Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Конспекты / Проект по физике на тему "Кристаллы" (7 класс)

Проект по физике на тему "Кристаллы" (7 класс)

  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:


hello_html_7323e3a7.gifVАшинский районный конкурс

реферативно – исследовательских работ

для учащихся 5 – 8 классов









Физика








Выполнил: ученик 7 класса

МКОУ СОШ №9

Мартынов Дмитрий



Руководитель: Аристова Людмила Александровна

Учитель физики МКОУ СОШ №9


г. Аша

2015 г



Оглавление

I. Теоретическая часть 3

1. Введение 3

2. Что такое кристалл 4

2.1. Строение кристаллов 4

2.2. Свойства кристаллов 5

2.3. Виды кристаллов 6

3. Кристаллы в природе 7

4. Как вырастить кристалл 8

5. Применение кристаллов 9

II.Практическая часть 11




















Словно волшебный скульптор,

Светлые грани кристаллов

Лепит бесцветный раствор

Н. А. Морозов

Введение


Кристаллы – один из самых красивых и загадочных творений природы. Мы живем среди кристаллов, ходим по ними 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.

В настоящее время изучением кристаллов занимается наука кристаллография. Она выявляет признаки единства в этом многообразии, исследует свойства и строение как одиночных кристаллов, так и кристаллических агрегатов. Кристаллография является наукой, всесторонне изучающей кристаллические вещества.

На уроке физики учитель предложил нам (ученикам 7 класс) вырастить кристаллы из раствора поваренной соли. Меня это заинтересовало и начал выращивать кристаллы.

Цель работы:

вырастить кристаллы из поваренной соли , определить, что влияет на скорость роста кристалла.

Задачи: изучить строение кристаллов, их свойства;

определить как температура влияет на скорость роста кристалла;

может ли примесь какого - либо вещества изменить кристалл поваренной соли;

какие посторонние факторы могу повлиять на скорость роста кристаллов (открытый сосуд с раствором или закрытый, наличие примесей и т.д.).


Что такое кристалл?

В давние времена считалось, что кристаллы представляют собой редкость. Действительно, нахождение в природе крупных однородных кристаллов – явление нечастое. Однако мелкокристаллические вещества встречаются весьма часто. Так например, почти все горные породы: гранит, песчаники, известняк – кристаллы. Сейчас мы знаем, что даже некоторые части нашего организма кристалличны. Например, роговица глаза. На их основе образовались молекулы, давшие начало жизни на планете.

Впервые люди увидели кристаллы в минералах, и. возможно, первым поразившим их был кристалл льда, родившейся из воды.

2.1. Строение кристаллов

С древних времен кристаллы поражали человеческое воображение своим исключительно геометрическим совершенством. Наши предки видели в них творение ангелов или подземных духов. Первой попыткой научного объяснения формы кристаллов считается произведение Иоганна Кеплера «О шестиугольных снежинках» (1611 г.) Кеплер высказал предположение, что форма снежинок (кристалликов льда) есть следствие особых расположений составляющих их частиц. Спустя три века было окончательно установлено, что специфические особенности кристаллов связаны с особым расположением атомов в пространстве, которые аналогичны узором в калейдоскопах. Все различные законы таких расположений были выведены в 1891 году нашем соотечественником, родоначальником современной кристаллографии Е.С. Федоровым (1853 -1919). Все кристаллы состоят из отдельных частиц: молекул и атомов, располагающихся в строгом порядке. Они образуют кристаллическую решетку. Каждому атому отведено место в определенном узле решетки, при этом образуются правильные многогранники. Кристалл может иметь от трех 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 определенным углами. Углы между соответствующими гранями всегда одинаковы. Например, кристаллы поваренной соли (NaCl) могут иметь форму куба, параллелепипеда, призмы или тела более сложной формы, но всегда их грани пересекаются под прямым углом. (см. приложение 1). Грани кварца имеют форму неправильных шестиугольников, но углы между гранями – всегда 220 градусов. Закон постоянства углов, открытый в 1669г. Датским ученым Николаем Стено, является важнейшим законом науки о кристаллах.

Кристаллы красивы и разнообразны. Секрет их красоты в симметрии. В переводе с греческого «симметрия» означает однородность, соразмерность, пропорциональность, гармонию. Законом симметрии подчинено и внутреннее строение кристаллов.

Что такое симметрия? Интуитивно каждый из нас отличит симметричное от несимметричного. Симметрические тела всегда можно разбить на равные части и даже многими способами. Но этого свойства еще недостаточно для определения симметрии. Равенство (или конгруэнтность) двух частей фигуры означает, что их можно совместить перемещением. Их «равное окружение» - это перемещение можно выбрать так, чтобы и вся фигура перешла сама в себя. Перемещение, переводящее некоторую фигуру в себя, называется преобразованием симметрии или самосовмещением. Итак, фигура симметрична, если она имеет хотя бы одно преобразование симметрии.

Несмотря на многообразие кристаллов природе, можно выделить всего 230 различных пространственных групп симметрии (плоских кристаллографических групп значительно меньше – всего 17!).

2.2. Свойства кристаллов.

Одно из замечательных свойств кристаллов – неоднородность в различных направлениях их кристаллических решеток – анизотропия. Например, пластинка слюды без труда расщепляется вдоль одного направления невероятно трудно - вдоль другого. Ярким примером анизотропии может служить и кристалл углерода (карандашный стержень).

Другое важное свойство кристаллов – их спаянность, или, другими словами, способность раскалываться по определенным направлениям Так, если по кристаллу обычной соли ударить молотком, он расколется на более мелкие кубики, которые в свою очередь, можно раздробить на кубики меньшей величины. Угла между гранями форма граней- удивительно постоянны, каждый мелкий кристалл по своей форме напоминает первоначальный.

Еще одно свойство кристаллов – однородность. Однородность кристаллического вещества состоит в том, что два его участка одинаковой формы и одинаковой ориентировки одинаковы и по свойствам. Вот теперь мы подошли к возможности дать общее определение кристаллов. Кристаллами называются «все твердые вещества, в которых слагающие их частицы (атомы , ионы, молекулы) расположены строго закономерно наподобие узлов пространственных решеток). Это определение является максимально приближенным к истине, оно подходит к любым однородным кристаллическим телам.

2.3. Виды кристаллов:

В отличии от других агрегатных состояний, кристаллическое состояние многообразно. Одни и те же по составу молекулы могут быть упакованы в кристаллах разными способами. Таким образом, одни и те же по химическому составу вещества на самом деле часто обладают различными физическими свойствами. Например, графит и алмаз, они состоят из углерода. Для жидкого состояния такое многообразие не характерно, а для газообразного – невозможно.

Если связь, например, обычную поваренную соль, то легко увидеть даже без микроскопа отдельные кристаллики. Каждый кристаллик есть вещество NaCI, но одновременно он имеет черты индивидуума. Он может быть большим или малым кубическим или прямоугольным параллелепипедом, по-разному ограненным и т.д.

В жидкости нельзя увидеть отдельные индивидуумы- капельки, в кристаллическом же веществе они видимы.

Если мы хотим подчеркнуть, что имеет дело с одиночном, отдельным кристалл, то называем его монокристаллом («моно» - один), чтобы подчеркнуть что речь идет о скоплении многих кристаллов, используется термин поликристалл («поли» - много). Если в кристаллическом агрегате отдельные кристаллы почти не огранены, это может объясняться тем, что кристаллизация началась одновременно во многих точках вещества и скорость ее была достаточно высока. Растущие кристаллы являются препятствием друг другу и мешают правильному огранению каждого из них. В данной работе речь пойдет в основном о монокристаллах, так как они являются составными частями поликристаллов.

3. Кристаллы в природе.

Вопрос о происхождении большинства минералов в природе тесно связан со сложной проблемой происхождения и развития Земли. Согласно современным представлениям Земля образовалась путем объединения первоначально холодного вещества, имеющегося в солнечной системе в виде твердых частиц пыли. За счет выделения энергии при столкновении частиц, а также за счет ряда других источников энергии Земля должна была разогреться до 1000 – 2000о С. При такой высокой температуре слои, близкие к поверхности и не сжатые давлением вышележащих слоев, должны были расплавиться. В этом расплавленном слое произошло разделение пород: менее плотные породы, типа гранитов, всплыли на поверхность, под ними расположился слой более плотных базальтов и еще ниже – породы, слагающие мантию. Газы, освободившиеся при расплавлении вещества верхнего слоя земного шара, образовали атмосферу Земли. При последующем остывании Земли расплавленные слои затвердели и образовали земную кору, пары воды после конденсации из атмосферы создали Мировой океан.

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 до тех пор, пока вся магма не затвердела. Так, в частности, могли образоваться такие распространенные породы, как гранит.

При затвердевании объем земной кары уменьшался и в ней появлялись трещины и пустоты. В таких пустотах рост кристаллов происходит беспрепятственно. В них часто находят круги и хорошо ограненные кристаллы кварца, пластинчатые кристаллы слюды площадью в несколько квадратных метров и многие другие.

Многие минералы возникли из пересыщенных водных растворов (поваренная соль). Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов. Некоторые виды моллюсков обладают способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр. За 5-10 лет образуется драгоценный камень жемчуг, имеющий поликристаллическое строение.

Мощные слои известняка в земной коре являются результатом многовековых отложений раковин и панцирей различных организмов. В результате движений земной коры часть известняка оказалась на значительной глубине, где под действием высокого давления и температуры без плавления превратилась в мрамор. Мрамор является типичным примером видоизмененных – метаморфических – пород.

4. Как вырастить кристалл.

Большинство из известных нам природных кристаллов имеют весьма солидный возраст, насчитывающий десятки, чаще – сотни миллионы лет. Они бывают огромных размеров. Гигантские кристаллы кварца могут достигать роста человека. Природные кристаллы рождаются в недрах Земли в течении миллионов лет и растут очень медленно. Производились специальные наблюдения за ростом сталактитов в пещерах. Измерена скорость их роста 0,4 мм в год, то есть за 100 лет длина их увеличивается всего на 4 см.

Искусственные кристаллы создаются гораздо быстрее, практически мгновенно по сравнению с искусственными. Современная промышленность не может обойтись без самых разнообразных кристаллов. Они используются в часах, транзисторах, вычислительных машин, лазерах и много другом. Великая лаборатория – природа- уже не может удовлетворить спрос развивающейся техники, и вот на специальных фабриках выращивают искусственные кристаллы: мелкие, почти незаметные, и большие – весом в несколько килограмм.

Существуют различные способы выращивания кристаллов. Часто этот процесс требует высоких температур и огромных давлений, но некоторые кристаллы можно выращивать в домашних условиях

6. Применение кристаллов

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. Кристаллы кварца, кальцита и других прозрачных веществ, пропускающих ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами.

Полупроводниковые приборы, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный. 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. Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет.





















Практическая часть

Цель: вырастить кристаллы из поваренной соли, определить, что влияет на скорость роста кристалла.

Задачи: 1. определить как температура влияет на скорость роста кристалла; 2. может ли примесь какого - либо вещества изменить кристалл поваренной соли; 3. какие посторонние факторы могу повлиять на скорость роста кристаллов (открытый сосуд с раствором или закрытый, наличие примесей и т.д.).

1. Приготовили перенасыщенный раствор поваренной соли.

Если в воде при постоянной температуре растворять какое – либо вещество, то через некоторое время растворение прекращается. Такой раствор называется насыщенным, максимальное количество вещества, которое можно растворить при данной температуре в 100 г воды, называется растворимостью. Обычно с повышением температуры растворимость увеличивается. Поэтому раствор, насыщенный при одной температуре, становится недосыщенным при более высокой температуре. Если же насыщенный раствор охладить, избыток вещества выпадет в осадок.

Мы приготовили насыщенный раствор медного купороса при 600С, а затем разлили на два сосуда, охладили до комнатной температуры и поместили в сосуды с перенасыщенным раствором «затравки» и закрыли плотно крышками. Поставили один сосуд в холодное место на окно, а другой около батареи т. е. в теплое место. На следующий день увидели, что «затравки» растворились. Снова внесли «затравки» в растворы и вновь «затравки» растворились в обеих сосудах. Еще дважды повторили то же самое. И всегда «затравки» растворялись в растворах как при низкой температуре, так и при более высокой температуре. Сделали вывод: для роста кристалла необходимо, чтобы с поверхности кристалла шло испарение жидкости.

Мы приготовили насыщенный раствор поваренной соли (NACl) при 600С, а затем разлили на два сосуда, охладили до комнатной температуры и поместили в сосуды с перенасыщенным раствором «затравки». Один сосуд поместили в холодильник, где температура +30C, а другой поставили около батареи комнатного отопления, где температура +170C. Через один день измеряли массу на электронных весах, данные внесли в таблицу (см. приложение) 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.

Следующей опыт был выполнен с целью может ли примесь какого - либо вещества изменить кристалл поваренной соли.

Приготовили насыщенный раствор поваренной соли (NACl) при 600С, а затем разлили на два сосуда, охладили до комнатной температуры и поместили в сосуды № 1 с перенасыщенным раствором «затравку». В сосуд №2 добавили акварельной краски синего цвета и выращивали кристаллы.

Кристалл из сосуда № 2 оказался синего цвета, а из сосуда № 1 – белого. Исследовали данные кристаллы с помощью лупы и увидели, что эти кристаллы разные по форме (белый кристалл – это сросшиеся кубики, а кристалл синего цвета - параллелепипед), но углы между гранями у них равные и равны 900 т. е. прямые. Примесь только окрашивает кристалл. Кристаллы поваренной соли (NaCl) могут иметь форму куба, параллелепипеда, призмы или тела более сложной формы, но всегда их грани пересекаются под прямым углом. Что мы и наблюдали.

Выводы: для роста кристалла необходимо: приготовить насыщенный раствор соли и чтобы с поверхности кристалла шло испарение жидкости.

Скорость роста кристаллов, зависит от температуры. В наших опытах наблюдали, чем выше температура, тем больше скорость роста кристалла.

Кристаллы поваренной соли (NaCl) могут иметь форму куба, параллелепипеда, призмы или тела более сложной формы, но всегда их грани пересекаются под прямым углом.

12


Выберите курс повышения квалификации со скидкой 50%:

Автор
Дата добавления 29.08.2015
Раздел Физика
Подраздел Конспекты
Просмотров1139
Номер материала ДA-020655
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх