Исследовательская работа "Исследование по выращиванию кристалла"
Исследовательская работа по теме: «Исследование по выращиванию
кристалла»
Секция «Химия»
Автор: Обувалова Виктория Сергеевна идентификатор: 297-854-860
Руководитель: Карюхина Елена Васильевна идентификатор: 206-692-464
Содержание.
1. Введение.
2. Теоретическая часть.
2.1. Кристаллы, встречающиеся в природе.
2.1.1. Что такое кристалл.
2.1.2. Разновидности кристаллов.
2.2. Применение кристаллов в науке и технике.
2.3. Процесс образования кристаллов.
3. Практическая часть.
4. Заключение.
5. Используемая литература.
1. Введение.
Я люблю чай и часто кладу туда сахар. И тут я задумалась, что такое
сахар. Я прочитала что это – кристаллическое питательное белое сладкое
вещество. И меня заинтересовала тема, что такое кристалл, как он получается.
Ведь много предметов состоит из кристальных веществ.
Я поставила перед собой цель: вырастить кристалл в домашних условиях.
Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
1. Узнать что такое кристалл.
2. Изучить способ выращивания кристалла в домашних условиях.
2. Провести наблюдения за процессом кристаллизации.
Объектом исследования: кристалл
Предмет исследования: процесс кристаллизации
Методы исследования:
работа с источниками информации;
наблюдение;
эксперимент.
2.Теоретическая часть.
2.1. Кристаллы, встречающиеся в природе.
2.1.1. Что такое кристалл.
В давние времена считалось, что кристаллы представляют собой
редкость. Действительно, нахождение в природе крупных однородных
кристаллов - явление нечастое. Однако
мелкокристаллические вещества
встречаются весьма часто. Так,
например, почти все горные породы:
гранит, песчаники известняк –
кристалличны.
Кристаллы издавна привлекали внимание людей своей красотой,
правильной формой, загадочностью.
Существует много сказок, преданий и легенд, сложенных людьми о камне
с древнейших пор! Как богата фантазия человека, сложившего о кристаллах
столько чудесных красивых небылиц!
Только представьте себе: чтобы ослепить ядовитую змею, достаточно
показать ей ярко-зеленый камень – изумруд . А чтобы избавиться от дурных
снов, надо носить на пальце кольцо с рубином. Ваш конь станет выносливым и
послушным, если в его уздечку вплести синий камешек – бирюзу. Есть,
оказывается, камни, которые охраняют человека от болезней, от воров, от
землетрясений...
Кристаллы - от греческого (первоначально означали лёд) - это вещества, в
которых мельчайшие частицы "упакованы" в определенном порядке. В
результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно
возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную
геометрическую форму.
Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов.
Некоторые виды моллюсков обладают способностью наращивать на
инородных телах, попавших в раковину, перламутр. За 5 - 10 лет образуется
драгоценный камень жемчуг, имеющий поликристаллическое строение. В
морской воде растворено много различных солей. Миллиарды организмов,
населяющих моря, строят свои раковины и скелеты из углекислого кальция и
кремнезема. Выпадая в осадок, раковины и скелеты умерших организмов
образуют мощные пласты так называемых осадочных пород. Рифы и целые
острова в океанах сложены из кристалликов углекислого кальция,
составляющих основу скелета
беспозвоночных животных —
коралловых полипов.
2.1.2. Разновидности кристаллов.
В настоящее время изучением
многообразия кристаллов занимается
наука кристаллография.
Кристаллография – это наука о строении, симметрии, физико-химических
свойств, образовании и росте кристаллов, которая зародилась в18 веке.
Кристаллы льда и снега.
Иногда кристаллы образуются прямо из паров, а не из жидкости. В этом
случае они бывают особенно правильны. Примером этого является
образование инея и снежинок из водяных паров воздуха. Одна снежинка-это
группа кристалликов, образованная более чем из двухсот ледяных частичек.
Снежные кристаллы образуются из
расположенных в безупречном порядке
молекул воды.
Кристаллы в облаках.
Кристаллики льда, причудливыми
узорами которых мы любуемся в снежинках, могут в несколько минут
погубить самолет. Обледенение - страшный враг самолетов - тоже результат
роста кристаллов.
Здесь мы имеем дело с ростом кристаллов из переохлажденных паров. В
верхних слоях атмосферы водяные пары или капли воды могут долго
сохраняться в переохлажденном состоянии. Переохлаждение в облаках
доходит до -30˚C. Но как только в эти переохлажденные облака врывается
летящий самолет, тотчас же начинается бурная кристаллизация. Мгновенно
самолет оказывается облепленным грудой быстро растущих кристаллов льда.
Кристаллы в пещерах
Все природные воды - в океанах,
морях, озерах, ручьях и подземных
источниках - являются естественными
растворами, все они растворяют
встречающиеся им породы, и во всех этих
растворах происходят сложные явления
кристаллизации.
Особенно интересна кристаллизация подземных вод в пещерах. Капля за
каплей просачиваются воды и падают со сводов пещеры вниз. Каждая
капелька при этом частично испаряется и остается на потолке пещеры
вещество, которое было в ней растворено. Так постепенно образуется на
потолке пещеры маленький бугорок, вырастающий затем в сосульку. Эти
сосульки сложены из кристалликов. Одна за другой капли мерно падают день
за днем, год за годом, века за веками. Звук их падения глухо раздается под
сводами. Сосульки все вытягиваются и вытягиваются, а навстречу им
начинают расти вверх такие же длинные
столбы сосулек со дна пещеры. Иногда
сосульки, растущие сверху (сталактиты) и
снизу (сталагмиты), встречаются, срастаются
вместе и образуют колонны. Так возникают в
подземных пещерах узорчатые, витые
гирлянды, причудливые колоннады.
Кристаллы во Вселенной
В облаках, в глубинах Земли, на вершинах гор, в песчаных пустынях, в
озерах, морях и океанах, в доменных печах, в аппаратах химических заводов, в
научных лабораториях, в клеточках растений, в живых и мертвых организмах -
везде встретились мы с кристаллами. Нет такого места на Земле, где бы ни
было кристаллов, где бы ни происходили все время возникновение, рост и
разрушение кристаллов. Метеориты, посланцы из звездного мира, тоже
состоят из кристаллов. В космических пришельцах - метеоритах - встречаются
кристаллы, известные на Земле, и кристаллы минералов, на Земле не
встречающихся.
2.2. Применение кристаллов в науке и технике.
Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и
разнообразны, что их трудно перечислить. Можно привести несколько
примеров.
Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня
алмаз в первую очередь камень-работник, а
не камень-украшение.
Благодаря своей исключительной
твердости алмаз играет громадную роль
в технике. Алмазными пилами
распиливают камни. Колоссальное
значение имеет алмаз при бурении
горных пород, в горных работах. Алмазным порошком шлифуют и
полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы.
Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом.
Наиболее ответственные детали двигателей в автомобильном и авиационном
производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.
Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из
драгоценных камней. У всех этих камней есть и другие качества, более
скромные, но полезные. Вся часовая промышленность работает на
искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы
рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности
рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из
капрона, из нейлона.
Новая жизнь рубина - это лазер, чудесный прибор наших дней. В 1960г.
был создан первый лазер на рубине. Оказалось, что кристалл рубина усиливает
свет. Лазер светит ярче тысячи солнц.
Мощный луч лазера легко прожигает листовой металл, сваривает
металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие
отверстия в твердых сплавах, алмазе. Эти функции выполняет твердый лазер,
где используется рубин, гранат.
В глазной хирургии применяется чаще всего лазеры на рубине.
Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических
приборов. Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую
промышленность.
Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон – это разновидности кварц.
Мелкие зернышки кварца
образуют песок. А самая
красивая, самая чудесная
разновидность кварца - это и
есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Поэтому из
прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.
Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать
или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические
заряды. Этот - пьезоэлектрический эффект в кристаллах широко применяются
для воспроизведения, записи и передачи звука.
Неотъемлемой частью нашей жизни стали мобильные телефоны,
цифровые фото- и видеокамеры. Телевизоры с жидкокристаллическим
экраном стали мечтой и украшением любого дома.
Каждый из нас хоть раз слышал сочетание
«Кристаллы Сваровски». Искусственно
созданные хрустальные кристаллы Swarovski -
это изысканное украшение. Их стоимость часто
превышает имитируемые "настоящие" камни
(топаз, изумруд, сапфир, бриллиант, рубин). Основатель хрустальной империи
Даниэль Сваровски в 1890 годах изобрел новый состав для выращивания
хрусталя небывалой до сих пор прозрачности и блеска, который до сих пор
хранится в строжайшем секрете. Украшения от Swarovski становятся
прекрасной альтернативой драгоценным бриллиантам.
Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и
непрерывно растет.
2.3. Процесс образования кристаллов.
Благодаря науке кристаллографии известны многие способы искусственного
выращивания кристаллов. Как же кристаллы растут. Выращивание
кристаллов производят разными способами. Я прочитал о двух методах
выращивания кристаллов. Например, охлаждая насыщенный раствор. С
понижением температуры растворимость веществ уменьшается (в основном,
это касается безводной соли), и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала
в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы - зародыши.
Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей (скажем,
пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в
красивые кристаллики правильной формы. При быстром охлаждении
возникает много мелких кристалликов, почти никакой из них не имеет
правильную форму, ведь их растёт множество, и они мешают друг другу.
Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом -
постепенным удалением воды из насыщенного раствора - выпариванием. И в
этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получается результат.
Оставьте открытым сосуд с раствором при комнатной температуре на
длительный срок, накрыв его листом бумаги, — вода при этом будет
испаряться медленно, и пыль в раствор попадать не будет. Растущий
кристаллик можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной
нитке, либо положить на дно сосуда. По мере испарения воды в сосуд следует
подливать свежий раствор. Даже если наш исходный кристаллик имел
неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все свои дефекты и
примет форму, свойственную данному веществу.
Кристаллы могут образовываться также непосредственно из пара или газа.
При охлаждении газа электрические силы притяжения объединяют атомы или
молекулы в кристаллическое твердое вещество. Так образуются снежинки:
воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки
той или иной формы. Выращивание кристалла можно сделать методом
нагревания. Когда мы ставим нашу основу на огонь, мы нагреваем воду, и
добавляем её в банку с кристаллом, тем самым кристалл растёт и его объём
увеличивается.
3. Практическая работа.
В своей практической работе по выращиванию кристалла, я использовала
метод охлаждения насыщенного раствора
Для практической части мне понадобилось: простая банка, специальный
набор для выращивания кристаллов и простой камень.
Первый этап: Налила краситель в банку с водой и положила туда камень.
Второй этап: Раз в неделю подогревала воду на огне, затем охлаждала.
Вид кристалла на первой неделе. Вид кристалла через три недели.
Вид
кристалла через месяц
Вывод: После каждого нагревания и охлаждения кристалл увеличивался в
размере, значит, созданные условия способствовали росту кристаллов на
камне.
4. Заключение.
Работая по данной теме, я узнала, что кристаллы это - вещества, в
которых мельчайшие частицы упакованы в определённом порядке. Их можно
получить методом:
1. Нагревания и охлаждения насыщенного раствора;
2. Выпаривания.
Образование своего кристалла я получила методом нагревания и
охлаждения насыщенного раствора.
Также я узнала, что в результате при росте кристаллов на их поверхности
самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают
разнообразную геометрическую форму.
Используемая литература.
1. С. И. Ожегов «Толковый словарь русского языка».
2. Микель Лауро. Энциклопедия современного школьника.
3. Интернет ресурсы:
Znanija. Com.,
Educationonsafety,
Otvet/maiI.ru.,
mse-onI.ru.
yandex.ru/images
Kamen-Znak.ru›halcedon.htm
