Исследовательская работа "Удивительные кристаллы"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Школа № 51 «Центр образования»

Удивительные кристаллы

Выполнил: учащийся 8 Г

Минькин Игорь

Руководитель: учитель химии

Горбунова Н.А.

Рязань, 2016 г.

Содержание

1	Введение	3
2	Основная часть Методика выращивания кристаллов	4 5
3	Результаты работы	6
4	Заключение.	9

Введение

Тема выращивания кристаллов очень интересна для меня, как ученика школы, как восьмиклассника, начавшего изучать химию и продолжающего изучать физику. Содружество этих наук позволяет изучить физико-химические свойства и характеристики некоторых веществ. Дело в том, что кристаллы удивительное творение природы, рассматривать которое хочется каждый день и находить что-то новое и прекрасное. Кристаллы находятся вокруг нас: жидкокристаллические экраны сотовых телефонов, телевизоров. Трудно представить себе сейчас наш быт без кристаллов. Мир кристаллов и мир людей стали неразрывны, ведь в состав некоторых сред живых организмов тоже входят кристаллы.

На уроках химии мы узнали о том, что все вещества могут быть аморфными и кристаллическими. Кристаллические вещества имеют различные кристаллические решетки: атомные, ионные, молекулярные. Какие частицы будут находиться в узлах решетки, таким и будет кристалл. Вырастить красивый кристалл можно в условиях школьной лаборатории. Легче всего и доступнее выращивать кристалл с ионной кристаллической решеткой.  Кристаллы всегда вызывали у человека особое любопытство и изумление. Сама природа позаботилась о таком явлении, как их рост, в результате чего образуются красивейшие кристаллы причудливой формы. Меня заинтересовала данная тема и я поставил эксперимент сначала дома, используя   поваренную соль, а потом в школьной лаборатории вместе с учителем, используя другие химические вещества: медный купорос и бихромат калия.

Цель работы:

Вырастить кристаллы  из различных солей.

Задачи:

1.      Изучить информацию о кристаллах.

2.      Определить скорость роста кристаллов из различных солей.

3.      Вырастить кристаллы поваренной соли и медного купороса, бихромата калия.

4.      Выявить соли из которых вырастают быстрее и красивее кристаллы

5.      Вырастить кристаллы в домашних условиях и сравнить со школьным  результатом.

6.      Провести работу по анализу выполненных экспериментов, сделать выводы и представить результаты.

Гипотеза: Кристаллы можно выращивать в домашних условиях и в условиях школьной лаборатории из различных солей. Скорость роста кристаллов одинакова и не зависит от внешних факторов.

Основная часть

Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве.

Строение кристаллов.

Все кристаллы состоят из отдельных частиц: молекул атомов или ионов, располагающихся в строгом порядке. Они образуют кристаллическую решетку. Каждому атому отведено место в определенном узле решетки, при этом образуются правильные многогранники (см. прил. 1). Кристалл может иметь от трех до нескольких сотен граней. Но при этом они обладают замечательным свойством. Все плоские грани пересекаются друг с другом под определенными углами. Углы между соответствующими гранями всегда одинаковы. Например, у кристаллов поваренной соли (NaCl) всегда их грани пересекаются под прямым углом - кубическая форма(см. прил. №1). Кристаллы медного купороса имеют форму  прямоугольной призмы, бихромат калия - имеет форму триклинных монокристаллов. Кристаллы красивы и разнообразны. Секрет их красоты - в симметрии.

Виды кристаллов.

Кристаллические тела могут быть монокристаллами и поликристаллами.

Монокристаллом называют одиночный кристалл. («моно»  один).

 Поликристаллом называют совокупность сросшихся друг с другом хаотически ориентированных маленьких кристаллов («поли» - много)(см. прил. 2)

Если в кристаллическом теле кристаллизация началась одновременно во многих точках вещества и скорость ее была достаточно высока, то мы получим поликристалл. Растущие кристаллики являются препятствием друг другу и мешают правильному огранению друг друга.

В ходе работы мы вырастили несколько кристаллов. Получили монокристалл, но не совсем правильной формы, так же вырастили поликристалл.

Методика выращивание кристаллов.

Выращивание кристаллов физико-химический процесс.

Растворимость веществ в любых растворителях можно отнести к физическим явлениям со следующей позиции: происходит разрушение кристаллической решётки, теплота при этом поглощается из окружающей среды. Кроме того, необходимо учитывать  растворимость солей в 100 воды для приготовления насыщенного раствора экспериментальной соли (см. прил. 4). 

Существуют различные способы выращивания кристаллов. Мы использовали методику постепенного испарения. Основой выращивания кристаллов, как описано в любой литературе, является насыщенный раствор соли.

Для этого нам потребуется кристаллический порошок (медный купорос продается в магазине для садовода), поваренная соль имеется в каждом доме, бихромат калия в лаборатории школьного кабинета химии), химический стакан, стеклянная палочка, электроплитка или колбонагреватель, фильтр, воронка, лабораторный штатив.

Практическая часть.

1.      Растворили соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде (подогреть нужно для того, чтобы соль растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре). Растворение проводили  до тех пор, пока не заметим небольшой остаток на дне стакана, это говорит о том, что соль уже больше не растворяется , то есть раствор насыщен!

2.      Готовый раствор процеживаем через фильтр, сделанный из обычной бумажной салфетки или фильтровальной бумажки. Насыщенный раствор переливаем в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов. Емкость необходимо подогреть, иначе возможно выпадение кристаллов раньше, чем это нам нужно.

3.      Когда раствор остынет до комнатной температуры, в него опускаем маленькие затравочные кристаллы на нитке, которая прикреплена к палочке.

4.      Ставим химический стакан с насыщенным раствором и кристалликом в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдения этих условий).

5.      Наблюдали за ростом и формой кристаллов, измеряли массу.

6.      Периодически подливали новый насыщенный раствор или добавляли новые порции соли в маточный раствор.

Результат выполненных работ.

Мы провели ряд экспериментов по выращиванию кристалла в школьных условиях.

1. Мы приготовили насыщенный раствор медного купороса, охладили до комнатной температуры и поместили в сосуд с пересыщенным раствором «затравку». На следующий день увидели, что «затравка» увеличилась в размере (полученные кристаллы см. в прил. 3)

	CuSO4·5H2O	K₂Cr₂O₇	NaCl
Дата постановки эксперимента	10.12 2016	30.11 2016	30.11 2016
Масса "затравки" в г	0,06	0,1	0,03
Масса через 1 день в г	0,12	0,23	0,031
Масса через 5 дней в г	0,45	5,07	0,1
Масса через 14 дней	0,53	6,13	растворился в новом растворе
Средняя скорость роста	0,04 г/сут	0,44 г/сут	0,02 г/сут

Сделали вывод: Быстрее всех растет кристалл бихромата калия, на втором месте по скорости роста - медный купорос. Медленнее всего растет кристалл поваренной соли - масса изменилась незначительно.  

2. Следующий опыт был выполнен для установления влияния примесей на образование кристалла. Для этого растворили поваренную соль (не "Экстра", а каменную). В ходе эксперимента установили, что образование кристаллов произошло хаотично, на дне стакана, на нитке, опущенной в раствор, образовалось множество центров кристаллизации (см. прил.3)

3. Третий опыт провели для исследования  микроскопического строения кристалла. Мы приготовили насыщенные растворы медного купороса и бихромата калия. Нанесли каплю раствора на предметное стекло, после чего дали высохнуть пробе. Затем рассмотрели препарат под микроскопом с увеличением окуляр *16, объектив*4. В поле зрения находились микрокристаллы различной формы: как правильные, так и неправильные, что говорить о возможных нарушениях в образовании макрокристалла. Можно сделать предположение  какие кристаллы нужно использовать для дальнейшей работы. Что процесс выращивания кристаллов возможно начать с микроскопии раствора.

4.  В следующем опыте мы предположили, что чем медленнее снижается температура маточного раствора, тем прозрачнее кристалл и быстрее его рост. Оказалось, что прозрачный кристалл вырастает при низкой скорости роста, а высокая температура ускоряет рост кристалла. У нас слишком быстро снижалась температура, поэтому кристалл получился мутным. Кристалл рос действительно быстро. Сделали вывод: скорость роста кристаллов, т. е масса на которую увеличилась «затравка» за один день зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше скорость роста кристалла.

Выводы.

1.      Наша гипотеза подтвердилась не полностью, кристаллы можно вырастить в домашних условиях и в условиях школьной лаборатории, но скорость их роста различна. На скорость роста кристалла влияют различные условия: температура раствора, чистота химического соединения, скорость остывания раствора.

2.      Для роста кристалла необходимо: приготовить насыщенный раствор соли и чтобы с поверхности кристалла шло испарение жидкости. Плотно закрывать крышкой раствор нельзя.

3.      Кристаллы поваренной соли (NaCl) могут иметь форму куба, но растут очень медленно, любая ошибка в приготовлении насыщенного раствора может прервать эксперимент.

4.      В перспективе хочется установить как долго сохраняются выращенные кристаллы.

Заключение

Кристаллы – одно из самых красивых и загадочных творений природы. В кристаллах есть что-то удивительное и завораживающее. Они поражают своей четкостью линий, в которой скрывается необыкновенная красота. Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека.

Мы живем среди кристаллов, ходим по ним и широко используемых в нашей повседневной жизни. Земная кора на 95% состоит из кристаллов. Мы добываем кристаллы из земных недр, используем в лабораториях, в технике, обрабатываем на фабриках, создаем изделия из кристаллических материалов. Природные кристаллы всегда вызывают восхищение. Их красота поражает своей эстетичностью. Ювелиры всего мира используют эту природную красоту для изготовления шедевров.  Все природные драгоценные камни, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, кроме опала, являются кристаллическими, обладают определенными свойствами, радуют нас своей красотой и непревзойденностью.

Литература:

1.        Бокий Г.Б. Кристаллохимия: Учеб.пособие для вузов/ Г.Б. Бокий – М. : Наука, 1971.

2.        Гегузин Я.Г. Живой кристалл: статья / Я.Г. Гегузин – М. : Наука, 1981.

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

4.        Кристаллы: очерки / М.П. Шаскольская – М. : Наука, 1978.

5.        Шаскольская М.П. Очерки о свойствах кристаллов: очерки / М.П. Шаскольская – М. : Наука, 1978.

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

7.        Статьи в сетиИнтернет

Приложение 3

                                                          

                                            

Продолжение прил. 3

                                                            

кристаллу 1 неделя                                                 кристаллу 2 недели

                                        

кристалл через 1 месяц

Продолжение прил. 3

          

рис. 1. Кристаллы бихромата калия под микроскопом.

рис. 2. Кристаллы медного купороса.

Приложение 2.

Наша цель:

                      

рис. 1. Правильный монокристалл медного    рис. 2. Правильный монокристалл бихромата купороса.                                                                          калия

рис. 3. Правильный монокристалл поваренной

соли.

рис. 4. Кристаллы-друзы.

Приложение 1

рис. 1. Формы кристаллов

Приложение 4.

Краткое описание документа:

Исследовательская работа учащегося по химии. В данной работе ученик рассматривает способы получения кристаллов из таких солей как медный купорос, бихромат калия, поваренная соль. Отмечает скорость роста кристаллов и ее зависимость от условий окружающей среды. Кроме того, выясняются причины "ошибок" в формировании правильного кристалла.