Павлюченко Людмила Викторовна

Ризен Екатерина

 

Руководитель:

учитель МОУ СОШ № 26

Павлюченко Людмила Викторовна

Благовещенск, 2008 год

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
I. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КРИСТАЛЛАХ И ИХ СВОЙСТВАХ
I.1. Сведения о кристаллах
I.1.1. Структура кристалла
I.1.2. Применение кристаллов и их роль в современном мире.
I.2. Основные свойства кристаллов.
I.2.1. Температура плавления.
I.2.2. Симметрия.
I.2.3. Закон постоянства углов.
I.2.4. Все кристаллы имеют кристаллическую решётку.
I.2.5. Полиморфизм.
I.2.6. Анизотропия (свойство монокристаллов).
I.2.7. Рост кристаллов.
II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ (ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ)
II.1. Экспериментальный опыт №1
II.2. Экспериментальный опыт №2
II.3. Экспериментальный опыт №3
II.4. Экспериментальный опыт №4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В кристаллах есть что-то удивительное и завораживающее. Они поражают своей четкостью линий и симметрией, в которой скрывается необыкновенная красота. Я сразу заинтересовалась темой «кристаллы». Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита. Минералы, используемые для ювелирных целей или красивой чистого тона окраски.

Большинство драгоценных камней отличаются блеском, прозрачностью, сильным светорассеиванием, высокой твердостью и способностью принимать огранку.

Красота кристаллов всегда восхищала человека. Раньше считалось, что горный хрусталь (вид кварца) – это окаменевший лед, который никогда не растает. На самом деле кристаллы (от греческого слова «Криос» - «ледяной холод») – это твердые тела со строгим внутренним расположением атомов, которому соответствуют симметрия их внешних гладких поверхностей – граней.

Актуальность работы: работа интересная и познавательная. Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека. Они обладают оптическими и механическими свойствами, именно поэтому первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Кристаллы до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов. Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках XX века.

Кроме того, кристаллы можно выращивать из раствора. Это удивительное свойство кристаллических тел!

Цель работы: вырастить кристаллы разнообразных веществ из растворов и сравнить их свойства, определить оптимальные условия для выращивания кристаллов.

Для реализации поставленной цели я поставила перед собой следующие задачи:

1. Рассмотреть свойства кристаллов.

2. Рассмотреть разнообразие мира кристаллов.

3. Вырастить кристаллы различных веществ при разнообразных условиях и сравнить их свойства.

4.Определить роль кристаллов в современном мире.

Предмет исследования: кристаллы.

Объект исследования: выращивание кристаллов из растворов.

Гипотеза работы: вырастить и изучить кристаллы различных солей, определить наиболее оптимальные условия для выращивания кристаллов, предложить наиболее оптимальный способ выращивания кристаллов.

 

I.1. Сведения о кристаллах

I.1.1. Структура кристалла

Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Например, крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие между собой прямые углы. Это можно заметить, рассматривая соль с помощью лупы. А как геометрически правильна форма снежинки! В ней также отражена геометрическая правильность внутреннего строения кристаллического тела – льда.

Не все кристаллы одинаковы. Существуют монокристаллы и поликристаллы. Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называются монокристаллами.

Кристаллы

	Монокристаллы	Поликристаллы
1. Медный купорос
2. Поваренная соль

 

Соблюдая большие предосторожности, можно вырастить металлический кристалл больших размеров – монокристалл. В обычных условиях поликристаллическое тело образуется в результате того, что начавшийся рост многих кристаллов продолжается до тех пор, пока они не приходят в соприкосновение друг с другом, образуя единое тело.

К поликристаллам относятся не только металлы. Кусок сахара, например, тоже имеет поликристаллическую структуру. Большинство кристаллических тел – поликристаллы, так как состоят из множества сросшихся кристаллов. Одиночные кристаллы - монокристаллы, так как имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлениям.

Кристаллы образуются при охлаждении расплавов или насыщенных растворов (с понижением температуры растворимость обычно уменьшается и при испарении растворителя). Иногда кристаллы образуются непосредственно при охлаждении паров (снег) или на холодных поверхностях (сублимация). Кристаллы растут с ограниченной скоростью, так как частицы вещества отлагаются, образуя грани.

I.2.2. Симметрия.

Идеальные формы кристаллов симметричны. По выражению известного русского кристаллографа Е. С. Фёдорова (1853-1919), «кристаллы блещут симметрией».

В кристаллах можно найти различные элементы симметрии: ось симметрии, плоскость симметрии, центр симметрии.

Например, кристаллы в форме куба (Хлорид калия, поваренная соль и др.) имеют девять плоскостей симметрии, три из которых проходят параллельно граням куба, а шесть – по диагоналям. Кроме того, куб имеет три оси симметрии 4-го порядка, четыре оси 3-го порядка и шесть осей 2-го порядка. Куб ещё имеет центр симметрии. Всего в кубе 23 элемента симметрии.

Кристаллы алмаза, калиевых квасцов имеют форму октаэдров. Октаэдры обладают такими же элементами симметрии, что и кубы. На рисунке показаны оси вращения октаэдра.

У кристаллов магния, имеющих форму гексагональной призмы (т.е. призмы, опирающейся на правильный шестиугольник), 6 плоскостей симметрии и одна ось симметрии 6-го порядка.

У кристаллов медного купороса имеется лишь центр симметрии, других элементов симметрии у них нет.

Из этого небольшого обзора симметрий различных кристаллов можно сделать вывод, что различные кристаллы обладают разной симметрией.

I.2.5. Полиморфизм.

Полиморфизм – свойство вещества иметь две (или несколько) различные кристаллические структуры. Ярким примером такого вещества является углерод. Вот вещества, которые представляют собой углерод в чистом виде:

Сажа, или копоть, - мягкий чёрный порошок, собирающийся на внешней поверхности кастрюль и сковородок, помещаемых в пламя, или в печной трубе; выбрасываемый из заводских труб чёрными клубами дым.

Уголь древесный или каменный – является одним из основных видов топлива.

Графит – мягкий стерженёк карандаша, оставляющий след на бумаге.

Алмаз – самый дорогой и самый красивый из драгоценных камней. Граненый алмаз называют бриллиантом.

I.2.6. Анизотропия.

Анизотропия – различие свойств кристалла по разным направлениям.

Приведём пример. Под пресс кладут монокристалл поваренной соли. Сначала кристалл сдавливают со стороны противоположных граней, а затем со стороны противоположных ребёр. В последнем случае кристалл разрушится при меньшем усилии, т. к. частицы, расположенные на диагонали куба, удалены друг от друга дальше, чем частицы, расположенные вдоль рёбер. Поэтому смять такую конструкцию по диагонали будет проще, чем вдоль бёдер.

I.2.7. Рост кристаллов.

Кристаллы могут расти как в природе, так и в искусственных условиях.

Рост кристаллов в природе

В соляных озёрах, на мелководье вода, нагреваясь, испаряется. Соль выпадает в осадок, наращиваясь на дне. Так образуются солончаки, представляющие дно высохших озёр.

Классификация кристаллов

Выращивание кристаллов из раствора	Выращивание кристаллов из расплава
Медный купорос     Поваренная соль     Алюмоаммонийные квасцы	Алмаз Сапфир   Берилл Кварц   Гранат Изумруд   Рубин

 

Выращивание кристаллов из расплава

Из расплава кристаллы выращивают таким образом. В установке расплав находится в неподвижном тигле, куда опущена затравка с растущим на ней кристаллом. Затравка укреплена на стержне, который непрерывно охлаждают. По мере того, как кристалл вырастает, его всё время поднимают, вытягивая стержень с затравкой из расплава, так что с расплавом соприкасается не весь кристалл, а только небольшой его слой, именно тот самый, который сейчас растёт. Кристаллы во время роста ещё обычно вращают, чтобы тепло от него отводилось равномерно. В домашних условиях вырастить кристалл из расплава невозможно.

Вырастить кристаллы в домашних условиях можно только из раствора.

 

II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ (ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ)

Кристаллы выращивают из насыщенных (перенасыщенных) растворов веществ на «затравке». Затравкой или центром кристаллизации может являться кристаллик данного вещества или любой другой центр кристаллизации (волокно). Выращивание кристаллов – это искусство. Поэтому получается не все сразу. Немного настойчивости, упорства, аккуратности, и можно стать обладателем красивых кристаллов.

Исследуем некоторые из свойств кристаллов, такие, как симметрия, рост кристаллов, форма, наличие кристаллической решётки, закон постоянства углов.

II.1. Экспериментальный опыт №1

«Нахождение оптимальной концентрации раствора для роста монокристалла и поликристалла поваренной соли».

 

Общие сведения наблюдений

	Температура окружающей среды, в которой находится раствор	Объём воды и масса соли в растворе	Получившийся кристалл
1 стакан	Температура окружающей среды одинакова, она равна 23 °С	V вода = 50 мл m соль = 70 г	В этом стакане кристалл вырос быстрее всех; по виду – поликристалл.
2 стакан	V вода = 50 мл m соль = 50 г	Вырос поликристалл средней формы и размеров.
3 стакан	V вода = 50 мл m соль = 30 г	Вырос монокристалл, хоть и маленький, но симметричный и правильной формы; он рос медленнее всех.

 

 

Дневник наблюдений

День	Совершаемое действие	1 стакан	2 стакан	3 стакан
1 день	Приготовление раствора	Приготовили раствор, насыпав в него 70 г вещества	Приготовили раствор, насыпав в него 50 г вещества	Приготовили раствор, насыпав в него 30 г вещества
2 день	Оценка изменений, происходящих в растворе	Образовался осадок на стенках сосуда	Тоже самое произошло и в этом стакане	Около воды небольшой осадок на стенке сосуда
3 день	Приготовление затравки для раствора	Приготовили кристаллики на нитях, опустили в каждый стакан
4 день	Появление кристаллов	Тут же образовалась друза	Образовывается друза, но меньше, чем в первом стакане	Образовывается монокристалл
5 день	Сравнение кристаллов	Самый большой кристалл	Чуть меньше, чем в первом стакане	Совсем маленький кристаллик
6 день	Оценка кристаллов	Большой сросток кристаллов – друза, каждый из кристалликов имеет форму куба	Сросток чуть меньше, чем в первом стакане, но кристаллики имеют кубическую форму	Совсем мелкий монокристалл в форме куба
7 день	Сравнение и оценка кристаллов (итог)	В итоге образовалась друза большого размера	Образовалась друза среднего размера, кристаллики которой имеют форму куба	Образовался монокристалл в форме куба

 

Вывод: в ходе опыта я выяснила: для того, чтобы вырастить монокристалл поваренной соли, надо 50 мл воды и 30 г соли. Для того, чтобы вырастить красивый поликристалл, надо 50 мл воды и 50г соли.

 

II.2. Экспериментальный опыт №2

«Нахождение оптимальной температуры окружающей среды для выращивания кристаллов поваренной соли».

 

Общие сведения наблюдений

	Температура окружающей среды, в которой находится раствор	Объём и температура воды, и масса соли в растворе	Получившийся кристалл
1 стакан	tокр. ср. = 25 °С	Vвода = 50 мл tвода = 20 °С mсоль = 30 г	Получился небольшой поликристалл
2 стакан	tокр. ср. = 8 °С	Vвода = 50 мл tвода = 8 °С mсоль = 30г	Кристалл вырос чуть-чуть больше
3 стакан	tокр.ср.=27 °С	Vвода = 50 мл tвода = 25 °С mсоль = 30 г	Кристалл вырос самый большой из всех этих трёх

 

День	Совершаемое действие	1 стакан	2 стакан	3 стакан
1 день	Приготовление раствора; место, где будет стоять стакан с раствором	Приготовили растворы; температура раствора во всех стаканах одинакова, - 20°С. Поставили стаканы в разные места (в холодильник, около отопительного прибора и в обычную среду).
2 день	Оценка изменений в растворе	Во всех стаканах на дне появились маленькие кристаллики; один из них выбрали для затравки.
3 день	Измерение температуры раствора	tраств. = 20°С	tраств. = 8°С	tраств. =25°С
4 день	Оценка кристаллов	Во всех стаканах на нити образовались поликристаллы средних размеров
5день	Сравнение кристаллов	Кристалл образовался самый маленький	Вырастает большой кристалл	Кристалл вырастает меньше, чем кристалл в холодильнике, но больше, чем кристалл в обычной среде
6 день	Оценка кристаллов	Из всех растворов выросли поликристаллы, появились формы куба; везде можно рассмотреть симметрию
7 день	Сравнение и оценка кристаллов (итог)	Кристалл вырос самый маленький	Кристалл вырос меньше, чем кристалл у батареи, но больше, чем кристалл в обычных условиях	Кристалл вырос самый большой

Дневник наблюдений

Вывод: оптимальная температура окружающей среды для выращивания кристаллов – примерно равна 23°С.

 

 

II.3. Экспериментальный опыт №3

«Сравнение кристаллов медного купороса и поваренной соли».

Для того, чтобы вырастить кристалл медного купороса, я поступала следующим образом: к 50мл очень горячей воды добавляла кристаллы медного купороса до получения насыщенного раствора (30 г). Опускала в насыщенный горячий раствор кристаллик на хлопчатобумажной нити (нить с «затравкой») и ставила раствор в теплое место (вода испаряется, и раствор все время является насыщенным).

 

Общие сведения наблюдений

	Температура окружающей среды, в которой находится раствор	Объём воды и масса соли в растворе	Получившийся кристалл
Медный купорос	1 стакан	t= 30°С	Vвода = 50 мл mсоль = 30г	Кристалл получился голубоватого оттенка, симметричен (монокристалл)
Поваренная соль	2 стакан	t= 30°С	Vвода = 50 мл mсоль = 30г	Кристалл получился в форме куба (монокристалл)

 

 

Дневник наблюдений

День	Совершаемое действие	1 стакан	2 стакан
1 день	Приготовление раствора	Приготовили раствор медного купороса	Приготовили раствор поваренной соли
2 день	Оценка изменений	Ничего не произошло	На дне появились мелкие кристаллики
3 день	Приготовление затравки для раствора	Взяли кристаллик медного купороса, завязали его на нити, опустили в раствор	Опустили в раствор нить с затравкой
4 день	Оценка появившихся кристаллов	На нити появились маленькие кристаллики	Появились кристаллики на нити кубической формы
5 день	Сравнение появившихся кристаллов	Появившиеся кристаллы по размерам больше, чем кристаллы поваренной соли, но всё же маленькие	Кристаллики очень малы по размерам
6 день	Оценка кристаллов	Образовался моно кристалл небольшого размера	Образовался монокристалл
7 день	Сравнение и оценка кристаллов (итог)	В итоге на нити образовался монокристалл средних размеров	На нити образовался небольшой монокристалл

 

 

Вывод: у веществ разного химического состава кристаллы имеют разную форму и отличаются по таким свойствам, как симметрия, выращивание, к тому же углы, образованные соответственными гранями, в кристаллах разных веществ будут неравными (по закону постоянства углов). Но есть и сходства, например, оба кристалла имеют кристаллическую решётку.

 

II.4.Экспериментальный опыт №4

«Сравнение кристаллов морской и поваренной солей».

 

Общие сведения наблюдений

	Температура окружающей среды, в которой находится раствор	Объём воды и масса соли в растворе	Получившийся кристалл
Морская соль	1 стакан	Температура окружающей среды везде одинакова, она равна 23 °С.	Vвода = 50 мл mсоль = 30г	Получился поликристалл, друза (самый маленький).
Поваренная соль	Крупная	2 стакан	Vвода = 50 мл mсоль = 30г	Кристалл вырос самый большой из этих трёх, монокристалл.
Мелкая	3 стакан	Vвода = 50 мл mсоль = 30г	Получился монокристалл поваренной соли (мелкой), чуть меньше предыдущего.

Дневник наблюдений

		1 стакан	2 стакан	3 стакан
1 день	Приготовление раствора	Приготовили раствор морской соли	Приготовили раствор крупной поваренной соли	Приготовили раствор мелкой поваренной соли
2день	Оценка изменений	На дне появляются мелкие кристаллики	На дне появляются мелкие кристаллики	Ничего не происходит
3 день	Приготовление затравки для раствора	Берём один из кристаллов, образовавшихся на дне, каждого стакана, привязываем на ниточки и опускаем в растворы соответствующего вещества – они будут служить затравками
4 день	Оценка появившихся кристаллов	Кристаллы не появились	Появляется небольшой кристалл на нити	Появляется очень маленький кристалл на нити
5 день	Сравнение появившихся кристаллов	К затравке присоединились мелкие кристаллики	Образовывается большой кристалл	Появляется маленький кристалл в форме куба
6 день	Оценка кристаллов	Образуется поликристалл	Больше похоже на монокристалл	Образуется мелкий монокристалл
7 день	Сравнение и оценка кристаллов (итог)	В итоге на нити образовался мелкий поликристалл, в форме куба	Образовался большой монокристалл в форме куба	Образовался примерно такой же по размерам монокристалл, как кристалл крупной соли

 

 

Вывод: у веществ одного и того же химического состава форма выращенных кристаллов одинакова, но скорость выращивания кристаллов этих веществ абсолютно разная.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении этой работы я выяснила, что мир кристаллов красив и разнообразен. Каждый его «представитель» уникален по своим свойствам, размерам и особенностям строения. Кроме того, что кристаллы красивы, они играют важную роль в жизни человека.

В ходе работы я исследовала очень интересное свойство кристаллов – их рост в искусственной среде. Оказывается, кристаллы можно вырастить дома, без каких- либо усилий. Для быстрого выращивания нужны оптимальные условия. Например, чтобы вырастить кристалл поваренной соли (за короткий срок), нужно поставить стакан с раствором в тёплое место, но раствор приготовить оптимальной концентрации – 50 мл воды и 30-50 г соли. Если кристаллизация происходит медленно, то вырастет монокристалл, а если быстро – поликристалл.

При изучении кристаллов я убедилась: свойства их настолько разнообразны, что я смогла исследовать лишь некоторые из них.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Физика. Строение вещества». А. Е. Гуревич. 2001 год.

2. «Факультативный курс физики». А. В. Пёрышкин. 1976 год.

3. Энциклопедия «Аванта +» Физика. 2003 год.

4. Универсальная школьная энциклопедия для детей «Аванта +». 2004 год.

5. www. venda. ru

6. www. yandex. ru

7. Энциклопедия «Аванта +» Химия. 2004 год.

8. Большая энциклопедия «Кирилла и Мефодия». 2006 год.

9. «Хочу всё знать. Занимательная химия». И.А.Леенсон.1 996 год.

10. «Химия для всех». Г. Б. Шульпин. 1987 год.

Ризен Екатерина

 

Руководитель:

учитель МОУ СОШ № 26

Павлюченко Людмила Викторовна

Благовещенск, 2008 год

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
I. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КРИСТАЛЛАХ И ИХ СВОЙСТВАХ
I.1. Сведения о кристаллах
I.1.1. Структура кристалла
I.1.2. Применение кристаллов и их роль в современном мире.
I.2. Основные свойства кристаллов.
I.2.1. Температура плавления.
I.2.2. Симметрия.
I.2.3. Закон постоянства углов.
I.2.4. Все кристаллы имеют кристаллическую решётку.
I.2.5. Полиморфизм.
I.2.6. Анизотропия (свойство монокристаллов).
I.2.7. Рост кристаллов.
II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ (ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ)
II.1. Экспериментальный опыт №1
II.2. Экспериментальный опыт №2
II.3. Экспериментальный опыт №3
II.4. Экспериментальный опыт №4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В кристаллах есть что-то удивительное и завораживающее. Они поражают своей четкостью линий и симметрией, в которой скрывается необыкновенная красота. Я сразу заинтересовалась темой «кристаллы». Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита. Минералы, используемые для ювелирных целей или красивой чистого тона окраски.

Большинство драгоценных камней отличаются блеском, прозрачностью, сильным светорассеиванием, высокой твердостью и способностью принимать огранку.

Красота кристаллов всегда восхищала человека. Раньше считалось, что горный хрусталь (вид кварца) – это окаменевший лед, который никогда не растает. На самом деле кристаллы (от греческого слова «Криос» - «ледяной холод») – это твердые тела со строгим внутренним расположением атомов, которому соответствуют симметрия их внешних гладких поверхностей – граней.

Актуальность работы: работа интересная и познавательная. Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека. Они обладают оптическими и механическими свойствами, именно поэтому первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Кристаллы до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов. Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках XX века.

Кроме того, кристаллы можно выращивать из раствора. Это удивительное свойство кристаллических тел!

Цель работы: вырастить кристаллы разнообразных веществ из растворов и сравнить их свойства, определить оптимальные условия для выращивания кристаллов.

Для реализации поставленной цели я поставила перед собой следующие задачи:

1. Рассмотреть свойства кристаллов.

2. Рассмотреть разнообразие мира кристаллов.

3. Вырастить кристаллы различных веществ при разнообразных условиях и сравнить их свойства.

4.Определить роль кристаллов в современном мире.

Предмет исследования: кристаллы.

Объект исследования: выращивание кристаллов из растворов.

Гипотеза работы: вырастить и изучить кристаллы различных солей, определить наиболее оптимальные условия для выращивания кристаллов, предложить наиболее оптимальный способ выращивания кристаллов.