Научно -исследовательская работа "Я выращиваю кристаллы"

Муниципальное бюджетное общеобразователное учреждение

«Средняя школа №2 с углублённым изучением предметов

физико-математического цикла»

Городская научно-практическая конференция

обучающихся 3-4 классов

    «Планета эрудитов»

Я выращиваю кристаллы

                                                              Автор: Перелыгина Алиса Александровна

                                                                                4 «А» класс, МБОУ СШ №2

                                                              Наставник: Биляева Ольга Александровна

                                                                                     учитель начальных классов,

                                                                                    МБОУ СШ №2

г. Дзержинск

2021 г.

Оглавление

Введение. 3

Кристаллы в природе. 4

Применение кристаллов. 6

Способы выращивания кристаллов. 7

Выращивание кристаллов дома. 8

Заключение. 9

Приложение 1. 10

Приложение 2. 12

Введение

Кристаллы – это завораживающие творения природы. Снежинки, соль, сахар, морозные узоры на стеклах – это все кристаллы. Название «кристалл» произошло от двух греческих слов – «холод» и «застывать», т. е. означало во времена Гомера «застывший лед» и относилось к кристаллам горного хрусталя, считавшимися окаменевшим льдом. Вначале этим термином называли только прозрачные ограненные природные тела, впоследствии он был распространен на непрозрачные и даже неограненные образования.

Меня заинтересовал вопрос: возможно ли вырастить кристаллы в домашних условиях? Сейчас в магазинах много разнообразных наборов для выращивания кристаллов, но я захотела попробовать вырастить кристаллы как делали наши родители – из подручных материалов, которые были у меня дома: соль и медный купорос.

Кристаллы в природе

Кристаллы - это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников.

Вопрос о происхождении минералов в природе тесно связан с происхождением и развитием Земли. Считается, что многие минералы и горные породы образовались при охлаждении земной коры подобно тому, как образуется лед при замерзании воды. Магма, вещество земной коры в расплавленном состоянии, представляет собой сложный расплав различных веществ, насыщенный различными горячими газами и парами. При охлаждении магмы сначала в ней образовались кристаллы того вещества, температура кристаллизации которого самая высокая.

По мере дальнейшего охлаждения происходила кристаллизация других минералов, обладающих меньшей температурой кристаллизации, и так до тех пор, пока вся магма не затвердела. При затвердевании объем земной коры уменьшался, и в ней появлялись трещины и пустоты. В таких пустотах рост кристаллов происходит беспрепятственно. В них часто находят крупные и хорошо ограненные кристаллы кварца, пластинчатые кристаллы слюды площадью в несколько квадратных метров и многие другие.

Многие минералы возникли из пересыщенных водных растворов. Первым среди них следует назвать каменную соль NаСl, являющуюся одним из наиболее знакомых каждому человеку минералов. Толщина пластов каменной соли, образовавшихся при испарении воды соленых озер, достигает в некоторых месторождениях нескольких сотен метров.

Способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр, обладают некоторые виды моллюсков. Через 5-10 лет образуется жемчуг(рис.1 Приложение 1). Кристаллами являются алмазы, рубины, сапфиры и другие драгоценные камни(рис.1 Приложение 1). Кристаллы бывают разных форм и расцветок, они встречаются нам повсюду.

Все драгоценные природные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд,попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. По размерам природные кристаллы могут быть самыми разными: от микроскопических до весьма крупных вплоть до нескольких метров длиной и в поперечном сечении. Самые большие кристаллы были обнаружены в пещере Найка(рис.3 Приложение 1), которая находится в мексиканском штате Чиуауа. Некоторые из них в длину достигают 13 метров, а в ширину — 1 метр.

Внешний облик кристаллов зависит от того, насколько спокойно происходил их рост. Большинство кристаллов в природе растут медленно - тысячи и миллионы лет. Некоторые кристаллы растут очень быстро, например кристаллы растворимых солей, иногда минералов (сера, таблички гематита) в кратерах действующих вулканов.

Очень красиво выглядят не только кристаллы, растущие тысячи и миллионы лет, но и ажурные снежинки(рис.4 Приложение 1), которые можно с легкостью наблюдать каждую зиму.

Применение кристаллов

Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали людей, и они украшали камнями себя и жилище.

С давних пор с кристаллам и 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 талисманах "на счастье" и "своих камнях", соответствующих месяцу рождения. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита.

Ученые искали прозрачный бесцветный и бездефектный минерал, из которого можно было бы шлифованием и полированием изготавливать линзы. Нужными оптическими и механическими свойствами обладают кристаллы неокрашенного кварца, и первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Даже после появления искусственного оптического стекла потребность в кристаллах полностью не отпала: кристаллы кварца и других прозрачных веществ, пропускающих ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов.

Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния.

Способы выращивания кристаллов

Кристаллы можно вырастить из насыщенного раствора вещества, а так же из  его паров.

Выращивают кристаллы из раствора, в основном, двумя способами. Один из них — охлаждение насыщенного раствора вещества. С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, и они выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твердых примесей (например, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении центров кристаллизации возникает много, сам процесс идёт активнее. Правильных, красивых кристаллов при этом не получится, ведь множество быстро растущих кристалликов мешают друг другу.

Другой метод выращивания кристаллов — испарение(постепенное удаление воды) из насыщенного раствора. Можно оставить открытый сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок — вода при этом будет испаряться медленно. Но емкость надо накрыть, например, салфеткой – чтобы в сосуд не попадала пыль.

Для того чтобы получить кристаллы из паров надо собрать установку, служащую для так называемой возгонки кристаллов. Но этот способ гораздо медленнее и труднее для исполнения в домашних условиях.

Выращивание кристаллов дома

Для выращивания дома я выбрала 2 вещества – поваренную соль и медный купорос. Оба кристалла выращиваются одинаково. Для начала надо правильно сделать насыщенный раствор исходного вещества.

Нужно взять стакан горячей(но не кипящей) воды и всыпать в него кристаллическое вещество, растворяющееся в воде. В стакан нужно всыпать столько порошка, сколько сможет раствориться; при этом необходимо помешивать воду, чтобы порошок быстрее растворялся. Когда порошок совсем перестанет растворяться и начнет оседать на дно, образовавшийся раствор необходимо перелить в другой стакан так, чтобы на дно стакана с раствором не попало ни одной крупинки порошка. Такой раствор называется насыщенным.

При остывании раствора на дне и стенках стакана оседает множество мелких кристалликов. Но уже через несколько дней после приготовления насыщенного раствора можно выбрать наиболее крупный и ровный растущий кристалл и подвесить его в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда.

По этой методике я приготовила 2 раствора. Для раствора поваренной соли я взяла 300 мл воды температурой около 70 градусов и растворила в ней 200 грамм соли(рис. 1 Приложение 2), а для медного купороса – 100 грамм купороса растворила в 200 мл воды температурой около 60 градусов(рис. 2 Приложение 2).

К сожалению, первый кристалл соли упал с нитки, поэтому одного кристалла у меня не получилось – зато на самой нитке выросла гроздь изумительно красивых кристалликов(рис.3 Приложение 2). Так же на стенках сосуда при испарении выросли очаровательные «зимние узоры» (рис.4 Приложение 2), а на дне – россыпь кристалликов (рис.5 Приложение 2).

Кристалл медного купороса у меня вообще не вырос – похоже, раствор получился ненасыщенным. Я добавила в существующий раствор еще гранул медного купороса до тех пор, пока он не перестал растворяться, но пока что кристаллов не образовалось(добавила вчера, 8 января).

Заключение

Выращивание кристаллов - это увлекательный и кропотливый процесс.

Во время проведения данной работы я выполнила главную цель этого исследования - узнала много нового о кристаллах и научилась выращивать кристаллы дома.

Приложение 1

Рис.1. Жемчужина в раковине.

Рис. 2. Драгоценные камни

Рис.3. Пещера Найка

Рис. 4. Снежинка – естественный кристалл.

Приложение 2

Рис. 1. Насыщенный раствор поваренной соли с затравкой.

Рис. 2. Насыщенный раствор медного купороса с затравкой.

Рис.3. Кристаллы соли на нитке.

Рис. 4. «Морозные узоры» солью.

Рис. 5. Россыпь кристаллов на дне сосуда.