Волшебные кристаллы

«Волшебные кристаллы»                                                                                                                                                                                                        Районная научно-практическая конференция « Ювента» 2014 г.                                                                                                                                       Направление: естествознание («Окружающий мир»)                              Автор:   Колдунов Алексей Викторович, 9 лет.                                                                                            Руководитель: Баянова И.А., учитель биологии

ВВЕДЕНИЕ

  Кристалл, как загадочная и прекрасная часть природы, издревле привлекал внимание людей.

   Кристаллы можно получить в лаборатории, но они бывают и в природе. Например, снежинки, морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев, представляют собой кристаллы льда, выросшие из паров воды. Наиболее известные примеры кристаллов: лед, кварц, каменная соль. Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов. Некоторые виды моллюсков обладают способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр. Через 5-10 лет образуется жемчуг.  Некоторые живые организмы представляют собой настоящие «фабрики» кристаллов. Кораллы, например, образуют целые острова, сложенные из микроскопически мелких кристалликов известняка.  

   Кристаллами являются алмазы, рубины, сапфиры и другие драгоценные камни. Кристаллы широко применяются в науке, промышленности, оптике, электронике.

  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. Меня очень заинтересовала эта тема, и я решил вырастить несколько кристаллов  в домашних условиях.

И так цель моего исследования: научиться выращивать кристаллы разных веществ в домашних условиях.

Задачи исследования я поставил следующие:

·        познакомиться с методами выращивания кристаллов;

·        освоить методику выращивания кристаллических тел из водных растворов;

·        провести наблюдения за процессом кристаллизации;

·        выработать рекомендации по выращиванию кристаллических тел для заинтересовавшихся нашим исследованием учащихся;

·        Ознакомление одноклассников с темой исследования путем анкетирования.

1. ТЕОРЕТИЧЕКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Как растут кристаллы.

    Слово «кристалл» происходит от греческого – «лед».

 Кристалл – это твердое вещество, имеющие естественную форму многогранника. Кристаллы бывают различных форм. Крупные одиночные кристаллы, имеющие свою правильную форму, в природе встречаются очень редко. Но такой кристалл можно вырастить в искусственных условиях.

Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов - центров кристаллизации. Кристаллики растут, присоединяя атомы или молекулы из жидкости или пара. Рост граней кристалла происходит послойно, края незавершенных атомных слоев при росте движутся вдоль грани. Зависимость скорости роста от условий кристаллизации приводит к разнообразию форм и структуры кристаллов.

В давние  времена  считалось,  что  кристаллы  представляют  собой   редкость, их считали «игрой природы» и люди совсем не знали их строения. Действительно,  нахождение  в  природе  крупных  однородных  кристаллов - явление  нечастое. Но когда были, изобретены лупа и микроскоп, новый мир раскрылся перед людьми. Выяснилось, что кристаллы очень разнообразны и по величине и по форме. Одни из них – маленькие, узкие, острые, как иголки; другие - как столбы, достигают нескольких метров в длину; бывают кристаллы виде лепестков тоньше листа бумаги и в виде пластов в метр толщиной.

Мелкокристаллические   вещества    встречаются весьма часто. Так, например, почти  все горные  породы:  гранит,  песчаники, известняк состоят  из кристаллов, только очень мелких и тесно соприкасающихся друг с другом. Все металлы представляют собой кристаллы. В глине, каучуке, саже, костях, волосах, волокнах шерсти, шёлка, целлюлозы найдены мельчайшие, даже в микроскоп не различимые, зёрна кристаллического строения. Мы живём в мире кристаллов. Наши дома и города построены из камня и металла, т. е. в основном из кристаллов. Мы каждый день едим кристаллы. Сахар, соль – это тоже кристаллы; их легко различить даже невооружённым взглядом. Некоторые живые организмы оказываются настоящими «фабрикатами» кристаллов: кораллы, например, образуют целые острова, сложенные из мельчайших  кристаллов кальция. Нет такого места на Земле, где - бы не было кристаллов. И не только на Земле! Из межпланетного пространства иногда прилетают к нам осколки небесных тел - метеоритов. Оказалось, что их строение ничем не отличается от строения наших земных минералов и горных пород: они тоже состоят из кристаллов.

Как сама природа, так и человек может задать кристаллам форму, цвет и многие другие свойства.

    Выращивание кристаллов поистине увлекательное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и дешёвое, максимально безопасное с точки зрения техники безопасности, что немаловажно для тех, кто проводит эксперименты в домашних условиях.

Выращивание кристаллов

   Для того, чтобы вырастить красивый кристалл правильной формы,  важно соблюдение нескольких условий:

Чистота раствора

 Для этого требуется:

  - использовать вещество с как можно более высокой степенью чистоты;
   - использовать кипячёную (лучше дистиллированную) воду для приготовления раствора;
   - готовить раствор в химической посуде (желательно);
   - обязательно  профильтровать раствор после его приготовления;
   - во избежание попадания пыли накрыть ёмкость с раствором листком бумаги.

Форма кристалла

Форма кристаллов одной и той же соли зависит от многих факторов:
   - если начальная концентрация сильно высокая, то у вас вырастет друза (сросшиеся кристаллы);
   - в течение всего времени роста кристалла желательно поддерживать одну и ту же температуру, т. к. даже небольшие перепады повлияют  на его форму;
   - если раствор будет недостаточно чистым или в него попадёт пыль, то это тоже  может повлиять на форму кристалла.
   - для того, чтобы достать кристалл из раствора для каких-либо целей (сменить раствор, например) необходимо использовать пинцет (желательно хромированный). Нельзя брать кристалл руками: на руках постоянно присутствует слой кожного сала, который при попадании на растущую грань кристалла препятствует росту этой грани.

Приготовление раствора

Раствор готовят из слегка тёплой (не горячей!) воды. Воду лучше брать дистиллированную, но можно и кипячёную. Химический стакан на половину объёма наполняют водой и небольшими количествами добавляют соль. После каждой новой порции соли раствор тщательно перемешивают. При этом раствор может начать охлаждаться, т. к. при растворении вещества расходуется тепловая энергия. После того, как вещество перестаёт растворяться, добавляют последнюю порцию вещества и перемешивают. Уже готовый раствор фильтруют во второй химический стакан, в котором и будет происходить рост кристалла. Стакан накрывают листком бумаги и ждут появления первых кристалликов.

Фильтрация раствора

Для фильтрации раствора лучше всего использовать хороший фильтр из фильтровальной бумаги и стеклянную воронку, если готового фильтра нет, то его можно сделать из обычной промокашки. Фильтр вкладывают в стеклянную воронку и фильтруют раствор. Это надо делать очень осторожно, следить за тем, чтобы уровень жидкости в стеклянной воронке не был выше краёв  фильтра.

2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Опыт № 1 и Опыт №2. Выращивание кристаллов медного купороса и поваренной соли. Для этого мне понадобились: 2  стакана,  нитки, линейка, лупа, термометр, дистиллированная вода, соль медного купороса 70 г,  поваренная соль 70 г.

Кристаллы я получил из насыщенных растворов, то есть из таких, в которых растворено так много вещества, что больше оно уже не растворяется. Воду для этих целей необходимо нагреть, тогда она вместит больше вещества.

Раствор я готовил так: в стаканчики со 100 г  горячей (но не кипящей)  воды насыпал небольшими порциями соли по 70 г и размешивал стеклянной палочкой до полного растворения. Как только вещество перестало растворяться, это значит, что при данной температуре раствор насыщен. Солевой раствор отфильтровал.

Сверху  стаканов я положил палочки, вокруг которых обмотал нитку. К свободному концу нитки привесил маленький груз – пуговицу, чтобы нить распрямилась и висела в растворе вертикально, не доставая  до дна.

Наблюдение:

Стаканы я оставил на 2 – 3 дня, после чего нитка обросла  кристалликами: в одном сосуде медного купороса, а в другом – соляными.

Через 10 дней на стенках стаканчиков образовалась кристаллическая  «изморозь», а на нитках выросли кристаллы.

Из медного купороса выросли друзы, они росли быстрее, чем кристаллы поваренной соли, и в ширину, и в высоту, приклеились ко дну и стенкам стакана.

После четырех недель проверил результаты опытов. Для этого извлек выросшие кристаллы и сравнил их. Чтобы сохранить кристалл, его нужно покрыть слоем прозрачного вещества, после высыхания которого, образуется непроницаемая для влаги пленка. Это может быть лак или клей.

Вывод: В домашних условиях  можно вырастить кристаллы при необходимых условиях. Условиями образования кристаллов соли и медного купороса в домашних условиях являются - наличие насыщенного раствора.

Опыт № 3  « Ледяной узор» на стекле. 

Для этого мне понадобились: стекло, стеклянная палочка, пробирка, держатель, акварельная кисточка, дистиллированная вода,- 5 мл. , 10 гр. сульфата магния, столярный клей.

  В пробирке с водой при  нагревании растворил 10 гр. сульфата магния. Затем добавил в раствор 2 капли столярного клея, хорошенько перемешал стеклянной палочкой. Полученную смесь нанес кисточкой на стекло толщиной 2-3 мм. Я нарисовал веточку сосны и снежинки. Стекло оставил в горизонтальном положении для испарения воды. На следующий день я увидел на стекле кристаллы, образующие «ледяные узоры».

       Вывод : Появление на стекле этих узоров объясняется выпадением кристаллов соли из пе­ресыщенного раствора при понижении температуры.

Следующий этап моей работы это:

  Провести  анкетирование учащихся начальной школы до и после моего выступления. В своем выступлении я ознакомил их со своей исследовательской работой: «Волшебные кристаллы». Это я делаю, для того чтобы:

расширить общий кругозор  сверстников,   

развить их познавательную активность.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

       Выращивание кристаллов - это увлекательный и кропотливый процесс.  В ходе выполнения моей исследовательской работы я научился искать в различной научной литературе нужную мне информацию, строить план для  предстоящей  практической работы, проводить нужные мне опыты.

        В результате проделанной работы я выяснил, какие существуют способы получения кристаллов, овладел методикой приготовления насыщенного раствора  кристаллического вещества и научился выращивать кристаллы поваренной соли, медного купороса, сульфата магния . Убедился на практике в том, что форма кристаллов бывает довольно разнообразной и это зависит от кристаллической решетки вещества. Для оформления работы я научился работать  на компьютере. Провел беседу с учащимися моего класса, познакомил со своей исследовательской работой. Провел анкетирование с целью выявления знаний учащихся о том, что такое кристаллы.

В результате данной работы я понял, что мне  удалось узнать и рассказать лишь малую часть того, что известно о кристаллах в настоящее время, однако и эта информация показала, насколько волшебны и загадочны кристаллы.

4. ЛИТЕРАТУРА

1.  Детская энциклопедия. Том 2. – М.: 1990.

2. Мои первые научные опыты. ЗАО  «Издательство Кристина-новый век»,2003.

3. Энциклопедия для детей. Том 4. Геология / Главн. ред. М.Д.Аксёнова. – М.: Аванта+, 2000.-688с.

 4. Я познаю мир. Энциклопедия для детей. - М.: ООО « Изд. АСТ ЛТД »,       1997г.