Исследовательская работа ученика 4 класса

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Республиканский центр образования»

Исследовательская работа

«Выращивание кристаллов

в домашних условиях»

Выполнил работу: Корнаков Ефим,

ученик 4 «ж» класса

Руководитель: Бадлаева Ирина Бимбаевна

г. Улан-Удэ, 2021г

Оглавление

Введение

1. Актуальность исследовательской работы.

2. Цели и задачи.

Теоретическая часть.

1. Что такое кристалл?

2. Способы выращивания кристаллов.

3. Строение и свойства кристаллов.

4. Применение кристаллов.

Практическая часть.

1. Выращивание кристаллов в искусственных условиях.

2. Результаты эксперимента.

3. Заключение

1. Список литературы

2. Приложения

Почти весь мир кристалличен. В мире царит кристалл

и его твердые прямолинейные законы.

Академик Ферсман А.Е.

Введение.

Мой любимый школьный предмет – окружающий мир. На уроках окружающего мира мы узнали, что минералы встречаются в природе, но их можно получить и в лаборатории. Минералы – чаще всего твердые тела , которые были или являются кристаллами. Бывают и жидкие минералы. Кажется, что кристаллы - редкое явление, но на самом деле мы встречаем их каждый день в своей жизни. Кто не рассматривал зимой снежинки, сосульки или не любовался песчинками на берегу речки? А драгоценные камни в ювелирных изделиях? Одни из самых поразительных и красивых созданий природы кристаллы восхищают нас яркими цветами, прозрачностью, ровностью и правильностью форм. Их как будто кто-то специально вырезал, отшлифовал и раскрасил. Меня заинтересовали кристаллы, поразила их таинственная красота. И я решил узнать об этом чуде природы больше: Что это такое, как они появляются, какие бывают, чем они отличаются, как долго растут?

Актуальность. Кристаллы играют важную роль в жизни человека. Выращивание кристаллов увлекательное и познавательное занятие.

Цель исследования: научиться выращивать кристаллы из разных веществ в домашних условиях.

Задачи исследования:

• узнать как можно больше информации о кристаллах.

• узнать о значении кристаллов в жизни человека.

• вырастить кристаллы в домашних условиях и сделать выводы

Объект исследования: кристаллы

Предмет исследования: процесс кристаллизации

Методы исследования:

• работа с источниками информации.

• наблюдение

• эксперимент

• фиксирование результатов.

Гипотеза: предположим, что кристаллы можно вырастить в домашних условиях.

Теоретическая часть.

Что такое кристалл?

Криста́ллы ( от греческого криос- лед) твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя кристаллическую решетку.

Кристаллическое состояние - наиболее распространенное состояние вещества на Земле и в Космосе. Кристаллическим называется такое состояние вещества, в строении которого наблюдается закономерное расположение частиц - молекул, атомов.

Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и могут отличаться размерами. В веществе, находящемся в аморфном состоянии закономерного расположения частиц в полной мере не обнаруживается. Другими словами, в строении вещества, находящегося в кристаллическом состоянии обнаруживается ближний и дальний порядок. Вещество в аморфном состоянии имеет в строении только ближний порядок и не имеет дальнего порядка. В аморфном состоянии находятся стекла: природные и технические - смолы, гудрон, парафин, воск, стекло.

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.

Образование кристаллов и способы их выращивания.

Почти любое вещество может при известных условиях дать кристаллы. Кристаллы можно получать из раствора или из расплава данного вещества, а также из его паров. Известно, что растворимость веществ зависит от температуры. Обычно с повышением температуры растворимость увеличивается , а при понижении –уменьшается. Мы знаем, что одни вещества хорошо растворяются , а другие- плохо. При растворении веществ образуются насыщенные и ненасыщенные растворы. Насыщенный раствор – это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данной температуре. Одним из возможных способов получения кристаллов состоит в охлаждении насыщенного раствора.

Можно поступить иначе. Приготовить насыщенный раствор соли и оставить его в открытом стакане. Через некоторое время обнаружим появление кристаллов. Почему они образовались. Вода испарилась, и в растворе оказалось «лишнее» вещество. Итак , другой возможный способ образования кристаллов – это испарение раствора.

Как же происходит образование кристаллов из раствора?

        Мы сказали, что кристаллы "выпадают" из раствора; надо ли это понимать так, что неделю кристалла не было, а в одно какое-то мгновение он вдруг возник? Нет, дело обстоит не так: кристаллы растут. Сначала немногие из беспорядочно движущихся молекул или атомов растворенного вещества собираются в том примерно порядке, который нужен для образования кристаллической решетки. Такую группу атомов или молекул называют зародышем.

          Опыт показывает, что зародыши чаще образуются при наличии в растворе каких-либо центров кристаллизации. Центрами кристаллизации могут служить загрязнения на стенках посуды с раствором, пылинки, мелкие кристаллики растворенного вещества. Всего быстрее и легче кристаллизация начинается тогда, когда в насыщенный раствор помещается маленький кристалл – затравка. При этом выделении из раствора твердого вещества будет заключаться не в образовании новых кристалликов, а в росте затравки.

         Рост зародыша не отличается, конечно, от роста затравки. Смысл использования затравки состоит в том, что он "оттягивает" на себя выделяющееся вещество и препятствует, таким образом, одновременному образованию большого числа зародышей. Если же зародышей образуется много, то они будут мешать друг другу при росте и не позволят нам получить крупные кристаллы.

На рис.  очертания трёх кристаллов одного и того же вещества при их росте.

Строение и свойства кристаллов.

Кристаллы могут иметь всевозможные формы. В их строении есть свой внутренний порядок, который обеспечивает их характерные формы. Идеальная форма кристалла имеет форму многогранника.

Все известные в мире кристаллы могут быть разделены на 32 вида, которые в свою очередь могут быть сгруппированы в шесть видов.

Некоторые минералы образуют кристаллы, которые разглядеть можно только с помощью микроскопа. Другие же образуют кристаллы, вес которых составляет несколько сотен фунтов (1 фунт – 0,4 кг).

Основное свойство кристаллов. Основными свойствами кристаллов являются их однородность, определённое соответствие между разными гранями - симметрия кристалла. С явлением симметрии мы часто встречаемся в окружающей жизни. Симметрична бабочка . Форма, рисунок и окраска левого крыла повторяет форму, рисунок и окраску правого. Правая рука человека симметрична левой, ибо при наложении контуры их совпадают. Любой предмет симметричен своему изображению в зеркале.

Основное различие между кристаллами и некристаллами объясняется их внутренним строением, тем, как расположены в них мельчайшие частички вещества — атомы, ионы, молекулы. Все в мире сложено из этих мельчайших частиц. Везде и во всем, в камнях и металлах, в дереве и в теле человека, в капле дождя и в облаке дыма — везде движутся мельчайшие частички. Во всей Вселенной не найдется ни одного атома, ни одной молекулы, которые бы не двигались непрерывно.

Применение кристаллов.

Кристаллы соли - белый соленый порошок — самая распространенная приправа в мире и — самая дешевая. Соль представляет собой соединение натрия и хлора и является жизненно необходимым продуктом. Ее часто используют для улучшения вкуса пищи и более длительного ее хранения. Чаще всего мы пользуемся обычной столовой солью. Другие популярные виды включают в себя морскую или горную соль. По вкусу они могут несколько отличаться, хотя любая соль состоит из натрия и хлора.

Кристаллы сахара являются важным пищевым продуктом. Обычный сахар (сахароза) относится к углеводам, которые считаются ценными питательными веществами, обеспечивающими организм необходимой энергией. Глюкоза обеспечивает более половины энергетических затрат организма.

П рименения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны. В настоящее время кристаллы имеют широкое распространение в науке и технике, медицине, т.к. обладают особыми свойствами. Драгоценные камни, минералы с особыми свойствами, используемые для ювелирных целей имеют бесцветную или красивую чистого тона окраску, большинство драгоценных камней отличаются блеском, прозрачностью, сильным светосиянием, высокой твердостью, способностью принимать огранку. Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз.

Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет гро­мадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Алмазная пила - это большой (до 2-х метров в диаметре) вращаю­щийся стальной диск, на краях которого сделаны надрезы или за­рубки. Мелкий порошок алмаза, смешанный с каким-нибудь клей­ким веществом, втирают в эти надрезы. Такой диск, вращаясь с большой скоростью, быстро распиливает любой камень.

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.

   Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней.

Рубин Сапфир Лазер на рубине

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 чудесный прибор наших дней. В 1960г. был создан первый лазер на рубине. Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц.

Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов.

Кристаллы используют и в медицине. Самый простой - контактное врачевание. Вы прикладываете к больному месту камень или носите украшение из него

Практическая часть.

Опыт №1

Выращивание кристаллов из раствора поваренной соли.

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

Процесс выращивание кристаллов из поваренной соли в домашних условиях состоял в следующем:
1. Я растворил соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде до тех пор, что соль уже больше не растворяется (раствор насыщен!)
2. Насыщенный раствор перелил в другую емкость, где можно производить выращивание кристаллов. Поставили раствор охлаждаться.

3.В стакан опустил нитку , как затравку, к которой будут прилипать молекулы вещества. Другой конец нитки привязал к карандашу, который прикрепил на край стакана.

Важно помнить!
1. Кристаллик нельзя (при росте) без особой причины вынимать из раствора.
2. Не допускать попадания мусора в насыщенный раствор.
3. Периодически (раз в неделю) менять или обновлять насыщенный раствор.

Уже через 2 дня я обнаружил, нитка обросла маленькими кристаллами. С каждым днем кристаллы становились больше. Через 10 дней молекулы вещества налипая друг на друга достигли внушительных размеров. И блестели на солнце очень красиво!

Опыт №2.

Кристалл из раствора сахара.

1. Сначала я приготовил заготовки – каркас из проволоки, на которых мы будем выращивать кристаллы из сахара в домашних условиях.

2. Затем сделал немного сахарного сиропа. Для этого подогрел четверть стакана воды с двумя столовыми ложками сахарного песка, пока смесь не дойдет до консистенции сиропа.

3. Обмакнул проволоку в сироп и обвалял ее в сахарном песке, так чтобы сахаринки покрыли ее равномерно. Один конец (половина или треть длины) должен оставаться чистым. Это будет «ручка» кристалла из сахара.

4. В кастрюльке нагрел стакан воды и высыпали туда 2 стакана сахара. Включили медленный огонь и, постоянно размешивая сахар, дождался, когда он полностью растворится.

5. Далее огонь выключается, и сироп оставляется на плите остужаться на 15-20 минут.

6. Далее я вылил горячий сироп в банку и вертикально поставил туда проволоку , другой конец прикрепил к палочке и закрепил. И добавил в сироп краситель из свеклы..

7. Через 3 дня можно аккуратно извлечь кристаллы из банкии насладиться их красотой!

Заключение

Результатом своей работы считаю , что много узнал про кристаллы:

• Узнал что кристаллы растут из раствора, когда растворитель испаряется, из сплава, когда сплав охлаждается, из пара когда пар встречается с холодом.

• Узнал о свойствах и формах кристалла , где применяются.

• Вырастил кристаллы дома.

• Убедился, что выращивание кристаллов –увлекательное занятие

А также сделали для себя следующие выводы.

1. Если погрузить кристалл в слабый солевой раствор, или в раствор, который не успел остыть, кристалл, к сожалению, разрушается.

2. Из раствора с небольшим содержанием соли вырастить кристалл в короткие сроки нельзя;

3. Кристаллы соли хрупкие, быстро разрушаются;

4. При выращивании кристаллов из сахара нужно соблюдать температурный режим в комнате.

5. Кристаллы из соли вырастить сложнее, чем вырастить кристаллы из сахара.

Список литературы

1.Давай похимичим. О. Ольгин. М.: «Детская литература» 2001.

2.Большая детская энциклопедия: Химия / сост. К. Люцис. М.: Русское энциклопедическое товарищество. 2000.

3.Энциклопедический словарь химика. М.: Педагогика. 1990.

4.Интернет-ресурсы:

http://kristall.86sch5.edusite.ru/p2aa1.html

https://www.iucr.org/education/pamphlets/20/full-text-russian

https://www.kristallikov.net/

Приложение 1

Выращивание кристаллов из раствора соли.

.

Приложение 2

Приложение 3.

Выращивание кристаллов из раствора сахара.