Исследовательская работа " Кристаллы".

Муниципальное Бюджетное общеобразовательное учреждение

Одинцовская гимназия № 4

Исследовательская работа

Кристаллы

Работу выполнила:

Минасова Виктория

Ученица 2-го «В» класса

Руководитель:

Манухова  Н.Е

Учитель нач.классов

                                           Оглавление:

Введение

1. Теоретическая часть.

1.1 Что такое кристаллы?

1.2 Виды и типы кристаллов.

1.3 Какие формы бывают у кристаллов?

1.4 Строение кристаллов

1.5 Кристаллы в жизни человека.

1.6 Интересные факты о кристаллах

1.7 Кристаллы - драгоценные камни

 Вывод

Список литературы

Приложения

2.Экспериментальная часть.

2.1. Выращивание кристалла из химического состава

2.2.Вращивание кристалла из сахарного сиропа

Введение:

Как-то раз, когда мне было 5 лет мы с мамой растили кристалл. Тогда я не понимала, насколько это интересно наблюдать за ними, следить за их ростом и замечать, как они образуют различные формы. Я вспомнила об этом, когда нам нужно было выбрать тему своей исследовательской работы.

Собирая информацию для проекта, мы узнали, что можно вырастить кристаллы не только из готовых химических составов, но и из соли, медного купороса и сахара. В теме этого проекта мы попробуем вырастить кристаллы из готового химического состава и сахара.

Цель моего проекта: узнать и рассказать одноклассникам интересные сведения о кристаллах, об их форме, о том, как появляются кристаллы.

Задачи:

1.Провести анализ источников по теме проекта;

2.Узнать о том, как появляются кристаллы;

3.Выяснить, какие бывают кристаллы;

4.Вырастить кристаллы в домашних условиях;

5.Создать презентацию по теме проекта.

1.Теоретическая часть.

1.1 Что такое кристаллы?

Само слово кристалл произошло от древнегреческого «krystallos», что значит «лёд». Айсберг – огромная глыба льда. Твердое вещество, молекулы которого организованы в четкой повторяющейся схеме. Благодаря такой повторяющейся структуре кристаллы сами могут принимать странные и интересные формы. Иногда их совершенство наводит на мысль, что над ними потрудился профессиональный огранщик

Кристалл — это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих атомов. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и могут отличаться размерами.

В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода — одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки. Минеральные кристаллы тоже образуются в ходе определенных породообразующих процессов. 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. Они охлаждаются очень медленно. 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. Миллионы лет тому назад гранит был расплавленной массой минералов в жидком состоянии.

В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и образуют кристаллы различных видов. 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 и разные размеры. Некоторые минералы образуют кристаллы, которые разглядеть можно только с помощью микроскопа. Другие же образуют кристаллы, вес которых составляет несколько сотен фунтов.(рис1)

1.2 Виды и типы кристаллов

Различают несколько типов кристаллов:

1) ионные

2) атомные

3) металлические

4) молекулярные

Идеальная форма кристалла имеет вид многогранника. Такой кристалл ограничен плоскими гранями, прямыми ребрами и обладает симметрией. В кристаллах можно найти различные элементы симметрии. Кристаллические тела делятся на монокристаллы и поликристаллы.

                                                 Виды кристаллов

Монокристаллы                                                                Поликристаллы

Монокристалл представляет собой монолит с единой ненарушенной кристаллической решеткой. Природные монокристаллы больших размеров встречаются очень редко.

Монокристаллами являются кварц, алмаз, рубин и многие другие драгоценные камни.

Большинство кристаллических тел являются поликристаллическими, то есть состоят из множества мелких кристалликов, иногда видных только при сильном увеличении.

Поликристаллами являются все металлы

Природные кристаллы.

Раньше кристаллы считали редкостью. Конечно, великаны многогранники встречаются не часто. Но кристаллы меньших размеров окружают нас повсюду. В граните даже без лупы  можно легко различить пластинки слюды, кристаллики кварца и полевого шпата. Песок состоит из окатанных кристаллов кварца, а мрамор – из кристаллов кальцита. Почти все минералы на земле состоят из кристаллов.         Установлено, что все металлы и почти все камни – кристаллы. На земле нет некристаллических металлов.

Снежинки - это тоже кристаллы. Составленные из тонких ледяных иголочек, они похожи на звездочки. У этих звездочек всегда шесть лучей. Все они разные. Один ученый сделал 2500 фотоснимков снежинок, и все они отличались. Узоры на окнах зимой - это тоже  кристаллы воды. Толстый лед на реке составлен из шестиугольных столбиков, похожих на карандаши. И иголочки снежинок, и «карандашики» - это кристаллы замёршей воды. Из кристаллов состоят очень многие другие тела: в глине, каучуке, саже, костях, волосах, иглах дикобраза, клыках мамонта, в волокнах шерсти, шелка, целлюлозы обнаружено кристаллическое строение.

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 талисман ах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения.

В природе кристаллы образуются тремя путями: из расплава, из раствора и из паров.

Примером кристаллизации из расплава является образование льда из воды.            

Примером образования кристаллов из растворов, могут служить сотни миллионов тонн соли, выпавшей из морской воды.

Примером образования кристаллов из пара и газа являются снежинки, иней. Воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки той или иной формы.

Многие кристаллы, что удивительно, являются продуктами жизнедеятельности организмов. Это, например, жемчуг, перламутр.

 Рифы и целые острова в океанах сложены из кристалликов углекислого кальция, составляющих основу скелета беспозвоночных животных — коралловых полипов. (рис 2-4)

Искусственные кристаллы.

Для многих отраслей техники, выполнения научных исследований требуются кристаллы очень высокой химической чистоты с совершенной кристаллической структурой.        

Кристаллы, встречающиеся в природе, этим требованиям не удовлетворяют, так как они растут в условиях, весьма далеких от идеальных   

Кроме того, потребность во многих кристаллах превышает запасы в природных месторождениях.

Из более чем 3000 минералов, существующих в природе, искусственно удалось получить уже больше половины. (рис 5-7)

1.3 Формы кристаллов

Форма кристаллов следует топологии молекул, из которых они состоят так, что каждая новая молекула может закрепиться, как в конструкторе заданной формы, по направлениям межатомных связей.

Но то, сколько молекул закрепится и с какой стороны и грани, то, насколько непрерывно будет нарастать конструкция кристалла, какие молекулы примесей и сколько окажется включенным в кристалл или, при невозможности образовать связи с его конструкцией, внедрятся в него как кристалл другого типа, - все это зависит от внешних условий формирования кристаллов, приводя к невероятному разнообразию форм даже для "чистого" вещества (содержащего молекулы одного вида). Наибольшее влияние оказывают температура и химический состав окружающей среды.

В каждых данных условиях формируется и остается неизменным ("выживает") то, что соответствует этим условиям, а в противном случае претерпевает изменения.

Наиболее знакомо всем и постоянно наблюдается разнообразие кристаллов воды: Снежинки, Ледяные узоры, Кристаллы воды.

Повсюду разнообразные формы кристаллов окружающих веществ, видимые и микроскопические, непосредственно определяющие нашу жизнь и вообще делающие возможной жизнь на Земле. Ведь органические вещества и даже био -формы - так же определены в своей основе направленностью межатомных связей в молекулах. (рис.8)

1.4 Строение кристаллов 

Разнообразие кристаллов по форме очень велико.

В кристаллах все атомы расположены так, чтобы из них образовывалась трехмерно-периодическая укладка. Таким образом, на поверхности мы видим кристаллическую решетку. (рис.9)

Кристаллы могут иметь от четырех до нескольких сотен граней. Но при этом они обладают замечательным свойством - какими бы ни были размеры, форма и число граней одного и того же кристалла, все плоские грани пересекаются друг с другом под определенными углами. Углы между соответственными гранями всегда одинаковы.

Кристаллы каменной соли, например, могут иметь форму куба, параллелепипеда, призмы или тела более сложной формы, но всегда их грани пересекаются под прямыми углами. Грани кварца имеют форму неправильных шестиугольников, но углы между гранями всегда одни и те же — 120°.

Закон постоянства углов, открытый в 1669 г. датчанином Николаем Стено, является важнейшим законом науки о кристаллах — кристаллографии.

Измерение углов между гранями кристаллов имеет очень большое практическое значение, так-как по результатам этих измерений во многих случаях может быть достоверно определена природа минерала.    

Простейшим прибором для измерения углов кристаллов является прикладной гониометр. (рис. 10-11)

Гониометр (от греч. γωνία (гониа) — угол и греч. μέτρεω (метрео) — измеряю)

Прибор для измерения углов между плоскими гранями твердых тел. Используется в кристаллографии, геодезии, метрологии и др.

1.5 Кристаллы в жизни человека

Мы живем в мире кристаллов. Наши дома и города построены из камня и металла, т.е. в основном из кристаллов. Мы ходим по кристаллам, добываем кристаллы из земли, создаем изделия из кристаллических материалов, едим кристаллы, лечимся кристаллами и даже сами частично состоим из кристаллов. Из кристаллов делают очень много нужных вещей. Например, полупроводниковые кристаллы применяются в радиотехнике, камни в часах- тоже кристаллы. У кристаллов много применений.

Из таблицы видно, что кристаллы широко применяются в науке и технике(прил.): полупроводники, призмы и линзы для оптических приборов, лазеры, пьезоэлектрики, сегнетоэлектрики, оптические и лектрооптические кристаллы, ферромагнетики и ферриты, монокристаллы металлов высокой чистоты...(рис.12-13)

Около 80% всех добываемых природных алмазов и все искусственные алмазы используются в промышленности.

Рентгеноструктурные исследования кристаллов позволили установить строение многих молекул, в том числе и биологически активных – белков, нуклеиновых кислот.

Сегодня трудно назвать такую отрасль производства, в которой бы не использовались кристаллы.   Ограненные кристаллы драгоценных камней, в том числе выращенных искусственно, используются как украшения. (рис.14-16)

1.6. Интересные факты о кристаллах

1) Самые крупные кристаллы существуют в Мексике, в двух пещерах. На глубине более 300 метров находятся кристаллы длинною в 10-15 м. А сами таковые состоят из селенита - прозрачный гипс. (рис.17)

2) Знаете ли вы, что кристаллы воспроизводят сами себя и таким образом растут? Их по праву можно называть "живыми" существами природы .(рис.18)

3) Кристаллы могут образовывать самые различные формы. И, несмотря на это, внутренний рисунок кристалла имеет цикличность в произведении других. Это было доказано учеными. (рис.19)

4) Знаете ли вы, что некоторые природные минералы могут образовывать кристаллы? Вот только есть одна проблема, рассмотреть таковые можно лишь через увеличительное стекло. (рис.20)

5) Знаете ли вы, что вода является самым основным "ингредиентом" для образования кристалла? (рис.21)

6) Есть и представители самых больших и крошечных кристаллов. Хранятся они в Австрии в музее "Хрустальные миры". Самый крупный весит более 62 кг и имеет 310 тыс. карат. Крошечный же вариант кристалла в диаметре не достигает и одного сантиметра. Все они принадлежат к самой знаменитой компании "Сваровски" и занесены в книгу рекордов Гиннеса. (рис.22-24)

1.7 Кристаллы - драгоценные камни.

Происхождение и строение драгоценных камней.

 Драгоценные камни - это минералы, которые обладают особыми свойствами. Ценность камней зависит от того, насколько они редки, каковы их цвет, прозрачность, вес. Откуда же черпают минералы свою силу? Все минералы образуются в ходе процесса, называемого кристаллизацией. При высокой температуре минерал является частью раствора. Находясь в жидком состоянии, остывая, он приобретает свою многогранную форму и характерную внутреннюю структуру со строгим порядком распределения атомов. 

Все драгоценные камни, за редким исключением, принадлежат миру минералов.

 Минералы могут возникать различными способами. Одни образуются из огненно-жидких расплавов и газов в недрах Земли или из вулканических лав, извергнутых на ее поверхность (магматические минералы). Другие выпадают из водных растворов либо растут с помощью организмов на (или вблизи) земной поверхности (осадочные минералы). Новые минералы образуются путем перекристаллизации уже существующих минералов под влиянием больших давлений и высоких температур в глубинных слоях земной коры (метаморфические минералы).

Химический состав минералов выражают формулой. Примеси при этом не учитываются, даже если они вызывают появление цветовых оттенков, вплоть до полного изменения цвета минерала. Почти все минералы кристаллизуются в определенных формах, то есть представляют собой кристаллы - однородные по составу тела с регулярным расположением атомов, ионов или молекул в решетке. Кристаллы характеризуются строгими геометрическими формами и ограничены преимущественно гладкими плоскими гранями. В большинстве своем кристаллы мелки, отчасти даже микроскопически малы; но встречаются и гигантские экземпляры. Внутренняя структура кристаллов (пространственная решетка) определяет их физические свойства, в том числе внешнюю форму, твердость и способность раскалываться, тип излома, плотность и оптические явления.

Вывод.

1. Кристаллы- это камни с природной, правильной, симметричной, многогранной формой;

2. Все металлы и почти все камни – кристаллы. На земле нет некристаллических металлов;

3. Мы живем в мире кристаллов. Наши дома и города построены из  кристаллов, мы ходим по кристаллам, едим кристаллы, лечимся кристаллами и т.д.

4. Форма кристалла зависит от того, как расположены частицы из которых он состоит;

5. У кристаллов может быть 9 вариантов формы: призма (ромбическая и шестигранная), куб, цилиндр и др. У кристаллов медного купороса- форма ромбической призмы, у кристаллов поваренной соли форма куба.

6. Что бы вырастить кристалл нужно: приготовить насыщенный  раствор вещества;  выделить на следующий день кристалл-затравку; закрепить кристалл-затравку в растворе и ждать .

Список литературы:

1. Большая иллюстрированная энциклопедия эрудита «Издательство МАХАОН» 2006г.

2. Кантор Б. З «Минерал рассказывает о себе" 1985г.

3. Алексинский В. Н «Занимательные опыты по химии" 1995г.

4. Китайгородский А.И «Кристаллы» 1950г.

5. Кузмичева Г.М. «Основные разделы кристаллографии» 2002г.

6. http://facty.by/zemlya/item/219-interesnye-fakty-o-kristallakh

7. http://biofile.ru/geo/912.html

8. http://scorcher.ru/art/chemistry/chemistry_cristalls.php

9. http://bookz.ru/authors/aleksandr-kitaigorodskii/kristall_962/1-kristall_962.html

10. https://ru.wikipedia.org

Приложения:

                                    

Рис.1                                                                                                       Рис.2(Аметрин)

                                       

Рис.3 (Изумруд)                                                                                          Рис.4(Родонит)

  

Рис.5 (Лимонно-жёлтый цитрин иск.)    Рис.6 (Ярко-синий перунит иск.)  Рис.7 (Аметист иск.)

Рис.8 (Формы кристаллов)

Рис.9 (Кристаллическая решетка)

                  

Рис.10 (Горный хрусталь )                                                Рис.11 (Сапфир)

Рис.12

Рис.13 ( Таблица промышленности кристаллов)

  

Рис.14                                          Рис.15                           Рис.16

  

Рис.17 (Пещера кристаллов )                                 Рис.18 (Живые кристаллы)

   

Рис.19(Различные формы кристаллов )   Рис.20

 

Рис.21 (Кристалл воды )                               Рис.22 (Музей "Хрустальные миры")

 

Рис.23                                                               Рис.24

2.Экспериментальная часть

2.1 Выращивание кристалла из химического состава

Для того что бы вырастить кристаллы из химического состава нам потребовалось разогреть 200 мл воды до температуры 70 градусов и добавить в него химическое вещество и краситель. В специальную емкость положили на дно кусочек плитки и перелили в нее раствор. Затем по всей поверхности равномерно по всей площади насыпали ложку сухого химического вещества, это послужит затравкой для роста кристаллов. Поставили емкость в теплое место. Уже на второй день появились столбцы кристаллов. Такая группа кристаллов, которые мы вырастили называется «Друза».

2.2 Выращивание кристалла из сахарного сиропа

Для того что бы начать растить сладкие кристаллы нам понадобилось сварить сахарный сироп: 4 стакана воды и 2 кг.  сахара, красители. Варится густой сахарный сироп, который потом разливается по банкам и в него добавляются разноцветные красители, одновременно   с этим готовятся палочки, на которых будут расти кристаллы. Для этого палочки опускаются в воду, а затем в сахарный песок, нужно дать им хорошо высохнуть. После палочки опускаются в банки с сиропом   и фиксируются с помощью прищепок. Банки ставятся в теплое, хорошо освещенное место. У нас они стоят на подоконнике. Небольшие кристаллы мы увидели на четвертый день. Они должны полностью вырасти в течении двух недель. Затем их нужно вынуть из сиропа и дать обсохнуть. Наши сладкие кристаллы готовы!