исследовательская работа. Гордеева, кристаллы. Россия, Алтайский край, Смоленский район, село Новотырышкино Гордеева Софья учащаяся мбоу Новотырышкинская сош
 Скачать 35.01 Kb.
|
|
Тема исследовательской работы: «Кристаллы» Россия, Алтайский край, Смоленский район, село Новотырышкино Выполнила: Гордеева Софья учащаяся МБОУ «Новотырышкинская СОШ» 3 - «б» класса; Руководитель: Кузнецова Наталья Николаевна с. Новотырышкино 2019 г. Содержание ВВЕДЕНИЕ Глава 1. Теоретические сведения о кристаллах. Что же такое кристаллы? Кристаллы в природе. Искусственные кристаллы. Где применяют кристаллы? Выращивание кристаллов в домашних условиях. Глава 2. Практическая часть. 2.1. Условия для выращивания кристаллов. 2.2. Выращивание кристалла из медного купороса. 2.3. Выращивание кристалла из поваренной соли. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА ВВЕДЕНИЕ Для каждого из нас стали привычными слова лазер и устройства с его использованием, стекловолокно и линии связи для высокоскоростной передачи, приёма и обработки больших объёмов информации, процессор и быстродействие компьютера, мобильный телефон и т.д. Эти понятия и устройства прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Мы больше удивляемся тем результатам и эффектам, которые они создают, но почти не задумываемся о том, что внутри этих устройств, о происходящих в них явлениях. Какие при этом используются вещества и их свойства? Какие чудесные кристаллы обеспечивают их работу? Существуют ли они в природе или создание их возможно только искусственным путем? Какие условия необходимо обеспечить для их получения и возможно ли это вне научных лабораторий и современных производств? Безусловно, ответы на эти и многие вопросы можно получить из учебной, научно-популярной и другой литературы, привлекая на помощь также названные выше компьютерные устройства. Природные и искусственные кристаллы широко используются в обрабатывающей и оптической промышленности, в радиоэлектронике и компьютерах, в космических исследованиях и ультразвуковой технике. Например, с помощью рубинового лазера можно с большой точностью измерить расстояние от Земли до Луны. Самый ценный камень – алмаз – в настоящее время является больше техническим камнем, чем камнем красоты. С каждым десятилетием люди находят новые области применения кристаллических веществ. Бурное развитие науки и техники требует непрерывного получения новых видов кристаллических материалов, обладающих теми или иными нужными свойствами, поэтому все более расширяется синтез минералов, их искусственное производство на заводах. Мы решили собрать как можно больше информации о кристаллах, их свойствах и возможности использования в жизнедеятельности человека, тем самым расширив представление об удивительных созданиях природы. Однако изучить технические устройства, понять и глубже осмыслить происходящие в них явления возможно, если дополнить эту информацию знаниями, полученными лично при наблюдении за процессами, аналогичными процессам в реальных условиях природы и производств, но выполняемым в школьных или домашних опытах. Одним из таких опытов и будут эксперименты по выращиванию кристаллов в домашних условиях из веществ, используемых в обиходе людей. Цель работы: расширить представление об образовании кристаллических тел в природе на основе выращивания кристаллов различных веществ в домашних условиях. Из цели работы вытекают следующие задачи: Изучить особенности кристаллических тел и пути их образования в природе. Рассмотреть возможности использования кристаллов в жизнедеятельности человека. Провести эксперимент по выращиванию кристаллов в домашних условиях. Сформировать коллекцию выращенных кристаллов разных веществ. Гипотеза: мы предположили, что вырастить кристаллы в домашних условиях возможно. Объект исследования: кристаллы. Предмет исследования: выращивание кристаллов в домашних условиях. Для решения поставленных задач использованы следующие методы исследования: сбор, теоретический анализ литературы по теме исследования и обобщение информации; экспериментальная работа, наблюдение. Этапы исследования: Первый этап – выявление направления исследования на основе изучения и анализа научно-популярной и учебной литературы по теме проекта, формулирование цели и задач; начало экспериментальной работы (выращивание кристаллов поваренной соли, медного купороса, железного купороса). Второй этап – продолжение экспериментальной работы. Третий этап – анализ и обработка результатов эксперимента, подведение итогов, выступления перед учащимися 1-4 классов. Практическая значимость работы заключается в том, что собранный нами материал о кристаллах, особенностях применения кристаллических веществ человеком и собранная коллекция выращенных кристаллов могут быть использованы на уроках окружающего мира. Глава 1. Теоретические сведения о кристаллах. 1.1. Что же такое кристаллы? В земле иногда находят камни такой формы, как будто их кто-то тщательно выпиливал, шлифовал, полировал. Это многогранники с плоскими гранями, с прямыми ребрами. Правильные и совершенные формы этих камней, безукоризненная гладкость их граней поражают нас. Трудно поверить, что такие идеальные многогранники образовались сами, без помощи человека. Вот эти-то камни с природной, т.е. не сделанной руками человека, правильной, симметричной, многогранной формой и называются кристаллами. Криста́ллы (от греч. κρύσταλλος, первоначально — лёд, в дальнейшем — горный хрусталь, кристалл) — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку. Кристаллы — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов). Кристаллы многих минералов и драгоценных камней были известны и описаны ещё несколько тысячелетий назад. Кристаллом (от греч. krystallos – «прозрачный лед») вначале называли прозрачный кварц (горный хрусталь), встречавшийся в Альпах. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится. Первоначально главную особенность кристалла видели в его прозрачности, и это слово употребляли в применении ко всем прозрачным природным твердым телам. Позднее стали изготавливать стекло, не уступавшее в блеске и прозрачности природным веществам. Предметы из такого стекла тоже называли «кристальными». Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани. В конце 17 века было подмечено, что имеется определенная симметрия в их расположении. Было установлено также, что некоторые непрозрачные минералы также имеют естественную правильную огранку и что форма огранки характерна для того или иного минерала. Возникла догадка, что форма может быть связана с внутренним строением. Поэтому, кристаллами стали называть все твердые вещества, имеющие природную плоскую огранку. 1.2. Кристаллы в природе. Кристаллы, залегающие в земле, бесконечно разнообразны. Размеры природных многогранников достигают подчас человеческого роста и более. Встречаются кристаллы-лепестки тоньше бумаги и кристаллы-пласты в несколько метров толщиной. Бывают кристаллы маленькие, узкие и острые, как иголки, и бывают громадные, как колонны. С самых ранних времен человеческой культуры люди ценили красоту драгоценных камней. Алмаз, рубин, сапфир и изумруд – самые дорогие и излюбленные камни. За ними следуют александрит, топаз, горный хрусталь, аметист, гранат, аквамарин, хризолит. Драгоценным камням издавна приписывали целебные и разные сверхъестественные свойства, связывая с ними многочисленные легенды. Драгоценные камни служили мерой богатств князей и императоров. Самые большие в мире алмазы известны каждый под своим названием, например, «Орлов», «Шах», «Африканская звезда», «Регент». В числе сокровищ Алмазного фонда России хранится один из величайших и красивейших в мире алмазов «Шах». На полированной поверхности этого чудесного камня замысловатой персидской вязью выгравированы имена его владельцев, начиная с 1591 года. Алмаз был прислан персидским шахом русскому царю Николаю I в качестве выкупа за убийство русского посла Александра Сергеевича Грибоедова, автора гениальной комедии «Горе от ума». В морозное весеннее или осеннее утро, когда солнце еще не успело уничтожить следы ночных заморозков, деревья и кусты покрыты инеем. На ветках повисли капли льда. Вглядитесь: внутри ледяных капель видны пучки тонких шестигранных иголочек – кристалликов льда. На снежинках легче всего убедиться в том, что форма кристаллов правильна и симметрична. Бесконечно разнообразны формы снежинок. 1.3. Искусственные кристаллы. Зачем же создают еще и искусственные кристаллы, если и так почти все твердые тела вокруг нас имеют кристаллическое строение? Прежде всего затем, что природные кристаллы не всегда достаточно крупны, часто они неоднородны, в них имеются нежелательные примеси. При искусственном выращивании можно получить кристаллы крупнее и чище, чем в природе. Есть и такие кристаллы, которые в природе редки и ценятся дорого, а в технике очень нужны. Поэтому разработаны лабораторные и заводские методы выращивания кристаллов алмаза, кварца, корунда. В лабораториях выращивают большие кристаллы, необходимые для техники и науки, искусственные драгоценные камни, кристаллические материалы для точных приборов; там создают и те кристаллы, которые изучают кристаллографы, физики, химики, металловеды, минералоги, открывая в них новые замечательные явления и свойства. А самое главное – искусственно выращивая кристаллы, создают вещества, каких вообще нет в природе, с уникальными свойствами. 1.4. Где применяют кристаллы? Многие века удивительные минералы употреблялись в качестве украшений, и люди даже не подозревали, какие огромные сокрытые возможности таятся, к примеру, в бриллиантовом колье или в рубиновом перстне. Шли годы, развитие науки и техники привлекало в сферу производства все новые и новые материалы, и многие из тех свойств, которые определили драгоценность минералов, оказались совершенно необходимыми в технике. Лед - это кристалл. На кухне - едим кристаллы, например, соль или сахар. Наши дома из кристаллов – панели многих многоэтажек сделаны из бетона (искусственного камня) в состав которого входит щебень из кристаллического сланца. В медицине используют кристаллы – лучи от кварцевой лампы используются в медицине для дезинфекции. Кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов. Некоторые виды моллюсков обладают способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр. За 5-10 лет появляется драгоценный камень жемчуг, имеющий кристаллическое строение. В морях и океанах рифы и целые острова сложены из кристалликов углекислого кальция, входящих в состав скелета беспозвоночных животных – коралловых полипов. Кристаллы играют важную роль в жизни человека: Земная кора на 95% состоит из кристаллов. Кристаллы используют в промышленности, технике, производстве, медицине. Кристаллы используют для изготовления украшений и ювелирных изделий. Применение кристаллов в науке и технике очень разнообразно. Самый твердый и редкий минерал – алмаз. Используется как украшение. Так же из-за его исключительной твердости многие режущие инструменты покрывают смесью алмазного порошка и клейкого вещества. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Рубин и сапфир относятся к самым красивым и дорогим из драгоценных камней. Но у них есть и другие применения. Все часы работают на искусственных рубинах. Рубины используют в лазерах, так как его кристалл усиливает свет. Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов. Кристаллы используются в устройствах для записи и воспроизведения звука. Кристаллы кремния и германия входят в состав полупроводниковых диодов, которые есть в каждом компьютере и мобильном телефоне. Материал поляроид – тонкая прозрачная пленка, заполненная крохотными игольчатыми кристаллами. Поляроидные пленки используют в поляроидных очках, так как они гасят блики отраженного света. Это важно для полярников, которым приходится смотреть на ослепительный снег, а так же для водителей автотранспорта. 1.5. Выращивание кристаллов в домашних условиях.Выращивание кристаллов - процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества образуют кристаллы различной формы, а некоторые их вовсе не образуют; что надо сделать, чтобы они получились большими и красивыми. Если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой кристалл (или монокристалл, например, при выращивании искусственных камней), если быстро — то множество мелких (или поликристалл, например металлы). Выращивание кристаллов в домашних условиях производят разными способами. 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. Растущий кристаллик можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристаллик периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. Выращивание кристаллов - процесс занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей. Глава 2. Практическая часть. 2.1. Условия для выращивания кристаллов.Кристаллик нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора. Не допускать попадание мусора в насыщенный раствор. Отсутствие сквозняков. Неяркий свет. Отсутствие вибрации. Терпение. Этапы выращивания кристаллов: Приготовление насыщенного раствора. Для этого необходимо взять горячую воду, растворить в ней столько вещества, сколько возможно. Перелить насыщенный раствор в другую посуду через фильтр. Привязать затравку на нитку и опустить в насыщенный раствор. Поставить посуду с насыщенным раствором в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света. Накрыть сверху бумагой и наблюдать за процессом кристаллизации. 2.2. Выращивание кристалла из медного купороса.Медный купорос применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, в промышленности - при производстве искусственных волокон, органических красителей и др. Его можно купить в садоводческих магазинах. Работать нужно вместе с родителями, т.к. это вещество ядовито. Нужно работать в перчатках и тщательно мыть руки после работы с порошком, растворами или кристаллами медного купороса. В качестве затравки я использовала маленький кристалл. Закрепила ее на проволоке и опустила в раствор. Потом раствор поставила в темное теплое место. На следующий день появился кристалл медного купороса на дне стакана. Когда кристалл достигнет нужного размера, его нужно вынуть из раствора, высушить и покрыть бесцветным лаком, чтобы предохранить от разрушения на воздухе. 2.3. Выращивание кристаллов из пищевой соли Налила горячую воду в стакан, насыпала пищевую соль и перемешала. Когда соль растворилась, я добавила ещё соли и снова перемешала. Повторяла этот этап до тех пор, пока соль не перестала растворяться. Получила насыщенный раствор соли. Перелила полученный раствор в чистый стакан через салфетку. Приготовили затравку. Привязали ее к нитке и опустили в раствор. Далее раствор поставили в темное теплое место. Через 2 суток после начала опыта я заметила, что кристалл начал расти. На нитке появился налет, больше похожий на осадок или пыль. Маленькие кристаллики начали формироваться уже на пятый день. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Кристаллы встречаются нам повсюду: мы ходим по кристаллам, строим из них, выращиваем их в лабораториях. Сталь для машин, алюминиевые сплавы для ракет и самолетов и многое другое содержат в основе кристаллы разного типа, с разными свойствами, но объединенные одним общим главным качеством: правильным расположением атомов или молекул в пространстве. Моя гипотеза подтвердилась: я вырастила кристаллы в домашних условиях. Моя работа может быть использована на уроке окружающего мира, во внеклассных мероприятиях. Уже сейчас я хочу быстрее изучать химию в школе, ведь это так интересно! Своим экспериментом я заинтересовала всех в своей семье. Каждое утро бежали к баночкам папа, мама и брат, удивляясь, как растут кристаллы. Многие мои друзья тоже, заинтересовались моими опытами. А если появился интерес к способу получения кристаллов, то задача моей презентации выполнена. ЛИТЕРАТУРА: Большая иллюстрированная энциклопедия. В 32 томах. Т. 14. КОН-КУМ. – М.:АСТ: Астрель, 2010. С.344-350. Энциклопедический словарь юного физика / Сост. В.А. Чуянов. – М.: Педагогика, 1991. С. 127-128. Энциклопедический словарь юного химика / Сост. В.А. Крицман, В.В. Станцо. - М.: Педагогика, 1990. С. 126-127. https://biograf.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/14303 http://facty.by/iskopaemye/85-fakty-o-kristallakh http://coolreferat.com/Кристаллы_и_их_свойства_часть=4 https://www.sites.google.com/site/kristallyiihstroenie/prakticeskoe-primenenie https://www.krugosvet.ru/enc/fizika/kristally https://sovets24.ru/113-kak-vyrastit-kristall-iz-soli.html |