V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ВЫРАЩИВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ КРИСТАЛЛОВ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
У меня дома есть небольшая коллекция камней. Однажды, рассматривая один из камней белого цвета, я задалась вопросом: «А бывают ли прозрачные камни?»… Находя ответ на этот вопрос, я узнала, что камни – это горные кристаллы! Глядя на прозрачные или разноцветные с ровными, гладкими гранями кристаллы, мы можем любоваться ими бесконечно.
Кристаллы – невероятно интересное и поразительное создание природы. Они имеют правильную форму и выглядят так, как будто их кто-то специально вырезал. Мне стало интересно, как формируются кристаллы и действительно ли можно вырастить кристаллы в домашних условиях?
Стоит отметить, что выращивание кристаллов в домашних условиях – это познавательное и увлекательное занятие. В наше время в детских магазинах продается многое количество наборов для этого занятия. Но выращивать кристаллы по инструкции не доставит много удовольствия, если не знать механизм этого процесса.
Объект исследования: кристаллы.
Предмет исследования: способы выращивания кристаллов
Исследуя данную тему, я поставила цель: вырастить кристаллы нескольких видов в домашних условиях, а именно – кристаллы из сахара и кристаллы из поваренной соли. А также, для сравнения, вырастить кристалл из набора, купленного в магазине.
Для достижения цели проекта, мною поставлены следующие задачи:
- узнать, что такое кристаллы, и какие бывают виды кристаллов;
- создать условия для выращивания различных кристаллов в домашних условиях и провести эксперименты;
- проанализировать полученные результаты.
Гипотеза: предполагаю, что у меня получится вырастить кристаллы в домашних условиях.
1.Историческая справка о кристаллах 1.1 Что такое кристалл?
Название «кристалл» произошло от двух греческих слов – «холод» и «застывать», т.е. в древности это означало «застывший лед». Кристаллы - твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно. Атом - мельчайшая частица, которая состоит из ядра и электронов. Электроны притягиваются друг к другу, поэтому и кристаллы имеют ровную и гладкую форму. Кристалл состоит из кристаллической решетки.
Изучив научную литературу, я сделала вывод о том, что у кристалла следующее определение: «Кристалл - это твердое тело природного происхождения либо образованное в лабораторных условиях, имеющее форму правильного многогранника.»
2.2 Виды кристаллов.
Выделяют несколько видов кристаллов по разным признакам, а именно: по строению, по способу происхождения и по количеству кристаллов.
По строению существуют кристаллы:
- идеальные (имеют полную симметрию, т.е. у них все грани ровные и гладкие);
- реальные (всегда содержат различные дефекты, т.е. у них имеются неровности на гранях и их стенки не симметричны).
По способу происхождения:
- природные, т.е. образованные естественным путем в природе (например, алмаз, снежинки, кораллы, рубин);
- искусственные, т.е. полученные человеком искусственным путем в лабораториях (например, искусственный жемчуг, синтетический кварц).
По количеству кристаллов:
- монокристаллы – монолит с единой кристаллической решеткой, они встречаются очень редко, например, кварц, рубин. В моем проекте монокристаллами являются «заготовки» для выращивания кристаллов.
- поликристаллы – состоят из множества мелких кристалликов, т.е. монолитов, к ним относятся все металлы. В моем проекте поликристаллами будут выращенные в домашних условиях кристаллы из раствора медного купороса, сахарный и соляной кристаллы.
Итак, основные понятия сформированы, поэтому предлагаю перейти к технике и инструкциям по выращиванию кристаллов в домашних условиях.
2.Как я выращивала кристаллы
2.1 Выращивание сахарных кристаллов.
Для проведения эксперимента мне потребовались следующие предметы:
- большая кастрюля;
- 500 мл воды;
- 700–800 г сахара;
- плотная бумага или картон;
- маленькие банки, блюдца;
- шпажки.
Важно: Посуда, предназначенная для варки сиропа и производства сахарного леденца, должна быть идеально чистой. Никакой пыли или остатков моющего средства, которые могут испортить весь эксперимент.
Шаг 1.На первом этапе нужно сварить не слишком густой сироп. Смешать в маленькой кастрюле 50 мл воды с двумя столовыми ложками сахара. Смесь подогреть на минимальном огне. Сироп постоянно помешивать, пока сахар полностью не растворится. Довести до кипения, держать на плите минут 5–10. Кастрюлю оставить и немного остудить, перелить сироп в блюдечко.
Положить рядом с тарелкой листок бумаги, насыпать на него тонкий слой сахара. Подготовить блюдце для шпажек, застелить его пергаментной бумагой.
Примерно половину палочки окунуть в сироп, подождать, пока стечет сладкая вода, а потом шпажку вывалять в сахаре. Чем равномернее налипнет сахар, тем красивее будут кристаллы.
Шпажки выложить на тарелку. Они не должны соприкасаться с соседними палочками. Отставить заготовку в сторону, поближе к батарее или другому источнику тепла, чтобы сахар быстрее застыл. Понадобится минимум 12 часов, чтобы шпажки полностью высохли, а кристаллики подсластителя надежно прилипли к деревянной основе.
Итак, шпажки с сахаром стали сухими.
Шаг 2.Пора приступать к приготовлению сиропа для домашнего леденца.
- Большую кастрюлю поставить на плиту и включить минимальный огонь.
- Вылить в емкость 2 стакана воды, подождать, пока она подогреется.
- Когда жидкость станет горячей, добавить стакан сахара. Размешать до полного растворения подсластителя.
- Всыпать еще 1,5 стакана сахара. Помешивать, пока на поверхности сиропа не образуется пенка, которую нужно аккуратно снять ложкой.
- Кастрюлю сразу переставить на подставку или окунуть в емкость с прохладной водой.
Сироп на этом этапе остается жидким и легко кристаллизируется. Если варить его чуть дольше, получится липкая масса, которая подходит больше для приготовления варенья, чем для выращивания леденца.
Подождать, пока сироп станет теплым. Перелить заготовку в стаканы или баночки. Заполнять емкости на 3/4 или наполовину. Заготовки из 500 мл воды хватит приблизительно на 7–8 стаканов.
Совет: Кастрюля для приготовления сиропа должна быть высокой, ведь при нагревании масса поднимается и может «убежать», испачкав плиту и внешние стенки посуды.
Условия для выращивания сахарных кристаллов созданы.
Шаг 3.Вырезать из плотных листов бумаги или картона квадраты. Они должны быть немного больше, чем горлышко банки или стакана и защищать от пыли, а также должны быть жесткими.
Пробить по центру квадрата отверстие, в которое вставляются шпажки. Нужно, чтобы палочка не проваливалась и не двигалась.
Все готово для проведения самого эксперимента.
Шаг 4. Погрузим шпажки в стаканы с сиропом, чтобы они не прикасались к стенкам или ко дну. Холод замедляет и останавливает процесс кристаллизации, поэтому сладкая вода не должна остывать. Стаканы с сиропом поставить рядом с батареей или в другое теплое место, желательно подальше от солнца.
Емкости с кристаллами нельзя двигать, поднимать, крутить вокруг оси. Запрещено вынимать шпажки до тех пор, пока леденец не вырастет до нужного размера. Можно только наблюдать, как мелкие частицы налипают на затвердевшую основу.
Сколько будет расти леденец? Зависит от консистенции и температуры сиропа, а также от соотношения сахара и жидкости. Одни кристаллы вырастают всего за неделю, другим понадобится 10–12 дней.
Совет:если хочется вырастить цветной кристалл из сахара, то можно добавить пищевые красители в сироп, или, например, для красного сахарного кристалла добавить свекольный сок, а для желтого – морковный.
2.2 Выращивание кристаллов из поваренной соли.
Для проведения данного эксперимента мне потребовались следующие предметы:
- прозрачные стаканы;
- нитка и карандаш;
- 500 мл воды;
- 500 г пищевой соли;
- плотная бумага или картон.
Шаг 1.Насыпать пищевую соль в стакан с водой при температуре 20°С и оставить на несколько минут, предварительно помешав. За это время соль растворится. Затем добавить ещё соль и снова перемешать. Повторять этот этап до тех пор, пока соль уже не будет растворяться, и будет оседать на дно стакана. Так получается насыщенный раствор соли. Перелить его в чистый стакан такого же объёма, избавившись при этом от лишней соли на дне. Выбрать один более крупный кристаллик поваренной соли, т.е. «заготовку» для кристалла.
Шаг 2. Полученный кристаллик соли, обвязать тонкой ниткой, закрепленной на середине карандаша. Поместить кристаллик в стакан так, чтобы он был погружен в раствор, но не задевал стакан
Шаг 3. В прозрачную емкость налить теплой воды и всыпать соль. Помешивать, пока соль не растворится полностью. Затем добавить соли и повторить. Солить воду необходимо, пока соль не прекратит растворяться. Это заметно по появлению на дне посудины осадка. Раствор нужно постепенно нагревать, поставив в емкость большего диаметра с горячей водой. В итоге осадок растворится. Если на дне что-то осталось, лучше перелить раствор в чистую посуду.
Шаг 4. Поместить емкость с полученным раствором в место со стабильной температурой. Погрузить в раствор кристаллик-зародыш на нитке. Сверху сосуд с раствором нужно накрыть бумагой.
Кристалл начинает расти. Далее необходимо будет при испарении воды добавлять в емкость такой же по содержанию соли раствор, как был в начале эксперимента. Через некоторое время станет заметно, что изначальный кристаллик увеличился в размерах. Растить его можно сколько угодно, пока хватит размера емкости и терпения. Полученный кристалл будет довольно долговечным.
2.3 Выращивание кристалла из набора «Юный алхимик».
Для проведения данного эксперимента мне потребовались следующие предметы, которые входят в набор, кроме воды:
- кристаллический порошок;
- активатор роста кристаллов;
- каменная основа для роста кристалла;
- контейнер для выращивания кристалла;
- перчатки;
- палочка для размешивания;
- инструкция.
Кристаллы из набора «Юный алхимик» я выращивала строго по инструкции, при работе пользовалась перчатками.
Шаг 1.Насыпать кристаллический порошок в пластиковый контейнер.
Шаг 2.Вскипятить 150 мл.воды и вылить кипяток в контейнер с кристаллическим порошком. В течение 3 минут интенсивно мешать деревянной палочкой горячую воду до полного растворения порошка.
Шаг 3. Опускаем основу для роста кристалла на дно контейнера. Закрываем контейнер крышкой и оставляем на 1 час.
Шаг 4. Через 1 час, когда вода остыла, засыпаем активатор роста кристалла в контейнер и плотно закрываем крышкой. Далее нужно выждать 24 часа и снять крышку, кристалл оставляем расти.
Шаг 5. Ждем, когда кристалл подрастет и вода испарится. Далее аккуратно извлекаем кристалл из контейнера. Кристалл готов.
После проведения эксперимента, получился не тот результат, который должен был получиться. Все шаги выполнялись по инструкции.
Я сделала вывод, что выращивать кристаллы из наборов, купленных в магазине не так увлекательно и интересно, как выращивать из собственных «заготовок».
Заключение
Процесс выращивания кристаллов в домашних условиях – это очень интересное и увлекательное занятие, оно позволило мне понять некоторые закономерности природы. Работа по выращиванию кристаллов сделала меня более наблюдательной, расширила мой кругозор, приобщила к науке, позволила удивляться. Переживание “чуда” выращивания принесло мне много положительных эмоций и ярких впечатлений. Проделанные мною эксперименты приоткрыли мне дверь в загадочную страну кристаллов.
В проекте мне удалось выполнить все поставленные задачи и достичь цели: у меня получилось вырастить кристаллы в домашних условиях.
Список используемой литературы
1. Большая детская энциклопедия: Химия / сост. К. Люцис. М.: Русское энциклопедическое товарищество. 2015.
2. Инструкция из набора по выращиванию кристаллов «Юный алхимик».
3. Интернет - ресурсы.
4. Кристаллы. Шаскольская М. П., М.: Наука, 1998.
5. Опыты без взрывов. Ольгин О. И., М.: Химия, 2005.
6. Энциклопедический словарь юного химика / сост. В.А. Крицман, В.В Станцо. 2013.
Приложение 1
Фото камня белого и коллекции камней
Приложение 2.
Фото кварца, снежинки, искусственного жемчуга, синтетического кварца
Приложение 3.
Фото кристаллической решетки.