Тема «Изучение условий выращивания кристаллов» icon

Тема «Изучение условий выращивания кристаллов»



НазваниеТема «Изучение условий выращивания кристаллов»
г.о. Самара
Дата17.10.2016
Размер
ТипРеферат


СЕКЦИЯ «ЕСТЕСТВЕННО – НАУЧНАЯ»


ТЕМА

«Изучение условий выращивания кристаллов»


ВЫПОЛНИЛ:

Сахибназаров Никита,

ученик 5 Б класса

МБОУ СОШ № 91

г.о. Самара

РУКОВОДИТЕЛЬ:

Мингалеева Г.З.

учитель химии


Самара 2011

Содержание


ВВЕДЕНИЕ 3

1.ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КРИСТАЛЛАХ И ИХ СВОЙСТВАХ 6

1.1.Происхождение слова «кристалл» 6

1.2.Структура кристалла 7

1.3 Виды кристаллов 8

1.5. Способы выращивания кристаллов 11

^ 2.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 13

2.3. Опыт 2 14

2.4. Опыт № 3 16

2.4.Опыт № 4 17

Первое исследование: 18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

Список литературы 24

Приложения 25

1. Описание солей, взятых для исследования 25

1.1. Дигидрофосфат аммония 25

1.2. Медный купорос 26

2. Правила безопасности 27

^ 3. ДНЕВНИК НАБЛЮДЕНИЙ 29

3.1.1 Опыт 2 29

3.1.2. Опыт № 4 31

ВВЕДЕНИЕ


На уроках природоведения в этом учебном году мы проходили тему «Строение земной коры». Камни с древнейших времён играют огромную роль в жизни людей. В истории человечества был даже каменный век – время, когда наши предки почти всё делали из камня: орудия труда и охоты, предметы быта. Мы, кстати, знакомились с такими предметами во время экскурсии «Древний мир».

Когда мы говорим «камни», то мы имеем в виду разнообразные минералы и горные породы. Минералы – это природные вещества. А горные породы – природные соединения минералов. Многие минералы имеют вид кристаллов.

Всё началось с подарка на день рождения: я получил научно-познавательный набор «Разноцветные кристаллы». Возникло много проблемных вопросов:

– Что такое кристаллы?

– Какие они могут быть?

– Почему они растут?

– Чем их нужно «кормить», чтобы быстрее росли?

– Возможно ли вырастить кристаллы в домашних условиях?

Из книг я узнал, что кристаллы получают в лаборатории, но бывают они и в природе. Например, снежинки, морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев. Кристаллы встречаются нам повсюду. Кристаллы широко применяются в науке, промышленности, оптике, электронике. Мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, обрабатываем кристаллы на заводах, выращиваем кристаллы в лабораториях и в заводских установках, создаем приборы и изделия из кристаллов, широко применяем кристаллы в технике и в науке, едим кристаллы, лечимся кристаллами, находим кристаллы в живых организмах, проникаем в тайны строения кристаллов, выходим на просторы космических дорог с помощью приборов из кристаллов и растим кристаллы в космических лабораториях. Кристаллы различны по строению, размерам, форме, качеству. Меня очень заинтересовала эта тема, и решил вырастить кристаллы солей в домашних условиях.

^ Актуальность работы: Тема 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 исследования: познакомится с разнообразием кристаллов, вырастить кристаллы разнообразных веществ из растворов и сравнить их свойства, определить условия для выращивания кристаллов.

Реализацию цели я планирую через следующие задачи: 

    • Изучить литературу по данной теме.

    • Изучить способы выращивания кристаллов в лабораторных и домашних условиях

    • Познакомиться  и использовать необходимые меры безопасности и защиты при проведении эксперимента;

    • Вырастить кристаллы различных веществ из растворов;

    • Изучить условия образования кристаллов разных веществ, их формы, цвета;

    • Проанализировать полученные результаты;

Предмет исследования: кристаллы.

Объект исследования: условия выращивания кристаллов из растворов.

^ Гипотеза работы: Мы предположили, что кристаллы соли могут появляться при создании определенных условий; значит, если изменять условия кристаллизации и растворять различные вещества, то можно получать кристаллы разной формы и цвета.


Методы исследования:

  • Работа с источниками информации.

  • Проведение эксперимента.

  • Наблюдение

  • Анализ полученных результатов и соотнесение его с гипотезой.
  1. ^

    ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КРИСТАЛЛАХ И ИХ СВОЙСТВАХ

    1. Происхождение слова «кристалл»


Прежде чем провести свои практические исследования, я должен был узнать, что из себя представляют кристаллы, какие у них свойства. Поэтому я обратился к теоретическим источникам в этой области. Для этого я использовал ресурсы Интернета и книги.

Интересно происхождения слова «кристалл» (оно звучит почти одинаково во всех европейских языках). Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали – «кристаллос» (то есть – лед); это слово происходит от греческого «криос» – холод, мороз. В то время учёные предположили, что лед, находясь, длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять.

Один из самых авторитетных античных философов Аристотель писал, что «кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту». Римский поэт Клавдиан в 390 году то же самое описал стихами:

^ Ярой альпийской зимой лед превращается в камень.
Солнце не в силах затем камень такой растопить
.

Аналогичный вывод сделали в древности в Китае и Японии – лед и горный хрусталь обозначали там одним и тем же словом. И даже в 19 веке поэты нередко соединяли воедино эти образы:

^ Едва прозрачный лед, над озером тускнея, Кристаллом покрывал недвижные струи.

А.С.Пушкин. К Овидию

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». Еще и сегодня стекло особой прозрачности называется хрустальным, «магический» шар гадалок – хрустальным шаром.

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. В конце концов, кристаллами стали называть все твердые вещества, имеющие природную плоскую огранку.
    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.

Науки, изучающие кристаллы

  • кристаллография изучает идеальные кристаллы c точки зрения законов симметрии и сопоставляет их с кристаллами реальными.

  • структурная кристаллография занимается определением внутренней структуры кристаллов и классификацией кристаллических решеток.

  • кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов.

  • кристаллохимия изучает закономерности образования кристаллов из различных веществ и в разных средах.

Заметной вехой в истории кристаллографии явилась книга, написанная в 1784 ^ Ренэ-Жюстом Гаюи (французский минералог, создатель научной кристаллографии). Он выдвинул предположение, что кристаллы возникают в результате правильной укладки крохотных одинаковых частиц, которые он назвал «молекулярными блоками». Гаюи показал, каким образом можно получить гладкие плоские грани кальцита, укладывая такие «кирпичики». Различия в форме разных веществ он объяснил разницей, как в форме «кирпичиков», так и в способе их укладки.

Со времен Гаюи было принято как гипотеза, что в правильной форме кристалла находит отражение упорядоченное внутреннее расположение частиц, но это было подтверждено лишь в 1912, когда Макс фон Лауэ (немецкий физик, лауреат Нобелевской премии по физике в 1914 году) в Мюнхене установил, что рентгеновские лучи изменяют своё направление на атомных плоскостях внутри кристалла. Падая на фотографическую пластинку, лучи создают на ней геометрический узор из темных пятен. По положению и интенсивности таких пятен можно рассчитать размеры структурной единицы и определить расположение атомов в ней.

Кристалл – однородное твердое тело, мельчайшее составляющее которое – атомы, расположенные в строгом порядке и образуют кристаллическую решетку. Большинство минералов поражают своей красотой. Так же, как и цвет, блеск – один из параметров определения минералов. Самыми распространенными определениями блеска являются алмазный блеск, стеклянный блеск, матовый. Кристаллы, выращенные мною, так же имеют красивый блеск.
^

1.3 Виды кристаллов


Кристалл обладают особыми свойствами. Кристаллические твердые вещества встречаются в виде отдельных одиночных кристаллов - монокристаллов - и в виде поликристаллов, представляющих собой скопление беспорядочно ориентированных мелких кристалликов - кристаллитов, иначе называемых (кристаллическими) зернами.




Кристаллы бывают разной формы.

Иногда образуются дендриты - это кристаллы, похожие на веточки дерева; очень хрупкие, но очень красивые. 




 


Многие кристаллы имеют очень интересную структуру. Существует даже специальный Минералогический музей, посвящённый дендритам и драгоценным камням.

Кристаллы бывают различными по размерам. Многие из них можно увидеть только в микроскоп. Но встречаются гигантские кристаллы массой в несколько тонн. Разнообразие кристаллов по форме очень велико. Кристаллы могут иметь от четырех до нескольких сотен граней.

Следует различать идеальный и реальный кристалл.

Идеальный кристалл является, по сути, математическим объектом, имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани и так далее.

Реальный кристалл всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Реальный кристалл не обязательно обладает кристаллографическими гранями и правильной формой, но у него сохраняется главное свойство — закономерное положение атомов в кристаллической решётке.

^ 1.4 Строение кристаллов




Для описания атомно-кристаллической структуры веществ используются представления о трехмерной пространственной кристаллической решетке. Следует различать понятия структура кристалла и пространственная решетка. Структура - это физическая реальность, а пространственная решетка - геометрическое построение, помогающее выявить законы симметрии структуры кристалла. Симметрия является очень важным геометрическим свойством твердых тел. Все кристаллы симметричны. Это значит, что в каждом кристаллическом многограннике можно найти плоскости симметрии, оси симметрии, центр симметрии или другие элементы симметрии так, чтобы совместились друг с другом одинаковые части многогранника. Все элементы симметрии повторяют одинаковые части фигуры, все придают ей симметричную1 красоту и завершенность. Кристаллическая решётка – трёхмерное расположение атомов, ионов или молекул в кристаллическом веществе. Иногда этот термин употребляется в более узком смысле для обозначения схематических рисунков, воспроизводящих взаимное расположение атомов, ионов или молекул. В зависимости от природы частиц различают атомные, молекулярные, ионные, и металлические кристаллические решетки. Элементарная ячейка, в общем случае представляет собой косоугольный параллелепипед. Каждый атом в кристалле связан с определённым числом соседних атомов и располагаются они опять-таки в определённом порядке. Для каждого кристалла это число и порядок всегда постоянны. Но некоторые вещества имеют не одну, а две, три или даже больше кристаллических форм, конечно тоже строго определённых. В зависимости от того, как расположены его атомы, он становится либо алмазом - красивым, прозрачным, самым твёрдым на свете камнем, либо серовато – чёрным мягким графитом, который вы видите в карандаше.

В зависимости от типа кристаллической решетки, кристаллы делятся на 4 группы:

  • ионные

  • ковалентные (атомные)

  • молекулярные

  • металлические
^

1.5. Способы выращивания кристаллов


Кристаллы могут расти как в природе, так и в искусственных условиях. Кристаллизацию можно вести разными способами:

  • Охлаждение насыщенного горячего раствора или расплава.

  • Постепенное удаление воды из насыщенного раствора.

  • При конденсации паров.

1 способ: Именно из-за охлаждения миллионы лет назад на Земле появились многие минералы. «Раствором» для этого «опыта» служила магма – расплавленная масса горных пород в недрах Земли. Поднимаясь к поверхности из раскалённой глубины, магма охлаждалась. И в результате этого охлаждении, которое могло длиться не одну тысячу лет, образовались те самые минералы, по которым мы ходим, на которые взбираемся. Процесс этот очень длительный.

2 способ: При испарении («высыхании») вода превращается в пар и улетучивается. Но растворённые в воде химические вещества не могут испариться вместе с ней и оседают в виде кристаллов. Самый простой пример – соль, которая образовывается при испарении воды из соляного раствора. И в этом случае, чем медленнее испаряется вода, тем лучше получаются кристаллы. Именно по такому способу я выращивал свой кристалл.

3 способ: Кристаллы могут также расти при конденсации паров – так получаются снежинки и узоры на холодном стекле.

При использовании всех способов наилучшие результаты получаются, если используется затравка – небольшой кристалл правильной формы, который помещают в раствор или расплав. Таким способом получают, например, кристаллы рубина. Выращивание кристаллов драгоценных камней проводят очень медленно, иногда годами. Если же ускорить кристаллизацию, то вместо одного кристалла получится масса мелких. (Так у меня и получилось).

В искусственных условиях кристаллы выращивают из раствора или из расплава и даже из газовой среды.


Соль - это уже кристаллическое соединение, растворимое в воде. Каждая соль имеет различную растворимость, но показатель растворимости меняется при изменении температуры.

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, которые затем увеличиваются.
  1. ^

    ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ


Я понял, что выращивание кристаллов – это искусство, поэтому немного настойчивости, упорства, аккуратности, и можно стать обладателем красивых кристаллов, но нужно обязательно соблюдать правила техники безопасности.

2.2. Опыт 1 .

Выращивание кристаллов дигидрофосфата аммония из насыщенного раствора, медленным испарением воды с использованием

камней-«затравок»

Материально-техническое оснащение: набор «Разноцветные кристаллы»


Ход работы:

  1. Я прочитал инструкцию, и постарался выполнить требования по технике безопасности;

  2. Высыпал из контейнера половину реактива в пластиковый стаканчик;

  3. Налил в стаканчик доверху горячей воды (t около 60°С);

  4. Перемешивал, добавляя реактив до тех пор, пока он не перестал растворяться;

  5. Профильтровал готовый раствор через слой ваты;

  6. В контейнер для выращивания кристаллов положил камушки-«затравки».

  7. Вылил приготовленный раствор в контейнер с камушками.

  8. Всыпал немного реактива в контейнер с раствором и камушками.

  9. Поставил контейнер в светлое место с хорошим притоком воздуха (на балконе с солнечной стороны квартиры).

  10. Первые небольшие кристаллы появились через три дня, а через 3 недели, после полного испарения раствора, на дне контейнера остались игольчатые кристаллы (самый длинный -1см 7мм) и на стенках контейнера – пластинки с расположенными на них маленькими кристалликами (высотой от 1 до 5 мм).

2.3. Опыт 2


Выращивание кристаллов дигидрофосфата аммония из насыщенного раствора, медленным выпариванием воды с использованием

кристаллов, подвешенных на нити»

Ход работы:

  1. Я прочитал инструкцию, и постарался выполнить требования по технике безопасности;

  2. Высыпал из контейнера половину реактива в пластиковый стаканчик;

  3. Налил в стаканчик доверху горячей воды (t около 60°С);

  4. Перемешивал, добавляя реактив до тех пор, пока он не перестал растворяться;

  5. Профильтровал готовый раствор через слой ваты;

  6. На нить закрепил кристаллик дигидрофосфата аммония, другой конец нити закрепил на карандаше;

  7. Вылил приготовленный раствор в контейнер.

  8. Опустил кристаллик дигидрофосфата аммония в контейнер, так чтобы он висел в центре, не касаясь стенок сосуда, а карандаш положил на верхние края контейнера;

  9. Поставил контейнер на теплое место, чтобы вода выпаривалась постепенно из раствора, и он оставался бы насыщенным.

  10. Быстро снизился уровень воды в растворе, на стенках емкости появилась «корка» вещества.

  11. На нити через 9 дней образовалась друза из 18 кристаллов призмовидной формы. Размер друзы: 3 * 1,7 * 1,5 см. На дне и стенке сосуда имеется осадок в виде пластин, толщиной 2 - 4 мм, просматриваются зачатки отдельных кристалликов.

^ Результаты опыта:

Я смог вырастить в искусственных условиях свои первые кристаллы дигидрофосфата аммония. Они получились небольшими, бесцветными, прозрачными. Форма кристаллов тетрагональная, имеются дефекты. Кристаллы получились очень хрупкими. Повышение температуры раствора ускоряет образование кристаллов, увеличивается их количество, но их размеры уменьшаются.




После успешного проведения опыта, захотелось вырастить кристаллы других веществ, я выбрал медный купорос, так он продается в магазинах и еще прочитал много интересных описаний выращивания именно этого кристалла.

^ Медный купорос - химически активная соль! Поэтому для удачности опыта в этом случае воду нужно взять дистиллированную, т.е. не содержащую других растворённых в ней солей. Из под крана воду тоже лучше не брать, так как она, во-первых, содержит растворённые соли, во-вторых, может быть сильнохлорированной. Примеси (особенно карбонаты в жёсткой вроде) вступают в химические реакции с медным купоросом, из-за чего раствор сильно портится.

^ Нужно тщательно мыть руки после работы с порошком, растворами или кристаллами медного купороса!

2.4. Опыт № 3


Исследование зависимость растворимости медного купороса от температуры растворения

Опыт проводился в лаборатории кабинета химии школы.

^ Материально-техническое оснащение: стаканчики, мерный цилиндр, ложечка для размешивания веществ, термометр, весы, разновесы, электроплита

Реактивы: дистиллированная вода, медный купорос

^ Описание проведения экспериментов:

Исследование проводились следующим образом: в стакан с водой при какой-то конкретной температуре (измеряемой термометром) постепенно насыпалось вещество (медный купорос). Измеряя массу вещества, продолжаем насыпать медный купорос до того времени, когда растворение вещества прекращается. Конечная масса фиксируется на графике. Опыты производились при температуре 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 , 90 градусов.

^ Полученные результаты:

На основе проведенного опыта составлены таблица и график зависимости массы растворяемого вещества от температуры раствора в расчете на 100 грамм воды.



Температура (0С)

Масса растворенного вещества (г)

1

10

18

2

20

20

3

30

25

4

40

30

5

50

34

6

60

40

7

70

47

8

80

56

9

90

70



^ Результаты исследования: Растворимость медного купороса возрастает с повышением температуры сильно, и кристаллизация охлаждающегося раствора должна идти достаточно быстро.

Решил готовить насыщенный раствор медного купороса для выращивания кристаллов при температуре воды 60-65. Поэтому в 100 г воды при температуре 65 0С нужно будет растворить медного купороса примерно 43 грамм. После фильтрования через слой ваты и небольшого охлаждения раствор становится уже пересыщенным. Из него можно будет выращивать кристаллы.
    1. Опыт № 4


Выращивание кристалла медного купороса

из перенасыщенного раствора, разными способами

Материально-техническое обеспечение: стаканчики, банка, фильтр, воронки для фильтрования, термометр, нитка, кристаллик медного купороса, холодильник, ложечка, карандаш

Реактивы: вода дистиллированная, медный купорос.
^

Первое исследование:


Нахождение оптимальной температуры окружающей среды для выращивания кристаллов медного купороса


1. Приготовил насыщенный раствор медного купороса при 60 0С, для этого брал 200 мл дистиллированной воды и 86 грамма медного купороса.

2.. Раствор профильтровал через слой фильтра.

3. Я взял два абсолютно одинаковых стаканчика.

4. В них налил перенасыщенный раствор медного купороса (одинаковый по объему)

5. Один стаканчик ставил на холод – в холодильник (быстрое охлаждение), второй оставляем в комнате (медленное охлаждение)

6. После того, как выращивание кристаллов завершено, сравниваем выращенные кристаллы с эталоном качества кристалла и между собой.

Такова идеальная форма кристалла медного купороса (ориентир на более правильный кристалл)

^ Общие сведения наблюдений





Температура окружающей среды, в которой находится раствор

Объём и температура воды, и масса соли в растворе

Получившийся кристалл

1 стакан

T окр. ср. = 20 °С

Vвода = 50 мл

mсоль = 22 г

tраствора = 19 °С


Кристалл вырос чуть-чуть больше

2 стакан

T окр. ср. = 6 °С

Vвода = 50 мл

mсоль = 22г

Tраствора = 7 °С


Получился небольшой поликристалл



^ Результаты исследования: в зависимости от температуры окружающей среды кристаллы получаются разными по форме и размерам. При сильном охлаждении кристалл появился быстрее, чем при комнатной температуре. Заметно, что при медленном охлаждении кристаллы выпали более крупные и правильной формы, чем при быстром охлаждении. Кристалл, выращенный при медленном охлаждении, имеет более крупные грани. Следовательно, при медленном охлаждении можно вырастить кристаллы более правильной формы и с крупными гранями

Второе исследование

Выращивание кристаллов медного купороса с применением и без применения затравки

1. Приготовил насыщенный раствор медного купороса при 60 0С, для этого брал 200 мл дистиллированной воды и 86 грамма медного купороса.

2.. Раствор профильтровал через слой фильтра.

3. Я взял два абсолютно одинаковых стаканчика.

4. В них налил перенасыщенный раствор медного купороса (одинаковый по объему), но в одном из стаканов использовал в качестве затравки нить, в другом специально затравку не кладу.

5. Оба стаканчика поставил в комнате при одинаковых условиях.

6. Наблюдал рост кристаллов.

7. После того, как выращивание кристаллов завершено, сравниваем выращенные кристаллы с эталоном качества кристалла и между собой.

Полученные результаты:

1. . Кристаллы на нити получились мелкими (поликристаллами), а в стаканчике без затравки на дне при комнатной температуре кристаллы получились более крупными, но росли они медленнее.

2. В стакане без затравки кристалл появился позже , сначала на стенках стакана появились мелкие кристаллики, через продолжительное время появился монокристалл на дне стакана. На дне образовался монокристалл (1,6*1,2*0,6 мм) и 2 небольших сростка кристаллов (один состоит из 4 кристаллов плоской формы, другой из 5 кристаллов). Размеры сростков: 2*1,1*0,4-0,9 см,

1,9*1,8*0,5-0,9 см.

3. Кристаллы во всех исследованиях имеют оттенки синего цвета: светло-голубой, голубой и синий цвет. Они прозрачные. Более крупные даже просвечивающие, блестят. Очень хрупкие.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Я узнал, что многие видные ученые начинали свои первые опыты именно с выращивания кристаллов. Помимо чисто внешних эффектов, эти опыты заставляют задумываться над тем, как устроены кристаллы и как они образуются, почему разные вещества дают кристаллы разной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов, что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми.


Гипотеза исследования полностью подтвердилась: кристаллы соли могут появляться при создании определенных условий; и если изменять условия кристаллизации и растворять различные вещества, то можно получать кристаллы разной формы, цвета и в разные сроки.

Я учился работать с источниками информации.

Узнал что такое кристаллы, какие они могут быть, почему они растут и зачем они нужны.

Освоил некоторые способы выращивания кристаллов разных веществ.

Наблюдал рост кристалла в разных условиях.

Научился вести дневник наблюдений

Провел изучение растворимости медного купороса в воде при разных температурах.

Узнал, что у веществ разного химического состава кристаллы имеют разную форму и отличаются по таким свойствам, как симметрия.

Таким образом, после проведения исследования могу сделать следующие выводы:

  • Кристаллы различных веществ имеют разную форму;

  • На форму кристаллов соли влияет температура, при которой выращивали кристалл: повышение температуры раствора ускоряет образование кристаллов, увеличивается их количество, но их величина уменьшается.

  • Растворимость вещества возрастает с повышением температуры сильно;

  • Кристалл, выращенный при медленном охлаждении, имеет более крупные грани;

  • Одни кристаллы яркого цвета, другие – бесцветны;

  • Крупные кристаллы прозрачны.

  • Одни растут хорошо, другие – медленно.

Работа по этой теме еще незакончена, я понял, что можно исследовать и другие факторы, влияющие на рост кристаллов, например, концентрацию раствора соли, действие магнитного поля, качество воды как растворителя, наличие примесей других веществ и т.д.

Можно вырастить сообщество разных кристаллов в одном сосуде. Все еще впереди! Может быть, эти исследования и помогут мне выбрать в будущем специальность. Приобретенные знания, умения и навыки обязательно пригодятся в дальнейшей учёбе.
^

Список литературы





  1. Википедия http://ru.wikipedia.org/wiki/E519

  2. Геология Земли http://www.geologiazemli.ru/articles/112

  3. Кристаллов.NET http://www.kristallov.net/mineraly.html

  4. Ольгин О., «Опыты без взрывов», М.; «Химия», 1995 г

  5. Плешаков А.А., «От земли до неба», М.; «Просвещение», 2002 г.;

  6. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю., «Книга по химии для домашнего чтения», М.; Химия, 1994 г.;

  7. Фото образцов кристаллов из коллекции В.А. Слётова, geo.web.ru/druza/a- Sletov.htm

  8. Химия и химики. http://chemistry-chemists.com/Video6.html

  9. Шаскольская М. П., «Кристаллы», Москва, «Наука», 1985 год
^

Приложения

1. Описание солей, взятых для исследования

1.1. Дигидрофосфат аммония


Химическая формула: NH4H2PO4

Химическое название: аммония дигидрофосфат, аммоний фосфорнокислый однозамещённый

Описание: белый кристаллический порошок

Класс соединений: кислая соль

^ Описание кристаллов: белые прозрачные параллелепипеды, на концах которых образуются пирамиды, в целом кристалл похож на карандаш или обелиск;

Свойства. Реактив хорошо растворим в воде (27,3% при 20 °С). Температура плавления - 190 °С. На воздухе соль устойчива.

Приготовление. Дигидрофосфат аммония легко получается при реакции фосфорной кислоты и водного раствора аммиака.

Применение:

1) в пищевой промышленности (пищевая добавка E-342);
2) в садовой промышленности - удобрение почвы;
3) в химической промышленности;
4) в производстве товаров для детей (набор для выращивания кристаллов).

Кристаллы дигидрофосфата аммония

Кристаллы характеризуются большими размерами, высоким оптическим качеством на больших апертурах, стойкостью к лазерному излучению. Они мало подвержены различным наведенным эффектам (типа фоторефрактивного). Сочетание этих свойств ставит кристаллы группы KDP2 вне конкуренции при использовании их в квантовой электронике и лазерной технике. Эти кристаллы используются в установках с высокой плотностью энергии и мощностью импульса.
^

1.2. Медный купорос



Химическая формула: CuSO4*5Н2О3

^ Химическое название: медный купорос, медь сернокислая пятиводная (Cuprum sulfuricum), сульфат мели (II) пентагидрат

Описание: кристаллический порошок синего цвета

Класс соединений: кристаллогидрат соли

^ Описание кристаллов: голубые кристаллы, хорошо растворимые в воде. Свойства. Гигроскопичен. Плотность равна 3,6 г/см3. Растворяется в воде, глицерине, серной кислоте. Малорастворим в аммиаке. На воздухе соль устойчива.

^ Строение кристаллогидрата

Структура медного купороса приведена на рисунке. Как видно, вокруг иона меди координированы два аниона SO42− по осям и четыре молекулы воды (в плоскости), а пятая молекула воды играет роль мостиков, которые при помощи водородных связей объединяют молекулы воды из плоскости и сульфатную группу.

Применение.

Его используют для борьбы с вредителями и болезнями растений(от грибковых заболеваний и виноградной тли). Иногда применяют в плавательных бассейнах для предотвращения роста водорослей в воде.

В строительстве водный раствор сульфата меди применяется для ликвидации пятен ржавчины, а также для удаления выделений солей с кирпичных и бетонных поверхностей; а также как средство для предотвращения гниения древесины.

Также он применяется для изготовления минеральных красок, в медицине, и как часть прядильных растворов в производстве ацетатного волокна.

В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E519 (консервант).

В природе изредка встречается минерал Халькантит, состав которого близок к CuSO4*5H2O

В пунктах скупки лома цветных металлов раствор медного купороса применяется для выявления цинка, марганца и магния в алюминиевых сплавах и нержавейке. При выявлении вышеозначенных металлов появляются красные пятна чистой меди.
^

2. Правила безопасности





  • ОБЯЗАТЕЛЬНО ознакомьтесь с инструкцией перед началом работы. Тщательно следуйте всем описанным в инструкции правилам и порядку проведения опытов, используя инструкцию в качестве справочного материала.

  • НЕ ДОПУСКАЙТЕ присутствия в помещении, где проводятся эксперименты, маленьких детей, животных и людей без защитных очков.

  • ВСЕГДА работайте в очках или защитной повязке.

  • ОБЯЗАТЕЛЬНО мойте руки после окончания работы.

  • ОБЯЗАТЕЛЬНО утилизируйте все смеси и другие отходы, которые не будут применяться в дальнейшем.

  • ЗАПРЕЩАЕТСЯ хранить в использованных контейнерах пищевые продукты.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ использовать предметы, входящие в набор, для каких-либо иных целей, кроме проведения опытов, описанных
^

3. ДНЕВНИК НАБЛЮДЕНИЙ

3.1.1 Опыт 2


Выращивание кристаллов дигидрофосфата аммония

из насыщенного раствора

День

Совершаемое действие

Опыт №1

(21 день)

Опыт №2

(9 дней)




Условия проведения опыта

На дно сосуда помещаем камни-затравки

Опустили в стакан кристалл на нити

1

Приготовление раствора

Примерно 50 г вещества, 150 мл воды

Примерно 70 г вещества, 150 мл воды

2

Оценка температурного режима

tраств.= 20°

(ёмкость стоит на балконе)

tраств.= 28 - 30°

(ёмкость поставили у батареи)

3

Наблюдение

Около воды небольшой осадок

Уровень раствора уменьшился на 1/3

4

-- " --

Видимых изменений нет

Стенки покрыты сплошной «корочкой»

5

-- " --

-- " --

На месте опущенного кристалла образовалась друза

6

-- " --

Стенки сосуда на 1 см от начального уровня покрыты осадком.

-- " --

7

-- " --

Видно, что на камушках появились кристаллики

Кристаллы растут медленно, а уровень раствора резко уменьшается

8

-- " --

-- " --

-- " --

9

-- " --

-- " --

Раствор полностью испарился

10

-- " --

-- " --

РЕЗУЛЬТАТ:

На нити образовалась друза из 18 кристаллов призмовидной формы.

Размер друзы:

3 * 1,7 * 1,5 см

На дне и стенке сосуда осадок в виде пластин, толщиной 2 - 4 мм, просматриваются зачатки отдельных кристалликов.

ВЫВОД:

Повышение температуры раствора ускоряет образование кристаллов, увеличивается их количество, но их величина уменьшается.

11

-- " --

Уровень раствора понизился на 10 мм

12

-- " --

Хорошо просматриваются отдельные кристаллики

13

-- " --

Размер кристаллов без видимого прироста, но появилось много мелких образований на дне.

14

-- " --

-- " --

15

-- " --

-- " --

16

-- " --

-- " --

17

-- " --

-- " --

18

-- " --

-- " --

19

-- " --

-- " --

20

-- " --

-- " --

21

-- " --

РЕЗУЛЬТАТ:

На трёх камнях кристаллы с четко выраженной формой (в виде призмы). Самый крупный имеет размер

0,3 * 0,2 *1,7 см

На дне и стенке сосуда осадок, толщиной 1- 2 мм, просматриваются зачатки отдельных кристалликов.

3.1.2. Опыт № 4


Выращивание кристалла медного купороса из пересыщенного раствора, разными способами

День

Совершаемое действие

Стакан №1

(15 дней)

Стакан №2

(15 дней)




Условия проведения опыта

Насыщенный раствор медного купороса без затравки

Насыщенный раствор медного купороса , в качестве затравки берется хлопчатобумажная нить.

1

Приготовление раствора

43 г медного купороса, 100 мл воды

43 г медного купороса, 100 мл воды

2

Оценка температурного режима

tраств.= 23°

(в помещении, но далеко от нагревательных элементов)

tраств.= 23°

(в помещении, но далеко от нагревательных элементов)

3

Наблюдение

Видимых изменений нет

Видимых изменений нет

4

-- " --

-- " --

-- " --

5

-- " --

Тонкий налет около воды

Тонкий налет около воды

6

-- " --

Уровень раствора понизился на 2 мм

Уровень раствора понизился на 2 мм

7

-- " --

Стенки сосуда на 5 мм от начального уровня покрыты осадком.

Стенки сосуда на 5 мм от начального уровня покрыты осадком.

8

-- " --

На поверхности раствора образовалась тонкая кристаллическая пленка

На нити появились несколько совсем маленьких кристалликов темно-синего цвета.

9

-- " --

Уровень раствора понизился на 15 мм.

На нити кристаллы увеличились в размерах. На них нарастают другие кристаллы.

10

-- " --

На дне просматриваются 2 образования темно-синего цвета.

Уровень раствора понизился на 15 мм

11

-- " --

На стенках – видимый осадок (не только над водой).

На нити растут множество кристаллов

12

-- " --

Осадок покрывает практически всю поверхность ёмкости.

Увеличивается размер кристаллов, примерно до 5 мм..

13

-- " --

Увеличивается размер кристаллов, примерно до 8 мм.

-- " --

14

-- " --

Ждем, когда испарится раствор.

Ждем, когда испарится раствор.

15

-- " --

Остаток раствора – примерно 20 мл

Остаток раствора – примерно 20 мл

16

-- " --

РЕЗУЛЬТАТ:

На дне образовался монокристалл

(1,6 * 1,2 * 0,6 мм) и 2 небольших сростка кристаллов (один состоит из 4 кристаллов плоской формы, другой из 5 кристаллов).

Размеры сростков:

2 * 1,1 * 0,4-0,9 см

1,9 * 1,8 * 0,5-0,9 см.

На дне и стенке сосуда осадок в виде пластин, толщиной 1 мм.

ВЫВОД:

Кристаллы медного купороса имеют более насыщенный цвет, чем изначальный раствор. Форма кристаллов более ярко выражена, по сравнению со вторым исследованием.

РЕЗУЛЬТАТ:

На нити образовался поликристалл, представляющих собой скопление беспорядочно ориентированных мелких кристалликов - кристаллитов


ВЫВОД:

. Форма кристаллов – не так ярко выражена, как в первом исследовании. Вырос поликристалл. Кристаллы медного купороса имеют более насыщенный цвет, чем изначальный раствор



1 Под симметрией понимается способность твердого тела совмещаться с самим собой в результате его движений или воображаемых операций над его точками. Чем большим числом способов такое совмещение возможно, тем более симметричной является форма тела. При преобразованиях точечной симметрии по крайней мере одна точка объекта остается неподвижной.


2 КDR – это группа кристаллов дигидрофосфата калия, аммония, натрия.

3 Материал взят со страниц Википедии




Похожие:

Тема «Изучение условий выращивания кристаллов» iconТема: «Выявление благоприятных условий для выращивания лимона в домашних условиях»

Тема «Изучение условий выращивания кристаллов» iconПрограмма государственного экзамена «Твердотельная наноэлектроника»
Точечная симметрия кристаллов. Элементы симметрии и симметрические преобразования. Точечные группы симметрии кристаллов, их назначения...
Тема «Изучение условий выращивания кристаллов» iconТема школы: Создание условий для развития творческих способностей учащихся
Изучение стандартов образования 2 поколения (раздел – формирование ууд: от теории к практике)
Тема «Изучение условий выращивания кристаллов» iconТема нир: Исследование оптических и магнитных свойств кристаллов рутила, активированных ионами переходных и редкоземельных элементов
Вуз (организация), в котором проводится нир: Казанский государственный университет
Тема «Изучение условий выращивания кристаллов» iconОтчет о научно-исследовательской работе за 2004 год
Тема нир: Синтез и спектроскопические исследования фторидных кристаллов, активированных ионами редких земель и переходных металлов...
Тема «Изучение условий выращивания кристаллов» iconТема Защита информации, антивирусная защита
В связи с тем, что всё больше людей проводят много времени перед компьютерными мониторами, ученые многих областей, включая анатомию,...
Тема «Изучение условий выращивания кристаллов» iconТема исследования: «Выращивание кристаллов в домашних условиях». Предмет исследования
Цель исследования: научиться выращивать кристаллы соли и других веществ в домашних условиях
Тема «Изучение условий выращивания кристаллов» icon77. Противообледенительная система гтд
Причины обледенения – наличие переохлажденных капель воды, кристаллов (облако, туман, дождь, мокрый снег)
Тема «Изучение условий выращивания кристаллов» iconУчёба председателей первичных профсоюзных организаций дата 24. 01. 2013 место проведения мбоу сош №1 Тема: «Уволен по собственному желанию. Прекращение трудового договора по инициативе работника»
Цель занятия: изучение условий, порядка и правовых аспектов прекращения трудового договора по инициативе работника
Тема «Изучение условий выращивания кристаллов» iconОбщая тема рмо: Создание условий
«Создание условий для реализации основной общеобразовательной программы в соответствии с фгт»
Разместите ссылку на наш сайт:
Справочники, творчество


База данных защищена авторским правом ©dmee.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
контакты