Исследовательская работа учащейся МБОУ гимназии №2 Бихтулова Дарья Тема : "Кристаллы - что это?" 3 класс

«Почти весь мир кристалличен.  В мире царит кристалл и его  твердые, прямолинейные законы», ­ так писал академик Ферсман. Исследовательская работа Кристаллы Что это? 2018 г. Выполнила работу: Бихтулова Дарья  гимназия №2 3а класс Руководитель:  Танабаш Л. Н. 2 Содержание I. Введение… стр. 2 II. Основная часть 1.1 Что такое кристаллы?... стр. 3 1.2 Виды и типы кристаллов… стр. 4 1.3 Формы кристаллов… стр. 7 1.4 Строение кристаллов… стр. 8 1.5 Кристаллы в жизни человека… стр. 9 1.6. Интересные факты о кристаллах… стр. 10 1.7 Кристаллы ­ драгоценные камни… стр. 11 III. Вывод… стр. 12 IV. Приложение… 13 V. Результаты опроса, через анкетирование… стр. 20 V. Список литературы… стр. 21 3   I. Введение Летом в лагере, мне подарили набор для выращивания кристаллов. На коробочке красивое   фото   кристаллов   меня   очень   заинтересовало.   С   вопросом   «Что   такое кристаллы?», я обратилась к маме. И мы решили изучить эту тему поподробнее. Так возникла тема моего исследовательского проекта. Цель проекта: Ответить на вопрос темы проекта. Узнать, как кристаллы выглядят, что такое кристаллы, откуда берутся, и какие они могут быть. Где их можно взять и что с ними можно сделать.   Задачи проекта: Найти информацию из доступных источников (книги в библиотеке, интернет). Вырастить кристалл самостоятельно. Сделать выводы. Гипотеза: С кристаллами мы сталкиваемся ежедневно. Вырастить кристаллы в домашних условиях, –решаемая задача. Температура влияет на рост кристаллов. Ход (план работы): 1.Сбор информации (интернет­ресурсы) 2.Анализ полученной информации 3.Самостоятельный эксперимент дома 4.Сравнение и анализ полученных результатов в ходе опытов  5.Представление результатов исследований   II. Основная часть 1.1 Что такое кристаллы? Само слово кристалл произошло от древнегреческого «krystallos», что значит «лёд». Айсберг – огромная глыба льда. Твердое вещество, молекулы которого организованы 4 в   четкой   повторяющейся   схеме.   Благодаря   такой   повторяющейся   структуре кристаллы   сами   могут   принимать   странные   и   интересные   формы.   Иногда   их совершенство   наводит   на   мысль,   что   над   ними   потрудился   профессиональный огранщик. 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.   Минеральные   кристаллы   тоже   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. Кристаллы могут   иметь   всевозможные   формы.  Все   известные   в   мире   кристаллы   могут   быть разделены на 32 вида, которые в свою очередь могут быть сгруппированы в 6 видов. Кристаллы   могут   иметь   и   разные   размеры.   Некоторые   минералы   образуют кристаллы, которые разглядеть можно только с помощью микроскопа. Другие же образуют кристаллы, вес которых составляет несколько сотен фунтов*. (рис.1) 1.2 Виды и типы кристаллов Различают несколько типов кристаллов: 1) ионные 2) атомные 3) металлические 4) молекулярные Идеальная форма кристалла имеет вид многогранника. Такой кристалл ограничен плоскими гранями, прямыми ребрами и обладает симметрией. В кристаллах можно найти   различные   элементы   симметрии.   Кристаллические   тела   делятся   на монокристаллы и поликристаллы. 5 Виды кристаллов: Монокристаллы* Поликристаллы* Монокристалл представляет собой монолит с единой ненарушенной кристаллической решеткой. Природные монокристаллы больших размеров встречаются очень редко. Монокристаллами   являются   кварц,   алмаз,   рубин  (рис.   2)  и   многие   другие драгоценные камни. Большинство кристаллических тел являются поликристаллическими, то есть состоят из множества мелких кристалликов, иногда видных только при сильном увеличении. (рис. 3­4) Поликристаллами являются все металлы. Природные кристаллы Раньше   кристаллы   считали   редкостью.   Конечно,   великаны   многогранники встречаются не часто. Но кристаллы меньших размеров окружают нас повсюду. В граните даже без лупы можно легко различить пластинки слюды, кристаллики кварца и полевого шпата. Песок состоит из окатанных кристаллов кварца, а мрамор – из кристаллов   кальцита.   Почти   все   минералы   на   земле   состоят   из   кристаллов. Установлено,   что   все   металлы   и   почти   все   камни   –   кристаллы.   На   земле   нет некристаллических металлов. Снежинки — это тоже кристаллы. Составленные из тонких ледяных иголочек, они похожи на звездочки. У этих звездочек всегда шесть лучей. Все они разные. Один ученый сделал 2500 фотоснимков снежинок, и все они отличались. Узоры на окнах зимой – это тоже кристаллы воды. Толстый лед на реке составлен из шестиугольных столбиков, похожих на карандаши. И иголочки снежинок, и «карандашики» ­ это кристаллы   замёрзшей   воды.   Из   кристаллов   состоят   очень   многие   другие   тела:   в глине, каучуке, саже, костях, волосах, иглах дикобраза, клыках мамонта, в волокнах шерсти, шелка, целлюлозы обнаружено кристаллическое строение. Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами 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. 6 В природе кристаллы образуются тремя путями: из расплава, из раствора и из паров Примером кристаллизации из расплава является образование льда из воды. Примером образования кристаллов из растворов, могут служить сотни миллионов тонн соли, выпавшей из морской воды. Примером образования кристаллов из пара и газа являются снежинки, иней. Воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки той или иной формы. Многие   кристаллы,   что   удивительно,   являются   продуктами   жизнедеятельности организмов. Это, например, жемчуг, перламутр. Рифы и целые острова в океанах сложены из кристалликов углекислого кальция, составляющих основу скелета беспозвоночных животных — коралловых полипов.  Искусственные кристаллы 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. Кроме   того,   потребность   во   многих   кристаллах   превышает   запасы   в   природных месторождениях. Из   более   чем   3000   минералов,   существующих   в   природе,   искусственно   удалось получить уже больше половины.  1.3 Формы кристаллов Форма  кристаллов   следует   топологии   молекул,   из   которых   они   состоят   так,  что каждая новая молекула может закрепиться, как в конструкторе заданной формы, по направлениям межатомных связей. Но   то,   сколько   молекул   закрепится   и   с   какой   стороны   и   грани,   то,   насколько непрерывно будет нарастать конструкция кристалла, какие молекулы примесей и сколько окажется включенным в кристалл или, при невозможности образовать связи с его конструкцией, внедрятся в него как кристалл другого типа, ­ все это зависит от внешних условий формирования кристаллов, приводя к невероятному разнообразию форм   даже   для   "чистого"   вещества   (содержащего   молекулы   одного   вида). Наибольшее влияние оказывают температура и химический состав окружающей среды. В каждых данных условиях формируется и остается неизменным ("выживает") то, что соответствует этим условиям, а в противном случае претерпевает изменения. Наиболее  знакомо  всем  и  постоянно  наблюдается  разнообразие   кристаллов   воды: снежинки, ледяные узоры, кристаллы воды. Повсюду   разнообразные   формы   кристаллов   окружающих   веществ,   видимые   и микроскопические, непосредственно определяющие нашу жизнь и вообще делающие возможной жизнь на Земле.  7 1.4 Строение кристаллов Разнообразие кристаллов по форме очень велико. В кристаллах все атомы расположены так, чтобы из них образовывалась трехмерно­ периодическая укладка. Таким образом, на поверхности мы видим кристаллическую решетку. (рис.5) Кристаллы могут иметь от четырех 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   определенными   углами.   Углы   между   соответственными   гранями   всегда одинаковы. Кристаллы каменной соли, например, могут иметь форму куба, параллелепипеда, призмы   или   тела   более   сложной   формы,   но   всегда   их   грани   пересекаются   под прямыми  углами.  Грани   кварца   имеют   форму  неправильных  шестиугольников,  но углы между гранями всегда одни и те же — 120°. Закон постоянства углов, открытый в 1669 г. датчанином Николаем Стено, является важнейшим законом науки о кристаллах — кристаллографии. Измерение   углов   между   гранями   кристаллов   имеет   очень   большое   практическое значение, так­как по результатам этих измерений во многих случаях может быть достоверно определена природа минерала. Простейшим   прибором   для   измерения   углов   кристаллов   является   прикладной гониометр. (рис. 6) Гониометр (от греч.  Прибор для измерения углов между плоскими гранями твердых тел. Используется в кристаллографии, геодезии, метрологии и др.  (гониа) — угол и греч. μ γωνία έτρεω  (метрео) — измеряю). 1.5 Кристаллы в жизни человека Мы живем в мире кристаллов. Наши дома и города построены из камня и металла, т.е. в основном из кристаллов. Мы ходим по кристаллам, добываем кристаллы из земли, создаем изделия из кристаллических материалов, едим кристаллы, лечимся кристаллами и даже сами частично состоим из кристаллов. Из кристаллов делают 8 в   ­   тоже часах     кристаллы.   радиотехнике, очень много нужных вещей. Например, полупроводниковые кристаллы применяются в     камни   У кристаллов много применений. Из   таблицы   видно,   что   кристаллы   широко   применяются   в   науке   и   технике: полупроводники,   призмы*   и   линзы*   для   оптических   приборов,   лазеры*, пьезоэлектрики*и т.д.(рис. 7) Около   80%   всех   добываемых   природных   алмазов   и   все   искусственные   алмазы используются в промышленности. Рентгеноструктурные   исследования   кристаллов   позволили   установить   строение многих   молекул,   в   том   числе   и   биологически   активных   –   белков,   нуклеиновых кислот. Сегодня трудно назвать такую отрасль производства, в которой бы не использовались кристаллы. Ограненные кристаллы драгоценных камней, в том числе выращенных искусственно, используются как украшения. (рис.8)     "живыми" 1.6. Интересные факты о кристаллах 1) Самые крупные кристаллы существуют в Мексике, в двух пещерах. На глубине более 300 метров находятся кристаллы длинною в 10­15 м. А сами таковые состоят из селенита ­ прозрачный гипс. (рис.9) 2) Знаете ли вы, что кристаллы воспроизводят сами себя и таким образом растут? Их по   праву   можно   называть существами   природы. (рис.10) 3) Кристаллы   могут   образовывать   самые   различные   формы.   И,   несмотря   на   это, внутренний рисунок кристалла имеет цикличность в произведении других. Это было доказано учеными. (рис.11) 4) Знаете ли вы, что вода является самым основным "ингредиентом" для образования кристалла? (рис.12) 5)  Есть и представители самых больших и крошечных кристаллов. Хранятся они в Австрии в музее "Хрустальные миры". Самый большой в мире хрустальный кристалл (300 000 карат, 40 сантиметров в диаметре). Самый маленький в мире хрустальный кристалл (0,8 миллиметра), его можно разглядеть лишь под микроскопом. Оба эти кристалла   внесены   в   книгу   рекордов   Гиннесса.   Все   они   принадлежат   к   самой знаменитой компании "Сваровски". (рис.13) 6)   Наука   кристаллография   изучает   идеальные   кристаллы   c   позиций   законов симметрии и сопоставляет их с кристаллами реальными.  7) Структурная кристаллография занимается определением внутренней структуры кристаллов и классификацией кристаллических решеток. 9   8) Кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов.   9) Кристаллохимия изучает закономерности образования кристаллов из различных веществ и в разных средах. 1.7 Кристаллы ­ драгоценные камни Происхождение и строение драгоценных камней. Драгоценные   камни   ­     это   минералы,   которые   обладают   особыми   свойствами. Ценность   камней   зависит   от   того,   насколько   они   редки,   каковы   их   цвет, прозрачность,   вес.   Откуда   же   черпают   минералы   свою   силу?   Все   минералы образуются   в   ходе   процесса,   называемого   кристаллизацией.   При   высокой температуре   минерал   является   частью   раствора.   Находясь   в   жидком   состоянии, остывая,   он   приобретает   свою   многогранную   форму   и   характерную   внутреннюю структуру со строгим порядком распределения атомов. Все драгоценные камни, за редким исключением, принадлежат миру минералов. Минералы   могут   возникать   различными   способами.  Одни   образуются   из   огненно­ жидких расплавов и газов в недрах Земли или из вулканических лав, извергнутых на ее поверхность (магматические минералы). Другие выпадают из водных растворов либо растут с помощью организмов на (или вблизи) земной поверхности (осадочные минералы).   Новые   минералы   образуются   путем   перекристаллизации   уже существующих минералов под влиянием больших давлений и высоких температур в глубинных слоях земной коры (метаморфические минералы). Кристаллы   характеризуются   строгими   геометрическими   формами   и   ограничены преимущественно   гладкими   плоскими   гранями.   В   большинстве   своем   кристаллы мелки,   отчасти   даже   микроскопически   малы;   но   встречаются   и   гигантские экземпляры.   Внутренняя   структура   кристаллов   (пространственная   решетка) определяет   их   физические   свойства,   в   том   числе   внешнюю   форму,   твердость   и способность раскалываться, тип излома, плотность и оптические явления. III. Вывод 1.   Кристаллы­   это   камни   с   природной,   правильной,   симметричной,   многогранной формой. 2. Все металлы и почти все камни – кристаллы. На земле нет некристаллических металлов. 3. Мы живем в мире кристаллов. Наши дома и города построены из кристаллов, мы ходим по кристаллам, едим кристаллы, лечимся кристаллами и т.д. 4.   Форма   кристалла   зависит   от   того,   как   расположены   частицы   из   которых   он состоит. 5.   Что бы вырастить кристалл нужно: приготовить насыщенный раствор вещества, закрепить кристалл­затравку (в нашем случае, это камушек на веревке) в растворе и ждать. 10 IV. Приложение Рис.1  Все известные в мире кристаллы могут быть разделены на 32 вида, которые в свою очередь могут быть сгруппированы в 6 видов. Рис.2 Монокристаллами являются кварц, алмаз, рубин и многие другие драгоценные камни. 11 Рис. 3­4 Поликристаллами являются все металлы. Рис. 5 Кристаллы могут иметь от четырех 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   определенными   углами.   Углы   между   соответственными   гранями   всегда одинаковы. 12 Рис.6 Простейшим   прибором   для   измерения   углов   кристаллов   является   прикладной гониометр. Прибор для измерения углов между плоскими гранями твердых тел. Используется в кристаллографии, геодезии, метрологии и др. Рис.7 Из кристаллов делают очень много нужных вещей. Например, полупроводниковые кристаллы   применяются   в   радиотехнике,   камни   в   часах­   тоже   кристаллы.   У кристаллов   много   применений.   Из   таблицы   видно,   что   кристаллы   широко применяются в науке и технике: полупроводники, призмы* и линзы* для оптических приборов, лазеры*, пьезоэлектрики*и т.д. 13  Рис.8 Сегодня трудно назвать такую отрасль производства, в которой бы не использовались кристаллы. Ограненные кристаллы драгоценных камней, в том числе выращенных искусственно, используются как украшения. Рис.9 Самые крупные кристаллы существуют в Мексике, в двух пещерах. На глубине более 300 метров находятся кристаллы длинною в 10­15 м. А сами таковые состоят из селенита ­ прозрачный гипс. 14 Рис.10  Живые кристаллы. Знаете ли вы, что кристаллы воспроизводят сами себя и таким образом растут? Их по праву природы. существами называть "живыми"       можно Рис. 11  Внутренний рисунок кристалла имеет цикличность в произведении других. Это было доказано учеными. 15 Рис.12 Знаете ли вы, что вода является самым основным "ингредиентом" для образования кристалла? Рис.13 Самый   большой   в  мире   хрустальный   кристалл  (300 000  карат,  40  сантиметров   в диаметре). 16 ее * Фунт (от лат. pondus — вес, гиря[1]) — единица измерения массы.       *   Монокристаллы   ­   отдельный   однородный   кристалл,   имеющий   непрерывную кристаллическую решётку. * Поликристаллы ­ множество мелких кристаллических зёрен. * Пьезоэл ктрики — диэлектрики, в которых наблюдается пьезоэффект, то есть те, которые могут либо под действием деформации индуцировать электрический заряд на своей поверхности (прямой пьезоэффект)... * Лазер ­ это луч света, испускаемый синхронными источниками. * Призмы ­ многогранник, две грани которого являются конгруэнтными (равными) многоугольниками,   лежащими   в   параллельных   плоскостях,   а   остальные   грани   — параллелограммами, имеющими общие стороны с этими многоугольниками. *Линзы   ­   л нза   (нем.   Linse,   от   лат.   lens   —   чечевица)   —   деталь   из   прозрачного однородного   материала,   ограниченная   двумя   полированными   преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. V. Результаты опроса, через анкетирование: ие Какие кристаллы вы знаете? 17 30% 10% 60% Не знаю Драгоценные камни Назвали несколько вариант ов Для чего кристаллы нужны человеку? 5%5% 5% 5% 11% 16% 53% Не знаю Для красот ы Чт обы исследоват ь Для коллекции Они выделяют ст екло Для богат ст ва Для денег Что такое кристаллы? 12% 12% 6% 12% 59% Не знаю Минералы Ст екляшка Горная порода(камни) Для красот ы V. Список литературы 18 1. Большая иллюстрированная энциклопедия эрудита «Издательство МАХАОН» 2006г. 2. Кантор Б. З «Минерал рассказывает о себе" 1985г. 3. Алексинский В. Н «Занимательные опыты по химии" 1995г. 4. Китайгородский А.И «Кристаллы» 1950г. 5. Кузмичева Г.М. «Основные разделы кристаллографии» 2002г. 6. http://facty.by/zemlya/item/219­interesnye­fakty­o­kristallakh 7. http://biofile.ru/geo/912.html 8. http://scorcher.ru/art/chemistry/chemistry_cristalls.php 9. http://bookz.ru/authors/aleksandr­kitaigorodskii/kristall_962/1­kristall_962.html 10. https://ru.wikipedia.org 11. https://yandex.ru 12. http://facty.by/iskopaemye/85­fakty­o­kristallakh 13. http://venividi.ru/node/23381