Научно - исследова проект. На тему: «Выращивание кристаллов поваренной соли в домашних условиях»

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Управление образования г. Алматы

Ауэзовский район г. Алматы

РАЙОННЫЙ КОНКУРС НА ЛУЧШИЙ НАУЧНЫЙ ПРОЕКТ

СРЕДИ УЧАЩИХСЯ НАЧАЛЬНЫХ КЛАССОВ

 Направление: «Я и мой мир»

ТЕМА: «Выращивание кристаллов поваренной соли в домашних условиях»

Школа-гимназия №5

Класс: 2 «Е»

Гордиенко Георгий

Контактный тел., +77773074824                                                          

Научный руководитель: Баль П.М.

Алматы, 2016

Введение

Актуальность

"Почти весь  мир кристалличен.

В мире царит кристалл и его твердые,

прямолинейные законы"

Академик Ферсман  А.Е.

Обоснование выбора темы проекта  и ее актуальность:

Я очень люблю узнавать все новое и интересное, мне нравится экспериментировать и наблюдать.  Мне стало интересно узнать, можно ли вырастить кристаллы в домашних условиях. Из книг я узнал, что кристаллы получают в лаборатории, но бывают они и в природе. Например, снежинки, морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев. Кристаллами являются алмазы, рубины, сапфиры и другие драгоценные камни. За сутки в лаборатории можно вырастить кристалл соли массой около 1 килограмма. Кристаллы широко применяются в науке, промышленности, оптике, электронике. Меня очень заинтересовала эта тема, и я решил вырастить кристаллы солей в домашних условиях.

Цель: научиться выращивать кристаллы поваренной соли в домашних условиях.

Задачи:

-узнать, что такое кристалл,

-выяснить, какие условия нужно создать для роста кристаллов,

-наблюдать процесс роста,

-доказать, что можно вырастить кристаллы в домашних условиях.

Объект исследования: минералогия.

Предмет исследования: кристаллы поваренной соли

Методы исследования:

• эксперимент,
• наблюдение,
• фиксирование результатов.

План работы над проектом

1.     Изучение литературы по темам:

1.1.                    Что такое кристаллы;

1.2.                    Виды кристаллов;

1.3.                    Значение кристаллов для человека;

1.4.                    Выращивание кристаллов в домашних условиях.

1.5.                    Применение кристаллов

1.   Аналитический обзор

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.

Каждому химическому веществу, находящемуся при данных термодинамических  условиях в кристаллическом состоянии, соответствует определенная кристаллическая  структура.

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 собой 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.

1.2 Виды кристаллов

Кристаллы могут иметь  всевозможные формы. Все известные  в мире кристаллы могут быть разделены  на 32 вида, которые в свою очередь  могут быть сгруппированы в шесть  видов. Кристаллы могут иметь  и разные размеры. Некоторые минералы образуют кристаллы, которые разглядеть можно только с помощью микроскопа. Другие же образуют кристаллы,все возможные  кристаллические структуры. Большинство  из них (но не все) обнаружены в природе  или созданы искусственно. Кристаллы  могут иметь форму различных  призм, основанием которых могут  быть правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник.

Выращивание кристаллов - это  хобби, приверженцы которого создают  собственные клубы и участвуют  в соревнованиях. Выращивание кристаллов - это сложный технологический  процесс, поэтому, чем дольше ждёшь, тем более впечатляющими будут  результаты.

1.3 Способы образования  кристаллов

Существует три способа  образования кристаллов: кристаллизация из расплава, из раствора и из газовой  фазы. Примером кристаллизации из расплава может служить образование льда из воды (ведь вода – это расплавленный  лёд), а также образования вулканических  пород. Пример кристаллизации из раствора в природе – выпадение сотен  миллионов тонн соли из морской воды. При охлаждении газа (или пара) электрические  силы притяжения объединяют атомы или  молекулы в кристаллическое твёрдое  вещество – так образуются снежинки.

Наиболее распространёнными  способами искусственного выращивания  монокристаллов являются кристаллизация из раствора и из расплава. В первом случае кристаллы растут из насыщенного  раствора при медленном испарении  растворителя или при медленном  понижении температуры.

Если твёрдое вещество нагреть, оно перейдёт в жидкое состояние  – расплав. Трудности выращивания  монокристаллов из расплавов связаны  с высокой температурой плавления. Например, для получения кристалла  рубина нужно расплавить порошок  оксида алюминия, а для этого его  нужно нагреть до температуры 2030 °С.

1.4 Применение кристаллов

Применения кристаллов в  науке и технике так многочисленны  и разнообразны. Приведу несколько  примеров.

Кристаллы сыграли важную роль во многих техническихновинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Применение изготовления генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи.

Алмаз.

Самый твердый и самый  редкий из природных минералов - алмаз. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную  роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. В граверных  инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла  вставлены алмазные острия. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые  камни, закаленную сталь, твердые и  сверхтвердые сплавы. Сам алмаз можно  резать, шлифовать и гравировать  тоже только алмазом. Наиболее ответственные  детали двигателей в автомобильном  и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.

Корунды.

Рубин и сапфир относятся  к самым красивым и самым дорогим  из драгоценных камней. Кроваво-красный  рубин и лазорево-синий сапфир - это один и тот же минерал - корунд, оксид алюминия А₁₂О₃. Разница в цвете возникла из-за очень малых примесей.

Скромный, невзрачный бурый  корунд, непрозрачный, мелкий - наждак, которым чистят металл, из которого делают наждачную шкурку. Корунд со всеми его разновидностями - это  один из самых твердых камней на Земле, самый твердый после алмаза. Корундом можно сверлить, шлифовать, полировать, точить камень и металл. Из корунда и наждака делают точильные  круги и бруски, шлифовальные порошки.

Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие  схемы рисуют рубиновыми иглами. В  текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона.

Новая жизнь рубина - это  лазер или оптический квантовый  генератор (ОКГ). В 1960г. был создан первый лазер на рубине. Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц.

Мощный луч лазера громадный  мощностью. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические  провода, прожигает металлические  трубы, сверлит тончайшие отверстия  в твердых сплавах, алмазе. Эти  функции выполняет твердый лазер, где используется рубин, гранат с  неодитом. В глазной хирургии применяется чаще всего неодиновые лазеры и лазеры на рубине.

Сапфир прозрачен, поэтому  из него делают пластины для оптических приборов. Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую  промышленность.

Кварц.

Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон — все это разновидности  кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая  чудесная разновидность кварца - это  и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Поэтому из прозрачного  кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.

Особенно удивительны  электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают  электрические заряды. Это - пьезоэлектрический эффект в кристаллах. Пьезоэлектрические кристаллы широко применяются для воспроизведения, записи и передачи звука.

Перечень применения кристаллов достаточно длинен и непрерывно растет.

2. Экспериментальная  часть

2.1 Приготовление  раствора

 Этапы выращивания кристаллов:

Этап 1: Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде. Подогреть необходимо для того, чтобы соли растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре. Для этого стакан поставить в кастрюлю с теплой водой. Растворять соль до тех пор, пока соль уже больше не растворяется.

Этап 2: Насыщенный раствор перелить в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что он будет увеличиваться).

Этап 3: Привязать на нитку кристаллик соли. Нитку можно привязать, например, к спичке (можно также сделать перемычку из стержня шариковой ручки) и положить спичку на края стакана (ёмкости), где находится насыщенный раствор. Кристаллик опустить в насыщенный раствор.

Этап 4: Перенести ёмкость с насыщенным раствором и кристалликом в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света. Соблюдение этих условий при выращивании кристаллов является обязательным.

Этап 5: Накрыть сверху ёмкость с кристалликом (например бумагой) от попадания пыли и мусора. Оставить раствор на несколько дней.

Выращивание кристаллов поваренной соли.

Процесс выращивания не требует  наличия каких-то особых химических препаратов. У нас всех есть пищевая  соль (или поваренная соль), которую  мы принимаем в пищу. Кристаллы  поваренной солиNaCl представляют собой бесцветные прозрачные кубики. 

Этапы выращивания кристаллов поваренной соли:

1.Налить воды в ёмкость  (например стакан) и поставьте  его в кастрюлю с тёплой  водой (не более 50°С - 60°С).

2.Насыпать пищевую соль  в стакан и оставить минут  на 5, предварительно помешав. За  это время стакан с водой  нагреется, а соль растворится.  Желательно, чтобы температура воды  пока не снижалась.

3.Добавить ещё соль  и снова перемешать. Повторять  этот этап до тех пор, пока  соль уже не будет растворяться и будет оседать на дно стакана. Получен насыщенный раствор соли.

4.Перелить полученный  раствор в чистую ёмкость такого  же объёма, избавившись при этом  от излишек соли на дне.

5.Выбрать любой понравившийся  более крупный кристаллик поваренной  соли и положите его на дно  стакана с насыщенным раствором.  Можно кристаллик привязать за  нитку и подвесить, чтобы он  не касался стенок стакана.

6.Через 2-3 дня можно  заметить значительный рост кристаллика.  Если повторить всё то же ещё раз (приготовить насыщенный раствор соли и опустить в него этот кристаллик), то он будет расти гораздо быстрее (извлечь кристаллик и использовать уже приготовленный раствор, добавляя в него воды и необходимую порцию пищевой соли).

7.Необходимо помнить,  что раствор должен быть насыщенным, то есть при приготовлении  раствора на дне стакана всегда  должна оставаться соль (на всякий  случай). Для сведений: в 100г воды при температуре 20°С может раствориться приблизительно 35г поваренной соли. С повышением температуры растворимость соли растёт.

Выводы

•         Форма кристалла определяется формой его кристаллической решетки.

•         Примеси в растворе соли влияют на форму кристалла.

•         Выращивание кристаллов - процесс занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения ,

Вывод: кристаллы можно вырастить в домашних условиях при соблюдении определенных условий.

Список литературы

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/кристаллы : Википедия

2. http://course-crystal.narod.ru/p31aa1.html : Мир кристаллов (дистанционный курс по физике)