Выращивание кристаллов железного купороса в домашних условиях

Как самостоятельно вырастить кристалл в домашних условиях

Увлекательным занятием для вас может стать выращивание кристаллов, которое на сегодняшний день можно сделать и в домашних условиях.

Из чего можно вырастить кристалл? Выбор огромный: из сахара, поваренной соли, из медного или железного купороса, из фосфата аммония и прочих материалов. Такой род занятий может стать не только интересной забавой для ребенка, но и сумеет заинтересовать любого взрослого.

• Берем 2 стакана воды и 5 стаканов сахара. Также понадобиться кастрюля, стаканчики (прозрачные), не очень толстая бумага и деревянные шпажки. Если использовать красители для пищевых продуктов, то вы сможете вырастить и цветные кристаллы.
• Делаем насыщенный раствор из четвертинки стакана воды и 2 ложек сахара. Ставим его на плиту и ждем полного растворения.
• Берем палочку, опускаем ее в сироп и сразу же обмакиваем в сахар. Стоит быть аккуратным, чтобы кристаллы сахара равномерно распределились по палочке. После этого оставляем их высыхать.
• В кастрюлю с 2 стаканами воды добавляем 2,5 стакана сахара. Топим его на огне и высыпаем сахар, который еще остался. Как только раствориться и он, оставляем сироп на выключенной плите еще минут на 20.
• Готовим палочки.

Сироп разливаем по стаканам, пока он еще горячий и оставляем в нем палочку. Кристалл будет готов через 2 недели.

Из поваренной соли

Чтобы вырастить кристалл из поваренной соли, времени уйдет намного больше.

• Нам понадобиться: вода, пачка поваренной соли, кастрюля, банка из стекла и нитка. Лучше если нить будет шелковая.
• Воду нагреваем в кастрюлю и почти доводим до кипения. Засыпаем соль. Постоянно размешиваем, чтобы она растворилась до конца. Нужно перестать сыпать соль, когда она уже не сможет растворяться.
• Затем, готовый раствор отправляем в банку и оставляем на сутки. Те частицы, которые раствор не сможет впитать, осядут на дно. Самую большую частичку возьмем затравкой, а воду нужно процедить.
• Чтобы вырастить кристалл из поваренной соли, крупный кусочек крепим на ниточку. Он начнет формировать вокруг себя частички вещества.

Воспользуемся двумя секретами. Раствор не взбалтываем. И чтобы получить красивые кристаллы, температуру раствора снижаем постепенно.

Из медного купороса

Результат будет ошеломительным. Но купорос — токсичное вещество. Поэтому возвращаемся к технике безопасности.

• В магазине, где продают химикаты или удобрения для сада, покупаем купорос.
• На каждые 100 грамм воды для раствора берем по 100 гр порошка купороса. Растить кристалл нужно в большой стеклянной банке.
• Сооружаем водяную баню. В горячей воде растворяем 100 гр купороса. Когда пройдет минут 10-12 переливаем раствор из одной банки в другую посуду. На дне банки появится затравка. Выбираем самые правильные по форме кристаллы и пинцетом подсушиваем на бумажном полотенце.
• Дальше делаем, как обычно. Готовим раствор (миллилитров 200-300) и опускаем затравку на нитке.
• За неделю кристалл будет нарастать до 2 см. Чтобы ускорить рост, можно поменять раствор на свежий.
• Когда вы получите нужный вам размер, то стоит покрыть лаком кристалл . Так он не потеряет свой блеск.

Выращивание кристаллов железного купороса в домашних условиях

«Почти весь мир кристалличен.

В мире царит кристалл и его

твердые, прямолинейные законы».

Мы живем в мире, в котором большая часть веществ находится в твердом состоянии. Мы пользуемся различными инструментами, приборами, механизмами, живем в домах и квартирах, имеем мебель, бытовые приборы, средства связи (телевидение, телефон, компьютеры и т.д.). А ведь это все твердые тела. На уроке физики при изучении темы «Агрегатные состояния вещества» я узнала, что твердые тела это в том числе и кристаллы и кристаллы получают не только в промышленных, а и домашних условиях, их также можно встретить в природе. Например, снежинки, морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев.

Данную тему считаю актуальной, т.к. в природе часто встречаются твердые тела, имеющие форму правильных многогранников. Такие тела назвали кристаллами. Изучение физических свойств кристаллов показало, что геометрически правильная форма – не главная их особенность.

Что такое кристаллы? Какими свойствами они обладают? Как растут кристаллы? Как и где они применяются в настоящее время и каковы перспективы их применения в будущем? Вот эти вопросы заинтересовали меня, и я попыталась найти на них ответы сама.

Результаты своей работы я предлагаю вашему вниманию.

Цель работы: изучение процесса роста кристаллов в природе, в промышленности и в домашних условиях; выращивание кристаллов соли, сахара, железного и медного купороса в домашних условиях; исследование области применения кристаллов.

Задачи: 1. Познакомиться с представлениями ученых о твердых кристаллах на протяжении нескольких столетий

2. Рассмотреть промышленные и лабораторные способы выращивания кристаллов и выбрать способ, приемлемый для выращивания кристаллов в домашних условиях

3. Изучить физические свойства кристаллов

4. Рассмотреть области применения кристаллов.

Объект исследования: кристалл

Предмет исследования: процесс кристаллизации.

Гипотеза: Я предполагаю, что в домашних условиях можно вырастить кристаллы.

Методы: изучение литературы; проведение экспериментов; наблюдение

Глава 1: Природа кристаллов

Понятие кристалл

Слово «кристаллос» у древних греков обозначало лед. Так же назывался и водяно-прозрачный кварц (горный хрусталь), ошибочно считавшийся тогда «окаменевшим льдом». Впоследствии этот термин был распространен на все кристаллические тела.

Рассмотрим всем известную горную породу гранит, состоящую из зерен полевого шпата, кварца и слюды. Все эти зерна – кристаллы, однако их извилистые контуры не сохранили никаких следов прямолинейности и плоскогранности. Гранит возник из огненно-жидкого глубинного расплава – магмы. В процессе остывания расплава из него выпадало множество кристалликов полевого шпата, кварца, слюды. Металлы и сплавы, каменные строительные материалы, цемент и кирпич – все это состоит из кристаллических зерен.

Значит, для образования хорошо ограненных кристаллов необходимо, чтобы ничто не мешало им свободно и всесторонне развиваться, не теснило бы их и не препятствовало их росту. Что касается отношения человека к кристаллам, то можно сказать, что он придает им большое значение, преклоняясь перед этим чудом природы.

1.2 Форма кристаллов

Кристаллографы всегда подчеркивают, что форма кристалла прежде всего зависит от его внутреннего строения, т.е. от кристаллической структуры (пространственного расположения атомов, молекул, ионов слагающих кристалл). Вместе с тем не стоит забывать о том, что на формирование кристаллического тела накладывает свой отпечаток и питающая его среда.

В течение долгих столетий геометрия кристаллов казалась таинственной и неразрешимой загадкой. Не случайно на гравюре великого немецкого художника Альбрехта Дюрера (1471 – 1528) изображена Меланхолия в виде печального ангела, безнадежно всматривающегося в огромный кристалл. Вплоть до 17 века дальше описаний «удивительных угловатых тел» дело не шло.

Кристаллы могут иметь всевозможные формы. Все известные в мире кристаллы могут быть разделены на 32 вида, которые в свою очередь могут быть сгруппированы в шесть видов. Кристаллы могут иметь форму различных призм, основанием которых могут быть правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник (рис 1).

Рисунок 1 – формы кристаллов.

Кристаллы могут иметь и разные размеры. Некоторые минералы образуют кристаллы, которые разглядеть можно только с помощью микроскопа. Другие же образуют кристаллы, вес которых составляет несколько сотен фунтов.

Кристаллическими считаются вещества, атомы которых расположены регулярно, так, что образуют правильную трёхмерную решётку, называемую кристаллической. Кристаллам ряда химических элементов и их соединений присущи замечательные механические, электрические, магнитные и оптические свойства. Кристаллические решётки металлов часто имеют форму гранецентрированного (медь, золото) или объёмно-центрированного куба (железо), а также шестигранной призмы (цинк, магний) (Приложение 1).

Глава 2: Выращивание кристаллов

2.1. Образование кристаллов в природе В природе кристаллы образуются при различных геологических процессах из растворов, расплавов, газовой или твердой фазы. Значительная часть минеральных видов произошла путем кристаллизации из водных растворов.

Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда.

Кристаллизоваться могут не только водяные пары, но и пары других веществ. Например — на фумаролах образуются кристаллы из газов.

Перекристаллизация связана с таким явлением как метосамотоз — преобразование горной породы или минерала в другую горную породу или минерал под воздействием приноса или выноса вещества. Перекристаллизация — это процесс, при котором структура одних веществ разрушается, и образуются новые кристаллы с другой структурой. Например, известняк под действием высоких температур и давления становится мрамором (Приложение 2).

2.2Методы выращивания кристаллов

Первым монокристаллом, полученным в лаборатории, был рубин. Д. И. Менделеев в примечаниях к тексту своих «Основ хи­мии» писал: «Фреми (1890) получил прозрачные рубины, кри­сталлизующиеся в ромбоэдрах и не отличающиеся по своей твердости, цвету, величине и другим свойствам от природных…». В 31-м томе словаря Брокгауза — Ефрона (1895), в статье «Ко­рунд», утверждается, что некоторое время «в торговле обраща­лись красивые карминово-красные рубины значительной вели­чины, несомненно, искусственно полученные, однако ни об авторе, ни о способе получения ничего не известно». В настоящее время существует ряд способов изготовления синтетических камней.

Синтез драгоценных ювелирных и технических камней по способу М. А. Вернейля считается классическим и является пер­вым промышленным методом выращивания кристаллов корун­да, шпинели и других синтетических кристаллов (Приложение 3).

Метод кристаллизации из раствора в рас­плаве с использованием флюсов.

Охлаждение насыщенного горячего раствора. Если охлаждение вести быстро, избыток вещества выпадет в осадок. Если раствор охлаждать медленно, зародышей образуется немного, и, обрастая постепенно со всех сторон, они превращаются в краси­вые кристаллики правильной формы.

Выращивание кристаллов из расплавленных веществ при медленном охлаждении жидкости. Наилучшие результаты получаются, если используется затравка. Таким способом получают, например, кристаллы рубина.

Самый простой способ — испарение растворителя. По мере испарения в сосуд подливались новые порции раствора. Способ выращивания таких кристаллов разработан С. Киропулосом.

2.3 Выращивание кристаллов в домашних условиях 2.3.1 Приготовление раствора

Необходимо приготовить раствор из тёплой воды. Воду лучше брать дистиллированную. Банку на половину объёма наполняют водой и небольшим количеством соли (морской соли, сахара, железного или медного купороса), которую постоянно перемешивают. Добавляем ещё вещества и снова перемешиваем. Повторяем этот этап до тех пор, пока вещество не будет растворяться, и станет оседать на дно сосуда. Получился насыщенный раствор. Готовый раствор необходимо профильтровать и перелить во вторую банку, в которой будет происходить рост кристаллов. Банку накрыть листком бумаги, чтобы не попадали инородные тела, и ждать появления первых кристалликов.

2.3.2 Фильтрация раствора

Конечно же, для фильтрации раствора лучше всего использовать хороший, лабораторный фильтр из фильтровальной бумаги и стеклянную воронку. Если готового фильтра нет, то его можно сделать из обычной промокашки. В своих опытах, в домашних условиях, я использовала вату. Вату плотно вставляют в горлышко воронки и затем фильтруют раствор.

2.3.3 Выращивание крупных одиночных кристаллов

Для того чтобы кристалл вырос крупным и геометрически ровным, т. е. имел природную форму, необходимо довольно много времени. Обычно кристалл вырастает на 0,1-0,8мм в сутки. Выращивание крупного одиночного кристалла — очень длительный и сложный процесс, требующий терпения и осторожности.

Для начала потребуется затравка — маленький кристаллик, который и будет центром кристаллизации. Для того чтобы получить затравку, нужно приготовить максимально концентрированный раствор вещества. Через несколько дней на дне стакана появляются первые кристаллики, имеющие разную форму. Из этих кристалликов отбираю те, которые имеют более правильную форму.

Раствор, в который собираются погрузить затравку, желательно приготовить заранее и оставить на пару дней для выпадения первых кристалликов (чтобы быть уверенным, что затравка не растворится). Раствор фильтрую от выпавших кристалликов, переливаю в чистый стакан и погружаю туда затравку. Стакан накрываю бумагой и оставляю на полке. Уже через неделю можно заметить, что кристалл заметно подрос.

2.3.4 Выращивание сростков кристаллов (друз)

Выращивание сростков кристаллов — это один из самых быстрых способов выращивания кристаллов. Если выращивание одиночных кристаллов занимает много времени и рассчитано на постепенный, правильный рост кристаллов, то выращивание друзы гораздо легче, потому что оно ориентируется на быстрое, хаотическое выпадение кристаллов.

Сначала готовим перенасыщенный раствор соли (сахара, медного купороса) в горячей воде. После охлаждения раствора — вносим затравку. Уже через 5-10 часов видим большое количество кристалликов на нитке, на затравке, на дне стакана. Раствор оставляем в покое в течение 3-5 дней, затем вынимаем нитку с кристаллом, раствор нагреваем, добавляем воды и снова делаем максимально концентрированным. После охлаждения в него вновь вносим нитку с уже подросшим кристаллом и оставляем на 3-5 дней. Эту процедуру повторяем до тех пор, пока кристалл не достигнет необходимого размера.

Глава 3. Мои эксперименты

3.1. Мои опыты по выращиванию кристаллов в домашних условиях

Чтобы вырастить кристаллы в домашних условиях, нужно приготовить перенасыщенный раствор соли. В качестве исходных веществ я выбрала те соли, которыми пользуется человек более или менее часто: медный купорос (для обра­ботки растений от вредителей) и поваренную соль и сахар (для употреб­ления в пищу).

В чистую посуду наливаю горячую воду. В емкости небольшими порция­ми засыпаю вещество, каждый раз перемешивая и добиваясь полного растворения, как только раствор «насытится», его нуж­но оставить в помещении, где должна сохраняться постоянная температура. По мере остывания раствора до ком­натной температуры возникает избыточная кристаллизация. За края сосудов закрепляю шерстяную нить. Вторую нить привязываю посередине и концы опускаю в растворы. Затем на протяжении нескольких дней наблюдаю.

Второй способ, которым я воспользовалась – охлаждение насыщенного горячего раствора, т.е. метод выпаривания. На стеклянные пластинки наносила по несколько капель раствора и затем нагревала пластинки над пламенем. Раствор очень быстро испарялся, а на пластинках оставались кристаллики (Приложение 4).

3.2. Наблюдение за ростом кристаллов

На­блюдала за ростом каждый день. Изучив литературу, я знала, что вырастить монокристалл очень сложно. Для этого нужно строго соблюдать все условия технологии, начиная со специаль­ной посуды, чистоты раствора и заканчивая соблюдением стро­жайшего температурного режима. Но я занималась экспери­ментальной работой в зимнее время, раствор очень быстро ос­тывал, поэтому поддерживать температуру постоянной не удавалось. Также приходилось периодически подогревать со­держимое и добавлять еще вещества в раствор. Все эти отклоне­ния от технологии привели к тому, что кристаллы выросли сросшимися, т. е. у меня в основном получились поликристаллы с выра­женными плоскими гранями отдельных кристаллов.

Я периодически измеряла размеры некоторых граней и заметила следующее: грани изме­няют свои размеры — растут, но форма их остается неизменной, углы между соответственными гранями тоже остаются постоян­ными. Но, возможно, эта закономерность характерна только данному кристаллу? Поэтому я вырастила два разных кри­сталла медного купороса, сравнила формы граней и измерила их углы. Оказалось, что и для другого кристалла эта закономер­ность тоже справедлива. Это дает право говорить о том, что в различных кристаллах одного и того же вещества и форма гра­ней, и их взаимные расстояния, и их число могут изменяться, но углы при этом остаются постоянными (Приложение 5).

3.3. Исследование физических свойств кристаллов

Конечно, не все физические свойства можно исследовать в домашних условиях. Расколов кристалл медного купороса на множество ма­леньких кристалликов я убедилась, что они представляют собой одинаковой формы геометрические тела, отличающиеся только размерами. Большой поликристалл при механическом воз­действии может дробиться на части, ограниченные плоскими поверхностями, пересекающимися под острыми и тупыми угла­ми. Способность кристалла раскалываться в определенных на­правлениях называется спайностью.

А затем я исследовала самые крупные кристаллы на теп­лопроводность. Я наносила каплю парафина на разные грани кристаллов и давала ей застыть. Затем дотрагивалась до этих граней хорошо прогретой спицей и наблюдала за формой таявшей капельки па­рафина. В одних случаях форма была круглая, а в других — вы­тянутая, а это значит, что в первом случае тепло распространя­лось по всем направлениям одинаково, а во втором — тепло рас­пространялось в одних направлениях медленнее, в других быстрее и форма проталинки была уже не круглой (Приложение 6).

Кроме этого я проверила кристалл медного купороса на электропроводимость, светопроницаемость и намагничиваемость. Вывод: кристалл медного купороса проводит электрический ток; очень слабо пропускает свет; и совсем не обладает магнитными свойствами, т. е не примагничивает тела (Приложение 7).

Затем я сравнила формы полу­ченных кристаллов с формами их кристаллических решеток. Мне это удалось сделать для кристаллов поваренной со­ли. Выращенный мною кристалл относится к кубической сингоиии – куб (гексаэдр).

Но мне не удалось найти формы решеток железного и медного купороса. Я воспользовалась предыдущим соответстви­ем формы кристалла и его решетки и предположила следующее: что форма кристаллов медного купороса соответствует ромбоэдру (средние сингонии), а форма кристаллов железного купороса — ромбиче­ской призме (низшие сингонии) (Приложение 8).

Глава 4. Применение кристаллов

Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что их трудно перечислить, ограничимся несколькими примерами. Самый твердый и самый редкий из природных минералов — алмаз. Алмазными пилами распиливают камни. Алмаз используется при бурении горных пород, в граверных инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла вставлены алмазные острия.

На искусственных рубинах работает часовая промышленность. Новая жизнь рубина — это лазер или, как его называют в науке, оптический квантовый генератор (ОКГ), чудесный прибор наших дней. Кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц. В глазной хирургии применяется чаще всего неодиновые лазеры и лазеры на рубине. В наземных системах ближнего радиуса действия часто используются инжекционные ла­зеры на арсениде галлия. Появились и новые лазерные кристаллы: флюорит, гранаты, арсенид галлия и др. Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов.Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую промышленность.Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон— все это разновидности кварца.Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца — это и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.

Пьезоэлектрические кристаллы применяются для воспроизведения, записи и передачи звука. Пьезоэлектропластинками измеряют, например, давление в стволе артиллерийского орудия при выстреле, давление в момент взрыва бомбы, мгновенные давления в цилиндрах двигателей при взрыве в них горячих газов. В технике также нашел своё применение поликристаллический материал поляроид. Поляроидные пленки применяются в поляроидных очках.

Кристаллы используются также в некоторых мазерах для усиления волн СВЧ — диапазона и в лазерах для усиления световых волн. Кристаллы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, применяются в радиоприемниках и радиопередатчиках, в головках звукоснимателей и в гидролокаторах. Всё чаще мы стали встречаться с термином «жидкие кристаллы». Многие современные приборы и устройства работают на них. К таким относятся часы, термометры, дисплеи, мониторы и прочие устройства (Приложение 9).

Заключение

Живя на Земле, сложенной кристаллическими породами, мы, безусловно, никак не можем отвлечься от проблемы кристалличности: мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, обрабатываем кристаллы на заводах, выращиваем их в лабораториях, широко применяем в технике и науке, едим кристаллы, лечимся ими.

Кристаллы – это красиво, можно сказать чудо какое-то, они притягивают к себе; говорят же «кристальной души человек» о том, в ком чистая душа. Кристальная – значит, сияющая светом, как алмаз … И если говорить о кристаллах с философским настроем, то можно сказать, что это материал, который является промежуточным звеном между живой и неживой материей.

Таким образом, в ходе выполнения работы я сделал следующие выводы: 1. Представления о кристаллах, их строении и свойствах развивались на протяжении нескольких веков

Все физические свойства, благодаря которым кристаллы так широко применяются, зависят от их строения — их простран­ственной решетки.

Я выбрала наиболее приемлемый способ для выращи­вания кристаллов в

домашних условиях и вырастила кристаллы медного и железного купороса, а также кристаллы поваренной соли и сахара. По мере роста кристаллов проводила наблюдения. Определила типы кристаллических решеток для медного и железного купороса.

Список литературы

Желудов И.С. Физика кристаллов и симметрия. – М.: Наука, 1987

Кабардин О.Ф. Физика: учебник 10 класса для школ с углубленным изучением физики. – М.: Просвещение, 2001

Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. – М.: Большое в малом, 2005

Шафрановский И.И. Симметрия в природе. – Ленинград: Недра, 1985

Большая энциклопедия экспериментов для школьников. –М.: ЗАО «РОСМЕН-ПРЕСС», 2007

Энциклопедический словарь юного физика/сост. В.А. Чуянов.-2-е изд., испр. И доп. – М.: Педагогика, 1991

Журнал «Физика в школе». – 2006. — № 2

Материалы из ИНТЕРНЕТ

Приложения:

Приложение 1 (модели кристаллических решеток)

КР золота (Au) КР железа (Fe) КР меди (Cu) КР Поваренной соли

Приложение 2 Кристаллы в природе

Приложение 3 Схема аппарата Вернейля и монокристалл корунда, полученный этим методом.

Приложение 4 Получение кристаллов способом выпаривания

Приложение 5 Кристаллы медного купороса

Приложение 6 Кристалл медного купороса с капелькой парафина

Электропроводность медного купороса Намагничивание медного купороса

Приложение 8 (формы сингоний)

простые формы нисших сингоний:

а) моноэдр д) ромбический тетраэдр

б) пинакоид в) диэдр е) ромбическая пирамида

г) ромбическая призма ж) ромбическая дипирамида

Важнейшие простые формы кубической сингонии:

Тетраэдр 2. Куб (гексаэдр)

3. Октаэдр 4. Ромбододекаэдр

5. Пентагон- Додекаэдр

6. Тетрагексаэдр 7. Тетрагон – триоктаэдр

Важнейшие простые формы средних сингоний:

Призмы: 1.-тригональная, 2-тетрагональная 3- гексагональная

Пирамиды: 4-тригональная, 5- тетрагональная 6- гексагональная

Дипирамиды: 7-тригональная, 8- тетрагональная 9- гексагональная

Выращивание кристаллов в домашних условиях

В данной работе рассматривались виды кристаллов. На основе работы были сделаны выводы о структуре, о скоросте роста и условиях при которых происходит процесс роста ккристаллов. Сделаны сувениры с использованием кристаллов.

Предварительный просмотр:

Всероссийский конкурс проектно-исследовательских работ учащихся

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 19»

356141, Ставропольский край, Изобильненский район,

город Изобильный, ул. Доватора, д. 388

«Выращивание кристаллов в домашних условиях»

Автор: Ковальчук Никита Алексеевич, 3 класса

Научный руководитель: Ковальчук Любовь Васильевна, учитель математики

г. Изобильный, 2014-2015

Опыт № 1 «Выращивание кристалла из поваренной соли»………………………………..6

Опыт № 2 «Выращивание кристалла из медного купороса»………………………………7

Опыт № 3 «Выращивание кристалла из сульфата алюминия калия (алюминокалиевых квасцов)»……………………………………………………………………….7

Опыт № 4 «Выращивание кристалла из ацетата натрия»…………………………………..8

Опыт № 5 «Сувениры из кристаллов»……………………………………………………….8

Мы живем среди кристаллов, ходим по ним и широко используем их в нашей повседневной жизни. Земная кора на 95 % состоит из кристаллов. Мы добываем кристаллы из земных недр, исследуем в лаборатории, обрабатываем на фабриках, создаем изделия из кристаллических материалов. Лед и снег, глина и песок, мрамор и гранит, сапфир и бриллиант, соль и сахар, и сотни других веществ — все это кристаллы. И даже в живом организме они существуют. С наступлением зимы ветки деревьев покрываются инеем, особенно такую картину очень часто можно наблюдать в нашем краевом центре, городе Ставрополе.

Если присмотреться ближе, то можно увидеть следующее «колючие ёжики»

Эти «ёжики» переливались на солнце, создавая очень красивую таинственную картину. Потом я узнал, что это кристаллы льда. Оказывается, кристаллы встречаются у каждого из нас дома – это соль, сахар.

Мне стало интересно знать, что же такое кристаллы? Как они образуются? Можно ли самому вырастить кристаллы, из каких либо веществ?

Выращивание кристаллов не только увлекательное занятие, но практически полезное, например, для изготовления подарков, сувениров и украшений . Тщательная подготовка и выполнение оттачивают навыки в умении аккуратно обращаться с веществами и правильно организовывать план своей работы.

Гипотеза исследования: используя концентрированные растворы разных веществ, получим кристаллы отличающиеся формой и размерами.

1. Изучение материала по выращиванию кристалла.

2. Вырастить кристалл поваренной соли, медного купороса, алюмокалиевых квасцов ( ), ацетата натрия ( ).

3.Наблюдение за скоростью роста кристаллов.

4. Рассмотреть формы полученных кристаллов.

5. Изготовление сувениров с использованием кристаллов.

6.Составить инструкционную карту для всех, кто захочет вырастить кристаллы самостоятельно.

Представление древних о кристаллах было похоже на легенды. Верили что хрусталь образуется из льда, а алмаз из хрусталя. Кристаллы наделялись множеством таинственных свойств: исцелять от болезней, предохранять от яда, влиять на судьбу человека…

Многие кристаллы идеально чисты и прозрачны, как вода. Недаром существуют выражения: «прозрачный, как кристалл», «кристально чистый».

Кристалл – это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней. Все кристаллы одного определенного вещества имеют одинаковую форму, хотя и могут немного отличаться размерами. Вообще в природе существуют сотни веществ, которые образуют кристаллы. Вода – одно из самых распространенных из них.

Слово «кристалл» происходит от греческого «крюсталлое», то есть «лед».

Кристаллы образуются в ходе определенных процессов, которые происходят в природе. Большое количество горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей представляют собой растворы минералов. При медленном остывании минералы превращаются в кристаллы. Кристаллы, залегающие в земле, бесконечно разнообразны. Известно, что размеры природных многогранников достигают подчас человеческого роста и более.

Встречаются кристаллы — лепестки тоньше тетрадного листа бумаги

и кристаллы — пласты в несколько метров толщиной.

Бывают кристаллы маленькие, узкие и острые, как иголка,

и бывают громадные, как колонны.

В некоторых местностях Испании такие кристаллические колонны ставят как столбы для ворот.

Доказано, что встречаются в природе правильные многогранники, кубы, призмы, пирамиды, параллелепипеды и другие, пленяющие сложностью и совершенством формы. Столбики, пластинки, звезды, иглы, лепестки, сростки, сложные сплетения. Природные формы кристаллов правильны и симметричны, причудливо разнообразны.

Кристаллы бывают разной формы. Иногда образуются дендриты — это кристаллы, похожие на веточки дерева. Они очень хрупкие, но очень красивы.

Строе кристаллов подобно строению пирамиде Хиопса в Египте. Пирамиды состоят из свыше 2 миллионов прямоугольных блоков, уложенных друг на друга определенным образом.

Точно так же устроен и кристалл, только здесь эти кубики удивительно крошечные – не больше атома. Они называются элементарными ячейками. Аналогично пирамидам кристаллы растут вследствие наслоения друг на друга этих элементарных ячеек.

В зависимости от типа материала элементарные ячейки имеют различное строение. Существуют четыре типа кристаллических решетки: молекулярная, ионная, атомная, металлическая (Приложение таб.№ 1)

Некоторые состоят, например, из молекул, то есть связанных между собой определенным способом атомов (примером этого являются кристаллы сахара). У других веществ они могут также состоять из сплошь одинаковых атомов (например, кристалл алмаза). А еще есть элементарные ячейки из ионов: это атомы или группы атомов с электрическим зарядом. Существуют ионы с положительным и отрицательным зарядом, они притягиваются как магниты и таким образом удерживаются вместе. Вещества, состоящие из ионов, называются солями. Именно с такими веществами я буду работать в своем проекте. Некоторые элементарные ячейки солей имеют совершенно простое строение. Поваренная соль ( NaCl ), например, содержит только два вида ионов, а именно ионы натрия, а так же ионы хлора. (Приложение рис. 1)

Зато у сульфата натрия все вперемешку. Он содержит ионы натрия, а также ионы сульфата, которые в свою очередь состоят каждый из атома серы и прочно связанных с ним четырех атомов кислорода.

Каждая элементарная ячейка имеет определенную форму. Она зависит от своих компонентов, их расположения по отношению друг к другу и силы притяжения друг к другу. Некоторые имеют форму кубика, другие, например, прямоугольную или ромбовидную. Но их компоненты стараются как можно плотнее прижаться друг к другу и наилучшим образом использовать имеющееся в наличии пространство – вследствие усиления силы притяжения друг к другу. Аналогично пирамидам кристаллы растут вследствие наслоения друг на друга этих элементарных ячеек.

Кристаллы подразделяются на 7 различных кристаллических систем: кубическая, тетрагональная, орторомбическая, тригональная, триклинная, моноклинная, шестиугольная.(Приложение рис.2)

Кристаллические тела можно разделить на две группы: монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллы — твердые тела, частицы которых образуют единую кристаллическую решетку. Кристаллическая структура монокристаллов обнаруживается по их внешней форме. Большинство твердых тел имеет мелкокристаллическую структуру, т. е. состоит из множества беспорядочно ориентированных мелких кристаллических зерен. Такие твердые тела называются поликристаллами.

Как показывают многочисленные исследования, люди издавна научились выращивать искусственные кристаллы — рубины и используют их для изготовления ювелирных украшений и в качестве опор для вращающихся деталей в часовом механизме.

А еще выращивают самые твердые на свете кристаллы — алмазы.

Существует несколько способов, позволяющих узнать, являются ли твердые тела кристаллами. Самый простой из них, но очень малопригодный для использования, был открыт в 18 веке. Французский ученый Рене Гаюи (1743-1822) нечаянно уронил один из кристаллов из своей коллекции. Рассмотрев осколки, он сделал вывод: многие кристаллы при дроблении образуют осколки, подобные по форме исходному кристаллу.

Мне стало интересно, как же выращивают такие кристаллы? Смогу ли я вырастить кристаллы сам? Из каких веществ это можно сделать?

Изучая различные кристаллы, я выяснил, что такие кристаллы как алмазы, рубины, графиты выращивают промышленным способом, то есть требуют определенных условий, которые создать в домашних условиях не возможно. А в домашних условиях можно вырастить кристаллы из соли, сахара, медного или железного купороса. Эти вещества очень доступны и не требуют особых усилий, соль и сахар есть на каждой кухни, а медный купорос свободно доступен в магазинах «Все для сада и огорода». Кристаллы получаются очень необычными, загадочными и красивыми.

Опыт № 1 «Выращивание кристалла поваренной соли»

Цель : Вырастить кристалл поваренной соли на шерстяной нитке

Время проведения опыта : 25. 11.2012 – 30.12.2012

Оборудование: соль, банка, ложка, шерстяная нить.

Описание опыта: нагреть воду, сделать крепкий раствор соли (размешивая добавлять соль до тех пор, пока соль не перестанет растворяться, такой раствор называется, «насыщенный») . Опустить нитку, зафиксировать и поставить остывать при комнатной температуре. При этом учитывать, чтобы раствор не находился на сквозняке и не было прямых солнечных лучей.

Вывод: на нити выросли маленькие кристаллы соли, рост кристаллов происходит очень медленно. За то в результате опыта я увидел, кристалл поваренной соли имеет кубическую форму. (Приложение рис. 4)

Опыт № 2 «Выращивание кристалла из медного купороса»

Цель : вырастить кристалл из медного купороса на ниточке с «затравкой» на конце. («Затравка» — маленький кристаллик медного купороса, на котором предстоит расти будущему экспонату )

Время проведения опыта : 25. 11.2012 – 30.12.2012

Оборудование: медный купорос, банка, ложка, нить, кусочек ткани для фильтрования, стеклянная воронка.

Описание опыта : Для того чтобы вырастить кристалл медного купороса на кончике нитки, необходимо сделать «затравку».

Для затравки: Нагреть воду, сделать насыщенный раствор медного купороса. Для того чтобы избавиться от дополнительных примесей, процедить раствор и оставить на сутки. При этом что бы раствор не находился на сквозняке и не было прямых солнечных лучей.

Через сутки на дне банки образуется, так называемая «затравка», мелкие крупинки медного купороса. (Приложение рис. 5)

Выбрали два кусочка медного купороса, один отдельный ровный, а второй состоящий из нескольких кусочков. Подвешиваем их на нитях в насыщенный раствор медного купороса, фиксируем и ждем… Еженедельно добавляем насыщенный раствор медного купороса.

Вывод: за сутки в банке с раствором медного купороса образуются мелкие кристаллики, насыщенного синего цвета. За неделю размеры кристаллов значительно увеличиваются. (Приложение рис.6 а)

И так, в период с 25 ноября по 30 декабря размер кристаллов значительно увеличился: монокристалл – от размеров спичечной головки до 4 см, поликристалл – от 0,5 см до 5 см. Таким образом, кристалл медного купороса растет достаточно быстро. (Приложение рис. 6 б)

Опыт № 3 «Выращивание кристалла сульфата алюминия калия (квасцов)»

Цель : вырастить кристалл алюмокалиевых квасцов ( )

Оборудование: алюмокалиевые квасцы ( ) , большой и маленький мерный стаканчик, небольшая баночка, деревянная лопаточка, нить, краситель.

Описание опыта: Насыпаем 25-30 мг квасцов в баночку, и зальем 100 мл дистиллированной воды. Для того чтобы квасцы лучше и быстрее растворились, поставим баночку в кастрюлю с теплой водой и перемешиваем деревянным шпателем до тех пор пока все не растворится. В теплой воде растворяется намного больше квасцов, чем при комнатной температуре. То есть раствор становится сверхнасыщенным. Осторожно вынимает баночку с прозрачным раствором, и оставляем ее остужать в укромном месте

Вывод: Через двое суток на дне баночки образовались достаточно крупные бесцветные кристаллы пирамидальной формы. (Приложение рис.7 а)

Замечания: выполняя опыт необходимо придерживаться таблице растворимости квасцов(Приложение таб. 2), для того чтобы получить достаточно насыщенный раствор. А так же необходимо использовать дистиллированную воду, так как водопроводная вода содержит такие примеси, как известь, хлор. При смешивании с квасцами водопроводная вода образует новые химические соединения, которые делают кристаллы мутными и могут препятствовать росту кристалла, а также могут нарушить истинную структуру кристалла данного химического вещества. Это явление можно наблюдать в эксперименте, при окрашивании раствора квасцов красителями.(Приложение рис. 7 б)

Опыт № 4 «Выращивание кристалла ацетата натрия »

Цель : вырастить кристалл ацетата натрия ( )

Оборудование: ацетат натрия ( ) , большой и маленький мерный стаканчик, небольшая баночка, деревянный шпатель.

Описание опыта: Насыпаем 15-20 г ацетата натрия в баночку, и зальем 10-15 мл дистиллированной воды. Нагреем раствор в кастрюле с водой (на водяной бане), при этом помешивая раствор деревянным шпателем, до полного растворения соли. Затем оставим раствор остывать в укромном месте.

Через сутки слить оставшийся раствор, а кристаллы положить сушиться на промокательной бумаге.

Вывод: Через сутки в баночке образовались красивые прозрачные, как стекло, игольчатые кристаллы, размером до 5 см. (Приложение рис.8)

Опыт № 5 «Сувениры из кристаллов»

Цель : изготовить фигуры и украсить их кристаллами

Оборудование: алюмокалиевые квасцы ( ), медный купорос, большой и маленький мерный стаканчик, небольшая баночка, деревянный шпатель, краситель, гипс, медная проволока, нитки.

5.1.Описание опыта: Первым я сделал заготовки фигур из гипса. Для этого 50 мл теплой воды и смешаем с 80 г гипса. Осторожно перемешиваем массу деревянным шпателем, что бы она по возможности была без комочков. Заливаем получившуюся массу в формы (у меня форма дельфина и звезды, но можно и любые другие формы).

Оставляем гипс сохнуть в течении двух суток. Затем, осторожно освобождаем фигуры от форм, и помещаем, в предварительно приготовленный, насыщенный и подкрашенный раствор алюмокалиевых квасцов. (50 г квасцов, на 100 мл дистиллированной воды, немного красителей. В моем случае, я использую синий и оранжевые краски.)

Вывод: Через 2,5 ч гипсовые фигуры стали обрастать кристаллами, а через 1,5 суток фигуры полностью покрылись кристаллами. (Приложение рис.9 а) Фигуры сначала очень хрупкие, доставать их из раствора нужно очень осторожно. После того как фигуры в оболочке из кристаллов вынули из раствора, необходимо чтобы они просохли.

5.2.Описание опыта: Изготовим из медной проволоки каркас кубика, обмотали нитью. Полученную заготовку поместили в насыщенный раствор медного купороса (раствор приготовить аналогично тому, как в опыте № 2).

Вывод: Через сутки поверхность куба покрылась прочной и плотной кристаллической оболочкой.

— В результате проделанных опытов, мною было выяснено, что в домашних условиях, можно самостоятельно вырастить кристаллы из поваренной соли, медного купороса, алюмокалиевых квасцов ацетата натрия. При этом необходимо выполнять следующие требования:

1) использовать дистиллированную воду;

2) раствор препарата должен быть насыщенным, для этого необходимо придерживаться таблицы растворимости солей и своим наблюдениям;

3) раствор должен остывать медленно, для этого его необходимо оставлять в месте, где нет сквозняком, а также в отсутствии прямых солнечных лучей.

— В результате опыта я наглядно рассмотрел, что кристаллы различных веществ имеют разную форму:

1) кристалл поваренной соли – кубическая форма (Приложение рис.4);

2) кристалл медного купороса – триклинную форму (Приложение рис.6в);

3) алюмокалиевые квасцы – форма октаэдра (Приложение рис.7а);

4) ацетат натрия – игловидная форма (Приложение рис.8).

— выяснил, что кристаллы одного и того же вещества, тоже отличаются, они делят на моно и поли кристаллы (Приложение рис.6в).

— в домашних условия можно сделать сувениры, с использованием выращенных кристаллов, которыми можно порадовать близких и друзей. Эти сувениры достаточно необычны, уникальны и сделаны своими руками. (Приложение рис.9)

1. Большая детская энциклопедия «Хочу все знать». Д. И. Ермакович. — Минск: Харвест, 2012.
2. Инструкция «Выращивание кристаллов» из набора «Я – экспериментатор».
3. Интернет ресурсы.
4. «Опыты без взрывов». О. Ольгин – М.; «Химия», 1995.
5. Малая детская энциклопедия. Химия. Русское энциклопедическое товарищество. М: 2001.
6. Факультативный курс физики. Пособие для учащихся. О.Д.Кабардин. – М.: «Просвещение», 1974.

Таблица 1. Типы кристаллических решеток твердых веществ

Таблица 2. Таблица растворимости солей, кислот и оснований в воде