужна постоянная температура и хорошее освещение. Возле горячей трубы периодически менялась температура, а на подоконнике было прохладно. Такие условия неблагоприятны для роста кристаллов. В ходе исследовательской работы мы выяснили, что цвет на рост кристаллов не влияет.
Опыты одноклассников
Вывод.
По итогам выполнения исследовательской работы мы сделали для себя следующие выводы:
Кристаллы будут расти на любой поверхности, которая соприкасается с раствором, а не только на ниточке и шпажке.
Кристаллы – это твердые тела, которые растут, присоединяя частицы вещества из жидкости или пара.
Вырастить кристаллы в домашних условиях возможно, что подтверждает мою гипотезу.
Самым доступным и безопасным будет выращивание кристаллов сахара, так как мы употребляем это вещество в пищу и используем ежедневно в быту.
Если добавить в сахарный раствор пищевой краситель, то можно получить разноцветные кристаллы, похожие на леденцы.
Результаты исследования.
В результате проведенных исследований гипотеза полностью подтверждается: нам удалось вырастить кристаллы сахара в домашних условиях.
Результатом исследовательской работы считаем и то, что:
мы научились работать с книгами, узнавать из них то, что до нас уже знали другие люди;
освоили некоторые способы выращивания кристаллов в водном растворе;
начали проводить наблюдения за ростом кристалла;
составили советы одноклассникам, заинтересовавшимся нашим исследованием.
Я хочу продолжить свои исследования в данном направлении. Планирую вырастить кристаллы из соли и провести сравнение роста кристаллов сахара и соли в разных условиях.
Список использованной литературы
1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия: Книга для учащихся, учителей и родителей. М.: АСТ-ПРЕСС. 1999.
2. Большая детская энциклопедия: Химия / сост. К. Люцис. М.: Русское энциклопедическое товарищество. 2000.
3. Девяткин В.В. Химия для любознательных или о чём не узнаешь на уроке. Ярославль: Академия Холдинг. 2000.
4. Леенсон И.А. Занимательная химия. М.: Дрофа. 1996.
5. Энциклопедический словарь химика. М.: Педагогика. 1990.
Интернет-ресурсы:
http://www.zircon81.narod.ru/Metodica.html
http://www.waynesthisandthat.com/crystals.htm#fast - fast
http://www.crystalgrowing.com/index_e.htm
19