«Выращивание кристаллов»
В презентации представлены материалы по выращиванию кристаллов солей. Использованы соли: сульфат меди (II), сульфат железа.
Просмотр содержимого документа
«»Выращивание кристаллов»»
Муниципальное общеобразовательное учреждение Средняя школа № 9 Выращивание кристаллов
Выполнили: Кротов Анатолий,
ученики 8«Б» класса
Руководитель: учитель химии
г. Переславль-Залесский, 2018г
- Нам стало интересно, как можно вырастить кристалл
- Зачем нужны кристаллы?
- Из каких веществ можно вырастить кристаллы?
Экспериментальным путем вырастить кристаллы в школьной лаборатории
Объект и предмет исследования
Объект исследования: медный купорос – сульфат меди, сульфат цинка, поваренная соль – хлорид натрия.
Предмет исследования: способы выращивания кристаллов в школьной лаборатории.
- Что такое кристалл?
- Изучить, какими свойствами обладает кристалл?
- Узнать, зачем нужны кристаллы и где применяются?
- Из каких веществ можно вырастить кристалл?
- Каковы способы выращивания кристаллов, и какие из них можно применить в школьной лаборатории.
— теоретические (изучение и анализ литературы по исследуемой проблематике, системный подход к исследованию подобных явлений);
— эмпирические (наблюдение, сравнение, анализ, синтез, математические операции, групповые формы работы).
Что такое кристалл
Кристалл (от греческого krystallos- первоначальный- лёд) это твёрдые тела, атомы или молекулы которых образуют кристаллическую решётку. Вирусы могут превращаться в кристаллы, значит кристаллы это основа жизни на земле.
Каждый, кто побывал в музее минералогии или на выставке минералов, не мог не восхититься изяществом и красотой форм, которые принимают «неживые» вещества.
История изучения кристаллов
Иоганн Кеплер — великий немецкий астроном и математик. Он открыл три основных движения планет, изобрел оптическую систему, применяемую в частности, в современных рефракторах, подготовил создание дифференциального, интегрального и вариационного исчисления в математике .
История изучения кристаллов
История изучения кристаллов
Евграф Степанович Федоров — великий русский кристаллограф, минералог, математик родился 22 декабря 1853 г. Его классический труд «Симметрия правильных систем фигур», содержащий первый вывод 230 пространственных групп симметрии.
История изучения кристаллов
Нильс Стенсен — датский анатом и геолог. Сформулировал «закон постоянства углов», который утверждает, что углы между соответствующими гранями кристаллов одинаковы для всех экземпляров одного минерала при одинаковых условиях (температура и давление).
Природные кристаллы всегда вызывали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного и люди украшали ими себя и жилище.
аквамарин кораллы агат
Для многих отраслей техники, выполнения научных исследований требуются кристаллы очень высокой химической чистоты с совершенной кристаллической структурой.
Кристаллы, встречающиеся в природе, этим требованиям не удовлетворяют, так как они растут в условиях, весьма далеких от идеальных.
кристаллы металлического олова
Украшения из кристаллов
Люди попробовали сделать себе одежду, украшения из драгоценных камней, металлов и получилось красиво.
Способы выращивания кристаллов
- Способ № 1- охлаждение горячего насыщенного раствора.
- Способ № 2- постепенное удаление воды из насыщенного раствора.
- Способ № 3- выращивание кристаллов из расплавленных веществ при медленном охлаждении жидкости.
Кристаллы можно вырастить из соли, сахара, медного купороса
- Возьмем чистый стакан.
- Нальем питьевой воды.
- Будем сыпать медный купорос пока он не перестанет растворятся.
- Воду в стакане подогреем(остатки медного купороса растворятся).
- Оставим остывать до комнатной температуры.
Затем профильтруем полученный раствор
Привяжем затравец на леску и ждём образования кристалла .
Если в раствор медного купороса опустить железо, цинк или другой активный металл, на его поверхности будет образовываться металлическая медь
Na₂[CuCl₄] + Na₂SO₄ сульфат хлорид тетрахлоркуп- сульфат меди натрия рат натрия натрия » width=»640″
С uSO ₄ + Fe → FeSO ₄ + Cu
сульфат железо сульфат медь
CuSO ₄ + Zn → ZnSO ₄ + Cu
сульфат цинк сульфат медь
CuSO₄ + 4NaCl = Na₂[CuCl₄] + Na₂SO₄
сульфат хлорид тетрахлоркуп- сульфат
меди натрия рат натрия натрия
Рост кристаллов в промежуток времени
Среднее значение, мм
Среднее значение прироста,%
- Познакомились с многообразием кристаллов в природе
- Изучили способы выращивания кристаллов в лаборатории и применили на практике
- Кристаллы можно вырастить из разных веществ
- Кристаллы имеют разную форму и размеры
- Искусственные кристаллы находят широкое применение в электронике, благодаря своим свойствам
- Бонн Ч. Кристаллы. Их роль в природе и науке. М., «Мир», 2000
- Груздева Н.В., Лаврова В.Н., Муравьёв А.Г. Занимательные опыты с веществами вокруг нас, СПб «Кристмасс», 2003г.
- Ерёмин В.В. и др. Краткий справочник школьника химии, М. «Просвещение», 2005г.
- Китайгородский А.И. Порядок и беспорядок в мире атомов. М., «Наука», 2003
- Харгиттаи И., Харгиттаи М. Симметрия глазами химика. М., «Мир», 2004
- Шаскольская М.Л. Очерки о свойствах кристаллов. М., «Наука», 2003
- Шаскольская М.Л. Кристаллы. М., «Наука», 2000
- Интернет-ресурсы
«Грандиозные вещи делаются грандиозными средствами. Одна природа делает великое даром».
Источник
Проектная работа на тему: «Выращивание кристаллов»
Просмотр содержимого документа
«Проектная работа на тему: «Выращивание кристаллов»»
муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Верхнедеревенская средняя общеобразовательная школа»
Льговского района Курской области
Выполнили: ученик 8 класса
Руководитель: Белых О.В.
с. Вышние Деревеньки, 2016 г
1 Теория кристаллов_________________________________________________________5-6
1.1 Что такое кристалл?________________________________________________________5
1.2 Происхождение слова «кристалл»___________________________________________5-6
2 Образование кристаллов___________________________________________________7-11
2.1 Образование кристаллов в природе__________________________________________7-8
2.2 Выращивание кристаллов в промышленности_________________________________8-9
3. Основные свойства кристаллов____________________________________________10-11
II. Практическая часть______________________________________________________12-13
Кристаллы окружают нас повсюду. Кто не рассматривал песчинки на речном берегу или не любовался снежинками? И морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев. В земле иногда находят камни такой формы, как будто их кто-то тщательно выпиливал, шлифовал, полировал. Правильность и совершенство формы этих камней, безукоризненная поверхность — поражают. Трудно поверить, что такие многогранники образовались сами без помощи человека. Вот эти-то камни с природной, то есть не сделанной руками человека, правильной, многогранной формой и называются кристаллами.
Твердые тела, из которых строят дома, делают станки, вещества, которые мы употребляем в быту,- почти все они относятся к кристаллам.
Представление древних о кристаллах было похоже на легенды. Верили, что хрусталь образуется изо льда, а алмаз – из хрусталя. Кристаллы наделялись множеством таинственных свойств: исцелять от болезней, предохранять от яда, влиять на судьбу человека…
Многие кристаллы идеально чисты и прозрачны, как вода. Недаром существуют выражения: «прозрачный, как кристалл», «кристально чистый». Слово «кристалл» происходит от греческого «крюсталлос», то есть «лед». Полагали, что лед, находясь длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять.
Актуальность работы: работа интересная и познавательная. Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека. Они обладают оптическими и механическими свойствами, именно поэтому первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Кристаллы до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов. Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках XX века.
Кроме того, кристаллы можно выращивать из раствора. Это удивительное свойство кристаллических тел!
Цель работы: провести исследование по выращиванию кристаллов поваренной соли и медного купороса в домашних условиях.
Гипотеза исследования: я предположил, что кристаллы могут появляться при создании определенных условий; значит, если изменить условия кристаллизации и растворить различные вещества, то можно получить кристаллы разной формы и цвета в домашних условиях.
Объектом исследования являются кристаллы.
Предметом исследования–процесс кристаллизации.
Проанализировать текстовый и иллюстративный материал по данной теме.
Изучить условия образования кристаллов, их формы, цвета.
Выполнить опытно-экспериментальную работу по изученным методикам.
Проанализировать полученные результаты.
Накопление теоретического материала.
Проведение опытно-экспериментальной деятельности с целью получения кристаллов из поваренной соли и медного купороса.
Анализ полученных результатов исследования.
1 Теория кристаллов
1.1 Что такое кристалл?
Кристалл – это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих атомов. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и могут отличаться размерами.
В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода – одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки.
Вы, конечно, обращали внимание на бесконечное разнообразие снежинок. Еще в 17 веке знаменитый астроном Иоганн Кеплер написал трактат «О шестиугольных снежинках», а спустя три столетия были изданы альбомы, в которых представлены коллекции увеличенных фотографий тысяч снежинок, причем ни одна из них не повторяет другую (рис 1).
Рисунок 1 – Разнообразие снежинок.
Кристаллы – вещества, в которых мельчайшие частицы (атомы, ионы или молекулы) «упакованы» в определенном порядке. В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму. [6],[3]
1.2 Происхождение слова «кристалл»
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 (рис.4). 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.
А.С.Пушкин. К Овидию [9],[2]
1.3 Структура кристалла
Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Например, крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие между собой прямые углы. Это можно заметить, рассматривая соль с помощью лупы. А как геометрически правильна форма снежинки! В ней также отражена геометрическая правильность внутреннего строения кристаллического тела – льда.
Не все кристаллы одинаковы. Существуют монокристаллы и поликристаллы. Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называются монокристаллами.
Соблюдая большие предосторожности, можно вырастить металлический кристалл больших размеров – монокристалл. В обычных условиях поликристаллическое тело образуется в результате того, что начавшийся рост многих кристаллов продолжается до тех пор, пока они не приходят в соприкосновение друг с другом, образуя единое тело.
К поликристаллам относятся не только металлы. Кусок сахара, например, тоже имеет поликристаллическую структуру. Большинство кристаллических тел – поликристаллы, так как состоят из множества сросшихся кристаллов. Одиночные кристаллы — монокристаллы, так как имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлениям.[10],[6]
Кристаллы образуются при охлаждении расплавов или насыщенных растворов (с понижением температуры растворимость обычно уменьшается и при испарении растворителя). Иногда кристаллы образуются непосредственно при охлаждении паров (снег) или на холодных поверхностях (сублимация). Кристаллы растут с ограниченной скоростью, так как частицы вещества отлагаются, образуя грани.[4]
2 Образование кристаллов
2.1 Образование кристаллов в природе
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. Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. 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.
Природа продолжает преподносить нам сюрпризы, создавая все новые чудеса. Совсем недавно, в 2000 году, в мексиканской пустыне Чихуахуа была открыта необычная пещера, где находятся самые большие природные кристаллы, которые когда-либо создавала природа (рис.1). Мегакристаллы селенита были сформированы гидротермальными жидкостями, исходящими от пещер, расположенных ниже.
Рисунок 1 – Пещера кристаллов
Селенит – разновидность гипса, отличающаяся характерным параллельно-волокнистым строением. Свое название селенит получил за красивые желтовато-серебристые лунные переливы на его поверхности (в Древней Греции Селеной называли богиню Луны).[8]
В горе Найса на глубине 300 метров, в рабочей шахте, где велась добыча цинка, серебра и свинца, шахтеры совершенно случайно обнаружили пустоты, в которых их взору открылись огромные кристаллы селенита. Эти невероятно красивые образования, созданные природой, образуют три полости, которые получили поэтические названия «Глаз Королевы», «Пещера Парусов» и «Стеклянная пещера».
Это самые большие из известных на сегодня природных кристаллов – полупрозрачные лучи неимоверной длины до 15 метров, диаметром 1,2 метра, весом не менее 55 тон каждый – волшебно-причудливым образом переплетены между собой и создают в пещере неимоверной красоты пейзаж. Но полюбоваться этой красотой непросто. Попасть в пещеру без специального обмундирования и оборудования невозможно без риска для жизни. Температура воздуха там составляет около 50 градусов Цельсия, а влажность – практически 100%! Даже в специальном костюме находиться в этих пещерах можно не очень долго – около часа.
Но не только это мешает спелеологам в путешествии по пещере гигантских кристаллов. Нагромождения кристаллов так причудливо сплетены, что порой между ними нельзя пройти человеку, но разрушать эту красоту у ученых и исследователей рука не поднимается.
Увидеть это природное чудо света все же возможно – здесь нам на помощь приходит фотография (Приложение А), но она, к сожалению, не может полностью передать «холодную» кристаллическую красоту подземных пустот, заполненных огромными кристаллами.
Исследователи уверены, что подобных пещер в мексиканской пустыне еще несколько, и они ждут своих первооткрывателей![7]
2.2 Выращивание кристаллов в промышленности
Начиная с XIX века появились технологии выращивания искусственных кристаллов. Некоторые из этих ювелирных камней настолько совершенны, что их крайне сложно отличить от натуральных. Синтетические кристаллы востребованы в промышленности и на рынке ювелирных изделий.
Первые успешные попытки синтеза драгоценных камней приходятся на конец XIX века. В 1877 году Эдмон Фреми и Шарль Фейль получили кристаллы рубина.
В 1902 году Огюст Вернейль смог синтезировать рубины методом плавления в пламени, положив начало промышленному синтезу ювелирных камней. Данный метод, с некоторыми изменениями, до сих пор остается одним из самых распространенных способов выращивания кристаллов ювелирного качества.
Схема аппарата Вернейля
и монокристалл корунда, полученный этим методом.
Порошковая шихта, состоящая из оксида алюминия с добавлением 2% оксида хрома, помещается в печь. Под ударами молотка шихта попадает вниз, контактирует с кислородом и водородом, достигая в пламени температуры 2000 о С. Капли расплавленного материала падают на стержень, на котором образуется шарик кристалла, медленно приобретающий грушевидную форму.[5]
Особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни, которые с древнейших времен привлекают внимание человека. Люди научились получать искусственно очень многие драгоценные камни. Например, подшипники для часов и других точных приборов уже давно делают из искусственных рубинов. Получают искусственно и прекрасные кристаллы, которые в природе вообще не существуют. Например, фианиты – их название происходит от сокращения ФИАН – Физический институт Академии наук, где они впервые были получены. Фианиты – искусственные кристаллы, которые внешне очень похожи на бриллианты (рис.2).
Рисунок 2 – Фианит.
Исследователи из США сумели вырастить огромные кристаллы пирофосфата калия. Самый крупный из кристаллов весит 318 килограмм. Он рос в большом баке, где при температуре 65 градусов Цельсия испарялся раствор пирофосфата калия. Молекулы отлагались на затравке размером меньше наперстка, и через 52 дня вырос прозрачный гигант почти без дефектов.
Кристаллы будут использоваться для сооружения сверхмощных лазеров.[9],[2]
Источник