Проект: "Удивительные кристаллы" 3 класс

Секция: Мои первые шаги в науку

УДИВИТЕЛЬНЫЕ КРИСТАЛЛЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………........3                  1.КРИСТАЛЛЫ………………………………………………………………………………......5  1.1.РАЗНОВИДНОСТЬ КРИСТАЛЛОВ……………………………………………………….5                                                                                                             1.2. ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ О КРИСТАЛЛАХ……………………………………………....7 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ …………………….…...………...……………….…...92.1. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ…………………..…9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………..…………………………….…11  СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………….……………………….….12  

ВВЕДЕНИЕ

Зимой мы часто любуемся покрытыми инеем деревьями, внимательно рассматриваем снежинки во время снегопадов. И на одном из уроков окружающего мира мы узнали, что и иней, и снежинки это кристаллы, которые образовываются из паров воды.А из чего ещё могут образовываться такие красивые кристаллы?

На самом деле почти весь мир кристалличен, и с кристаллическими веществами мы встречаемся на каждом шагу - дома, в школе, на улице. Мы едим кристаллы, например, соль или сахар, мы ходим по кристаллам, так что они хрустят под ногами, лечимся кристаллами. Соль и сахар, снег, лёд, глина и песок, сотни других веществ - всё это не что иное, как кристаллы. А в настоящее время, в специально оборудованных лабораториях — настоящих фабриках кристаллов — люди научились выращивать искусственные кристаллы.

Невообразимое множество форм, размеров, цветов и их оттенков принимают минералы, они переливаются всеми цветами радуги и притягивают к себе скрытыми в них загадками. Каждый образец может стать уникальным хранителем частички истории происхождения и существования Земли. Мне очень интересно, какие минералы добывают в недрах нашей планеты. Оказывается, некоторые минералы обладают лечебными свойствами: они способны уменьшить боль, улучшить кровообращение, стабилизировать давление и т. д. Некоторые «камни» используют как амулеты и обереги. Бывают и камни знаков Зодиака, женских имён, планет и камни дней лунного месяца. Понятие «минерал» подразумевает твёрдое природное кристаллическое вещество. Многие кристаллы – продукты жизнедеятельности организмов. Способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр, обладают некоторые виды моллюсков. Через 5-10 лет образовывается жемчуг. Кристаллы широко применяются в науке, промышленности, оптике, электронике. Далее я выяснила, что кристаллы можно вырастить и в лаборатории, т.е. получить искусственным путем. Я очень люблю узнавать все новое и интересное, мне нравится экспериментировать, наблюдать и собирать коллекции. У меня есть своя коллекция минералов и других камней. Мне стало интересно узнать, можно ли вырастить кристаллы в домашних условиях. Так была выбрана тема моего исследования: «Выращивание кристаллов в домашних условиях».                                   Общеизвестно, что в природе кристаллы образовались при охлаждении земной коры подобно тому, как образуется лед при замерзании воды. При охлаждении магмы сначала в ней образовались кристаллы того вещества, температура кристаллизации которого самая высокая. По мере дальнейшего охлаждения происходила кристаллизация других минералов, и так до тех пор, пока вся магма не затвердела. Пронаблюдать этот процесс представляет трудность, так как он длительный по времени. Кристаллы правильной геометрической формы встречаются в природе редко. Поэтому я решила пронаблюдать процесс кристаллизации в домашних условиях, используя вещества, часто встречающиеся в быту.                                                                              Цель нашей работы: вырастить кристалл в домашних условиях                                         Для реализации поставленной цели были выдвинуты следующие задачи:                  1) узнать, что такое кристалл, изучить теоретические основы минералогии о кристаллах;                                                                                                                                   2) создать условия для роста кристаллов и провести эксперимент;                                         3) сделать вывод по полученным результатам.                                                        Предмет исследования: кристаллы.                                                                      Объект исследования: процесс выращивания кристаллов.                                Гипотеза исследования: предположили, что кристаллы образуются при создании определенных условий, значит, если изменять условия кристаллизации и растворять различные вещества, то можно получать кристаллы разной формы и цвета.

1.КРИСТАЛЛЫ

1.1.РАЗНОВИДНОСТЬ КРИСТАЛЛОВ

Кристаллы – это твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников. Название «кристалл» произошло от двух греческих слов – «холод» и «застывать», т.е. означало «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.

Слово «кристалл» звучит почти одинаково во всех европейских языках. Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали – «кристаллос», по-гречески – лед; это слово происходит от греческого «криос» – холод, мороз. Полагали, что лед, находясь длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять. Один из самых авторитетных античных философов Аристотель писал, что «кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту». Римский поэт Клавдиан в 390 году то же самое описал стихами:

Ярой альпийской зимой лед превращается в камень.
Солнце не в силах затем камень такой растопить.

Аналогичный вывод сделали в древности в Китае и Японии – лед и горный хрусталь обозначали там одним и тем же словом. И даже в 19 в. поэты нередко соединяли воедино эти образы:

Едва прозрачный лед, над озером тускнея,
Кристаллом покрывал недвижные струи.

Кристаллы —лед, однородные твердые тела, которые имеют закономерное внутреннее строение. Кристаллы растут, присоединяя частицы вещества из жидкости или пара. Их можно вырастить из растворов разных веществ.

Кристаллы бывают разной формы. Иногда образуются дендриты - это кристаллы, похожие на веточки дерева; очень хрупкие, но очень красивые.

Друза- это группа сросшихся между собой кристаллов.

Монокристалл — отдельный однородный кристалл.

В природе чаще встречаются беспорядочно сросшиеся между собой монокристаллы. Такие твердые тела называются поликристаллы. Примерами поликристаллов являются: каменная соль, кварц, сахар, лед, железо, медь.

Многие кристаллы имеют очень интересную структуру. Существует даже специальный Минералогический Музей им. А. Е. Ферсмана Российской Академии Наук, посвящённый дендритам и драгоценным камням. Он находиться в Москве.

Кристаллы бывают различными по размерам. Многие из них можно увидеть только в микроскоп. Но встречаются гигантские кристаллы массой в несколько тонн. Люди научились выращивать искусственные кристаллы — рубины. Кристаллы могут иметь от четырех до нескольких сотен граней.

Следует различать идеальный и реальный кристалл.

 Минеральные кристаллы 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.

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.

Например, горный гранит содержит кри­сталлы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда.

 Драгоценные камни тоже являются кристаллами. Это  минералы, обладающие двумя основными характеристиками «драгоценности»: красота и редкость. Названия многих вам известны: алмаз, аметист, рубин, сапфир, изумруд, топаз и т.д.

1.2. ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ О КРИСТАЛЛАХ

Помимо того, что кристаллы очень красивы, они широко используются людьми во многих сферах деятельности. Мы каждый день едим кристаллы. Сахар, соль – это тоже кристаллы. На шоколаде иногда появляется белый налёт – это выделяются кристаллы сахара.

Особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни, которые с древних времён привлекают внимание человека. Издавна люди научились выращивать такие искусственные кристаллы как рубины. Кристаллы обладают удивительной красотой, поэтому с древности применяются для изготовления ювелирных изделий. А еще выращивают самые твердые на свете кристаллы — алмазы.

Некоторые живые организмы оказываются настоящими “фабриками” кристаллов: кораллы, например, образуют целые острова, сложенные из мельчайших кристаллов кальция.

Кристаллы бывают не только природными, но и искусственные, которые выращивает человек в специальных лабораториях. И поэтому кристаллы уже давно стали основой множества современных устройств. Они главные элементы электроники: компьютеров, генераторов и приёмников излучения (в том числе лазерного), устройств магнитной записи, бытовой электроники и т. п. Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что все их очень трудно перечислить.

Природа продолжает преподносить нам сюрпризы, создавая все новые чудеса. В 2000 году, в мексиканской пустыне была открыта необычная пещера, где находятся самые большие природные кристаллы. На глубине 300 метров, шахтеры обнаружили пустоты, в которых их взору открылись огромные кристаллы гипса.

Пещера с этими кристаллами известна как Пещера Кристаллов-Гигантов. Попасть в пещеру без специального обмундирования и оборудования невозможно без риска для жизни. Температура воздуха там составляет около 50°C, а влажность – практически 100%! Даже в специальном костюме находиться в этих пещерах можно не очень долго – около часа.

Компания «Swarovski» к своему столетию открыла уникальный музей в Австрии "Хрустальные миры", настоящую хрустальную пещеру. В этом музее огромное множество настоящих сокровищ из хрусталя. Здесь же хранятся представители самых больших и крошечных кристаллов. Самый крупный ограненный кристалл весит более 62 кг.

В древности кристаллам приписывали всякие магические свойства. Считали, например, что изумруд спасает мореплавателей от бурь. Кристалл аметиста навевает счастливые сны. Алмаз бережёт от болезней. Сапфир помогает при укусах скорпионов.

В 1932 году физик-ядерщик УкихироНакайя, профессор Университета в Хоккайдо, занялся выращиванием искусственных снежных кристаллов, что позволило составить первую классификацию снежинок и выявить зависимость величины и формы этих образований от температуры и влажности воздуха. В городе Кага, расположенном на западном берегу острова Хонсю, существует основанный УкихироНакайя Музей снега и льда, носящий теперь его имя (он выстроен в виде трех шестиугольников). В музее хранится машина для получения снежинок. Накайя выделил среди снежинок 41 индивидуальный морфологический тип, а метеорологи С. Магано и Сю Ли в 1966 году описали уже 80 типов кристаллов.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ

2.1. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ

Выращивание кристаллов – процесс занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях, неограничен.                                                                             Для выращивания в домашних условиях можно использовать кристаллы из соли, сахара, медного купороса. В настоящее время существует целый ряд способов выращивания кристаллов. Исходное вещество может быть твердым, растворенным или расплавленным, даже может находиться в газообразном состоянии. Из более чем 3000 минералов, существующих в природе, искусственно удалось получить уже несколько сот. Трудности выращивания связаны с необходимостью очень точного соблюдения режима выращивания кристаллов.Ещё до того, как начать выращивать кристаллы нужно помнить о элементарных правилах безопасности:                                               1) Нельзя при экспериментах пользоваться пищевой посудой;                                                2) Нельзя принимать пищу во время проведения опытов;                                            3) Нельзя проводить опыты с неизвестными веществами;                                            4) При проведении опытов желательно использовать перчатки и защитную одежду.           5)При попадании раствора на кожу необходимо сразу же промыть то место, куда

  Помните! Это химические реактивы, поэтому работать с ними детям лучше под наблюдением взрослых.                                                                                                      Выращивание кристалла "Аметиста".                                                                               Что такое аметист? Это синяя, синевато - розовая или красно-фиолетовая порода. Встречается обычно в виде свободно сидящих в пустотах и жилах среди кристаллических горных пород кристаллов и их сростков.                                                                                   Вообще, считается, что аметист это драгоценный камень. Как же вырастили мы свой кристалл?                                                                                                                         Нам понадобилось:                                                                                                                     1) Ёмкость для смешивания раствора.                                                                                2) Затравка (мы использовали магазинную).                                                            3) Емкость для выращивания кристалла (обязательно с отверстиями в крышке, чтобы раствор постепенно испарялся.)                                                                                              Как мы действовали:                                                                                                          1) Для начала мы налили в емкость воду не менее 60 С.                                               2) После постепенно добавляли затравку в воду, пока он не переставал растворяться.                                                                                                                                           3) Перелили в емкость для выращивания кристалла.                                                     4) Поставили ёмкость на хорошо освещаемую поверхность.                                       5) Осталось только подождать. (Один месяц)                                                                 6)Выращивали почти до полного испарения воды в ёмкости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из данного опыта можно увидеть, что каждое вещество образует кристаллы со своими индивидуальными свойствами, своей индивидуальной формой, цвета, тем самым доказала выдвинутую гипотезу.                                                                                                      В ходе работы мы с удивлением узнали, что 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!                                               Выращивание кристаллов в домашних условиях это долгий процесс. Наш кристалл растет и я буду с интересом наблюдать за этим процессом. У меня появилось желание работать над этой темой дальше и осуществить ещё несколько идей: получить кристаллы из сахара и соли,.                                                                                                                                       В ходе выполнения исследовательской работы мы сделали для себя следующие выводы:                                                                                                                            1) при благоприятных условиях некоторые твердые тела принимают форму кристаллов;                                                                                                                        2) кристаллы могут расти за счет добавления новых слоев, если есть нужное вещество (то есть, чтобы кристалл «рос» красивым за ним нужно ухаживать: убирать соринки, добавлять новый раствор, счищать некрасивые наросты);                                                    3) кристаллы растут из растворов, когда испаряется вода;                                            4) кристаллы имеют разную форму;                                                                                 5)на форму кристаллов оказывает влияние температура (изменяется форма кристаллов и число граней кристаллов);                                                                         6) кристаллы имеют различные свойства                                                                        Новизна работы состоит в том, что позволила почувствовать себя в роли экспериментатора и самостоятельно получить образцы кристаллов.                                         Практическое значение исследования в том, что оно может быть использовано на уроках окружающего мира, на занятиях кружка.                                                            Выращенные нами кристаллы получились красивыми, разными, яркими, но не практичными. На них можно смотреть и любоваться, но использовать их в жизни трудно, т. к. кристалл – хрупкий.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аксенова. М. Камни Мира / ред. группа: М. Аксенова, Е. Ананьева, А. Ростоцкая и др. -М.: Мир энциклопедий Аванта+, Астрель,2010. – с. 56

2. Белов Н.В. Энциклопедия драгоценных камней и кристаллов.- Минск: «Харвест», 2009 г. – 159 с.

3. Джаспер С. Всё о лечебных и магических минералах. - СПб.: ООО «СЗКЭО»,2017.- с. 57

4. Девяткин В. В. Химия для любознательных или о чём не узнаешь на уроке. Ярославль: Академия Холдинг,2014. – с. 78

5. Минералы. Сокровища Земли: Еженедельное издание, выпуск № 85, № 96, 2016. – с. 24

6. Савенков А. И. Я-исследователь: Учебник-тетрадь для младших школьников. - Самара: Учебная литература,2004. – с. 26

7. Леенсон И. А. Занимательная химия. М.: Дрофа, 1996.

8.Люцис. К. Большая детская энциклопедия: Химия / сост. К. Люцис. М.: Русское энциклопедическое товарищество, 2000. – с. 98

Интернет-ресурсы:

9. https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/14303

10. http://facty.by/

11.https://kristallov.net/

12. https://moykamen.com/interesnoe/kak-vyrastit-kristall-iz-soli.html

13. https://www.alto-lab.ru/himicheskie-opyty/kak-vyrastit-kristally-doma/