VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
"Выращивание кристаллов в домашних условиях"
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Кристаллы (от греч. "кристаллос" - лёд, горный хрусталь) - твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников.
Возможно, вы считаете, что кристалл - это редкий и красивый минерал или драгоценный камень. Отчасти вы правы. Изумруды и бриллианты являются кристаллами. Но не все кристаллы редки и красивы. Каждая отдельная частица соли или сахара - тоже кристалл! Многие из самых обычных веществ вокруг нас представляют из себя кристаллы. Всё сказанное действительно справедливо, но… кристаллы - совсем не музейная редкость. Кристаллы окружают нас повсюду.
Я давно мечтала самостоятельно вырастить кристалл. На какое-то время я забыла о своей мечте. Но потом, узнав, что кристаллы можно выращивать из различных веществ, доступных и не слишком дорогостоящих, я решила попробовать еще раз.
Актуальность: Данная тема является актуальной в связи с тем, что выращивание кристаллов очень интересное и увлекательное занятие. Я очень люблю узнавать все новое и интересное, мне нравится экспериментировать. Мне стало интересно узнать, можно ли вырастить кристаллы в домашних условиях.
Цель: Получить кристаллы в домашних условиях с помощью доступных и безопасных средств.
Задачи:
- изучить, что такое природный кристалл, его свойства;
- изучить технологию выращивания кристаллов в домашних условиях;
- самостоятельно вырастить кристаллы из сахара дома.
I. Что такое - кристаллы
Кристалл - это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих частиц. Кристаллами называются все твердые тела, в которых слагающие их частицы расположены строго закономерно.
Может сложиться впечатление, что кристалл - это редкий и красивый минерал или драгоценный камень. Отчасти это так. Изумруды и бриллианты являются кристаллами. Но не все кристаллы редки и красивы. Каждая отдельная частица соли или сахара - тоже кристалл! Многие из самых обычных веществ вокруг нас представляют из себя кристаллы. В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода - одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки.
Мы окружены кристаллами, хотя и не знаем об этом. Кристаллы есть в каждом доме - это сахар и соль. Лёд и снег известны всем, а это кристаллы замерзшей воды. Если снежинку сбросить с рукава пальто, мы не услышим, как она упала, а может быть и сломалась, но вспомните, как скрипит под ногами снег. Это трещат и ломаются миллионы снежных кристаллов. На солнце снег искрится и «играет», это отражаются лучи солнца от плоских граней кристалликов снега. Само слово «кристалл» - это лед.
Людям было трудно поверить, что кристаллы образуются сами, это казалось слишком странным. Поэтому придумали сказания, мифы и легенды о кристаллах. Так, например, появилась на Урале «Хозяйка медной горы».
1.1 Виды и типы кристаллов
Царь всех кристаллов - алмаз
Кристаллы бывают очень разными. Существуют кристаллы, которые находятся глубоко в земле. Их часто называют «цветами мира камней». Размеры таких кристаллов иногда достигают человеческого роста. Встречаются также очень тонкие кристаллы, толщина которых меньше чем у листка бумаги. Но бывают и огромные пласты, толщина которых достигает несколько метров. Бывают маленькие кристаллы, узкие и острые как иголки, но также могут быть очень громадными. Иногда образуются кристаллы похожие на веточки дерева, очень хрупкие, но очень красивые. Некоторые минералы образуют кристаллы, которые можно разглядеть только под микроскопом.
Множество всех кристаллов можно классифицировать, разбить на несколько типов и видов, используя тот или иной характерный критерий классификации.
Рассмотрим несколько из них.
Во-первых, кристаллы следует разделить на две большие группы: идеальные и реальные.
Идеальные кристаллы - это математическая абстракция, используемая учеными для описания свойств настоящих кристаллов. Характерными признаками идеального кристалла являются гладкие грани, строгий дальний порядок, определенная симметрия кристаллической решетки и прочие характерные для кристалла параметры.
Реальные кристаллы - это те кристаллы, с которыми мы сталкиваемся в реальной жизни. Они имеют различные примеси, которые могут понижать симметрию кристаллической решетки, шероховатые грани, могут иметь не правильную форму, дефекты оптических свойств (если кристалл прозрачный). Но есть одно свойство, которое присуще как идеальному, так и реальному кристаллам - это дальний порядок, правило, по которому атомы располагаются в кристаллической решетке.
Еще одним критерием деления кристаллов на виды является их происхождение. По этому критерию кристаллы делятся на природные (естественные) и искусственные (выращенные человеком).
Природные кристаллы вырастают в недрах нашей планеты в естественных для роста условиях.
Искусственные кристаллы выращиваются в лабораториях или в домашних условиях. «Ростовики» сами создают необходимые условия для выращивания того или иного кристалла. К примеру кристаллы медного купороса можно с легкостью вырастить дома. Многие кристаллы могут быть выращены как самой природой, так и людьми, но существует множество примеров кристаллов, которые в природе «не произрастают». Единственный способ получить их - это вырастить в лаборатории.
Кристаллы также можно разделить по чисто эстетико-экономическому критерию на два вида - драгоценные и не драгоценные.
Драгоценные (кристаллы) камни - минералы, обладающие двумя основными характеристиками «драгоценности»: красота и редкость. Названия многих вам известны: алмаз, аметист, рубин, сапфир, изумруд, топаз и т.д.
Кристаллы могут иметь всевозможные формы. Все известные в мире кристаллы могут быть разделены на 32 вида, которые в свою очередь могут быть сгруппированы в шесть видов. Кристаллы могут иметь и разные размеры.
II. Образование кристаллов
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. Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. Миллионы лет тому назад гранит был расплавленной массой минералов в жидком состоянии. В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и образуют кристаллы различных видов.
Минералы являются частью земной коры, и составляют внутреннюю структуру планеты. Они образуются из расплавленной магмы, находящейся в глубинных слоях Земли, и затвердевающей при выходе. Под воздействием различных природных условий постепенно происходят сдвиги земной коры, отдельные её слои опять опускаются и расплавляются. Кристаллы и есть продукты этого геологического циклического процесса.
2.1. Технологии выращивания кристаллов в домашних условиях
Технологии выращивания кристаллов из различных веществ не слишком отличаются друг от друга. Наиболее популярными веществами для этого являются поваренная соль, медный купорос и сахар.
Соль самая доступная и недорогая. Медный купорос хоть и доступен, но ядовит, и работать с ним нужно очень осторожно. А вот вырастить кристалл из сахара, мне показалось очень заманчивым. Мама намекнула, что и это « удовольствие не из дешёвых», но я сумел ее уговорить, пообещав, что с ними можно потом попить чай. А пить чай с «вкусняшками» - одно из ее любимых занятий.
Домашние кристаллы - и развлечение, и лакомство
Все мы любим леденцы, и поэтому всем нам будет интересна технология выращивания кристаллов из сахара. Такой леденец из сахара можно вырастить за три или четыре дня. Конечно, сделанный в домашних условиях, он будет выглядеть не так эффектно, как купленный, но зато вы будете знать, что вы сделали его сами, и что в нем нет никаких вредных веществ.
Итак, как вырастить кристалл из сахара? Для того чтобы начать его изготовление, вам понадобится стакан горячей воды, сахар, емкость (например, блюдце). Может пригодиться пищевой краситель.
Я приступила к реализации своей мечты. Просмотрела несколько сайтов, выписала рецепты. В основном они оказались одинаковыми: +- 1 стакан сахара. Оптимально выращивать за раз 5 кристаллов.
Взяла 2 стакана воды и 5 стаканов сахара.
Также понадобиться кастрюля, стаканы (желательно прозрачные), не очень толстая бумага (у меня картон) и деревянные шпажки.
Сделала в кастрюле раствор из четвертинки стакана воды и 2 ложек сахара. Нагрела все это на плите и до полного растворения.
Взяла шпажки, опустила их по очереди в сироп и сразу же обмакнула в сахар. Главное, чтобы кристаллы сахара равномерно распределились по палочке. После этого оставила их высыхать на ночь.
На следующее утро в кастрюлю с 2 стаканами воды добавила 2,5 стакана сахара. Растопила все это на огне, затем высыпала сахар, который еще остался. Как только растворился и он, оставила сироп на выключенной плите минут на 20.
В это время я подготовила палочки-затравки. Есть несколько способов:
- взять приготовленные палочки и у верхней части, где нет сахаринок, привязать ниткой крест-накрест вторую палочку, без сахара. Это нужно для того, чтобы затравку можно было вертикально опустить в стакан с раствором;
- вместо второй палочки, как держатель можно использовать обычную бельевую прищепку!
- взять плотный картон и воткнуть в него палочку с затравкой.
Мне больше понравилось третий способ, так как он еще и одновременно защищает сироп с палочками от пыли (вместо пленки или газеты, что нужны при первых двух способах).
Сироп разлила по стаканам, пока он был еще горячий (иначе ничего не выйдет!) и накрыла стаканы картонками с засахаренными палочками. Очень важно: они не должны касаться ни дна стакана, ни тем более, его стенок!
Стаканы с палочками поставила в теплое и укромное место, чтобы их никто не уронил невзначай. Кристаллы созрели через неделю, но я оставила их еще на одну неделю, в надежде, что они станут больше.
Для того чтобы придать кристаллу цвет, можно в сироп добавить немного пищевого красителя из набора для пасхальных яиц. Если добавить в каждый стакан с сиропом красители разных цветов и получатся разноцветные кристаллы.
Ура у меня все получилось и теперь я могу угощать своих друзей!!!
Заключение
Задача исследования выполнена. Повышение температуры приводит к быстрому испарению раствора и увеличивает скорость роста кристаллов. Кристаллы растут намного быстрее, когда много тепла и света. Весь процесс происходит за 2-3 недели. Кристаллы можно выращивать разного цвета и размера.
После проделанной работы, я сделала такие выводы:
- я узнала много интересного о том, что такое кристаллы, как и где образуются, какие бывают;
- изучила технологию выращивания кристаллов в домашних условиях;
- вырастила кристаллы из сахара дома;
Теперь я на собственном опыте убедилась, что выращивание кристаллов дома возможно и это не просто увлекательное занятие, но и наука. Мы можем любоваться кристаллами, созданными природой, а можем получить кристаллы дома.
Выращивание кристаллов в домашних условиях - весьма увлекательное занятие. Кроме этого, эксперименты с выращиванием кристаллов просты, доступны, недороги и относительно безопасны.
В дальнейшем мне бы хотелось более внимательно изучить свойства различных кристаллов. В другой раз попробую вырастить кристаллы из соли.
Список литературы:
Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии: Книга для учителя. - М.: Просвещение,1995.
Энциклопедия драгоценных камней и кристаллов.
Сайты с интернета