VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Гидропонный огород
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение.
Когда заканчиваются уроки, наступают выходные или каникулы, у меня никогда не возникает вопрос: чем заняться, чтобы не скучать.
Я беру шляпу и превращаюсь… в учёного. Поколдовав над коллекцией камней, я отправилась пить чай. Моё внимание привлекла давно забытая открытая банка сгущенного молока. Там были какие-то овальные прозрачные камушки. Что это такое? Почему эти драгоценности лежат в банке? Я уже достаточно давно интересуюсь минералами, но о кристаллах лишь только слышала. Оказывается, кристаллы возникают в результате правильной укладки крохотных одинаковых частиц - атомов, в данном случае сахара.
Мы решили провести исследование, цель которого - изучение формирования кристаллов разных веществ.
Актуальность исследования заключается в том, что ХХI век – это век интенсивного развития технологий. Изучение выращивания кристаллов имеет большую перспективу. Искусственные кристаллы широко применяются в электронике, медицине, технике, в биотехнологиях.
Задачи поставили такие:
Познакомиться с понятиями: кристалл, гидропоника.
Изучить способы выращивания кристаллов.
Создать условия для выращивания кристаллов.
Провести наблюдение за ростом кристаллов.
Вырастить кристаллы для коллекции "гидропонный огород" .
Составить сборник для начинающих ученых.
Методы исследования: социологический; опрос одноклассников; анализ литературы и сайтов сети Интернет по теме исследования; опыты; беседа; наблюдение.
Замысел: создание коллекции кристаллов, выращенных дома.
Идея: создать коллекцию « гидропонный огород» в домашних условиях.
Теоретическое обоснование: при соблюдении всех необходимых физических условий и химического состава материала, можно вырастить большое количество кристаллов разных веществ.
Проблема: насколько реально на практике создание гидропонного «огорода» в домашних условиях.
Решение проблемы через самостоятельное проведение опытов и их объяснение.
Организация работы:
Сбор информации.
Проведение опытов и наблюдений.
Создание « гидропонного огорода» в домашних условиях.
Объект исследования: растворимые вещества и растворы.
Предмет исследования: физико – химический процесс – выращивание кристаллов.
Гипотеза: предполагаем, что кристаллы могут появляться при создании определённых условий, значит, их можно вырастить дома.
Результативность: Новизна заключается в представлении выработанных рекомендаций юным исследователям по выращиванию кристаллов в домашних условиях, которые способствуют повышению интереса, активности, самостоятельности в опытно – экспериментальной деятельности, а также познания мира школьниками.
Практическая значимость работы состоит в том, что увлечённость к опытам, исследованиям и наблюдениям познакомит с миром профессий, связанных с новыми технологиями. Может быть, эти исследования и помогут выбрать в будущем профессию. Приобретенные знания, умения и навыки обязательно пригодятся в дальнейшей учебе.
Краткий обзор используемой литературы и источников.
Гегузин Я. Е. «Живой кристалл»: в книге содержится много информации о процессах, которые происходят в кристаллах.
Григорьев Н.П. «Минералы и самоцветы»: 350 видов минералов описаны с точки зрения их формы, цвета, характерных признаков, происхождения, основных месторождений, использования и привлекательности в ювелирном деле.
Джим Уиз «Занимательная химия, физика, биология» наполнена весёлыми и захватывающими фокусами и опытами , которые снабжены научными объяснениями «волшебства».
Шаскольская М.П. «Кристаллы» рассказывается о росте кристаллов, о естественных и искусственных кристаллах.
Шафрановский И.И. «Симметрия в природе» рассказано о внешних формах природных тел.
Сайт «Мир кристаллов»: очень много полезной и разнообразной информации.
Википедия: к ней мы обращались за различной информацией, так что выделить конкретной страницы не можем.
Степень изученности данного вопроса. Кристаллография – наука довольно старая. Одним из основателей является М. В. Ломоносов. Эта наука, занимается изучением кристаллов, их строения, формы, физических и химических свойств, зародилась в недрах минералогии, и долгое время была составной её частью. Все основные законы кристаллографии были открыты на минералах. Кристаллы являются объектом изучения физиков, химиков, математиков и биологов. Кристаллическое состояние вещества – одно из фундаментальных свойств материи. Преобладающее количество кристаллов прошло испытание временем, приспособилось к окружающим нас условиям, стало использоваться человеком. В настоящее время наука кристаллография занимает самостоятельное место в науке. Люди научились выращивать разные кристаллы, поэтому наука актуальная на сегодняшний день.
Характеристика личного вклада автора работы в решение избранной проблемы заключается в том, что нам удалось вырастить 11 кристаллов из самых разных « исходных материалов» - обычных веществ, которые человек использует в быту. В течение нескольких месяцев на подоконнике нашей квартиры «зрели» различной формы кристаллы. Мы смогли пополнить имеющуюся коллекцию камней и минералов, которую собирали уже 2 года, оригинальными экспонатами, выращенными в домашних условиях. Свой «огород» мы оформили как грядки на даче и провели по нему заочные экскурсии в начальных классах. Для одноклассников мы провели мастер – класс по выращиванию кристаллов. Мы смогли описать свои опыты и создать ««Сборник для начинающих учёных» (Приложение 4). Кроме этого, мы оформили буклет « Как вырастить кристалл», в котором в доступной форме рассказано для тех, кто заинтересовался этой темой, как это можно сделать. Работа по этой теме помогла нам убедиться в том, что химия – очень интересная наука.
2. «Гидропонный огород»
2.1. О кристаллах.
Кристаллы – это твёрдые тела, у которых строго упорядоченное симметрическое строение. Они бывают естественного происхождения (снежинка, иней, лёд, рубины, алмазы) и искусственного, выращены в специально созданных условиях. По размерам кристаллы бывают различными. Многие из них можно увидеть под микроскопом. Но встречаются гигантские кристаллы массой в несколько тонн.
Слово кристалл произошло от греческих слов – «холод» и «застывать». Древнегреческий философ Аристотель говорил так: «Кристаллос получается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту».
Выращивание кристаллов — очень - очень интересное занятие. Причем заниматься им могут не только химики и физики, но даже четырехлетний ребенок (только под контролем взрослых). Для всех кристаллов принцип выращивания в водных растворах одинаков.
Если вы решили начать выращивать кристаллы, то вам понадобятся несколько вещей:
1.Вещество, из которого вы будете их выращивать. Это может быть любая соль (пищевая, морская, сода пищевая), сахар, некоторые виды кислот, например, (лимонная). Приобрести их можно в магазине, аптеке (с ограничениями и тоже далеко не все), а также посоветоваться с учителем.
2.Небольшой кусочек свободного места. Желательно подальше от средств отопления, там, где нет перепадов температур и влажности. Температура должна быть комнатная!
3.Желание и терпение. Кристаллы не вырастут за один день и уж точно они не обойдутся без вашего участия. Если у вас есть желание выращивать кристаллы и терпение, тогда смело вперед.
4. Соблюдение техники безопасности при работе с веществами.
Существует три способа выращивания кристаллов: из расплава, из пара, из раствора. Мы применили только один способ (из раствора) и вырастили «огород» из кристаллов. Время, затраченное на рост каждого кристалла, было разное: от появления маленького кристаллика до роста большого проходило от 2 недель до 2 месяцев (Приложение 1) .
2.2. Опыты на окне.
Место обитания нашего гидропонного «огорода» – подоконник в городе Коряжма на улице Ленина в доме 33, в квартире 62. (Приложение 2)
Почему гидропонный?
Гидропоника - ( hydro – вода и ponos – работа) — технология выращивания растений без почвы на водных питательных растворах. Поскольку в основном технология касается растений, мы решили кристаллам условно дать имена – названия овощей, чтобы знать из какого вещества они были выращены. «Овощи» выросли в разных условиях, из растворов разных солей и разных концентраций, вода была разных температур, поэтому такие разные кристаллы у нас появились.
Опыт 1: « кристалл - огурцы «солёный хруст» - из насыщенного раствора соли. Эти кристаллы может вырастить и ребенок (наблюдение взрослого обязательно).
Опыт 2: кристалл - морковь сорта «медная леди», которая выросла в растворе медного купороса. С этим экспериментом лучше поаккуратней, выращивать в возрасте младшего школьника крайне опасно. Делает только взрослый, ребёнок наблюдает, помогает. Строго соблюдайте технику безопасности во время как получения, так и выращивания кристаллов. Свое здоровье надо беречь.
Опыт 3: кристалл - тыква «содовая звезда» - это кристаллы соды выросли в воде. Эти кристаллы может вырастить и ребенок (наблюдение взрослого обязательно).
Опыт 4: кристалл - укроп «железный принц» - он вырос в солевом растворе медного купороса. С этим экспериментом лучше поаккуратней, выращивать в возрасте младшего школьника крайне опасно. Делает только взрослый, ребёнок наблюдает, помогает. Строго соблюдайте технику безопасности во время, как получения, так и выращивания кристаллов. Свое здоровье надо беречь.
Опыт 5: кристалл - свёкла «сахарная голова» - сладкие кристаллы. Эти кристаллы может вырастить и ребенок (наблюдение взрослого обязательно).
Опыт 6: кристалл - - перец "калийный праздник", он из раствора монофосфата калия. Эти кристаллы может вырастить и ребенок (наблюдение взрослого обязательно).
Опыт 7: чеснок «марганцовочный бум» - вырос он из раствора марганцовки. Эти кристаллы может вырастить и ребенок (наблюдение взрослого обязательно).
Опыт 8; кристалл - капуста «борный мегатон» - кристаллы бора. Эти кристаллы может вырастить и ребенок (наблюдение взрослого обязательно).
Опыт 9: кристалл - помидоры «биф- смесь» -это результат смеси соли обыкновенной и медного купороса .С этим экспериментом лучше поаккуратней, выращивать в возрасте младшего школьника крайне опасно. Делает только взрослый, ребёнок наблюдает, помогает.
Строго соблюдайте технику безопасности во время, как получения, так и выращивания кристаллов. Свое здоровье надо беречь.
Опыт 10: кристалл - салат «лимонный взрыв», появившийся из раствора лимонной кислоты. Эти кристаллы может вырастить и ребенок (наблюдение взрослого обязательно).
Опыт 11: кристалл - редис «йодный ужин» - он появился из раствора йода и перекиси водорода в воде. С этим экспериментом лучше поаккуратней, выращивать в возрасте младшего школьника крайне опасно. Делает только взрослый, ребёнок наблюдает, помогает.
Строго соблюдайте технику безопасности во время, как получения, так и выращивания кристаллов. Свое здоровье надо беречь.
Все опыты мы собрали в «Сборник для начинающих учёных», а кристаллами дополнили свою коллекцию естественных минералов, благодаря которой мы увлеклись выращиванию искусственных минералов.
2.3 Описание некоторых опытов.
Начиная проводить опыты, нужно помнить: дети проводят опыты по выращиванию кристаллов только в присутствии взрослых.
Работу начали с подготовки посуды для опытов. В домашних условиях кристаллы лучше выращивать в стеклянной посуде (научно – резервуар): стаканах, небольших баночках, так как удобно наблюдать за ростом кристалла, фотографировать.
Посуду необходимо тщательно вымыть с мылом, просушить. Каждый раствор делают строго в своей баночке. Нельзя использовать банки для выращивания разных
солей, иногда соли сложно вымываются и остатки могут вступить в нежелательные реакции с другими солями.
На каждый резервуар наклеить табличку с названием вещества.
Опыт 1:кристалл из насыщенного раствора соли. Соль можно купить в любом продуктовом магазине. Лучше покупать пищевую. Мы взяли стакан с тёплой чистой водой: на 100 мл тёплой воды, понадобилось не менее 100 граммов соли.
Медленно всыпали соль в воду и размешали до полного растворения. Профильтровали раствор. Закрепили на ниточке или проволоке крупный кристалл соли(затравку). Он будет служить основой, к которому впоследствии будут «прилипать» остальные мелкие частицы. Закрепили нить на деревянной палочке. Опустили нитку в стакан с солью. Кристаллик не должен касаться дна или стенок стакана. Накрываем его бумагой. Эту нужно сделать, чтобы исключить попадание в кристалл пыли и грязи. Оставила стакан при комнатной температуре на несколько дней. Кристаллы соли выросли быстро. Когда кристалл достиг нужного размера и готов, извлекли его из стакана. Кристалл нужно срезать с основания (нитки или проволоки). Чтобы жизнь полученного кристалла была долгой, покрыли его бесцветным лаком.
Опыт 2: сладкие кристаллы. Мы взяли 4 стакана сахара и 1 стакан воды. Вылили в кастрюлю стакан воды и поставили на огонь, затем высыпали в неё часть сахара. Ждали пока вода закипит, помешивали. После закипания добавили оставшиеся стаканы сахара, помешивали. После растворения сахара сняли кастрюлю с огня, дали остыть. Приготовили шпажки (их надо смочить водой - для того, чтобы сахар к ним лучше прикрепился, и смогли образоваться мелкие кристаллики, из которых вырастут большие). Опустили наши мокрые палочки в "сахарный сироп" и вытащили их обратно для тщательной просушки. После опускания палочки должны хорошо высохнуть, в противном случае ничего не получится. Затем налили сахарный раствор из кастрюли в 3 баночки с широким горлышком, добавили в каждую из них свой пищевой краситель и медленно опустила в них по подготовленной и высушенной палочке. Их подвесила на прищепках. Палочки не должны касаться дна и стенок банки. Это обеспечило свободный рост кристаллов. Если в сироп добавить вместо красителя морс, то кристаллы растут только сверху. Вот и всё. Теперь поставили
баночки в светлое, относительно тёплое место ( полку в комнате) и оставили их на неделю для сладкого результата! Кристаллы получились дольше, чем, через неделю, все разноцветные красивые.
Следующие опыты проводить было труднее, так как вещества были более сложными.
Опыт 3; кристалл вырос из раствора марганцовки;
Марганцовку можно купить в аптеке. Для выращивания кристаллов необходимо 2 баночки марганцовки. Взяли профильтрованную воду, грели её до 20 градусов, готовили насыщенный раствор соли (растворимость соли 23,3 грамма соли в 100 граммах воды), значит надо взять 3-4 такие порции. Остудила его до 25 градусов и высыпали понемногу марганцовку. Привязали затравку: бусинку к нитке с одной стороны, а с другой стороны – к шпажке. Аккуратно опустили в раствор и поставили в тёплое место. Закрыли бумажкой и не тревожили недели две. Выросли красивые тёмно–розовые кристаллы, так как раствор не фильтровали. Кристаллы были похожи на бусы.
Опыт 4; кристалл из раствора лимонной кислоты.
Купить её можно в любом продуктовом магазине. Растворимость очень большая, причем если растворять в горячей воде, то получится что-то вроде сиропа, кристаллы растут очень плохо. Мы убедились сами. Лучше растворять в холодной воде. Лимонной кислоты нужно много: при растворении необходимо достичь лимонного цвета. Мы купили 20 пакетиков. Ждали 2 недели, так как кристаллы из кислоты — что-то необычное. Бесцветные прозрачные кристаллы, форма либо снежинки (поликристаллы, растут из грязной кислоты), либо многогранник со всеми гранями в форме ромбов (монокристаллы, очищенная кислота). Получились и те, и другие.
Опыт 5; кристалл вырос в солевом растворе медного купороса.
Нам были необходимы: медный купорос, поваренная соль, стальная пластинка ( у насм- скрепки ), где будут расти кристаллы меди и кружок из промокательной бумаги в форме сечения. Итак, мы положили немного медного купороса на дно пузырька. Сверху насыпали поваренной соли и закрыли всё это вырезанным кружком бумаги. На неё положили железную пластинку. Всё это вместе
надо залить насыщенным раствором поваренной соли (такой раствор мы готовили из поваренной соли). Оставили ёмкость приблизительно на неделю. За это время выросли иглоугольные красные кристаллы меди. Когда идёт процесс роста, не следует переносить ёмкость, а также очень нежелательно изымать кристаллики из раствора: они хрупкие.
Как росли другие кристаллы и проходили остальные опыты, можно посмотреть в приложении ( Приложение 2).
Появление "гидропонного огорода" заинтересовало моих друзей. Мы провели заочную экскурсию (Приложение 3) и мастер - класс для одноклассников по выращиванию кристаллов. Анализ анкет показал, что из 56 человек лишь 10 знали кое - что о кристаллах, зато после нашей лекции их стало – 56. Вопросы анкеты были такими:
1.Кристаллы люди находят в природе? (ДА, НЕТ, НЕ ЗНАЮ).
2.Видел ли ты кристаллы? (ДА, НЕТ, НЕ ЗНАЮ).
3.Встречаются ли кристаллы у нас в доме? (ДА, НЕТ, НЕ ЗНАЮ).
4.Можно ли вырастить кристаллы в домашних условиях? (ДА, НЕТ, НЕ ЗНАЮ).
3.Заключение.
Человек с древних времен интересовался минералами - он научился обрабатывать медь, бросил в огонь невзрачный камень - оказалось, он может гореть (это был уголь). Современному человеку тоже полезно знать хотя бы элементарные минералы, и мы, работая над проектом, познакомились со многими удивительными минералами и многое про них узнали. Выращивание кристаллов — очень - очень интересное занятие.
Для всех кристаллов принцип выращивания в водных растворах одинаков. Нужно лишь желание и терпение. Кристаллы не вырастут за один день и уж точно они не обойдутся без нашего участия. Мы очень хотели вырастить разные кристаллы, потратили много времени и получили результат.
Наша гипотеза подтвердилась: действительно можно вырастить кристаллы в домашних условиях при создании определённых условий.
Выводы по работе:
1.Проведя данное исследование, мы подтвердили свою гипотезу, что вырастить кристалл можно в домашних условиях и только при определённых условиях.
2. Мы научились работать с источниками информации, и узнали, что такое кристаллы, какие они могут быть и зачем они нужны.
3.Узнали, что вырастить кристалл в домашних условиях можно только из растворов и применили его, вырастив доступные кристаллы.
4. Мы научились наблюдать за ростом кристаллов и вести дневник наблюдения.
5. Мы собрали коллекцию выращенных кристаллов.
Когда наскучит суета,
Дела, людские лица,
Я знаю выход, я могу
В кристалле раствориться.
В его прозрачной глубине
Незыблимая вечность.
В нём есть и радость, и покой,
И мира бесконечность.
4. Библиографический список.
Гегузин Я.Г. Живой кристалл: статья / Я.Г. Гегузин – М. : Наука, 1981.
Григорьев Н.П. «Минералы и самоцветы» АСТ,2006
Дж.Уиз «Занимательная химия, физика, биология», Москва, 2000.
Шаскольская М.П. «Кристаллы.» — М.: Детгиз, 1944
Шафрановский И.И. «Симметрия в природе» / И.И. Шафрановский –Ленинград. : Недра, 1985
Интернет - сайт «Мир кристаллов». Ссылка - https://mirkristallov.com.
Википедия. Различные страницы о кристаллах. Ссылка на сайт - https://ru.wikipedia.org/wiki/Заглавная_страница.
Приложение №1.
Таблица появления и роста кристаллов.
Вывод: появление кристаллов зависит от многих условий: от температуры воды и воздуха, от растворимости веществ, от скорости испарения воды, поэтому кристаллы появлялись в разное время.
Приложение №2
«Гидропонный огород»
Приложение №3.
Заочная «экскурсия по огороду»