Научно-исследовательская работа по теме "Выращивание кристалла из медного купороса в домашних условиях"

Городское соревнование юных исследователей «Шаг в будущее. Юниор»

Выращивание кристалла из медного купороса в домашних условиях

Автор:

Фахрутдинова Аделина Артуровна,

ученица 2 «Е» класса

МБОУ лицей имени генерала-майора

Хисматулина В.И.

Научный руководитель:

Хайруллина Лилия Хусаиновна,

учитель начальных классов

Сургут, 2022

Оглавление

Введение.....................................................................................................3-5

1 глава Теоретическая часть

1. Кристаллы……………………………………………………………6

2. Меры предосторожности....................................................................8

2 глава Практическая часть «Этапы выращивания кристалла из медного купороса» .................................................................................................9-11

Заключение..................................................................................................12

Список использованной литературы.........................................................13

Приложения............................................................................................14-18

Введение

Возможно, вы считаете, что кристалл — это редкий и красивый минерал или драгоценный камень. Изумруды и бриллианты являются кристаллами. Но не все кристаллы редки к красивы. Каждая отдельная частица соли или сахара — тоже кристалл! Многие из самых обычных веществ вокруг нас представляют из себя кристаллы.

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. Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов.

Кристаллы могут иметь всевозможные формы. Кристаллы могут иметь и разные размеры.

Медный купорос – эта химическая соль голубого цвета, применяется она в садоводстве, в медицине, в строительстве и даже в пищевой промышленности (пищевая добавка E519).

Медный купорос продается в герметичной упаковке и представляет собой отдельные частицы соли. А соль - это кристалл!

Мне стало интересно: смогу ли я вырастить красивый голубой кристалл из медного купороса в домашних условиях. Мы решили изучить этот процесс, быстро ли растет кристалл, какие условия этому будут способствовать.

Актуальность исследования заключается в том, что выращивание кристаллов - очень увлекательное занятие, за которым интересно наблюдать. А также это занятие не требует больших затрат: ни временных, ни физических, ни финансовых.

Гипотеза исследования: предполагаем, что можно вырастить кристалл из медного купороса в домашних условиях.

Целью работы является выращивание кристалла из медного купороса в домашних условиях.

Задачами исследовательской работы являются:

• Узнать и применить на практике меры безопасности при исследовательской работе;

• Изучить и проанализировать информацию по вопросу исследования в научной литературе и Интернете;

• Провести эксперимент по выращиванию кристалла из медного купороса;

• Проанализировать этапы и результаты исследовательской работы.

Методы исследования

• работа с информационными источниками, в том числе интернет-ресурсами;

• Проведение опытно-экспериментальной деятельности с целью выращивания кристалла;

• Наблюдение за экспериментом и фиксация результатов исследования;

• Анализ полученных результатов исследования

Объект исследования – кристалл медного купороса.

Предмет исследования - процесс образования кристалла (кристаллизация). В данной исследовательской работе установлены временные рамки: 7 дней.

План исследования:

1. Приобрести и подготовить все необходимые предметы для эксперимента (упаковку медного купороса, стеклянную емкость, ниточку, скрепку, горячую воду, палочку для подвешивания, палочку для размешивания раствора).

2. Приготовить раствор из горячей воды и медного купороса и с помощью нитки и скрепки сделать затравку для будущего кристалла.

3. В течение 7 дней вести каждодневный анализ.

4. Сделать выводы по результатам каждого этапа эксперимента.

1. Теоретическая часть

   1. Кристаллы

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. Каждый, кто побывал в музее минералогии или на выставке минералов, не мог не восхититься изяществом и красотой форм, которые принимают «неживые» вещества.

Кто не любовался снежинками, разнообразие которых поистине бесконечно! Еще в 17 в. 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.

Интересно происхождения слова «кристалл» (оно 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. Древние натуралисты так их и назвали – «кристаллос», по-гречески – лед; это слово происходит от греческого «криос» – холод, мороз.

Осенью я была в городе Екатеринбурге и там посетила «Музей природы Урала». Более всего меня заинтересовала выставочная композиция с кристаллами разноцветных оттенков и различных форм. Это было очень красиво. Черный кварц, горный хрусталь и другие (Рис. №1)

Многие видные ученые, внесшие большой вклад в развитие химии, минералогии, других наук, начинали свои первые опыты именно с выращивания кристаллов. Помимо чисто внешних эффектов, эти опыты заставляют задумываться над тем, как устроены кристаллы и как они образуются, почему разные вещества дают кристаллы разной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов, что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми.

Кристаллизацию можно вести разными способами. Один из них – охлаждение насыщенного горячего раствора. При каждой температуре в данном количестве растворителя (например, в воде) может раствориться не более определенного количества вещества.

При охлаждении раствора частички вещества, которые уже не могут находиться в растворенном состоянии, слипаются друг с другом, образуя крошечные кристаллы-зародыши. Образованию зародышей способствуют примеси в растворе, например пыль, мельчайшие неровности на стенках сосуда. Если раствор охлаждать медленно, зародышей образуется немного, и, обрастая постепенно со всех сторон, они превращаются в красивые кристаллики правильной формы. При быстром же охлаждении образуется много зародышей, причем частички из раствора будут «сыпаться» на поверхность растущих кристалликов, как горох из порванного мешка; конечно, правильных кристаллов при этом не получится, потому что находящиеся в растворе частицы могут просто не успеть «устроиться» на поверхности кристалла на положенное им место. Посторонние твердые примеси в растворе также могут играть роль центров кристаллизации, поэтому чем чище раствор, тем больше шансов, что центров кристаллизации будет немного. В нашей исследовательской работе мы будем использовать метод медленного охлаждения.

1.2. Меры безопасности

Медный купорос является ядовитым веществом, поэтому вот рекомендации по безопасному использованию медного купороса:

• для приготовления раствора не использовать пищевую посуду;

• во время работы нельзя пить, принимать пищу;

• избегать попадания вещества в нос, в глаза, кожу;

• на руки обязательно одеть резиновые перчатки;

• всегда мыть руки по окончании опытов;

• детям рекомендуется проводить эксперимент в присутствии взрослых.

Первые признаки отравления медным купоросом появляются через несколько часов после попадания вещества в кровь. Возникают такие симптомы:

• тошнота;

• сухой кашель, который не проходит;

• трудности с дыханием;

• сильные головные боли;

• головокружение;

• неприятные ощущения в глазах: жжение, резь, выделение большого количества слезы;

• привкус металла во рту;

• болезненные ощущения в суставах и мышцах;

• повышение температуры.

При попадании медного купороса в желудочно-кишечный тракт, например, вследствие приема раствора внутрь присоединяются такие проявления: рвота с примесью крови или с синей окраской; повышенное газообразование в кишечнике (метеоризм); спазм мускулатуры внутренних органов, что приводит к резкой боли в животе.

2 глава Практическая часть

День 1.

Эксперимент начинается с приготовления раствора. В стеклянную банку наливаем около 200 мл.горячей воды. Насыпаем медный купорос, размешиваем. Купорос очень быстро растворился. Ждем пока раствор остынет. Закрепляем на нитку скрепку (затравка), опускаем в раствор и убираем в недоступное для детей место (в целях безопасности). При этом затравка не должна касаться стенок сосуда или его дна. Поэтому привяжем нитку к палочке и разместим палочку поперек горлышка банки (рис. 2, 3).

День 2.

На второй день эксперимента проверяем нашу затравку. К сожалению, на скрепке не видно скопления кристалла (рис. 4). Думаем, что это произошло из-за того, что скрепка была слишком гладкая и мелким частицам не за что было зацепиться. И этот вопрос требует детального изучения. Возможно, этим займемся в следующий своей исследовательской работе, где проведем эксперимент с использованием различных материалов для затравки.

Но на дне банке оказалось очень много маленьких кристалликов (рис. 5). Значит, процесс кристаллизации происходит. Один из кристаллов мы используем для второй затравки (рис. 6). А также прицепим к скрепке два мелких кристаллика, и посмотрим на результат.

День 3.

На третий день эксперимента достаем наш кристалл из раствора на салфеточку и смотрим результат. Как видно на фотографиях (рис.7, 8) кристалл начал понемногу расти и на веревочках тоже начался процесс кристаллизации. Измеряем кристалл, размер кристалла около 1см.

День 4.

Выкладываем наш кристалл на салфеточку и измеряем. Обязательно надо соблюдать меры безопасности, одевать перчатки при работе с медным купоросом. Как видно на фотографии наш кристалл подрос. Но незначительно, его размер составляет 1см 2 мм. (рис. 9).

На скрепке видно, что она начала ржаветь.

Убираем баночку с кристаллом до завтра, обязательно сверху накрываем салфеточкой, чтобы избежать попадания мусора, пыли.

День 5.

По краям банки образовался налет из кристаллов (рис.10, 11). Достаем кристалл на салфеточку и производим замеры. Кристалл вновь изменился незначительно (рис.№12).

Исходя из того, что края банки были кристаллизованы и на дне банки тоже образовались кристаллы следует, что раствор стал слабым. При подготовке к данной исследовательской работе я читала, что можно обогатить раствор. Для этого нужно заново растворить кристаллы и раствор станет более насыщенным.

Итак, приготовим все необходимое для этого. Нам понадобиться чайник с кипятком и емкость для банки кипятка. В емкость наливаем кипяток и помещаем туда нашу банку с раствором. Предварительно из банки надо вытащить затравки. Иначе они растворяться (рис. №13). Меняем несколько раз воду на кипяток по мере охлаждения и аккуратно размешиваем раствор палочкой до полного растворения кристаллов на дне и по краям банки. Затем даем раствору остыть. После охлаждения кладем наши затравки, закрываем салфеткой и оставляем до следующего дня.

День 6.

На шестой день эксперимента достаем нашу банку с раствором, в котором растет кристалл и сразу виден результат. Кристалл подрос до 1см 5мм, а также на скрепке начался образовываться кристалл (рис.№14). Я думаю, что скрепка находясь всё время в водном растворе начала ржаветь и соответственно потеряла гладкость.

День 7

Седьмой, последний день эксперимента. Значительная кристаллизация произошла на ниточке, к которой был подвешен кристалл. Кристалл разросся по веревочке, увеличился в ширину и принял причудливую форму.

Самые значительные увеличения кристалла видны на скрепке. Скрепка полностью покрыта кристаллом (рис.№15).

Заключение

При выполнении этой исследовательской работы я узнала очень много интересного о мире кристаллов. Мир кристаллов очень многообразен и красив. А также узнала, что некоторые предметы, которые мы используем каждый день, также относятся к миру кристаллов. Это сахар, соль.

В ходе выполнения практической части своей исследовательской работы мы полностью подтвердили свою гипотезу, что можно вырастить кристалл из медного купороса в домашних условиях. Это не требует больших усилий и финансовых вложений. Также опытным путем мы выяснили, какие условия способствует росту кристалла.

Мне было очень интересен этот проект и я бы хотела еще раз провести подобную исследовательскую работу, добавив еще метод сравнения. Хотела бы взять одинаковые кристаллы и сравнить их при использовании разных условий для роста. Например: влияние температуры, то есть один кристалл держать в тепле, а другой в холоде.

Практическое значение нашей работы состоит в том, что оно может быть использовано на уроках по окружающему миру. А также можно использовать для расширения общего кругозора детей, ведь это очень интересно и познавательно.

Список использованной литературы

1. Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии, М:Просвещение, 1995г.

2. Афонькин С.Ю. Минералы и драгоценные камни. Балтийская книжная компания, 2020 г.

3. Потому.ру. Детская энциклопедия. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://potomy.ru/world/1059.html

4. Кругосвет. Энциклопедия. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.krugosvet.ru/enc/fizika/kristally

5. FB.ru. Портал Рунета. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://fb.ru/article/418160/otravlenie-mednyim-kuporosom-prichinyi-simptomyi-lechenie-vozmojnyie-posledstviya

Приложения

Рис.1 Автор в музее природы Урала, г. Екатеринбург

Фото первого дня эксперимента

Рис. №2

Рис. №3

Фото второго дня эксперимента

Рис.№4

Рис. №5

Рис.№6

Фото третьего дня эксперимента

Рис. №7

Рис.№8

Фото четвертого дня эксперимента

Рис. №9

Фото пятого дня эксперимента

Рис.№10

Рис.№11

Рис. №12

Рис.№13

Фото шестого дня эксперимента

Рис. №14

Фото седьмого дня эксперимента

Рис. №15

20