Исследовательский проект "Как вырастить кристаллы в домашних условиях?"

                                 Как вырастить кристаллы в домашних условиях?

                                        Российская Федерация, Костромская область, г.Шарья

Автор Каберник Никита Сергеевич

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение Гимназия №3 г. Шарья, 6 класс

Введение

Поэзия! Завидуй кристаллографии!                                                                    Кусай ногти в гневе и бессилии!                                                                                        О.Э.Мандельштам

Когда на уроке географии мы изучали тему «Горные породы и минералы» меня очень заинтересовали кристаллы, и возникло желание узнать о них больше. Мне пришла в голову мысль попробовать вырастить самому настоящий кристалл и определить области его применения. Кристаллами называют твердые тела, в которых расположение атомов или молекул друг относительно друга периодически повторяется в пространстве при параллельном перемещении. Криста́ллы (от греч. κρύσταλλος, первоначально — лёд, в дальнейшем — горный хрусталь, кристалл) — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку.

Кристаллы — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов).

 Кристаллы одни из самых красивых и загадочных творений природы.  Мы восхищаемся их яркими цветами и прозрачностью, ровными, гладкими гранями и, самое главное, их правильной формой. Они выглядят так, будто их кто-то специально вырезал, отшлифовал и раскрасил.  В природе кристаллы обычно образуются под действием мощных природных сил. Интересно, что кристаллы, окружающие нас, не образовались когда-то раз и навсегда готовыми, а выросли постепенно. В природе, в лаборатории, на заводе кристаллы растут из растворов, из расплавов, из паров, из твердых веществ. Мне стало интересно из чего  можно вырастить кристалл в домашних условиях?  Мне подсказали, что соль, сахар  – это тоже кристалл!  И я решил попробовать вырастить кристалл из обычной соли, сахара,  еще медного купороса. Это и определило тему моего исследования «Выращивание кристаллов соли(NaCl), сахара, медного купороса(CuSO₄∙5Н₂О),   в домашних условиях.

          Таким образом, во-первых, проверить возможность роста кристаллов соли без

применения специальной техники, во-вторых, доказать, что кристалл растет постепенно. Главной целью  исследования будет проверить возможность роста кристаллов соли, сахара, медного купороса без применения специальной техники, доказать, что кристалл растет постепенно

    Для проведения исследования   необходимо

·         Познакомиться с научной литературой по исследуемому вопросу

·         Изучить исторические сведения о поваренной соли и выяснить её свойства.

·         Познакомиться со способами выращивания кристаллов.

·         Провести опыты по выращиванию кристаллов соли, сахара, медного купороса.

·         Выработать рекомендации по выращиванию кристаллов для одноклассников.

·         Сравнить полученные данные

·         Сделать анализ результатов

·         Эксперимент;

·         Наблюдение за процессом кристаллизации.  

                                                              Основная часть

Актуальность

      Окружающий нас мир состоит из кристаллов, можно сказать, что мы живем в мире кристаллов. Жилые здания и промышленные сооружения, самолеты и ракеты, теплоходы и тепловозы, горные породы и минералы слагаются из кристаллов. Мы едим кристаллы, лечимся ими и частично состоим из кристаллов.

Кристаллы это вещества, в которых мельчайшие частицы “упакованы” в определенном порядке. В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму.                          Многие ученые, внесшие большой вклад в развитие химии и минералогии, начинали свои первые опыты с выращивания кристаллов, пытаясь понять, как они образуются.

Многие века и даже тысячелетия употреблялись замечательные минералы в качестве украшений. Но шли года. Бурное развитие науки и техники определили драгоценность минералов, которые оказались совершенно необходимыми в технике.

       Выяснилось, например, что с помощью рубинового лазера можно с большой точностью измерить расстояние от Земли до Луны.

Алмазы используют для шлифовки, резки с помощью специальных приспособлений – буровых коронок, усаженные алмазами, сверлят Землю в поисках полезных ископаемых.

Электротехника, оптика, радиотехника, военное дело, точная механика и многие другие отрасли народного хозяйства претендуют на драгоценные камни вовсе не из-за их красоты, а именно из-за их замечательных свойств.

     Твердый алмаз широко применяется для изготовления режущих инструментов. Самым простым из них является самый известный всем стеклорез, а так же алмаз используется для изготовления пил, резцов, приготовления полировальной пасты, для конструирования алмазных коронок, обеспечивающих высокопроизводительное бурение горных пород и т.д.

Из рубина изготовляют шлифовальные круги, порошки, пасты. Качество ручных и карманных часов зависит от того, сколько шестеренок  вращается на рубиновых подшипниках. Рубиновые камни  определяют долговечность часов.

     Из гранатов изготовляют шлифовальные порошки, точильные круги, шкурки. Иногда они заменяют  в приборостроении рубин.

Пироэлектричество заключает появление электрических напряжений на гранях кристалла при нагревании. Среди замечательных минералов основными пьезоэлектриками являются монокристаллы кварца и турмалина. Это звукосниматели в наших проигрывателях, которые превращают механические колебания иглы на граммофонной пластинке в электрические токи, которые затем усиливаются и поднимаются на динамик.

     Ультрафиолетовые лучи являются целебными, а кроме того, придают загар человеческой кожи. А так же  она используется в органической химии, минералогии и других отраслях для изучения веществ в ультрафиолетовых лучах.

Чистые бездефектные кристаллы горного хрусталя идут на изготовление призм, спектрографов, поляризующих пластинок. Флюрит используется для изготовления призм спектрографов и в других оптических приборах.

Лазер используется для изучения физики плазмы, при хирургических операциях, в телевидении  для съемок и передачи изображения, для сверления и сварки металлов и т.д. Этими примерами можно было бы закончить короткий  рассказ о применении минералов в  технике. Но области применения минералов все более расширяются, дальнейшее развитие науки продолжает выявлять в них все новые и новые свойства.

Целью исследования

• проверить возможность роста кристаллов соли, сахара, медного купороса без

применения специальной техники

• доказать, что кристалл растет постепенно

Задачи

·                          Изучить исторические сведения о поваренной соли , сахара, медного купороса и выяснить их свойства.

·                          Познакомиться со способами выращивания кристаллов.

·                          Провести опыты по выращиванию кристаллов соли, сахара, медного купороса.

·                          Выработать рекомендации по выращиванию кристаллов для одноклассников.

Гипотеза: предположу, что и в домашних условиях можно вырастить кристаллы соли, сахара, медного купороса.

Описание исследуемого материала:

Хальканти́т (др.-греч. χαλκός — медь и др.-греч. ἄνθος — цветок) — минерал состава CuSO4∙5H2O, обычно с примесью мелантерита, сульфат меди. Синоним — цианозит.

Происхождение и месторождения

Халькантит образуется в гипергенных условиях. Образуется в зонах окисления медно-сульфидных месторождений в странах с сухим климатом в виде кристаллов, кристаллических корочек, натёчных масс, сталактитов, примазок, псевдоморфоз. Встречается в ряде медных месторождений: Медно-Рудянском (у Нижнего Тагила), Турьинских рудниках (Северный Урал), Кедабекском (Закавказье).

В больших массах крайне редок. Искусственно приготовляемый халькантит (медный купорос) употребляется для борьбы с вредителями виноградников, а также в химической, красильной и других отраслях промышленности. Наличие этого минерала в рудах указывает на то, что рудничные воды богаты растворенным сульфатом меди и поэтому могут служить объектом добычи металлической меди. С этой целью меденосные грунтовые воды пропускают через специальные бассейны, в которых происходит осаждение меди на железной стружке.

Для того чтобы, вырастить очень красивые кристаллы медного купороса, мы купили порошок медного купороса в магазине хозяйственных товаров. Его используют для борьбы с вредителями и болезнями растений. Иногда применяют в плавательных бассейнах для предотвращения роста водорослей в воде.

ПОМНИТЕ!!! Это вещество ядовито! Нужно тщательно мыть руки после работы с порошком, растворами или кристаллами медного купороса.

Добавили 4 чайные ложки порошка медного купороса к пол-чашке горячей воды, перемешивали, пока не растворился.

В течение двух с половиной месяцев я проводил наблюдения за ростом кристаллов.

Один раз в 3-4 дня раствор купороса процеживался через марлевый фильтр, чтобы на кристаллах не образовался налет и не оседали новые микрокристаллы. На дне банки появились монокристаллы и сростки кристаллов – друзы. Выращенные к концу эксперимента кристаллы халькантита были различного вида и размеров: друзы составляли от 20 до 60 мм, а монокристаллы - до 60 мм. Все кристаллы получились прозрачными и правильной формы.

Вариант выращивания кристалла соли

1.      Для опыта я взял  две стеклянные банки, два карандаша, нитки, скрепку, кусочек

зубочистки.

2.      Сначала сделал концентрированный соляной раствор. Для этого налил в банку

немного воды и, помешивая, насыпал соль. Когда соль перестала растворяться, попросил маму поставить банку на водяную баню (в емкость с горячей водой), чтобы добиться полного растворения соли.

3.      Аналогично сделал и концентрированный сахарный раствор.

4.      На карандаш привязал  две ниточки. На одну нитку привязал металлическую

скрепку, а на другую - кусочек зубочистки.  Они и будут «затравкой» для будущего кристалла, то есть на них он и будет расти. Можно, конечно, в качестве «затравки» использовать уже готовый кристаллик соли, но мне интересно проверить будет ли на металлической и деревянной  затравке расти мой кристалл.

5.      Уже через пару дней в солевом растворе начинают появляться маленькие белые

кристаллики. У меня во время эксперимента вся банка покрылась белым налетом из кристаллов соли. В ходе наблюдений было отмечено, что сначала кристаллы имели неправильную форму, но с течением времени превратились в куб.

Размеры кристаллов полученных мной в домашних условиях много меньше, тех которые выращены в лабораторных условиях. Это различие объясняется следующим фактором: для того чтобы образовался хороший кристалл ему необходимы условия, для роста, то есть свободное пространство. Поэтому, исходя из опыта, следует брать банки большего объема, тогда выращенные кристаллы будут значительно крупнее.

 Так были выращены кристаллы поваренной соли. Ещё мы попытались вырастить кристалл сахара. Чтобы его вырастить, налили в стакан тёплой воды и стали класть в неё сахар, пока он не перестал растворяться. Потом подвесили ниточку с бисеринкой. Кристалл начал расти, но, к сожалению, очень медленно! Кристалл соли растет несколько дней, а маленький кристалл сахара с трудом удалось вырастить только за 6 недель. Когда мой эксперимент с солью уже закончился, стал изучать баночку с сахарным раствором. Там все также ничего не происходило. Но когда я потянул за веревочку, чтобы достать бусинку, я вдруг увидел, что на бусинке выросли очень красивые, прозрачные кристаллы. Их было уже очень много, но почему-то в банке их  не было видно.  Я даже решил попробовать кристаллы на вкус. Они оказались очень сладкими. Красивые кристаллы получались не сразу. Из книг я узнал, что во время роста можно корректировать рост кристаллов, удаляя некрасивые наросты, чтобы рост был быстрее, можно создать магнитное поле, для этого я поставил 2 магнита рядом с раствором медного купороса. Образование граней можно прекратить, если смазать их вазелином. Когда же опять появится необходимость в росте, рост можно вызвать, удалив вазелин ацетоном.

Первые кристаллы, которые мы достали из раствора, очень быстро подсохли, через час покрылись белым налетом соли, а через несколько дней разрушились. Чтобы кристаллы не разрушались можно их покрыть бесцветным лаком.

Из выращенных нами кристаллов поваренной соли и медного купороса получилась замечательная коллекция. Её мы показали в нашем классе на уроке, где рассказали о том, что такое кристаллы, где их можно увидеть в природе и в быту, как они образуются, где применяются и то, что их можно вырастить в домашних условиях. Приобретенные знания, умения и навыки обязательно пригодятся в дальнейшей учёбе.

Моё исследование  имеет практическое значение. Вот уже много веков среди людей ходит примета: просыпал соль - быть беде! Действительно раньше так и было. Соль стоила очень дорого, и каждый грамм берегли как зеницу ока. Благодаря методике выращивания кристаллов проблема грязной соли решается легко. Достаточно загрязнённую соль растворить в воде, профильтровать, а полученный фильтрат выпарить.

В дальнейшем мы планируем продолжить изучение увлекательного процесса роста кристаллов. Предлагаем и вам поближе познакомиться с удивительным и волшебным миром кристаллов. Мы увидели: каждое вещество образует кристаллы со своими индивидуальными свойствами, своей индивидуальной формой, различного цвета,  тем самым доказали нашу гипотезу. В ходе работы мы с удивлением узнали, что маленький кристалл сахара растет очень медленно – больше месяца. Кристаллы капризны, требуют бережного к ним отношения, соблюдения рецепта и температуры раствора при погружении кристалла для дальнейшего роста. В противном случае, кристалл, который долго и терпеливо выращивали, может за несколько минут исчезнуть у нас на глазах! Но, зато, если уж всё выполнено верно, терпеливо и бережно, выращенный кристалл порадует своей красотой, необычной формой, цветом, размером!

Результаты моих экспериментов представлены в таблице№1

Вывод: быстрее всего выросли кристаллы  медного купороса, где было магнитное поле. По своей структуре они очень красивые и прозрачные, голубоватого цвета, состоит из множества сросшихся кристаллов. Поликристалл(сросшиеся) и монокристалл (один). Кристалл поваренной соли и сахара не менее красив, имеет правильную квадратную форму, прозрачен, долго растёт.

Заключение

    В ходе эксперимента я установил, что кристаллы могут быть получены искусственным путем в домашних условиях.

В результате проведенного исследования мне удалось познакомиться с процессом искусственного образования и роста кристаллов. В отличие от природных явлений человек может управлять процессом образования и роста кристаллов, тем самым в тысячи раз быстрее может получать кристаллы заданной величины, формы и в нужном количестве.

 В данной работе была рассказана лишь малая часть того, что известно о кристаллах в настоящее время, однако и эта информация показала, насколько неординарны и загадочны кристаллы по своей сущности.

    Люди привыкли использовать кристаллы, делать из них украшения, любоваться ими. Теперь, когда изучены методы искусственного выращивания кристаллов, область их применения расширилась, и, возможно, будущее новейших технологий принадлежит кристаллам и кристаллическим агрегатам (нанотехнологиям).

                                             Список литературы

1.      Ахметов Н.А.; Химия; М.; Просвещение, 1999.

2.      Большая книга экспериментов для школьников. Под ред. Антонеллы Местяни; Пер. с ит. Э.И.Мотылёвой – М.: ЗАО «РОС МЭН-ПРЕСС», 2006.-260с.

3.      Брюханов А.В., Г.Е.Пустовалов, В.И. Рыдник «Толковый физический словарь».

Интернет ресурсы:

1.      «Мир кристаллов» - адрес: http://mirkristallov.com/

2.      Российская академия Наук Минералогический музей

3. http://allmake.ru/topic/Hobbi-i-razvlecheniya/Hobbi/Kak-vyrastit-kristall-v-domashnih-usloviyah.html
4. http://domznaniy.ru/39-1-kak-vyrastit-kristall-v-domashnih-usloviyah.html
5. http://www.kristallikov.net/page6.html
6. http://all-he.ru/publ/svoimi_rukami/khimija/kak_vyrastit_krasivyj_kristal/3-1-0-43