проект. проект Андреева Дарья. "Кристаллы. Выращивание кристаллов"
 Скачать 0.95 Mb.
|
|
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №38» Ново-Савиновского района г.Казани Проект на тему "Кристаллы. Выращивание кристаллов" Работу выполнила ученица 10А класса Андреева Дарья Сергеевна Руководитель проекта Андреева Татьяна Петровна Работа допущена к защите «_____» _______________ 2022 г. Подпись руководителя проекта _________________(__________________) Казань,2022 г. Паспорт проекта Название проекта: Кристаллы. Выращивание кристаллов Руководитель проекта: Андреева Т.П. Автор проекта: Андреева Дарья, ученица 10 «А» класса Учебная дисциплина: Физика Тип проекта: Исследовательский Цель работы: Научиться выращивать кристаллы разных веществ в домашних условиях Задачи работы: Осуществить поиск информации по обозначенной проблеме; Осуществить планирование экспериментальной части проекта; Узнать, что такое кристалл, и какие кристаллы бывают; Подобрать дома доступное оборудование и сырье для выращивания кристаллов; Познакомиться с мерами безопасности при проведении экспериментов; Вырастить кристаллы поваренной соли, медного купороса, дигидрофосфата аммония; Провести наблюдения за процессом кристаллизации; Провести анализ полученных результатов; Выбрать форму отчета о проделанной работе. Вопрос проекта: Как можно вырастить кристалл в домашних условиях? Краткое содержание проекта: в проекте рассматриваются способы выращивания кристаллов и применение их. Я выбрала 3 способа выращивания и применила их на практике. Процесс выращивания кристаллов в домашних условиях это очень интересно и увлекательно, позволяет сознательно отнестись к законам природы. Хочется и дальше изучать этот загадочный мир кристаллов Результат проекта: Коллекция кристаллов Реализация проекта: Проведение урока физики в 10 классе при изучении темы «Кристаллы» Содержание Введение Глава 1. Кристаллы………………………………………………………… 1.1. Понятие кристаллов………………………………………………… 1.2. Способы образования кристаллов…………………………………. 1.3. Применение кристаллов…………………………………………….. Глава 2. Выращивание кристаллов 2.1. Выращивание кристаллов из соли…………………………………… 2.2. Выращивание кристаллов из медного купороса……………………. 2.3. Выращивание кристалла из дигидрофосфата аммония....…………. Заключение………………………………………………………………….. Литература………………………………………………………………….. Приложение…………………………………………………………………. Введение Кристаллы — удивительные творения природы, нередко поражающие нас своей необычайной красотой, цветом и формой, игрой света в гранях. Они окружают нас повсюду. И морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев. Трудно поверить, что кристаллы образовались сами без помощи человека. Из всего окружающего нас многообразия твердых тел человек с давних пор выделяет красивые и редкие кристаллы. В недрах Земли добывают уникальные кристаллы: алмазы, рубины, сапфиры и другие драгоценным камни, которые поражают нас своей формой, цветом, игрой света. Их также можно вырастить искусственно. Ученые научились получать искусственные алмазы, выращивать фианиты, рубины и другие, важные для промышленности и ювелирного дела, кристаллы. Кристаллы, как и живые существа, могут зарождаться, расти, стареть и разрушаться. Это настолько привычные нам вещи, что мы даже не задумываемся о природе их происхождения. Кристаллы в быту — это, например, соль поваренная (NaCl), сахар (кристаллы сахарозы, C₁₂H₂₂O₁₁), песок (крупинки кварца, диоксида кремния SiO₂) и т.п. Актуальность темы проекта: - Кристаллы встречаются повсеместно в нашей жизни. - В настоящее время кристаллам нашли применение во многих сферах промышленности. - На основе использования кристаллов разрабатываются многие современные технологии. В данной работе поставила цель научиться выращивать кристаллы в домашних условиях. Соответственно поставленной цели выделила задачи исследования: - узнать о значении кристаллов в жизни человека; - узнать о видах кристаллов и методах их выращивания; - вырастить кристаллы в домашних условиях; - составить рекомендации по выращиванию кристаллов. Объект исследования - кристаллы. Предмет исследования - получение кристаллов в домашних условиях. Практическое значение исследования в том, что оно может быть использовано на уроках физики, химии, во внеклассных мероприятиях. 1.1. Понятие кристаллов. Когда наскучит суета, Дела, людские лица, Я знаю выход — я могу В кристалле раствориться. В его прозрачной глубине - Незыблемая вечность. В нем есть и радость, и покой, И мира бесконечность. Виктор Слётов Кристаллы — удивительные творения природы, нередко поражающие нас своей необычайной красотой, цветом и формой, игрой света в гранях. В течении долгих столетий геометрия кристаллов казалось таинственной и неразрешимой загадкой. Не случайно на гравюре великого немецкого художника Альбрехта Дюрера изображена Меланхолия в виде печального ангела, безнадежно всматривающегося в огромный кристалл. Вплоть до ХVII в. дальше описаний «удивительных угловатых тел» дело не шло. В 1619 г. великий немецкий математик и астроном Иоганн Кеплер обратил внимание на шестерную симметрию снежинок. Он попытался объяснить тем, что кристаллы построены из мельчайших одинаковых шариков, теснейшим образом присоединённых друг к другу. По пути, намеченному Кеплером, пошли впоследствии Роберт Гук и М. В. Ломоносов. Они также считали, что элементарные частицы внутри кристаллов можно уподобить плотно упакованным шарикам. В наше время принцип плотнейших шаровых упаковок лежит в основе структурной кристаллографии. Через 50 лет после Кеплера датский геолог, кристаллограф и анатом Николаус Стеной впервые сформулировал основные понятия о формировании кристаллов: «Рост кристалла происходит не изнутри, как у растений, но путем наложения на внешние плоскости кристалла мельчайших частиц, приносящихся извне некоторой жидкостью». Эта идея о росте кристаллов в результате отложения на гранях все новых и новых слоев вещества сохранила свое значение и до сих пор. Однако же кристаллы довольно часто встречаются в нашей повседневной жизни. Это настолько привычные нам вещи, что мы даже не задумываемся о природе их происхождения. Кристаллы в быту — это например, соль поваренная (NaCl), сахар (кристаллы сахарозы, C₁₂H₂₂O₁₁), песок (крупинки кварца, диоксида кремния SiO₂) и т.п. КРИСТАЛЛЫ — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре. Большинство природных минералов имеет кристаллическую структуру. Иначе говоря, атомы в них расположены не как попало, а в строгом порядке, образуя пространственную трехмерную кристаллическую решетку. Когда связи между ними очень слабые, получается жидкий кристалл. Интересно, что студенистое "жидкое вещество", протоплазма, из которой состоят клетки человеческого организма, несмотря на то, что содержит очень много воды, обладает кристаллическими свойствами. Идеальный кристалл является математическим объектом, лишённым любых дефектов строения, а также имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани. Реальный кристалл всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решётки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформацией. Необязательно обладает кристаллографическими гранями и правильной формой, но у него сохраняется главное свойство — закономерное положение атомов в кристаллической решётке. Кристаллы делятся на две большие группы: минеральные (природные) и искусственные. Минеральные – это те, которые появляются в живой природе, например, кристаллы поваренной соли или горного хрусталя. Искусственные кристаллы – дело рук ученых - химиков, они выращиваются в специальных лабораториях. Кстати, самый большой кристалл найден в мексиканской пещере кристаллов, его размеры достигают 15 метров в длину и 1 в ширину. В свою очередь все твердые тела можно разделить на две большие категории: аморфные и кристаллические тела. К аморфным телам относятся стекла, твердые смолы и т.д.; а к кристаллическим все минералы и кристаллические соединения, например, поваренная соль, медный купорос, графит, а также некоторые органические вещества и т.п. В кристаллических телах атомы расположены в соответствии с определенным правилом и образуют дальний порядок. Это значит, что в кристаллах атомы образуют периодически повторяющуюся последовательность вдоль направлений пространственных осей. У аморфных тел атомная или молекулярная решетка и дальний порядок в ней отсутствуют. Для описания конкретного дальнего порядка в кристаллах используют такой объект, как кристаллическая решетка. Кристаллическая решетка — это геометрический образ, который помогает наглядно описать и представить расположение атомов в кристаллах. 1.2. Способы образования кристаллов. Существует три способа образования кристаллов: кристаллизация из расплава твердых тел, из насыщенного раствора и из вещества в газовом состоянии. Примерами кристаллизации: из расплава является образование льда из воды, из насыщенного раствора - выпадение соли в соляных озерах, морях, из газа – получение снежинок из водяных паров в воздухе. Современная электроника нуждается в кристаллах очень высокой степени чистоты, поэтому наука решает вопросы эффективных технологий искусственного выращивания различных монокристаллов. Самыми распространёнными способами искусственного выращивания кристаллов являются кристаллизация из насыщенных растворов и из расплавов веществ. Рост кристаллов проходит при медленном испарении раствора или понижении температуры. 1.3 Применение кристаллов. В настоящее время кристаллы играют большую роль в нашей жизни. Они широко применимы во многих сферах жизни человека, таких как медицина, промышленность, наука, ювелирное дело и быт. В медицинекристаллы применяются, по большей части, как обеззараживающие и противовоспалительные средства. Наиболее известные среди них: Алюмокалиевые квасцы или кристаллогидрат сульфата алюминия-калия, KAl(SO₄)₂ обладают антибактериальными и противовоспалительными свойствами. Квасцы используются, как натуральный дезодорант, а также как кровоостанавливающее и ранозаживляющее средство. Марганцовка или раствор перманганата калия, KMnO₄ — темно-фиолетовых мелких кристаллов с металлическим блеском. Эти разбавленные растворы (около 0,1 %) перманганата калия нашли широчайшее применение в медицине как антисептическое средство, для полоскания горла, промывания ран, обработки ожогов. В промышленности: Благодаря своей исключительной твердости алмаз (аллотропная форма углерода)активно используется в технике и промышленности: алмазными инструментами распиливают камни, бурят породы. Также он применяется в изготовлении различных деталей в автомобильной, авиационной и даже космической промышленности. Искусственным путем люди научились выращивать драгоценные камни; наиболее распространенным из них является искусственный рубин (одна из разновидностей минералакорунда, Al₂O₃). Например, в настоящее время все подшипники для часов и других точных приборов изготовляются из искусственных рубинов. В науке еще с прошлого столетия с помощью кристаллов начало создаваться множество новинок техники. Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристаллкварца (диоксида кремния, SiO₂),на егогранях возникаютэлектрические заряды. Это — пьезоэлектрический эффект в кристаллах. В наши дни в качестве пьезоэлектриков используют не только кварц, но и многие другие, в основном искусственно синтезированные вещества: синетову соль, титанат бария, дигидрофосфаты калия и аммония и многие другие. Пьезоэлектрические кристаллы широко применяются для воспроизведения, записи и передачи звука. В технике также нашел своё применение поликристаллический материал поляроид. Поляроид — это тонкая прозрачная пленка, сплошь заполненная крохотными прозрачными игольчатыми кристалликами вещества, двупреломляющего и поляризующего свет. Все кристаллики расположены параллельно друг другу, поэтому все они одинаково поляризуют свет, проходящий через пленку. Поляроидные пленки применяются в поляроидных очках. Поляроиды гасят блики отраженного света, пропуская весь остальной свет. Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремнияигермания. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный. В быту: Кристаллические вещества в первую очередь используются в пищевых целях. Самые распространенные из них — сахар или мелкие кристаллы сахарозы , C₁₂H₂₂O₁₁, соль поваренная или хлорид натрия, NaCl. Также общеизвестный песокили мельчайшиекрупинки кварца, SiO₂ применяется в любых строительных работах. В ювелирном деле: Драгоценные камни во все времена считались для людей одними из главных богатств и очень почетались и ценились. Люди всегда боролись за право обладать этими сокровищами. В истории немало кровавых событий, связанных с этими коварными камнями. Еще в самой древности драгоценные камни считались священными и достойными только высшей крови. Недаром всегда драгоценными кристаллами украшались символы королевской власти (короны, скипетры, державы, одежда) и церковные знаки (кресты, иконы, алтари). Сейчас ювелирные предприятия декорируют др. камнями всевозможные украшения и аксессуары. Также люди научились искусственно создавать минералы не только по прототипам природных, но получать новые кристаллы. Например, многие слышали о фианитах. Их название происходит от сокращения ФИАН — Физический Институт Академии наук, где их впервые получили. Бесцветные фианиты на глаз трудно отличить от алмаза — так красиво они «играют» на свету. Глава 2. Выращивание кристаллов 2.1. Выращивание кристаллов из соли Как вырастить кристалл из соли? У нас всех есть пищевая соль (или поваренная соль), которую мы принимаем в пищу. Её также можно назвать и каменной. Кристаллы поваренной соли NaCl представляют собой бесцветные прозрачные кубики. В идеале должны получиться прямоугольные кристаллы (это связано с тем, что NaCl имеет кубическую кристаллическую решетку). Также важно помнить, что солевой микролит не вырастет за несколько часов. Возможно, придётся ждать около 3–4 недель, а то и больше. Материалы: 1. Соль. Этот материал – основа для микролита, выращенного в домашних условиях. Формула поваренной соли – NaCl. Соль, как правило, растворяется в тёплой воде. В нашем случае она будет реагировать с водой, образуя уплотнения, которые превратятся в микролиты. Лучше использовать чистую соль без примесей, что обеспечит успех эксперимента. 2. Вода. Лучше всего использовать дистиллированную воду, которая используется в химических опытах для чистоты эксперимента. Если нет такой возможности, можно использовать фильтрованную воду. Так в ней не окажется ненужных примесей, которые могут помешать росту кристалла. 3. Ёмкость. Важно учесть материал, из которого сделан, например, стаканчик. В нём будет расти кристалл, поэтому к выбору ёмкости следует отнестись с особой ответственностью. Стаканчик должен быть неметаллическим, чтобы металл не вступал в реакцию с солью. Стакан нужно предварительно сполоснуть и отмыть от посторонних соринок или песчинок, ведь они могут способствовать росту мелких микролитов. 4. Нитка, проволока или плотный кусок поваренной соли. Эти элементы – важнейшая часть химического опыта. Нитка с проволокой или кусок соли станут основой для будущего кристаллика, «ядром», вокруг которого будет обрастать солевое уплотнение. Можно выбрать близкий к форме параллелепипеда кусок поваренной соли, который можно с лёгкостью найти на дне полупустой солонки. 5. Деревянная шпажка. Подойдёт и деревянная палочка. Она необходима для помешивания готового раствора. 6. Салфетки. Бумажные салфетки нужны для уборки излишек жидкости. Для этой цели подойдёт туалетная бумага или бумажные платочки. 7. Фильтровальная бумага. Такая бумага – необходимый компонент почти любого химического опыта. Этапы работы 1. Насыпаем пищевую соль в стакан с водой при температуре 20°С и оставляем на несколько минут, предварительно помешав. Соль должна раствориться.  2. Добавляем ещё соль и снова перемешиваем. Повторяем этот этап до тех пор, пока соль не перестанет растворяться и будет оседать на дно стакана. 3. Получился насыщенный раствор соли. Переливаем его в чистый стакан такого же объёма, избавившись при этом от излишек соли на дне. 2.2. Выращивание кристаллов из медного купороса. Материалы Медный купорос Приобрести медный купорос можно в любом садово-хозяйственном магазине. Он продается пачками по 100 грамм. Голубой цвет хозяйственного купороса говорит о невысокой степени очистки. Кристаллы из него получаются светлее. Емкость для рабочего раствора Посуду используют стеклянную, так как другие материалы вступают в химическую реакцию с раствором. Отлично подойдет поллитровая банка с широким горлышком. После опыта категорически запрещается использовать ее в пищевых целях. Основа для кристаллизации В качестве основы применяют тонкую шерстяную нитку синего или черного цвета. Взрослый кристалл полупрозрачен, и основа не должна испортить результат. Альтернативой может быть тонкая медная проволока, предварительно зачищенная наждачной бумагой. Вода Если в опыте вы используете медный купорос из хозяйственного магазина, воду нужно будет прокипятить. Для эксперимента с очищенным купоросом используют дистиллированную воду. Средства защиты Купорос токсичен, и работать без перчаток с ним нельзя. Карандаш или палочка для закрепления основы На ней вы подвесите нитку, на которой будет расти кристалл. Одноразовая пластиковая ложка Важно! Работа проводится только под наблюдением взрослых. По окончании процесса руки необходимо тщательно вымыть под проточной водой. Нельзя пробовать кристалл или порошок на вкус. В случае попадания медного купороса в глаза их нужно промыть большим количеством воды. Этапы работы Рабочий раствор высокой концентрации В воду, нагретую примерно до 80 градусов, по ложке добавляем медный купорос. Жидкость приходится постоянно помешивать, чтобы порошок полностью растворился. Важно поддерживать постоянную температуру воды, в этом может помочь водяная или песчаная баня. Если сульфат меди перестал растворяться и оседает на дне, значит, раствор готов. В среднем на 300 мл воды уйдет 200 грамм вещества. Кристалл-затравка Переставляем емкость с горячим раствором на охлаждающую поверхность и ждем, пока жидкость остынет до комнатной температуры. Это нужно, чтобы началось выпадение мелких кристалликов. Процедив раствор через марлю, рассмотрим кристаллики и выберем самый крупный и правильный по форме. Его мы используем в дальнейшем как затравку. Среда для выращивания кристалла Сцеженный раствор повторно нагреваем на водяной бане, вновь доводя его до перенасыщенного состояния. Если получаемый в результате осадок не растворился, повторим очистку. Привяжем затравку и поместим в банку так, чтобы нитка была расположена вертикально, не задевая дно и стенки емкости.Для этого привязываем нитку к карандашу, а сам карандаш фиксируем на горлышке, например, пластилином. Здесь вы найдете подробную инструкцию и научное описание этого эксперимента. Рост кристалла Накрываем посуду тканевой салфеткой и оставляем на семь дней в неподвижном состоянии. Статичность конструкции — обязательное условие для начала формирования кристалла. Через неделю можно заметить, что нитка обросла мелкими кристалликами размером от миллиметра, а затравка увеличилась приблизительно на 1 см. Чем крупнее кристалл, тем быстрее он растет. Когда результат устроит, просушите кристалл и покройте его лаком — он защитит изделие от белого налета при хранении и придаст ему дополнительный блеск. 2.3. Выращивание кристалла из дигидрофосфата аммония Материалы Нагреваем 300 мл. воды до температуры примерно 70 С. Затем осторожно переливаем в банку. Надеваем резиновые перчатки- они предотвратят руки от случайного попадания на них химического вещества.  Высыпаем содержимое пакета и добавляем 4-5 капель красителя с помощью пипетки.  Тщательно перемешиваем готовый раствор и ставим на водяную баню до полного растворения порошка при непрерывном помешивании (примерно 7-10 минут)  Затем, когда наш порошок полностью растворится в воде, снимаем банку с водяной бани и оставляем на некоторое время в недоступном месте. Пока наш раствор остывает, мы готовим базу для будущего кристалла: берем приготовленную нитку (примерно 15 см) и привязываем одной стороной к камешку, а другой- к карандашу. Опускаем в остывший раствор наш камешек так, чтобы он находился ровно посередине, не касаясь краев и дна банки и оставляем на 1.5 часа. В остывший раствор опускаем наш камешек с кристаллом и оставляем Кристалл получился очень красивый, с крупными гранями Заключение. Выращивание кристаллов - очень интересный и увлекательный процесс. В результате проведенных исследований гипотеза полностью подтверждается: нам удалось вырастить кристаллы. При выполнении опытов я сталкивалась с некоторыми трудностями, которые в короткие сроки устраняла. В результате чего, я пришла к выводу, что, чем насыщеннее раствор, тем быстрее вероятность образования кристалла. Если растворе кристаллизация происходит быстр, то это приведит к образованию друзы (сростка кристаллов), т.к. его молекулы не успеют построить правильный кристалл. А при слишком резком охлаждении образуется аморфное (стеклообразное) состояние вещества. Итак, выводы по работе: кристаллы различных веществ имеют разную форму; быстрее и легче кристалл растёт тогда, когда в насыщенный раствор помещается кристалл - «затравка». В ходе ее выполнения, я познакомилась со способами выращивания кристаллов. Узнала много интересного, познавательного. Но самое главное - самостоятельно вырастила кристаллы в домашних условиях. Убедились на практике в том, что можно вырастить кристалл в домашних условиях. Список литературы. Большая иллюстрированная энциклопедия «Наука и техника».Пер. с англ. А. В. Немирова. Детская энциклопедия «Что такое? Кто такой?» Том 2.Издательство «Педагогика» Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Физика. Учебник для средних специальных учебных заведений. – М.: Высшая школа, 1990 Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. Учебник для 10 кл. – М.Просвещение, 2014.стр 238-242 М.П. Шасколинская. Кристаллы.: Москва. - Наука. Физико-математическая литература, 1995г. https://luckclub.ru/kak-vyrashhivat-kristally-doma-bystro-iz-soli-iz-sahara-iz-kuporosa-instrukciya-kak-vyrashhivat-kristally Приложение 1 Результат     Рекомендации по выращиванию кристаллов в домашних условиях Процесс выращивание кристаллов в домашних условиях разделим на основные этапы: Этап 1: Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде (подогреть нужно для того, чтобы соль растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре). Растворять соль до тех пор, пока будете уверены, что соль уже больше не растворяется (раствор насыщен!). Рекомендуем использовать дистиллированную воду (т.е. не содержащую примесей других солей). Этап 2: Насыщенный раствор перелить в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что он будет увеличиваться). На этом этапе следите, чтобы раствор не особо остывал. Этап 3: Привяжите на нитку кристаллик соли, нитку привяжите, например, к карандашу и положите его на края стакана (ёмкости), где налит насыщенный раствор. Кристаллик опустите в насыщенный раствор. Этап 4: Перенесите ёмкость с насыщенным раствором и кристалликом в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий). Этап 5: Накройте чем-нибудь сверху ёмкость с кристалликом (например, бумагой) от попадания пыли и мусора. Оставьте раствор на пару дней. Важно помнить! 1. Кристаллик нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора. 2. Не допускать попадание мусора в насыщенный раствор, наиболее предпочтительно использовать дистиллированную воду. 3. Следить за уровнем насыщенного раствора, периодически (раз в неделю или две) обновлять при испарении раствор. |